Каменный уголь: свойства, как образуется и где добывают породу (страны-лидеры), для чего используют, плотность, температура горения, теплоемкость

Что делают из угля – Что такое каменный уголь и где его применяют? Свойства каменного угля и физические характеристики, происхождение породы, месторождения и добыча. Классификация каменного угля по степени обогащения и углефикации, по размерам и маркам. Использование каменного угля в промышленности и цены.

История[править | править код]

Производство каменноугольного кокса возникло в XVIII веке[2], когда понадобилось заменить становившийся всё более дефицитным древесный уголь для доменных печей. Первая промышленная плавка на коксе выполнена в Великобритании в 1735 году. К 1983 году мировое производство кокса составило около 360 млн тонн[1].

Угольное прошлое

С углем как топливом человечество знакомо еще со времен Древней Греции. Но как самостоятельная отрасль угольная промышленность выделилась лишь в 18 веке. В начале 19 века уголь стали использовать весьма активно — топливо для транспорта, производство электричества, металлургия, химическая промышленность, автомобиле- и кораблестроение и др. Потребовалось более качественное сырье.

уголь переработка

Разработаны были в 20 веке способы переработки угля, чтобы качество добытого сырья было выше. Они были с недостатками, такими как низкий выход продуктов, жесткие рамки осуществления процесса. Но с введением в процесс различных катализаторов выход продукта стал более высоким, а значит, и более дешевым, да и прохождение процесса уже не требовало жесткого соблюдения всех условий.

На сегодняшний день добыча и переработка угля — это шаг в будущее. Осуществляется она пятью способами. Выбор метода зависит от того, какой конечный продукт необходим.

Особенности производства древесного угля

Уголь, называемый древесным, – это продукт термического преобразования древесины, которое происходит без доступа воздуха, чтобы не было обычного горения.

Производственная технология предполагает использование специального оборудования. Для изготовления древесного угля своими руками нужна не только сноровка, но и полное понимание сути процесса, а также подходящие агрегаты и приспособления.

1x1.trans.gif

Коксование углей[править | править код]

Коксотушильный вагон перед башней мокрого тушения

Широко распространённый технологический процесс, состоящий из следующих стадий: подготовка к коксованию, собственно коксование, улавливание и переработка летучих продуктов[2].

Подготовка включает обогащение (для удаления минеральных примесей) низкосернистых, малозольных, коксующихся углей, измельчение до зёрен размером около 0,3 мм, смешение нескольких сортов угля, сушка полученной шихты.

Коксовая печь — технологический агрегат, в котором осуществляется коксование каменного угля (на заводе бездымного топлива, Южный

Уэльс

)

Для коксования шихту загружают в щелевидную коксовую печь (ширина 400—450 мм, объём 30—40 м3). Каналы боковых простенков печей, выложенных огнеупорным кирпичом, обогреваются продуктами сгорания газов: коксового (чаще всего), доменного, генераторного, их смесей и др.

Продолжительность нагрева составляет 14—16 часов. Температура процесса — 900—1050 °C. Полученный кокс (75—78 % от массы исходного угля) в виде так называемого «коксового пирога» (спёкшейся пластической массы) — выталкивается специальными машинами («коксовыталкивателями») в железнодорожные вагоны, в которых охлаждается («тушится») водой или газом (азотом).

При 250 градусах Цельсия из угля испаряется вода, улетучиваются угарный газ и углекислый газ, при 350 градусах улетучиваются углеводороды, соединения азота и фосфора, при 500 градусах происходит спекание — образуется полукокс, при 700 градусах и больше улетучивается водород и образуется кокс[2].

Парогазовая смесь выделяющихся летучих продуктов (до 25 % от массы угля) отводится через газосборник для улавливания и переработки. Для разделения летучие продукты охлаждают впрыскиванием распыленной воды (от 70 °C до 80 °C) — при этом из паровой фазы выделяется большая часть смол, дальнейшее охлаждение парогазовой смеси проводят в кожухотрубчатых холодильниках (до 25—35 °C). Конденсаты объединяют и отстаиванием выделяют надсмольную воду и каменноугольную смолу. Затем сырой коксовый газ последовательно очищают от NH3 и H2S, промывают поглотительным маслом (для улавливания сырого бензола и фенола), серной кислотой (для улавливания пиридиновых оснований). Очищенный коксовый газ (14—15 % от массы угля) используют в качестве топлива для обогрева батареи коксовых печей и для других целей.

Из надсмольной воды (9—12 % от массы угля) отгонкой с паром выделяют: NH3 (в виде концентрированной аммиачной воды), фенолы, пиридиновые основания. Очищенную воду после разбавления технической водой направляют на тушение кокса или на биологическую очистку сточных вод на очистные сооружения.

Каменноугольная смола (3—4 % от массы угля) является сложной смесью органических веществ (в настоящее время идентифицировано только ~60 % компонентов смолы — более 500 веществ). Смолу методом ректификации подвергают разделению на фракции: нафталиновую, поглотительную, антраценовую и каменноугольный пёк. Из них, в свою очередь, кристаллизацией, фильтрованием, прессованием и химической очисткой выделяют: нафталин, антрацен, фенантрен, фенолы и каменноугольные масла.

Коксохимические заводы являются одним из крупнейших потребителей каменного угля — до ¼ мировой добычи[1].

Фракции нефти

  1. Фракция, собираемая от 40 до 200°С — фракция бензинов — содержит углеводороды от С6Н12 до С11Н24.
  2. Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250 °С, содержит углеводороды от С8Н18 до С14Н30.
  3. Керосиновая фракция включает углеводороды от С12Н26 до С18Н38 с температурой кипения от 180 до 300°С.
  4. В следующей фракции получают газойль (выше 275°С) — дизельное топливо.
  5. Остаток после перегонки нефти – мазут – содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. После отгонки остается гудрон. Его применяют в дорожном строительстве.

Перспективы

Способы переработки каменного угля

Активное использование человечеством газа и нефти делает применение угля второстепенным и незначительным. Но не нужно быть провидцем, чтобы догадаться, что уже скоро запасы как нефти, так и угля истощатся. Уголь займёт первостепенные позиции в промышленности и энергетике мира.

Уже сегодня учёные озадачились поиском максимально дешёвых и эффективных путей переработки твёрдого топлива. Плазмохимическая переработка – начало пути. Учёные рассчитывают получить недорогой и экологически чистый продукт будущего.

Помощь при отравлении

Что делают из угля

Важно знать, что чем раньше будет оказана помощь при отравлении, тем большего эффекта можно будет добиться. При первых признаках нездоровья необходимо принять 6-8 таблеток активированного угля, запив их достаточным количеством воды

Измельченные таблетки можно размешать в стакане с водой и выпить. Учитывая, что уголь не растворяется в воде, полученную взвесь нужно хорошенько взболтать перед употреблением

При первых признаках нездоровья необходимо принять 6-8 таблеток активированного угля, запив их достаточным количеством воды. Измельченные таблетки можно размешать в стакане с водой и выпить. Учитывая, что уголь не растворяется в воде, полученную взвесь нужно хорошенько взболтать перед употреблением.

Прием препарата продолжают до выздоровления, за раз выпивают 3-4 таблетки.

В случае острой интоксикации предварительно очищают желудок углем, разведенным в воде (10-20 г угля на 0,1 л воды), а затем дают больному 6-8 таблеток.

Алкогольное отравление лечится по такой же схеме, инструкция к препарату рекомендует принимать 3-5 таблеток за час-два перед алкоголем, чтобы снизить ущерб, наносимый организму.

При сильной рвоте предварительно необходимо принять противорвотные препараты, а только затем – активированный уголь.

Коксование тяжёлых нефтяных остатков[править | править код]

Нефтяной кокс получают коксованием жидких нефтяных остатков и пеков, при крекинге и пиролизе продуктов перегонки нефти, электродный пековый кокс — коксованием высокоплавкого каменноугольного пека. Нефтяной и электродный пековый кокс являются основным сырьём для производства электродов. Нефтяной и электродный пековый кокс имеют по сравнению с каменноугольным очень низкую зольность, как правило, не выше 0,3 % (до 0,8 % у нефтяного кокса)[1].

Коксование тяжёлых нефтяных остатков является разновидностью глубокого термического крекинга углеводородов с целью получения нефтяного кокса и газойлевых фракций. Осуществляется при 420—560 °C и давлениях до 0,65 МПа. Продолжительность процесса варьирует от десятков минут до десятков часов. Сырьём для процесса служат: тяжёлые фракции перегонки нефти, остатки деасфальтизации, термического и каталитического крекинга, пиролиза бензинов и газойлей.

Сущность процесса состоит в последовательном протекании реакций крекинга, дегидрирования, циклизации, ароматизации, поликонденсации и уплотнения с образованием сплошного «коксового пирога». Выделяющиеся летучие продукты подвергают ректификации для выделения целевых фракций и их стабилизации, кубовый остаток возвращают в процесс. Готовый кокс периодически выгружают, подвергают сушке и прокаливанию.

По аппаратурному оформлению различают: замедленное коксование в необогреваемых камерах (для получения малозольного кокса), обогреваемых кубах (для получения электродного и специальных видов кокса), коксование в «кипящем слое» порошкообразного кокса (так называемый «термоконтактный крекинг»). При сочетании последнего способа с газификацией кокса в процесс могут быть вовлечены кроме нефтяных остатков природные асфальты и битумы.

Деструктивная гидрогенизация

Этот способ переработки каменного угля направлен на преобразование твердого топлива в “синтетическую нефть” при температуре 400-500 °C и под действием водорода. Идея такой переработки появилась еще в 20-е годы прошлого столетия. В 30-40-е годы построены первые промышленные предприятия на территории Германии и Великобритании, а вот в СССР процесс в промышленных масштабах стали использовать лишь в 50-х.

переработка каменного угля

В качестве катализаторов при нефтепереработке используется смесь из алюминия, молибдена и кобальта. Изначально и для угля использовали ее же, но, как оказалось, процесс можно сделать значительно дешевле, без потери эффективности, применив в качестве катализатора широко распространенную железосодержащую руду — магнетит, пирит или пирротит. Такой результат легко было просчитать, если знать, что катализ идет опосредованно. Уголь переходит в жидкую фазу не под действием молекул водорода, а через перенос атомов водорода от молекул органического растворителя к молекулам составляющей угля. Катализатор нужен лишь для восстановления растворителем свойств, потерянных во время отщепления атомов водорода.

См. также[править | править код]

  • Сухая перегонка
  • Коксовая батарея

5. Плазмохимические процессы переработки каменного угля

Которые в настоящее время являются самыми перспективными, потому что они являются полностью автоматизированными, предотвращают выбросы в окружающую среду золы, оксидов серы и других вредных веществ. И для этих процессов необходимо оборудование небольших размеров.

Образование и происхождение пластов каменного угля

Появление каменного угля на Земле относится к далекой Палеозойской эре, когда планета находилась еще в стадии развития и имела совершенно чуждый для нас вид. Формирование пластов каменного угля началось примерно 360.000.000 лет назад. Происходило это в основном в донных отложениях доисторических водоемов, где миллионы лет накапливались органические материалы.

Проще говоря, уголь — это останки тел гигантских животных, стволов деревьев и прочих живых организмов, погружавшихся на дно, истлевавших и прессовавшихся под толщей воды. Процесс формирования залежей довольно длительный, и для образования угольного пласта требуется как минимум 40.000.000 лет.

Что являет собой активированный уголь

Грубо говоря, активированный уголь – это углерод практически без примесей, имеющий вид очень легкого и очень пористого вещества. На самом деле, очень пористого – поверхность 1 грамма готового вещества в зависимости от способа изготовления может иметь поверхность от 500 до 1800 м² — только представьте, таблетка, которую вы принимаете, отравившись, имеет поверхность площадью более километра квадратного!

Изготовляют уголь из множества различных видов сырья, как минеральных, так и органических. Для разных марок и назначений это может быть древесный уголь, каменный уголь, нефтяной кокс, торф, скорлупа грецких и кокосовых орехов, плодовые косточки и многое другое. Медицинский активированный уголь производят именно из кокосового угля.

Литература[править | править код]

  • Гл. ред. Е. А. Козловский. Горная энциклопедия в пяти томах. Том 2. — Москва: Советская энциклопедия, 1985. — 575 с.

Стоимость ископаемого

Каменный уголь – недорогое ископаемое. Антрацит стоит от 8000 до 11000 рублей за тонну, длиннопламенный уголь мелкой фракции можно купить за 4000–6000 рублей.

Каменный уголь – универсальное и удивительное по функциональности для человека творение природы. Он помогает производить много используемых повседневно вещей, а также топить дома и бани.

Вам доводилось использовать каменный уголь? Поделитесь статьей с друзьями и знакомыми.

Каменный уголь

Куда большую популярность в топливной энергетике имеет каменный уголь. Он намного старше бурого угля – возраст каменных отложений составляет порядка 350 млн лет. Каменный уголь куда более крепкое, твёрдое и тяжёлое полезное ископаемое, которое обычно залегает на глубинах от 2 км.

В этой горной породе чёрного цвета с матовым блеском содержится 75-95% углерода и при этом всего 5-6% влаги. За счёт высокой теплоты сгорания – около 5500-7500 ккалкг – каменный уголь горит гораздо лучше, чем бурый.

Что делают из угляФото: depositphotos.com

По степени углефикации каменный уголь разделяют на множество разновидностей. Среди марок угля сегодня выделяют длиннопламенный (Д), газовый (Г), жирный (Ж), коксовый жирный (КЖ), коксовый (К), отощённый спекающийся (ОС), тощий (Т) и антрацит (А).

Все подвиды каменного угля отличаются степенью выхода летучих веществ, элементарным составом, теплотой сгорания, объёмным весом и выходом летучих веществ. Например, у каменных углей марок Г и Д выход летучих веществ составляет 30-50%, марок Т – 13%, А – 2-9%.

В тощих углях много углеродов, но мало летучих веществ и битумов. К газовым и жирным относятся угли с большим содержанием летучих веществ. А коксовые угли имеют наибольшую теплоту сгорания – свыше 8 тысяч ккал/кг.

Территория России изобилует количеством каменноугольных
бассейнов, рассредоточенных в самых разных регионах. Главные «угольные» точки
находятся в Минусинском, Кузнецком, Ленском, Тунгусском, Таймырском, Печорском,
Южно-Якутском и Буреинском бассейнах.

Так, на территории Минусинского бассейна залегает около 2,7 млрд т каменного угля. А в Кузнецком угольном бассейне хранится порядка 61,6 млрд т разведанных запасов углей.

Также к крупнейшим месторождениям каменного угля причисляют Эльгинское месторождение в Якутии: его запасы составляют порядка 2,2 млрд т. Ещё одно месторождение – Элегестское (Тува) – обладает запасами в около 20 млрд т.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...