10 Vạn Câu Hỏi Vì Sao - Hóa Học

Mọi người đều biết xăng là loại nhiên liệu quan trọng được chưng luyện từ dầu mỏ. Ngoài xăng, từ dầu mỏ người ta còn sản xuất được etylen, propylen, butađien, phenol, toluen, xylen, cồn, cùng nhiều loại nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp hoá chất.

Nhưng lượng dầu mỏ trên Trái Đất không nhiều, so với dầu mỏ thì trữ lượng than đá phong phú hơn nhiều, có thể còn sử dụng được đến mấy trăm năm. Ở nhiều nước, than đá là nguồn năng lượng quan trọng trong sản xuất công nghiệp và trong đời sống hằng ngày. Khi dùng than đá làm nhiên liệu đốt trực tiếp có mấy nhược điểm sau đây: một là hiệu suất sử dụng nguyên liệu thấp, hai là trong than đá có nhiều hợp chất hoá học có ích, nếu tận dụng được chúng vào đúng mục đích thì sẽ có lợi ích kinh tế lớn hơn là đem đốt làm nhiên liệu, ba là khi dùng than để đốt sẽ gây ô nhiễm môi trường. Liệu có thể có cách gì tránh được các nhược điểm kể trên?

Than đá và dầu mỏ đều thuộc loại nhiên liệu hoá thạch, hợp chất chủ yếu trong cả hai loại nhiên liệu hoá thạch này đều do hai nguyên tố cacbon và hyđro tạo nên. Hai nguyên liệu hoá thạch này chính là "hai anh em màu đen", là họ hàng thân thiết của nhau. Điểm khác nhau lớn nhất của hai loại nhiên liệu là hàm lượng hyđro trong chúng khác nhau. Hàm lượng hyđro trong dầu mỏ là 11-14% còn ở than đá là 5-8%. Chính nhờ vậy mà có thể biến than đá thành xăng. Từ hơn 50 năm về trước, các nhà hoá học đã nghiên cứu và tìm được biện pháp biến than đá thành xăng trong phòng thí nghiệm. Người ta đã tìm cách tăng hàm lượng hyđro trong các hợp chất có trong than đá. Trước hết người ta nghiền than đá thành bột mịn, cho thêm dung môi, rồi sục khí hyđro. Sau đó dưới điều kiện áp suất cao và nhiệt độ 380 - 460°C, hyđro sẽ tác dụng với than đá và tạo ra "xăng nhân tạo" và các hợp chất có khối lượng phân tử thấp khác. Dùng biện pháp chưng phân biệt, ta có thể nhận được phần xăng nhân tạo, dầu mazut, cùng các nhiên liệu khác. Nội dung của phương pháp điều chế xăng nhân tạo là trước hết biến than đá thành khí than. Bổ sung khí hyđro vào khí than và khống chế để tỉ lệ cacbon monoxit: hyđro = 1:2. Dưới tác dụng xúc tác của sắt, coban hay niken ở điều kiện nhiệt độ 200°C, hai chất sẽ tác dụng với nhau tạo thành hợp chất mới. Trong sản phẩm tạo thành có đến 83% là xăng, còn lại là mazut và nhiều hợp chất khác. Do việc biến than đá thành khí than là một công nghệ khá quen thuộc, nên kỹ thuật điều chế xăng như vừa mô tả thực hiện tương đối dễ dàng. Ngoài ra người ta có thể tổng hợp rượu metylic từ cacbon monoxit và hyđro, sau đó từ rượu metylic tổng hợp được xăng. Phương pháp đã nêu khá đơn giản và hữu hiệu. Nếu dùng chất xúc tác thích hợp người ta có thể chuyển hoá 99% rượu metylic thành xăng. Hơn nữa với phương pháp này việc tiêu hao năng lượng trong quá trình chuyển hoá rất nhỏ, do đó giá thành điều chế xăng chỉ hơi cao hơn điều chế rượu metylic một ít.

Với quá trình chế biến than đá thành xăng, người ta có thể loại bỏ được phần lớn các tạp chất có hại cho cơ thể và môi trường. Hơn nữa so với dầu mỏ thì việc chuyên chở than đá thực hiện được dễ dàng hơn, nên nhiều quốc gia tìm cách mở rộng quy mô các nhà máy sản xuất xăng dầu đi từ than đá. Đồng thời các nhà khoa học cũng đang tìm cách cải tiến phương pháp biến than đá có trữ lượng khá phong phú thành xăng dầu, phục vụ cho lợi ích của loài người.

Từ khoá: Than đá; Khí than; Dầu mỏ.