SZÉNBŐL
A szénfeldolgozás legújabb, sokat emlegetett területe a szénbenzin gyártása, amely iránt min
den oldalról nagy érdeklődés mutatkozik.
Valószínűleg azért, mert műszaki vonatkozásain kívül nagy gazdasági és főleg politikai jelentő
sége van.
A benzint ma általában petróleumból terme
lik. A földből feltörő nyersolajat desztilláció útján különböző párlatokra lehet bontani, ame
lyek fajsúly és forrási hőmérséklet szerint ren
dezve a következők:
benzin, világítóolaj, Diesel-olaj, kenőolajok, fűtőolajok, petróleumszurok, petróleumkoksz.
Az automobil- és a repülőtechnika oly nagy benzinszükségletet teremtettek, hogy azt a földi olajból egyszerű lepárlással nyerhető benzinnel már régóta nem lehet fedezni. Ezért elsősorban a földi olaj többi, kevésbbé értékes alkatrészeit kezdték benzinné átalakítani, ami az úgyneve
zett krakkolóeljárásokkal sikerült is. Ha az olajat erősen felhevítjük, esetleg nyomást is al
kalmazunk, akkor a szénlepárláshoz hasonlóan, bomlás lép fel, amelynek eredményeképen gá
zok, könnyű olajok (benzin) és nehezebb mara
dékolaj vagy koksz keletkeznek. Ezt az eljárást többnyire úgy irányítják, hogy túlnyomóan benzin keletkezzék, tehát a nagyobb olajmoleku
lákat mintegy széttördelik benzinmolekulákká.
Az angol „cracking“ (tördelés) nyomán ezt olajkrakkolásnak nevezik. Ma már az autó
benzinnek nagy része, különösen a nyugati álla
mokban és Amerikában nehézolajokból, főképen a kisértékű fűtőolajból előállított „krakk- benzin“.
De a benzintermelésnek ilymódon való foko
zása csak a pillanatnyi gazdasági kérdéseket ol
dotta meg. A jövő fejlődésére és politikai szem
pontokra való tekintettel további benzinpótlás vált szükségessé, amelyet a földi olajtól függet
lenül, más nyersanyag felhasználásával kell elő
teremteni.
„CRACKING“ 4 5
Különösen fontos ez azért, mert a petróleum fölött nem rendelkező országok háború esetére függetleníteni kívánják magukat a külföldtől.
A „mesterséges“ benzin nyersanyaga nem le
hetett más, mint a szén. Régóta tudták azt, hogy gázgyárakban és kokszolókban, tehát a szén magas hőmérsékletű lepárlásánál benzol kelet
kezik, amely a benzinhez nemcsak külsőleg, ha
nem égési tulajdonságok tekintetében is nagyon hasonló anyag. Benzollal pótolhatjuk is a ben
zint, sőt azt is tudjuk, hogy például a repülő
gépmotorokban legkívánatosabb hajtóanyag a benzin-benzol elegye.
A háború alatt megkezdődött kutatások azt is bebizonyították, hogy a szén alacsony hőfo
kon történő lepárlásánál nem benzol, hanem a petróleumból nyert benzinhez hasonló anyag keletkezik, amely megfelelően finomítva, töké
letesen pótolhatja a „természetes“ benzint.
Csakhogy a szénlepárlás útján nyert benzin termelése szűk keretek közé van szorítva. A gáz
gyárak termelése a gázszükséglethez, a kok
szolóké a vasipar szükségletéhez igazodik, a barnaszénlepárlóipar fejlődése pedig különösen nagy akadályokba ütközik a barnaszén koksz piacának korlátolt volta miatt.
A feladat tehát az volt, hogy a szenet lehető
leg maradék nélkül benzinné alakítsuk át, hogy olyan ipar keletkezzék, amelynek a benzin nemcsak főterméke, hanem lehetőleg egyetlen terméke is.
Ezt a feladatot a tudományos kutatók két különböző úton oldották meg. Az egyik a szén hidrogénezése, amelynek megindulása Bergius nevéhez fűződik, a másik a
szénmonoxid-hidro-HYDROGÉNEZÉS 4 7 génelegyből való szintézis, amelyet Franz Fischer talált fel.
Mind a két módszer megismeréséhez vissza kell tekintenünk a szén összetételére. Láttuk, hogy az éghető anyag főbb építőkövei a karbo- nium, a hidrogén és az oxigén. Láttuk azt is, hogy míg a karboniumtartalom 60—97% kö
zött változik, addig a hidrogén alig z—6%.
Tudjuk ezzel szemben azt, hogy a benzin nem tartalmaz oxigént, hidrogéntartalma pedig kö
zel 15%. Közelfekvő tehát a gondolat, hogyha a szén oxigéntartalmát el tudjuk távolítani és a szénanyag hidrogéntartalmát fokozni tudjuk, akkor a szenet átalakíthatjuk benzinné.
Bergius a problémát úgy oldotta meg, hogy a szenet nagy nyomás és nagy hőmérséklet mel
lett hidrogénnel kezelte. Úgy számított, hogy az 500°-ra hevített szén molekulái bomlás foly
tán könnyen megtámadhatókká válnak és a nagynyomású hidrogén nemcsak a szén oxigén- tartalmával vegyülhet vízzé, hanem be is lép
het a szénmolekulákba és ilymódon növelheti azok hidrogéntartalmát. Várakozása szerint ez tényleg bekövetkezett: a szén nagy része átala
kult folyékony anyaggá, amelyből — úgy mint a petróleumból — benzint lehetett ledesztillálni.
Bergius alapvető kísérleteit 1913-ban végezte, de csak egy évtized múlva sikerült az eljárást nagyüzemben megvalósítani és majdnem két évtized telt el a háború előtti kísérletek óta odáig, amíg a Bergius által indítványozott eljá
rás minden tekintetben megoldottnak volt nevezhető.
Két évtized alatt sok változáson ment át az eljárás. Az I. G. Farben-Industrie, a legnagyobb
vegyészeti koncern érdeme, hogy a szén hid- rogénezését hihetetlen anyagi áldozatok árán sikerült nagyiparrá fejleszteni. A kísérletek ered
ményéhez tartozik az is, hogy nemcsak szenet, hanem kátrányt és olajat is lehet ezen az úton benzinné átalakítani. Sőt, az olajnál könnyebb, egyszerűbb az eljárás. Ezért időrendben először az olaj hidrogénezése sikerült nagyüzemben, csak ezután következett a kátrány és csak leg
végül a szén közvetlen átalakítása benzinné. Ma már 350.000 tonna benzint gyártanak évente a Halle közelében lévő Leunawerke-ben, részben barnaszénből, részben barnaszénkátrányból, Angliában és Nyugat-Németországban pedig hasonló terjedelmű gyárak feketeszénből állít
ják elő a benzint.
Nálunk magyar mérnök eljárása szerint indult meg a szénbenzingyártás. Varga József műegye
temi tanár volt az, akinek szabadalmai alapján a kincstár kísérleti telepet létesített. Ez barna
szénolajból hidrogénezés útján többszáz vágón benzint állít elő évenként.
Bergiusnak csak részben sikerült a szénanyag átalakítása benzinné. Az ő kísérleteinél mindig jelentős mennyiségű nehezebb olaj keletkezett, sőt, fel nem tárt szénanyag is maradt vissza.
A mai hidrogénezőeljárások a szenet majdnem kizárólag víztiszta könnyű, közvetlenül felhasz
nálható benzinné alakítják át. Ezt az úgyneve
zett katalizátorok alkalmazásával érték el.
A kémiai gyakorlatban katalizátoroknak ne
vezzük az olyan anyagokat, amelyek anélkül, hogy az átalakulásban résztvennének, puszta jelenlétükkel elősegítik a kívánt anyag keletke
zését. A hidrogénezésnél többnyire fémek o x j
-B E N Z IN S Z IN T É Z IS 4 9
gén-, vagy kénvegyületeit használják katalizá
torként.
Bergius nagy hőmérsékleteket, 400—5oo°-ot alkalmazott, hogy a szénanyagot megbontsa, le
építse és a hidrogén számára hozzáférhetővé tegye. Eljárását ezért romboló, destruktív hidro- génezésnek is nevezik. Fischer ezzel szemben a felépítő, a szintetikus utat választotta. Ö kis- molekulájú gázokból, szénmonixidból és hidro
génből indult ki és ezeknek ugyancsak katalizá
torok jelenlétében való egymásra hatásával mes
terségesen állította elő a petróleum alkatrészeit, elsősorban a benzint.
Fischer eljárásának megvalósításához előzőleg szintén részeire kell bontani a szénanyagot. Ezt elgázosítás útján érhetjük el. Minthogy az el- gázosítás folyamán gondoskodnunk kell fölös hidrogén keletkezéséről is, mert végeredmény
ben a szénanyag hidrogéntartalmának a növe
lése a cél, legelőnyösebb a vízgázeljárást venni igénybe, amellyel a szintézishez szükséges két gázt: a hidrogént és a szénmonoxidot akár szén
ből, akár kokszból előállíthatjuk.
A benzinszintézis gyakorlati kivitele tehát az, hogy a szenet (vagy kokszot) vízgőzzel, magas hőmérsékleten elgázosítjuk. A C + H 20 = СО + H 2 egyenlet szerint így szénmonoxidot é' hidrogént nyerünk, amelyeket a szintézishez szükséges 1 :г mennyiségi arányban megfelelő tisztítás után túlnyomás nélkül és kisebb hőmér
séklet mellett katalizátorokon bocsátunk át. Az oxigén ennél az eljárásnál is víz (H20 ) vagy szénsav (C0 2) alakjában válik ki. A felszaba
duló karbonium pedig a hidrogénnel úgyneve
zett szénhidrogéneket alkot, amelyeknek nagy
A szén 4
része kémiailag azonos a földi olajból nyert
„természetes“ benzinnel, másrésze pedig a többi petróleumtermékekkel, különösen az értékes kenőolajokkal azonos.
A szintetikus eljárás előnye a destruktív hidrogénezéssel szemben egyrészt az, hogy egy
szerűbb készülékekben, nagy nyomás és magas hőmérséklet alkalmazása nélkül is megvalósít
ható és hogy ezen az úton nemcsak a benzint, hanem a többi petróleumterméket is pótolhat
juk szénből.
Hátránya, hogy még nincs annyira kidol
gozva, mint a destruktív hidrogénezés, Fischer szintétikus kísérletei még alig tízévesek. Az a fejlődés tehát, amelyen Bergius eljárása a máso
dik évtized alatt, a nagyüzemi megvalósítás folyamán keresztülment, Fischer eljárásánál csak most kezdődik. A jövő fogja eldönteni, hogy melyik eljárás gazdaságosabb és melyik van in
kább hivatva a petróleumtermékek pótlására.
De lehetséges az is, hogy a kutatók még újabb eljárásokkal fogják megajándékozni a technikát és mielőtt a világ petróleumkészletei kimerülné
nek, olyan utakon fogják megoldani a motor- hajtóanyagok problémáját, amelyeket ma még sejteni sem lehet.
6. A SZÉN MINT TÜZELŐANYAG