15.8: Зручна енергія

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20452

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Мета навчання

Охарактеризуйте газифікацію і зрідження вугілля і зацікавленість в його переробці.

Ресурси нафти і природного газу обмежені. Поточні оцінки свідчать про те, що відомі запаси нафти будуть вичерпані приблизно через 60 років, а поставки природного газу, за оцінками, закінчаться приблизно через 120 років. Вугілля, з іншого боку, порівняно багато, складаючи понад 90% світових запасів викопного палива. Як тверде тіло, вугілля набагато складніше видобувати і відвантажувати, ніж нафту (рідина) або природний газ.

Газифікація та зрідження вугілля

Велика кількість сучасних досліджень зосереджена на розробці методів перетворення вугілля на газоподібне паливо (газифікація вугілля) або рідке паливо (зрідження вугілля). У найпоширенішому підході до газифікації вугілля вугілля реагує з парою, утворюючи суміш CO і H ₂, відому як синтез-газ, або синтез-газ: Оскільки вугілля є 70% - 90% вуглецю за масою, він наближається як С у рівнянні\(\ref{15.8.1}\).

\[\mathrm{C_{(s)} +H_2O_{(g)} → CO_{(g)}+H_{2(g)}} \;\;\; ΔH= \mathrm{131\: kJ} \label{15.8.1} \]

Перетворення вугілля в синтез-газ видаляє будь-яку присутню сірку і виробляє чисту суміш газів.

Сингаз також використовується як реагент для отримання метану та метанолу. Перспективним підходом є перетворення вугілля безпосередньо в метан за допомогою ряду реакцій:

\ (\ mathrm {2C (s) +2H_2O (g) →\ скасувати {2CO (g)} +\ скасувати {2H_2 (g)}}\ hspace {20px} ΔH_1=\ mathrm {262\: кДж}
\\ mathrm {\ скасувати {CO (g)} +\ скасувати {H_2O (g)} CO_2 (g) +\ скасувати {H_2 (g)}}\ hspace {20px} ΔH_2=\ математика {−41\: кДж}\
\ mathrm {\ скасувати {CO (g)} +\ скасувати {3H_2 (g)} →CH_4 (g) +\ скасувати {H_2O (g)}}\ hspace {20рх} ΔH_3=\ математика {−206\: kJ}\\ поверх {
\ mathrm {загальний l:\hspace {10px} 2C (s) +2H_2O (g) →CH_4 (g) +CO_2 (g)}\ hspace {20px} ΔH_\ ce {гребінець} =\ математика {15\: кДж}}\ hspace {40px}\ мітка {15.8.2}\)

Спалювання невеликої кількості вугілля або метану забезпечує енергію, споживану цими реакціями. На жаль, метан, що видобувається цим процесом, в даний час значно дорожчий, ніж природний газ. Однак, оскільки поставки природного газу виснажуються, цей процес на основі вугілля цілком може стати конкурентоспроможним за вартістю.

Аналогічним чином, доступні методи перетворення вугілля на рідке паливо ще не є економічно конкурентоспроможними з виробництвом рідкого палива з нафти. Сучасні підходи до зрідження вугілля використовують каталізатор для розбиття складної мережевої структури вугілля на більш керовані фрагменти. Потім продукти обробляються воднем (з синтез-газу або інших джерел) під високим тиском, щоб отримати рідину, більше схожу на нафту. Подальша дистиляція, крекінг і риформінг можуть бути використані для створення продуктів, подібних до продуктів, отриманих з нафти. Загальний вихід рідкого палива становить близько 5,5 баррелів сирої рідини на тонну вугілля (1 баррель - 42 гал або 160 л). Хоча економіка зрідження вугілля в даний час навіть менш приваблива, ніж для газифікації вугілля, рідке паливо на основі вугілля, швидше за все, стане економічно конкурентоспроможним у міру споживання нафти.

Резюме

Великий інтерес викликає розробка методів перетворення вугілля на газоподібне паливо (газифікація вугілля) або рідке паливо (зрідження вугілля), оскільки зручніше видобувати та транспортувати газ і рідке паливо.
Перетворення вугілля в синтез-газ (синтез-газ) видаляє будь-яку присутню сірку і виробляє чисту суміш газів.

Дописувачі та атрибуція

Libretext: General Chemistry (Petrucci et al.)
Template:ContribAgnewM