• Nem Talált Eredményt

Folyékony tüzelőanyagok szénből

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