Skripta - Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava

12. Uhlík. Uhlíkatá paliva.
Karbonizace uhlí
Karbonizace uhlí – koksování - se provádí ohřevem za nepřístupu vzduchu. Hutní koks o velké
mechanické pevnosti, vhodný pro vysoké pece, se získává vysokoteplotním koksováním kvalitního
„koksovatelného“ černého uhlí při 900-1200°C. Méně kvalitní černé nebo hnědé uhlí se karbonizuje
spíše při nižších teplotách 500-750°C a pevným produktem je bezdýmé palivo - polokoks.
V současné době koksovny zajišťují výrobu koksu již téměř výhradně pro metalurgii a jako
redukovadlo pro některé vybrané chemické výroby. Koksování se provádí vsádkově v koksovacích
komorách, kam se nadusá práškové uhlí a potom se několik desítek hodin vyhřívá. Přitom se uhelná
hmota se spojí do porézního koksu a unikne prchavá hořlavina. Po ukončení procesu se horký koks
z komor vytlačuje a chladí vodou. Tím, že se pracuje s práškovou a pevnou, spékající se hmotou,
nedaří se přes četné snahy vyvinout uspokojivě spolehlivý kontinuální proces, ve kterém by se dalo
lépe hospodařit s teplem a lépe ošetřit emise, zejména plynů a prašnosti.
Prchavá hořlavina obsahuje uvolňované těkavé látky: přítomný kyslík se váže především s uhlíkem
na CO, vodík se uvolňuje jednak ve formě uhlovodíků, jednak v elementární formě jako plynný H 2 . Po
kondenzaci těžších organických látek (dehtu) a po vyprání těkavějších aromatických látek –
„surového benzolu“ a anorganických NH 3 , H 2 S a HCN obsahuje koksárenský plyn přes 50% H 2 ,
10% CO a 35% uhlovodíků CH 4 a C 2 H 6 . Kdysi to byla důležitá surovina pro získávání vodíku, takže
např. výroba amoniaku v ostravských dusíkárnách izolovala vodík z koksárenského plynu vymražením
všech ostatních složek. V současné době, kdy chemický průmysl dostává suroviny pohodlněji z ropy a
zemního plynu, věnuje se separaci prchavé hořlaviny menší péče. Podle okolností se většina
spotřebovává jako palivo přímo při ohřevu koksovacích komor nebo jako palivo či redukovadlo
v metalurgickém komplexu, jehož součástí koksovna zpravidla bývá.
Do roku 1996 běželo v ČR ještě několik velkých plynáren, ve kterých se zpracovávalo hnědé uhlí
s cílem získávat jako hlavní produkt svítiplyn (podobného složení jako má koksárenský plyn)
distribuovaný malospotřebitelům. Moderním trendem je vyrobit tento plyn jako ušlechtilé palivo a
použít je k výrobě elektřiny v paroplynovém cyklu (při něm se plynné palivo spaluje tak, že spaliny
nejprve roztáčejí plynové turbíny a teprve pak se využijí k otopu parního kotle elektrárny.
Dehet
Z par, unikajících při karbonizaci, kondenzuje jako kapalina dehet, který je zdrojem uhlovodíků
(DEZA Valašské Meziříčí), převážně aromatických a býval dlouho podstatnou surovinou organických
výrob. Fenolické látky se nejprve alkalizují zředěným NaOH, čímž vznikají vodorozpustné fenoláty,
které se vyperou do vodné fáze (následujícím okyselením CO 2 se převedou zpět na fenolické
sloučeniny, a ty se dělí a přečišťují následně destilací). Organická fáze se dále dělí destilací na lehký,
karbolový, naftalenový a anthracenový olej, z nichž se případně dalšími destilacemi separují čisté
aromatické uhlovodíky. Z koncové vakuové destilace zůstává jako zbytek smola, používaná např. jako
pojivo pro výrobu uhlíkových elektrod. Horší smola se využije také třeba jako pojivo pro lisování
briket z uhelného prachu. Hnědouhelný dehet má vyšší obsah kyslíkatých sloučenin (např. fenolů;
zejména kresoly byly dříve ve velkém využívány jako desinfekční prostředek) a jako chemická surovina je
méně použitelný. (Výroba benzinu hydrogenací dehtu byla s přechodem k ropě opuštěna.)
Výtěžek dehtu závisí značně na podmínkách karbonizace. Při vysoké teplotě vzniká již převážně jen
koks a plyn.
Dehet je na seznamu karcinogenních látek, do kterého patří i řada chemicky definovaných vyšších
aromatických uhlovodíků, získávaných vakuovou destilací dehtu. Tyto uhlovodíky se dají bezpečně
přepracovat částečnou oxidací za vzniku amorfního uhlíku – sazí.
Hlavní spotřeba sazí je při vulkanizaci pryže ve výrobě pneumatik. Saze však jsou také žádaným
černým pigmentem. pro nátěrové hmoty, plnění plastů a pro výrobu tiskařské černi.
Zplyňování uhlí, generátorový a vodní plyn
Dokud neexistovala rozsáhlá distribuční síť svítiplynu, vyráběly si i menší továrny plynné palivo
z koksu v takzvaných generátorech. Jednoduché generátory vypadaly jako konvenční kamna s vrstvou
žhavého koksu, kterou se protahoval vzduch Při prvním kontaktu dochází k exotermické oxidaci
uhlíku
109