Τεχνολογία Καυσίμων Οπτάνθρακας «Coke» (Eng) ή «κωκ» (Ελλ)

Transcript

1 Ακατέργαστος οπτάνθρακας Τεχνολογία Καυσίμων Οπτάνθρακας «Coke» (Eng) ή «κωκ» (Ελλ) Ο οπτάνθρακας συνήθως προέρχεται από τον άνθρακα αλλά μπορεί να παράγεται και από πετρέλαιο. Ο οπτάνθρακας είναι ένα καύσιμο με λίγες ακαθαρσίες και υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα. Πρόκειται για στερεό ανθρακούχο υλικό που προέρχεται από απόσταξη αποσύνθεσης του ασφαλτούχου άνθρακα χαμηλής δημιουργίας στάχτης και χαμηλής περιεκτικότητας θείου. Το παραγόμενο κωκ από άνθρακα είναι γκρι, σκληρό και πορώδες. Ενώ ο οπτάνθρακας μπορεί να σχηματιστεί φυσικά, η συνήθης μορφή του είναι συνθετική. Η μορφή γνωστή ως οπτάνθρακας πετρελαίου ή κωκ, προέρχεται από μονάδες κοκκοποίησης πετρελαίου ή άλλες διεργασίες πυρόλυσης. Ο οπτάνθρακας χρησιμοποιείται για την παραγωγή βιομηχανικού αερίου. Ένα μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα (CO) και αζώτου (N 2 ).Το βιομηχανικό αέριο παράγεται με τη διέλευση αέρα πάνω από πυρακτωμένο κωκ. Χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή αερίου νερού, μια σύνθεση CO & H 2 που παράγεται από τη διέλευση ατμών πάνω από πυρακτωμένο κωκ.

2 Φούρνος οπτανθρακοποίησης. Μια μονάδα καύσης χωρίς αιθάλη. Τεχνολογία Καυσίμων Παραγωγή Οπτάνθρακα «Coke» Τα πτητικά συστατικά του άνθρακα, περιλαμβανομένου του νερού, των αερίων του άνθρακα (υδρογόνο, μεθάνιο και μονοξείδιο του άνθρακα) και της πίσσας, απομακρύνονται με ψήσιμο σε κλίβανο με ή χωρίς αέρα σε θερμοκρασίες έως C αλλά συνήθως 1100 C. Αυτό συνενώνει τον σταθερό άνθρακα και την υπολειμματική τέφρα, με αποτέλεσμα τη δημιουργία του κωκ. Για να χρησιμοποιηθεί ο ασφαλτούχος άνθρακας για την παραγωγή κωκ, πρέπει να έχει συγκεκριμένη σύνθεση, όπως περιεκτικότητα σε υγρασία, τέφρα, θείο, πτητικών αερίων, πίσσα και πλαστικότητα. Η κατάλληλη σύνθεση έχει ως στόχο στην παραγωγή οπτάνθρακα κατάλληλης αντοχή, ενώ χάνει την κατάλληλη ποσότητα μάζας. Ηπρώτη ύλη πρέπει να έχει την κατάλληλη σύνθεση ώστε να εξασφαλιστεί ότι ο παραγόμενος οπτάνθρακας δεν θα διογκωθεί κατά τη διάρκεια της παραγωγής, σε επίπεδα που να καταστραφούν τα τοιχώματα του κλίβανο λόγω πιέσεων. Όσο περισσότερη είναι η πτητική ύλη στον άνθρακα, τόσο περισσότερα παράγωγα μπορούν να παραχθούν. Περιεκτικότητα 26-29% πτητικών ουσιών στην σύνθεση της πρώτης ύλης θεωρείται ικανοποιητική.

3 Παραγωγή Οπτάνθρακα «Coke» από άλλες πηγές Το στερεό υπόλειμμα που απομένει από την κλασματική απόσταξη του αργού πετρελαίου με τη διαδικασία "πυρόλυσης" είναι επίσης μια μορφή οπτάνθρακα. Εγκατάσταση οπτανθρακοποίησης στο Coalcliff, Νέα Νότια Ουαλία, Αυστραλία. Ο οπτάνθρακας πετρελαίου έχει πολλές χρήσεις εκτός από το ότι είναι καύσιμο, όπως η κατασκευή ξηρών κυψελίδων και ηλεκτροδίων ηλεκτρολυσης σε μπαταρίες καθώς ηλεκτροδίων συγκόλλησης. Τα εργοστάσια παραγωγής φυσικού αερίου παράγουν οπτάνθρακα από σύνθεση ως τελικό προϊόν, που ονομάζεται οπτάνθρακας από αέριο. Ρευστός Οπτάνθρακας είναι η διαδικασία μετατροπής του βαρέως τύπου υπόλειμμα αργού πετρελαίου σε ελαφρύτερα προϊόντα όπως νάφθα, κηροζίνη, πετρέλαιο θέρμανσης και αέρια υδρογονανθράκων. Ο όρος "ρευστός" αναφέρεται στο γεγονός ότι τα σωματίδια οπτάνθρακα που χρησιμοποιούνται μπορούν και κυλούν «ρέουν» σε μια συνεχή διαδικασία παραγωγής. Αυτό δεν ίσχυε παλαιότερα.

4 Ιδιότητες Οπτάνθρακας «Coke» Το ειδικό βάρος βάρους του είναι συνήθως γύρω στο 0,77kg/m 3. Είναι εξαιρετικά πορώδες. Έχει μεγάλη περιεκτικότητα σε τέφρα και θείο, η οποία εξαρτάται από τον άνθρακα που χρησιμοποιείται για την παραγωγή. Ο οπτάνθρακας με λιγότερη τέφρα και περιεκτικότητα σε θείο είναι πολύ ακριβός στην αγορά. Η περιεκτικότητα σε νερό στον οπτάνθρακα είναι πρακτικά μηδενική στο τέλος της διαδικασίας οπτανθρακοποίησης, αλλά συχνά σβήνεται με νερό, έτσι ώστε να μπορεί να μεταφερθεί στις υψικαμίνους. Η πορώδης δομή του οπτάνθρακα απορροφά λίγο νερό, συνήθως 3-6% της μάζας του. Σε πιο σύγχρονες μονάδες οπτανθρακοποίησης μια προηγμένη μέθοδος ψύξης οπτάνθρακα χρησιμοποιεί τη σβέση του αέρα.

5 Χρήσεις Οπτάνθρακα «Coke» Ο οπτάνθρακας χρησιμοποιείται ως καύσιμο και σαν αναγωγικός παράγοντας στο μεταλλευτικό σιδηρομετάλλευμα σε υψικαμίνους. Το μονοξείδιο του άνθρακα που παράγεται από την καύση του μειώνει το οξείδιο του σιδήρου (αιματίτη) κατά την παραγωγή του σιδήρου. Χρησιμοποιείται συνήθως ως καύσιμο στα σιδηρουργεία. Αποτελεί ένα επιθυμητό καύσιμο για σόμπες και φούρνους, στις οποίες οι συνθήκες δεν είναι κατάλληλες για την πλήρη καύση. Καίγεται παράγοντας λίγο ή καθόλου καπνό. Παρέχει υψηλή θερμική θωράκιση σε συνδυασμό με άλλα υλικά και για το λόγο αυτό έχει χρησιμοποιηθεί από τη ΝΑΣΑ σε διαστημικά οχήματα ώστε να προστατεύονται κατά την είσοδό τους στην ατμόσφαιρα. Από την καύση του παράγεται το syngas ή αέριο νερού, ένα μίγμα CO & H 2 που παράγεται από τη διέλευση ατμών πάνω από πυρακτωμένο κωκ. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή βιομηχανικού αερίου (παραγωγή αερίου με αναρόφηση) ή αέριο από ξύλο ή αέριο γεννητριών ή συνθετικό αέριο, ένα μείγμα CO & N 2, που παράγεται με τη διέλευση αέρα πάνω από πυρακτωμένο κωκ (ή οποιοδήποτε ανθρακούχο ορυκτό) Φαινολικά υποπροϊόντα Τα απόβλητα από την οπτανθρακοποίηση είναι ιδιαίτερα τοξικά και καρκινογόνα. Περιέχει φαινολικά, αρωματικά, ετεροκυκλικά και πολυκυκλικά οργανικά και ανόργανα υλικά όπως κυανίδια, σουλφίδια, αμμώνιο και αμμωνία.

6 Τύρφη Η τύρφη είναι μια συσσώρευση μερικώς αποσυντεθειμένης βλάστησης ή οργανικής ύλης και είναι το μοναδικό στοιχείο φυσικών περιοχών που ονομάζονται τυρφώνες ή λασπώδεις χερσαίες εκτάσεις. Το οικοσύστημα τύρφης είναι το πλέον ενεργό σύστημα διαχείρισης άνθρακα στον πλανήτη. Τα φυτά Τύρφη τύρφης δεσμεύουν το CO στο Lewis της Σκωτίας 2 που εκπέμπεται κατά τη δημιουργία της τύρφης διατηρώντας τελικά μια ισορροπία. Στους φυσικούς τυρφώνες, ο «ετήσιος ρυθμός παραγωγής βιομάζας είναι μεγαλύτερος από τον ρυθμό αποσύνθεσης», αλλά απαιτούνται «χιλιάδες χρόνια για τους τυρφώνες να αναπτύξουν αποθέσεις σε βάθος από 1,5 έως 2,3. Η τύρφη σχηματίζεται σε υγροβιότοπους, όπου η ύπαρξη νερού εμποδίζει ροές οξυγόνου από την ατμόσφαιρα. Αυτό επιβραδύνει τους ρυθμούς αποσύνθεσης. Ο σχηματισμός τύρφης είναι συχνά το πρώτο βήμα στον γεωλογικό σχηματισμό άλλων ορυκτών καυσίμων όπως ο άνθρακας, ιδιαίτερα ο χαμηλής ποιότητας άνθρακας όπως ο λιγνίτης.

7 Σχηματισμός και είδη Τύρφης Η τύρφη σχηματίζεται όταν το φυτικό υλικό δεν αποσυντίθεται πλήρως υπό όξινες και αναερόβιες συνθήκες. Αποτελείται κυρίως από βλάστηση υγροβιότοπων: κυρίως φυτά βλάστης, συμπεριλαμβανομένων βρύων, βλαστών και θάμνων. Οι περισσότεροι σύγχρονοι τυρφώνες σχηματίστηκαν πριν από χρόνια σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, αφού οι παγετώνες υποχώρησαν στο τέλος της τελευταίας εποχής Συλλογή τύρφης στο Westhay, των παγετώνων. Η τύρφη συνήθως Somerset Levels το 1905 δημιουργείται αργά με ρυθμό περίπου ενός χιλιοστού ανά έτος. Η τύρφη μπορεί να είναι: - είτε ινώδης (fibric) με χόρτα που δεν έχουν υποστεί αποσύνθεση - είτε σε προχωρημένο στάδιο αποσύνθεσης, όπου τα υπολείμματα χόρτων δείχνουν σαν κυκλοφορικό δίκτυο αίματος (hemic) - είτε σε πλήρη αποσύνθεση, όπου τα χόρτα έχουν σαπίσει (sapric)

8 Χρήση της Τύρφης Μονάδα παραγωγής ενέργειας Shatura. Η Ρωσία έχει τη μεγαλύτερη ικανότητα παραγωγής τύρφης στον κόσμο Με διαδικασία συμπιέσης το νερό εξαναγκάζεται να απομακρυνθεί από την τύρφη, η οποία είναι μαλακή και εύκολα συμπιέσιμη. Μόλις η τύρφη στεγνώσει μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο. Χρησιμοποιείται παραδοσιακά για το μαγείρεμα και την οικιακή θέρμανση, σε πολλές χώρες του κόσμου. Σε περιοχές με μεγάλη δυνατότητα παραγωγής χρησιμοποιείται για παραγωγή ενέργειας Οι μονωτικές της ιδιότητες την καθιστούν χρήσιμη και εκμεταλλεύσιμη από τη βιομηχανία. Φωτιά τύρφης

9 Επίδραση της Τύρφης στο Φαινόμενο του Θερμοκηπίου Οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα από τύρφη εκτιμάται ότι είναι στα 106gCO 2 /MJ, είναι υψηλότερες από τις εκπομπές του ορυκτού άνθρακα (94,6gCO 2 /MJ) Για την παραγωγή ενέργειας, η τύρφη αναμιγνύεται με ποσότητα ξύλων σε ποσοστό 2,6%. Σύμφωνα με μία μελέτη, η αύξηση της μέσης ποσότητας ξύλου στο μείγμα καυσίμων στο 12,5% θα μείωνε τις εκπομπές στα 93gCO 2 /MJ. Οι τυρφώνες του κόσμου πιστεύεται ότι περιέχουν 180 έως 455 δισεκατομμύρια μετρικούς τόνους απομονωμένου άνθρακα, ο οποίος απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα με μορφή μεθανίου και ρυθμούς 20 έως 45 εκατομμύρια μετρικούς τόνους ετησίως. Η τύρφη λόγω της υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, μπορεί να καεί υπό συνθήκες χαμηλής υγρασίας. Μόλις αναφλεγεί, λόγω της παρουσίας μιας πηγής θερμότητας (π.χ., μια φωτιά που διεισδύει στην υπόγεια επιφάνεια), καίγεται αργά με καπνό αλλά χωρίς φλόγα. Αυτές οι πυρκαγιές μπορεί να συντηρούνται μη ανιχνευμένες για πολύ μεγάλες χρονικές περιόδους (μήνες, χρόνια Ρύπανση από υπόγεια πυρκαγιά στην Ινδονησία το 1997 και ακόμη και αιώνες). ιαδίδονται με ήρεμα μέσω του υπόγειου στρώματος τύρφης.

10 Καύσιμο από κοπριά αγελάδας στην Ινδία Τεχνολογία Καυσίμων Χρήση περιττωμάτων ως πηγή ενέργειας Τα περιττώματα διαφόρων ζώων ανάλογα με την περιοχή έχουν χρησιμοποιηθεί ως καύσιμα. - Σε πολλές περιοχές αλλά κυρίως στην Ινδία και περιοχές γύρω από αυτήν από βοοειδή. - Στην Αίγυπτο από καμήλες. - Στο Περού από λάμα. - Στη Μογγολία από αιγοπρόβατα. Η χρήση της κοπριάς ως καύσιμο γίνεται αφού πρώτα αποξηρανθεί. Ξηρή κοπριά ορίζεται τυπικά, η έχουσα περιεκτικότητα σε υγρασία μικρότερη από 30%. Τα οφέλη από τη χρήση αποξηραμένης κοπριάς βοοειδών είναι: - Φθηνότερη ενέργεια από τα περισσότερα σύγχρονα καύσιμα. - Αποτελεσματική χρήση. - Μειώνει τοπικά τη χρήση των διαθέσιμων πόρων από ξύλο. - Άμεσα διαθέσιμη. Το καύσιμο συλλέγεται με λίγο περπάτημα. - εν είναι αναγκαία οικονομική συναλλαγή. Μπορεί να αποκτηθεί με ανταλλαγή. - Λιγότερη ρύπανση του περιβάλλοντος - Ασφαλής διαδικασία απόρριψης της κοπριάς ζώων - Αειφόρος και ανανεώσιμη πηγή ενέργειας

11 Χρήση περιττωμάτων ως πηγή ενέργειας Στην Αίγυπτο η ξηρή ζωική κοπριά (από αγελάδες και βουβάλια) αναμιγνύεται με άχυρο ή υπολείμματα καλλιεργειών για να φτιάξουν ξηρό καύσιμο που ονομάζεται κέικ κοπριάς. Τα κέικ κοπριάς με υπολείμματα των καλλιεργειών ήταν η πηγή του 76,4% της ακαθάριστης ενέργειας που καταναλώθηκε στις αγροτικές περιοχές της Αιγύπτου κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του Φωτιά για μαγείρεμα στο Pushkar της Ινδία Ενδεικτικό της ενεργειακής απόδοσης περιττωμάτων είναι η καταγραφή σε φωτιά που άναψε σε κοπριά από το Αιγυπτιακό καύσιμο κέικ, που παρασκευάστηκε σε χωριό, όπου μετρήθηκαν θερμοκρασίες 640 C σε 12 λεπτά από την έναυση, που μειώθηκε στους 240 C μετά από 25 λεπτά και στους 100 C μετά από 46 λεπτά. Γίνονται έρευνες για την ενεργειακή αξιοποίηση των ανθρώπινων κοπράνων

12 Ξυλάνθρακας Ο ξυλάνθρακας είναι ένα ελαφρύ, μαύρο υπόλειμμα αποτελούμενο από άνθρακα και οποιαδήποτε υπολειμματική τέφρα, που λαμβάνεται με την απομάκρυνση του νερού και άλλων πτητικών συστατικών από ζωικές ή και φυτικές ουσίες. Καύση ξυλάνθρακα Ο ξυλάνθρακας παράγεται συνήθως με αργή πυρόλυση - τη θέρμανση του ξύλου ή άλλων ουσιών απουσία οξυγόνου. Η παραγωγή του είναι αιτία αποψίλωσης των δασών σε διάφορες περιοχές του κόσμου. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή αερίων καυσίμων με τις ίδιες τεχνολογίες που αυτά παράγονται από τον ορυκτό άνθρακα.

13 Σωρός πασσάλων ξύλου πριν καλυφθεί από χλοοτάπητα ή λάσπη και ξεκινήσει το ψήσιμο Τεχνολογία Καυσίμων Διαδικασία Παραγωγής Ξυλάνθρακα Κατά την παραδοσιακή διαδικασία παραγωγής δημιουργείται ένας σωρός πασσάλων ξύλου. Αυτός καλύπτεται με χλοοτάπητα ή λάσπη. Στην κορυφή του τοποθετείται μια μορφή καμινάδας ώστε να απομακρύνονται τα πτητικά συστατικά των ξύλων. Από την καμινάδα εισάγεται κάποιο υγρό καύσιμο το οποίο χρησιμοποιείται για να ξεκινήσει το ψήσιμο των ξύλων. Η διαδικασία ψησίματος διαρκεί μια περίοδο 5 ημερών. Μετά την ολοκλήρωση της καύσης και μέχρι η θερμοκρασία του σωρού να επανέλθει σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, καλύπτεται κάθε πιθανή δίοδος αέρα προς τον σωρό των ξύλων ώστε αυτά να απανθρακωθούν πλήρως. Ένα ισχυρό μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η παραγωγή ενός μεγάλου όγκου εκπομπών που είναι επιβλαβείς για την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον (εκπομπές αδιάλυτου μεθανίου). Στις σύγχρονες μεθόδους χρησιμοποιούνται φούρνοι όπου η θερμότητα κατά τη διάρκεια του ψησίματος γίνεται εκμετάλευση της εκλυόμενης θερμότητας.

14 Τύποι Ξυλάνθρακα Ο κοινός ξυλάνθρακας παράγεται από τύρφη, άνθρακα, ξύλο, κέλυφος καρύδας ή πετρέλαιο. Ο άνθρακας ζάχαρης λαμβάνεται από τον άνθρακα της ζάχαρης και είναι ιδιαίτερα καθαρός. Καθαρίζεται με βρασμό με οξέα για να απομακρύνει κάθε ορυκτή ύλη και στη συνέχεια καίγεται για μεγάλο χρονικό διάστημα σε ρεύμα χλωρίου για να απομακρυνθούν τα τελευταία ίχνη υδρογόνου. Ο ενεργός ξυλάνθρακας είναι παρόμοιος με τον κοινό άνθρακα, αλλά με ιδιαίτερη τεχνική γίνεται πορώδεις ώστε να μπορεί να δεσμεύει χημικές ουσίες. Είναι ειδικά χρήσιμος για ιατρική χρήση. Το ξυλοκάρβουνο είναι ένας παραδοσιακός ξυλάνθρακας κατασκευασμένος απευθείας από υλικό σκληρού ξύλου. Οι μπριγκέτες σε σχήμα μαξιλαριού που γίνονται με συμπίεση ξυλάνθρακα, συνήθως κατασκευασμένο από πριονίδι και άλλα υποπροϊόντα ξύλου, με συνδετικό υλικό, συνήθως άμυλο, και άλλα πρόσθετα. Μπριγκέτες ξυλάνθρακα από πριονίδι που γίνονται με συμπίεση πριονιδιού χωρίς συνδετικά ή πρόσθετα. Ξυλάνθρακας από εξώθηση. Κατασκευάζεται με εξώθηση είτε ακατέργαστης ξυλείας είτε από απανθρακωμένο ξύλο σε κούτσουρα χωρίς τη χρήση συνδετικού υλικού.

15 Χρήσεις Ξυλάνθρακα Μεταλλουργικό καύσιμο Βιομηχανικά καύσιμα Μαγείρεμα Παραγωγή Syngas Πυροτεχνήματα Πηγή άνθρακα Καθαρισμός και διήθηση Τέχνη Κηπουρική Φάρμακο