ข้อดีและข้อเสียของการแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหิน

เมื่อสังคมเริ่มยอมรับถ่านหินเป็นแหล่งเชื้อเพลิง ถ่านหินก็ได้นำประโยชน์ของประสิทธิภาพมาสู่อุตสาหกรรมและการผลิตควบคู่ไปกับปัญหาด้านผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและความกังวลด้านความปลอดภัย เมื่อวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีก้าวหน้า วิธีการเหล่านี้ได้รับการปรับปรุงเพื่อแก้ไขปัญหาด้านความปลอดภัย การดูกระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊สของถ่านหินเป็นเรื่องราวที่มีทั้งด้านบวกและด้านลบสามารถแสดงลักษณะที่แท้จริงของสิ่งที่เกิดขึ้นได้

แม้ว่านักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษากระบวนการปล่อยก๊าซจากการเผาถ่านหินตั้งแต่ปี พ.ศ. 2323 ก็ต้องใช้เวลาจนถึง ช่วงต้นทศวรรษ 1900 เมื่อกระบวนการนี้จะถูกนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์เพื่อใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ในเมืองต่างๆ ทั่วโลก

การเปลี่ยนถ่านหินเป็นก๊าซในกระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหินมีขึ้นในอังกฤษในสมัยศตวรรษที่ 19 ในช่วงหลายทศวรรษนี้ คนงานเหมืองถ่านหินใช้กระบวนการที่บดถ่านหินโดยมีออกซิเจนและไอน้ำที่อุณหภูมิสูงเพื่อผลิตก๊าซ

ในช่วงทศวรรษที่ 1860 สหรัฐอเมริกาได้ก้าวขึ้นเป็นอุตสาหกรรมยักษ์ใหญ่ด้วยการขุดถ่านหินขนาดใหญ่ ผ่านเทือกเขาแอปปาเลเชียน ทุ่งหญ้าแถบมิดเวสต์ หรือแม้แต่น้ำตกและ ร็อคกี้

ประเทศชาติเป็นผู้ผลิตถ่านหินรายใหญ่ที่สุดในโลก แต่ประวัติศาสตร์ยังจำด้านมืดของเรื่องราวได้ พลั่วไอน้ำ รถแทรกเตอร์ และอุปกรณ์ที่ใช้ในการทำเหมืองถ่านหินกัดเซาะดิน ในขณะที่ทางรถไฟ โรงงานอุตสาหกรรม และบ้านเรือนทำให้เมืองมีมลพิษทั่วประเทศ

ชุมชนที่ยากจนกว่าต้องพึ่งพาถ่านหินที่ถูกกว่าและสกปรกกว่าซึ่งใช้โดยตรงในขณะที่ชนชั้นสูงที่มีฐานะร่ำรวย ครอบครัวจะได้กำไรจากประโยชน์ของก๊าซและไฟฟ้า เพิ่มการแบ่งแยกระหว่างคนจนและ รวย. ชนชั้นแรงงานท่วมโรงงานด้วยแรงงานไร้ฝีมือในสภาพการทำงานที่เป็นอันตรายซึ่งส่งผลให้ resulting ศตวรรษที่ 20 ในแต่ละปีมีผู้เสียชีวิตหลายหมื่นคนบนทางรถไฟ ในโรงงาน และในเหมืองถ่านหิน ตัวเอง

ภาคอุตสาหกรรมที่ทำกำไรจากวิธีที่มีประสิทธิภาพดังกล่าวในการควบคุมพลังงานของโลกได้แสดงให้เห็นถึงข้อเสียที่เป็นปัญหาควบคู่ไปกับข้อได้เปรียบของอุตสาหกรรมถ่านหิน เมื่อนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรคิดค้นวิธีการผลิตก๊าซถ่านหินสำหรับอุตสาหกรรมและเศรษฐกิจ วัตถุประสงค์ นี้จะก้าวหน้าไปสู่เทคนิคที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น เช่น น้ำมันและก๊าซธรรมชาติสังเคราะห์ การผลิต

เมื่อผู้คนเข้าใจถึงประโยชน์และข้อดีของการแปรสภาพเป็นแก๊สจากถ่านหิน พวกเขาจึงสร้างนวัตกรรมเหล่านี้เพื่อให้เหมาะกับความต้องการของพวกเขา สิ่งนี้อยู่ในรูปของพืชขนาดใหญ่และการค้นพบแหล่งเก็บถ่านหินมากขึ้นในโลก การขยายขนาดเพื่อให้ไปถึงจุดที่การแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหินในปัจจุบันนั้นไม่ได้ตรงไปตรงมานัก

ข้อเสียและข้อดีของการแปรสภาพเป็นแก๊สจากถ่านหินทำให้เกิดการตอบสนองจากประชาชนและรัฐบาลที่เกี่ยวข้องผ่านการเคลื่อนไหวด้านแรงงาน เช่น การนัดหยุดงานและการรวมกลุ่ม กฎระเบียบและสถาบันใหม่ เช่น วิธีการที่ประธานาธิบดีธีโอดอร์ รูสเวลต์ ของสหรัฐฯ ต้องการเพิ่มการกำกับดูแลของรัฐบาลเหนือองค์กรธุรกิจ ซึ่งกระจายไปทั่วประเทศในช่วงต้นทศวรรษ 1900 นายจ้างยืนหยัดต่อต้านความต้องการของคนงานชนชั้นกลางเพื่อสภาพการทำงานที่ดีขึ้นควบคู่ไปกับชั่วโมงการทำงานและเงินเดือนที่สมเหตุสมผลมากขึ้น อุตสาหกรรมนำการปฏิรูปที่ก้าวหน้าผ่านความท้าทายด้านแรงงานเหล่านี้

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 มีความก้าวหน้ามากขึ้นในสหรัฐอเมริกาและสหราชอาณาจักร การเปลี่ยนถ่านหินเป็นก๊าซโดยใช้ปฏิกิริยาของแข็งของแก๊สนั้นเน้นที่ปฏิกิริยาของคาร์บอนในถ่านหินด้วยไอน้ำที่ความดันต่ำกว่า 10 MPa และอุณหภูมิสูงกว่า 750 องศาเซลเซียส

กระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊สจากถ่านหินจะผลิตไฮโดรเจน แอมโมเนีย เมทานอล และไฮโดรคาร์บอน และจะใช้กับไอน้ำเพื่อสร้างก๊าซธรรมชาติสังเคราะห์ (SNG) ปฏิกิริยาเหล่านี้จะผลิตก๊าซสังเคราะห์โดยทั่วไปประกอบด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และก๊าซไฮโดรเจน (H₂).

ในช่วงทศวรรษที่ 1930 การแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหินใต้ดิน (UCG) ก็หยั่งรากเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง UCG ใช้วิธีการหมุนเวียนสารทำให้เป็นแก๊ส เช่น อากาศ ออกซิเจน และน้ำ เข้าสู่ถ่านหิน กระบวนการนี้แปลงถ่านหินเป็นก๊าซที่มีประโยชน์จากถ่านหินเองโดยไม่ต้องขุดหาวัสดุ

ต้องใช้ความร้อนเพื่อเริ่มปฏิกิริยาดูดความร้อนโดยใช้แหล่งความร้อนจากกระบวนการอื่นหรือส่วนการเผาไหม้ของถ่านหินเอง ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากก๊าซสามารถขับเคลื่อนเครื่องยนต์หรือใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์เคมี ซึ่งบางส่วนจะถูกขนส่ง some สู่พื้นผิวโลกจากเหมืองที่มีเงินทุนเริ่มต้นน้อยกว่าที่จำเป็น ลดต้นทุนการดำเนินงานและการก่อสร้างน้อยลง เวลา.

อย่างไรก็ตาม การใช้งานจริงของ UCG ยังคงถูกจำกัดโดยขาดความรู้เชิงปริมาณของกระบวนการทางเคมีเอง ถึงกระนั้น วิศวกรก็ใช้ประโยชน์จากขนาดของโพรงที่ใช้ในการบรรจุถ่านหินเพื่อเพิ่มพลังงานความร้อนสูงสุด ปล่อยออกมาจากการทำความเข้าใจการซึมผ่านของวัสดุโพรงโดยไม่ทำให้โพรงแตกตัว ตัวเอง.

ความก้าวหน้าในการแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหินตลอดประวัติศาสตร์จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าผลบวกจะมีค่ามากกว่าผลลบของถ่านหิน เนื่องจากจะใช้ในการใช้งานต่างๆ การปฏิรูปผ่านการเมือง สังคม และอาณาจักรอื่น ๆ จะนำผู้ผลิตให้คำนึงถึงแรงงานคน เป็นทรัพยากรทุนในระบบเศรษฐกิจเพื่อป้องกันค่าใช้จ่ายในชีวิตมนุษย์ควบคู่ไปกับความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ความก้าวหน้าดังกล่าวจะมาพร้อมกับความขัดแย้ง เช่น การสังหารหมู่ที่ลุดโลว์ในปี 1914 ทางตอนใต้ของโคโลราโด ซึ่งกองกำลังพิทักษ์แห่งชาติโคโลราโดได้สังหารชายหญิงและเด็กไป 18 คน ในขณะที่คนงานเหมืองกำลังหยุดงาน

ในช่วงทศวรรษที่ 1930 การทดลองภาคสนามเพื่อหาวิธีที่ดีที่สุดในการใช้ถ่านหินในการผลิตไอน้ำได้เริ่มแพร่กระจายไปทั่วโลก สหภาพโซเวียตเป็นผู้บุกเบิกเทคโนโลยีในช่วงทศวรรษที่ 1930 และในไม่ช้าพวกเขาก็แพร่กระจายไปยังสหราชอาณาจักร สเปน จีน เบลเยียม และสหรัฐอเมริกาในทศวรรษหน้า การศึกษาความเป็นไปได้ที่นักวิจัยดำเนินการพยายามที่จะใช้ประโยชน์จากถ่านหินเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิผล

ในการตอบสนองต่อปัญหาการขาดแคลนก๊าซธรรมชาติในปี 1970 และ 1980 นักวิจัยได้ทดลองกับการใช้ก๊าซอื่นๆ เช่น เช่นอากาศหรือคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งจะนำไปสู่การใช้ก๊าซไฮโดรเจนควบคู่ไปกับอุณหภูมิสูงด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา

วิธีการแปรสภาพเป็นแก๊สจากถ่านหินยังพยายามที่จะขจัดสิ่งเจือปนเช่นกำมะถันและปรอทออกจากถ่านหินเพื่อให้เป็นแหล่งพลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น วิธีการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพเหล่านี้นำไปสู่การรีไซเคิลเถ้าจากการแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหินให้เป็นก้อนคอนกรีต แทนที่จะส่งไปยังหลุมฝังกลบ

วัฏจักรรวมใช้ไอน้ำที่เกิดจากการแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหินเพื่อให้พลังงานแก่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องที่สองและทำงานที่ประสิทธิภาพ 45-50% ซึ่งสูงกว่าโรงงานผลิตแบบเดิมถึง 10-15% วัฏจักรที่รวมกันจะลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และนำไปสู่การพัฒนาที่ประหยัดยิ่งขึ้น เช่น การแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากก๊าซอื่นๆ ที่ผลิตขึ้น

นวัตกรรมในกระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหินได้พยายามปรับปรุงในแต่ละขั้นตอน การกำหนดอุณหภูมิที่เหมาะสมที่เครื่องผลิตแก๊สควรทำงานจะทำให้นักวิจัยตรวจสอบเปลือกนอกของห้องเครื่องผลิตแก๊สโดยใช้กล้องอินฟราเรด

จากนั้นพวกเขาสามารถวิเคราะห์อุณหภูมิโดยใช้แหล่งข้อมูลอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องควบคู่ไปกับปัจจัยอื่น ๆ เช่นรูปร่างของเครื่องทำแก๊สและวัสดุที่ใช้ เทคโนโลยีจากผู้ผลิต Pepperl+Fuchs ในปัจจุบันใช้ระบบกล้องสูงสุด 13 ตัวในแต่ละเครื่องผลิตก๊าซธรรมชาติเพื่อบันทึกสิ่งนี้

ความก้าวหน้าเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าสังคมสามารถชั่งน้ำหนักสิ่งที่ดีและไม่ดีเกี่ยวกับถ่านหินตลอดประวัติศาสตร์ได้อย่างไร