2014-06-23

Кам'яне вугілля

3.7962962962963 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 3.80 (27 голосів)

Кам'яне вугілля

Кам'яне вугілля – осадова порода, яка є продуктом глибокого розкладання залишків рослин (деревовидних папоротей, хвощів і плаунів, а також перших голонасінних рослин). За хімічним складом – це суміш високомолекулярних поліциклічних ароматичних сполук з високою масовою часткою вуглецю, а також води і летких речовин з невеликими кількостями мінеральних домішок. При спалюванні вугілля отримують золу.

Кам'яне вугілля можна поділити на три види залежно від його основного компоненту – органічної речовини: гумоліт, сапропеліт, сапрогумоліт. Найчастіше зустрічається гумоліт, базовим матеріалом якого були останки вищих рослин.

Історія

Практично неможливо встановити точну дату, але десятки тисяч років тому людина, вперше познайомившись із кам'яним вугіллям, почала постійно стикатися з ним. Так, археологи знайшли доісторичні розробки покладів вугілля. Відомо, що з кам'яним вугіллям люди були знайомі в період древньої культури, але факти про його використання відсутні. Пізніше, в Римі, робилися спроби знайти шляхи його використання, але лише в часи Аристотеля з'явився опис деяких фізичних властивостей вугілля, а в 315 році до н.е. його учень описує вугілля як горючий матеріал і називає його «антраксом» (пізніше з'явилася назва «антрацит»). Застосування вугілля в середні віки як палива для жител заборонялося через кіптяву і поганий запах. Проте, потреба в паливі привела до необхідності його використання, про що свідчить перший документ про розробку кам'яного вугілля, випущений в Англії у 1239 році. У XIII столітті кам'яне вугілля почали застосовувати для цієї мети в Бельгії, а в XIV столітті – у Франції та Німеччині.

В результаті промислової революції XVIII століття була розроблена парова машина Уайта, яка дозволила розміщувати підприємства поблизу джерел сировини і ринків збуту, а не тільки по берегах великих водойм, що використовувалися як джерела енергії. У цей період кам'яне вугілля стало основним енергоносієм, необхідним для розвитку промисловості і транспорту.

Походження кам’яного вугілля

Наука про генезис твердих горючих копалин на підставі численних фактів (виявлення у вугільних пластах відбитків листя, кори, стовбурів дерев, спор і т. д., використання ізотопного методу аналізу) незаперечно довела й обґрунтувала теорію про їх органічне походження. Разом з тим складність природних процесів вуглеутворення і вплив на ці процеси таких факторів, як клімат, умови середовища відкладення, температура, тиск, час та ін., привели до виділення хімічних, мікробіологічних і геологічних аспектів теорії генезису. Досі немає єдиної думки про те, які компоненти органічних речовин є вихідним матеріалом при утворенні різного вугілля, немає єдиної схеми і його генетичних перетворень.

Видобуток кам'яного вугілля

Спосіб видобутку вугілля залежить від глибини його залягання. Розробка ведеться відкритим способом, якщо глибина залягання вугільного пласта не перевищує 100 метрів. Часто буває так, що при все більшому заглибленні вугільного кар'єра далі вигідно вести розробку вугільного родовища підземним способом. Для добування вугілля з великих глибин використовуються шахти.

Кам'яне вугілля: застосування

Застосування кам'яного вугілля дуже різноманітне. Воно застосовується як побутове, енергетичне паливо, як сировина для металургійної та хімічної промисловості, а також для добування з нього рідкісних елементів. Вугільна, коксохімічна промисловість, галузі важкої промисловості здійснюють переробку кам'яного вугілля методом коксування.

Основні напрямки хімічної переробки

Екстракція

При обробці кам’яного вугілля розчинниками добуваються бітуми, кількість і склад яких залежать від хімічної природи як використаних розчинників, так і обробленого вугілля. Застосування розчинників, що киплять при температурі не вище 100 °С, дозволяє добувати компоненти вугільної речовини без зміни їх складу і твердих залишків, що має велике значення для вивчення хімічної структури вугілля.

Бітуми – це суміші смол, восків і жирів, які за складом поділяються на групи А, В і С. Виділення сумішей залежить від умов екстракції та хімічного складу розчинника.

Окислення

Окислення вугілля – складний фізико-хімічний процес, в результаті якого змінюються склад і властивості вихідної речовини. Волога, пористість, тріщинуватість, мінеральні домішки, зміна кліматичних умов підвищують окислюваність вугілля. Оскільки окислення вугілля – екзотермічний процес, вогнища місцевого перегріву приводять до виникнення пожежі. Окислення при підвищених температурах дозволяє отримати щавлеву, бензолкарбонову кислоту, а також водонерозчинні гумінові кислоти.

Газифікація

До процесів окисної переробки кам'яного вугілля відноситься газифікація, в результаті якої отримують необхідну сировину для виробництва синтетичного рідкого палива і ряду хімічних продуктів. Перспективність цього методу пояснюється і тим, що як вихідний матеріал для виробництва СО–Н2 можуть використовуватися практично будь-які органічні продукти. В основі цього процесу, що полягає у взаємодії вугілля з киснем, повітрям, збагаченим киснем, діоксидом вуглецю, водяною парою або сумішшю цих речовин, лежить реакція неповного окислення вихідного органічного продукту. Зміна співвідношення цих компонентів, умов процесу та застосування каталізаторів дозволяють отримувати суміші СО і Н2 різного складу (основні продукти), а також СО2, СН4 і СnН2n.

Коксування

При коксуванні 1 т вугілля утворюється 120 – 150 кг коксового газу, 10 – 11 кг сирого бензолу, 80 – 90 кг аміачної води та інші продукти, вихід яких залежить від типу вугілля, глибини його помелу, а також від параметрів процесу. Продукти, що виділяються при коксуванні вугілля, широко використовуються у виробництві пластмас, фарб, засобів захисту рослин, пластифікаторів і в'яжучих речовин, інгібіторів корозії металів, стабілізаторів, адсорбентів і вуглецевих матеріалів, в органічному синтезі для отримання гетероциклічних і ароматичних поліциклічних вуглеводнів, фенолів і основ.

Термічна переробка вугілля

Під термічною переробкою кам'яного вугілля (піролізом) розуміють процеси, що відбуваються при нагріванні вугілля за відсутності будь-яких реагентів. Під термічною переробкою розуміють часто і газифікацію вугілля, хоча при цьому використовуються і додаткові реагенти, найчастіше окислювачі, але іноді і водень або метан.

Термічна переробка твердих палив застосовується для отримання облагороджених вуглецевих твердих матеріалів, а також рідких і газоподібних продуктів. Як правило, термічну переробку кам'яного вугілля ведуть при відсутності каталізаторів. Відсутні також складні системи рециркуляції, що визначає достатню простоту апаратурного оформлення.

Гідрогенізація

На початку XX століття, коли відомі на той час нафтоносні родовища не могли задовольнити швидко зростаючі потреби промисловості і транспорту в рідкому паливі, велику увагу приділяли розвитку процесів переробки бурого і кам'яного вугілля, причому спочатку в промислових масштабах був реалізований метод деструктивної гідрогенізації. Саме гідрогенізацій ним процесам приділялося найбільше уваги в різних країнах при розподілі коштів на наукові розробки. І це не випадковість, адже гідрогенізація дозволяє здійснювати пряме перетворення вихідного вугілля в синтетичну нафту з більш високим енергетичним ККД, ніж при його переробці в процесах, де як первинна стадія використовується газифікація.

На відміну від процесів газифікації та термічної переробки деструктивна гідрогенізація є процесом прямого зрідження кам'яного вугілля в синтетичне рідке паливо і сировину для хімічної промисловості. У процесах термічної переробки вугілля також отримують рідкі продукти, але їх утворюється значно менше, ніж в умовах гідрогенізації, і представлені вони важкими для переробки смолами.

 

Читайте також:

 

Коментарі:

blog comments powered by Disqus