Что делают из угля

Все о каменном угле: описание, свойства и подробная классификация, добыча, применение

Для обогрева помещений, получения химических соединений, редких элементов, производства лаков, красок, пластмассы и прочих нужных продуктов используется каменный уголь. Он недорог, несложен в обработке и незаменим в промышленности.

Что такое каменный уголь

Каменный уголь – это полезное ископаемое, добыча которого необходима для жизнедеятельности человека. С его помощью осуществляются многие процессы, где требуется тепловое воздействие, добываются редкие химические элементы. Ранее им топили печи, но это уходит все дальше в прошлое.

Внешне это блестящий или матовый, неровный черный или темно-бурый экземпляр, напоминающий камень, но не являющийся таковым. В отличие от камня, он крошится в руках при нажиме и горит.

Классификация каменных углей

В основе классификации лежат химические и физические свойства ископаемого. Общее разделение:

  1. Бурый уголь – образовался позднее других видов. Отличается низкой температурой сгорания.
  2. Каменный – самый распространенный и используемый вид. Добывается открытым способом или в шахтах.
  3. Антрацит – наиболее древний и твердый представитель. Имеет самую большую температуру сгорания из всех видов.

Бурый уголь отличается от каменного:

  • цветом;
  • меньшим содержанием азота и углерода;
  • тем, что легче горит;
  • дает больше дыма;
  • выделяет меньше тепла.

Минерал разделяется по степени углефикации и размерам. На основе этих параметров была придумана и внедрена маркировка, отражающая характеристики конкретного сорта ископаемого. Это удобно для использования в промышленности.

Смотрите познавательный видеообзор про минерал:

По степени обогащения

Перед использованием добытую породу подвергают обработке – обогащению. Это увеличение содержания углерода за счет очищения от минеральных примесей, что повышает горючесть.

Часто применяется мокрый способ – ископаемое загружают в водную среду, в которой идет расслоение на примеси и камень. Это происходит из-за того, что минеральные добавки имеют меньшую плотность. Машины для такого обогащения называются отсадочными.

Промышленное разделение по степени обогащения минерала:

  1. Промпродукты. Используются в металлургии.
  2. Концентраты. Из них получают энергию для электростанций, отопления.
  3. Шламы – мелкая угольная пыль. Идет для нужд населения, для этого ее прессуют в брикеты.

По степени углефикации

Углефикация – процесс превращения торфа в бурый уголь или каменного – в антрацит. Это степень насыщения углеродом конкретного куска ископаемого, определяющая его свойства – горючесть, спекаемость, теплоту сгорания. Зависит от возраста – чем он меньше, тем ниже степень углефикации.

По размерам

Добываемые ископаемые отличаются по длине и ширине (это называется фракция), потому существует классификация, где куски определенного размера имеют свое название, сокращенно обозначаемое одной буквой.

Иногда такое разделение называется сортом. Хотя используется буквенное обозначение, к маркам это не имеет отношения.

Классификация по размерам (фракциям):

НазваниеРазмер, мм
Плитный (П)Более 100
Крупный (К)51–99
Орех (О)25–50
Мелкий (М)13–24
Семечко (С)6–12
Штыб (Ш)Менее 6
Рядовой (Р)Несортированный, имеющий в составе куски разного размера

Марки каменного угля

Минерал подразделяют на марки, деление основано на составе и способности к горению:

  • длиннопламенные (Д);
  • газовые (Г);
  • газовые жирные (ГЖ);
  • жирные (Ж);
  • коксовые жирные (КЖ);
  • коксовые (К);
  • отощенные спекающиеся (ОС);
  • тощие (Т);
  • слабоспекающиеся (СС);
  • полуантрациты (ПА);
  • антрациты (А).

Каменный уголь марки Д чаще других используется в ЖКХ и энергетике благодаря следующим свойствам:

  • много летучих веществ (от 39 %);
  • мало серы (менее 0,5 %);
  • мало золы;
  • теплота сгорания 4700–5400 ккал/кг – это хороший показатель;
  • содержание воды – 15–16 %;
  • высокая теплоотдача.

Камень отличается ярким блеском, добывается на территориях Красноярского края и Хакасии.

Происхождение каменного угля

Минерал начал образовываться задолго до появления человека. Примерный возраст – 400–200 миллионов лет. До сих пор у ученых нет однозначного мнения касательного того, растения какой группы образовали залежи каменного угля. Большинство считают, что это папоротниковидные.

Существуют 4 основные теории, пытающиеся объяснить, как образовался каменный уголь:

  1. Самая распространенная – образование торфа, а затем угля произошло из-за распада папоротников, плаунов, хвощей. Однако эта теория не может объяснить пласты ископаемых толщиной в 400–700 метров. Ведь для образования 500 метров ископаемых требуется 2000 метров торфа, т. е. растения одних видов должны были произрастать на территории миллионы лет без изменений погодных условий.
  2. Термическая теория – медленное тление растительных остатков в условиях среды с малым содержанием кислорода с постепенным превращением в обычный уголь, а затем – в каменный. Однако при этом внутри ископаемых не сохранились бы части растений.
  3. Версия с морской водой. Упав в океан, растения подвергались длительному процессу углефикации, находясь под давлением и без кислорода. Теория подтверждается морскими находками – водорослями, песком.
  4. Абиогенная – уголь появлялся путем нагревания метана в присутствии водорода и углекислого газа. По этой теории, находки в пластах являются не остатками растений, а пиролитическим графитом, потому нельзя достоверно определить возраст добываемых ископаемых.

При добыче и обработке в пластах ископаемого иногда встречаются удивительные находки:

  • вертикально стоящие стволы деревьев;
  • огромные каменные глыбы весом до 73 кг, имеющие метаморфическое или вулканическое происхождение;
  • изделия из золота и металла, что указывает на продолжающийся процесс углеобразования;
  • моллюски, раковины, кольчатые черви;
  • округлые предметы, напоминающие яйца динозавров.

За происхождение каменный уголь называют консервами солнечной энергии – растения способны накапливать ее в листьях, побегах.

Месторождения и добыча породы

Ископаемое широко распространено – его запасы составляют 15 % от всей суши. Тройка стран-лидеров по добыче каменного угля:

  1. США – мировой лидер. Процент залежей составляет 23 – это более 1600 миллиардов тонн.
  2. Россия. Залежи оцениваются в 13 %.
  3. Китай. Показатель стремится к 11 %.

В России каменный уголь добывают в Кемеровской области, в Кузнецком месторождении, где находится 640 миллиардов тонн ископаемых. Открытие произошло в 1721 году М. Волковым. В 1842 году П. Чихачев оценил запасы бассейна. Во 2-й половине XIX века в Кузбассе начали добывать каменный угль.

В Якутии находится Эльгинское месторождение, его запасы составляют около 2 миллиардов тонн, в Тыве перспективны для разработки Элеготсткие залежи. Другие бассейны – Ленский, Тунгусский, Иркутский, Южно-Якутский, Печерский.

В США самые большие залежи расположены в штате Иллинойс (запас более 360 миллионов тонн).

В Казахстане находится 162 миллиарда тонн ископаемого. Одно из самых крупных месторождений – Экибастузское, другие бассейны:

  • Шубарколь и Кызылтал – по 2 миллиарда тонн;
  • Шоптыколь, Мамыт и Эгинсай – по 1 миллиарду тонн;
  • Каражыра – 890 миллионов тонн.

Сферы применения каменного угля и способы его добычи

Уголь – порода, образующаяся в толще земли за счет отложения остатков органических соединений, минеральных веществ. Основное предназначение – топливо, в том числе энергетическое и жидкое. Уголь используется в металлургии, деревообрабатывающем и химическом производстве.

Процесс образования и состав

Запас породы сформировался в палеозойскую эру и залегает в толще земли более, чем на километр вглубь. Для образования необходимо наличие торфа в грунте. Однако торф не сразу превращается в пласт угля, для этого нужны определенные условия:

  • длительное время;
  • высокие температуры;
  • отсутствие кислорода;
  • давление на породу в почве.

В таких условиях естественные природные газы испаряются, как и влага. Взамен этого образуется углерод, преобразующийся в бурый или каменный уголь.

Химический состав угля включает в себя:

Процентное соотношение составляющих компонентов напрямую зависит от возраста породы:

  1. Молодой уголь – бурый, состав: до 60% углерода, 20% кислорода, 6% водорода, 4% серы и 3% азота.
  2. В каменной породе содержание кислорода снижено до 30%, а углерод возрастает до 70%.
  3. Старый уголь – антрацит, содержит в себе свыше 95% углерода с минимальным количеством влаги и примесей.

Чем старше возраст ископаемой породы, тем выше температура сгорания.

Добыча угля

В зависимости от того, на какой глубине прослеживается залегание породы, добыча осуществляется тремя способами:

  • гидравлическим;
  • шахтным;
  • карьерным угольным или открытым.

У каждого метода имеются преимущества и недостатки, влияющие на цену и качество материала.

Гидравлический способ

Метод добычи отличается простотой и относительной безопасностью. Доставка каменного угля на поверхность производится за счет водной струи, подаваемой под сильным давлением. Недостатком является постоянный контакт воды с инструментами, техникой и самой породой, вследствие чего возникают регулярные поломки механизмов. Если порода твердая, а угол наклона шахты не разрешает направить струю в нужном направлении, добыть уголь будет затруднительно.

Шахтный способ

Такой метод позволяет добывать породу на большой глубине. Преимущество угля в шахтах – высокое качество и отсутствие примеси посторонних материалов. Для разработки бурят вертикальные и горизонтальные штольни, по которым спускаются рабочие и поднимается порода. Самая большая глубина шахты 1500 метров. Такой способ добычи несет в себе ряд опасностей:

  • внезапное затопление объекта подземными водами;
  • выброс в штольни сопутствующих разработке газов, которые способны воспламеняться, взрываться и вызывать отравления людей;
  • подъем высокой температуры, приводящий к несчастным случаям на производстве.

Неукоснительное соблюдение техники безопасности минимизирует риск аварий и чрезвычайных происшествий.

Открытый способ

Такой метод добычи безопасный и наиболее распространенный. Над залежами породы снимают верхний слой земли. С помощью бульдозеров, экскаваторов и других специальных машин дробят и транспортируют ископаемые. Недостаток таких разработок – нанесение вреда окружающей природе, поскольку снятие плодородного слоя земли производится на огромной площади.

Виды угля

Существует несколько видов, отличающихся друг от друга составом и удельной теплотворной способностью. Одни используются на производстве, другие для отопления бытовых строений. Типы угля:

  • Лигнит – черного цвета с коричневыми оттенками, применяется в энергетической промышленности. Малопригоден для хранения в бытовых условиях. Его отличительная черта – минимум влажности и максимум теплоотдачи.
  • Суббитоминозный вид – содержит до 30% влажности, легко крошится, обладает высокой теплотворностью. Применяют уголь для отопления в жилых домах.
  • Битуминозный вид – плотный материал, более пригодный для перевозки. При сжигании выделяет много тепла, применяется для коксования.
  • Антрацит – качественный и дорогой уголь, отличается твердостью, плотностью и высоким содержанием углеводорода. Черного или серо-черного цвета с глянцевым блеском, с хорошей электропроводностью. При горении не коптит, подходит для отопления жилых помещений.
  • Длиннопламенный – с хорошей теплотворностью, быстро сгорает, образуя длинное пламя. Используется для обогрева общественных зданий, отличается низкой себестоимостью.

В отдельную группу относят древесный уголь, содержащий органические вещества. Он долго горит, выделяя много тепла, подходит для каминов и мангалов. Древесная зола применяется как удобрение и питательное вещество для растений. Древесный вид используют в производстве чугуна из-за его устойчивости к коррозии.

Выделяют активированный уголь, имеющий пористую структуру и содержащий до 97% углерода. Применяется в быту для очищения воды через угольный фильтр, ухода за мебелью, удаления неприятных запахов. В медицине используется как адсорбирующее вещество при отравлении и вздутии живота.

Применение угля

В старые времена уголь использовали только как топливо, теперь область применения значительно шире. Можно из тепловой энергии, выделяемой при сгорании, получать электрическую и преобразовывать в жидкое топливо.

Читайте также:  Барбикюшная своими руками из кирпича порядовая кладка

Каменный уголь – уникальная порода, содержащая металлы германия и галлия. Из него же получают коксовый газ, преобразуют в бензол, который применяется для изготовления лаков, красок, резины. Область использования каменного угля охватывает процесс переработки в фенолы и углеводороды с ароматическим основанием. Переработанные субстанции направляют на производство цинка, графита, свинца и других, необходимых для промышленности, материалов.

  • В металлургии, как компонент для спекания известняка и железа, для восстановления металла и дополнительного насыщения углеводородами. Использование в доменных печах позволяет снизить загрязнение атмосферы при выбросе в воздух летучих химических соединений.
  • Как фильтр для сточных и питьевых вод. Такое применение возможно из-за высоких адсорбирующих свойств антрацита.
  • В химической промышленности для производства таких веществ, как сера, графит, цинк.
  • В электроэнергетике, сжигая в печах специальной конструкции с хорошим доступом кислорода. Обычно принудительно нагнетают воздух в топку для того, чтобы антрацит полностью сгорал, не оставляя твердых отходов.
  • В коммунальном хозяйстве, для обогрева жилых домов.

Бурый уголь дешевле каменного, хотя и не так популярен. Основное его применение – обогрев жилых домов и общественных зданий.В процессе перегонки получают топливо в жидком виде и сажу. Вытяжки в виде горного воска используют на предприятиях по деревообработке и в текстильном производстве.

Из этого же полезного ископаемого получают газ, состоящий из метановых, водородных и углеродных соединений. Процесс перегонки происходит в газогенераторах, где жар достигает 1000 градусов.

Из бурого угля методом гидрогенизации получают бензин высокого качества. Сырье соединяют с тяжелым маслом и водородом и доводят до температуры свыше 400 градусов. После промежуточных этапов перегонки достигается конечный результат – бензин.

Интересные факты о каменном угле, характеристика, виды, добыча, применение

Каменный уголь человек использует в качестве топлива еще с древних времен. С периода первого поиска угля он использовался для самых различных целей. Это были и приготовление пищи, и промышленное производство. За счет использования угля возможным стало и создание стали. С углем связано множество интересных фактов, а его роль в нашей жизни колоссальна. Именно благодаря каменному углю человечество смогло ощутимо продвинуться вперёд в плане промышленности, ведь это полезное ископаемое считается более энергоэффективным топливом, нежели древесина. До открытия методов перегонки нефти и перевоплощения её в бензин, мазут и другие горючие жидкости, именно каменный уголь служил главным источником энергии и тепла в целом.

Характеристики каменного угля

  • Каменный уголь — это осадочная порода, которая образована за счет разложения остатков таких растений как: все древовидные папоротники, хвощи, плауны и голосеменная растительность. Основные угольные запасы, что добываются на сегодня в мире, были образованы в палеозойской эре. Это произошло примерно 300-350 миллионов лет назад. Каменный уголь добывают уже несколько столетий, и именно он считается важным для человечества полезным ископаемым.
  • Состоит каменный уголь из смеси высокомолекулярных ароматических соединений, преимущественно углерода, а также из воды и летучих веществ с малым содержанием в них примесей. В зависимости от разновидности угля состав его и количество выделяемой теплоты может меняться. Также меняться может и количество возникающей золы. От такого соотношения будет зависеть и ценность угля, и его месторождения.
  • Плотность угля составляет 1,28-1,53 г/см3. Это немаловажная характеристика, ведь чем больше плотность ископаемого, тем большей будет и удельная теплота сгорания.
  • Содержание углерода в угле составляет 75-97%. Чем больше углерода имеется в топливе, тем меньше посторонних примесей там есть. Следовательно, при сжигании угля получится и большее количество выделяемого тепла.
  • Механическая прочность определяет, насколько хорошим является тот или иной каменный уголь, и как он перенесет транспортировку. Данный критерий может измениться в пределах 40 кг/см2.
  • Содержание серы в таком виде топлива 0,5-5,4%. Чем меньше там серы содержится, тем более безопасным будет его использование.
  • Выход летучих составляющих угля составляет от 2 до 45%.
  • Влажность топлива может меняется в пределах от 4 до 15%. Чем меньше влаги в каменном угле, тем более эффективным будет его сжигание. Влажные угли подвергаются выветриванию сильнее и крошатся быстрее.
  • Зольность угля — это та характеристика, которая определяет количество негорючих примесей. Чем меньшей будет зольность, тем большей станет удельная теплоемкость. Самая малая зольность у такого вида, как антрацит. Самые лучшие из антрацитов могут дать только 2% золы от общей массы. Приемлемым для использования является зольность до 30%. Самым низким показателем считается – 45%.
  • Удельная теплота сгорания каменного угля достигает 6500-8600 ккал/кг.

Виды угля

  • По собственному обогащению каменный уголь делится на: концентраты, промышленные продукты и шлам. Концентраты сжигаются для получения электроэнергии и отопления в паровых котлах, промышленные продукты используют в металлургии, а шлам – это фактически мелкая фракция и пыль после дробления полезного ископаемого.
  • По содержанию в себе углерода уголь делится на такие виды, как бурый и каменный. Бурый уголь — это частично сформированный каменный уголь, у которого невысокая теплота от сгорания. При перевозке и хранении он крошится и может самовозгораться. Каменный уголь бывает разных сортов и с разными характеристиками. Антрацит — это на сегодня самая качественная разновидность такого угля.
  • По сортовой принадлежности каменный уголь делится на антрациты и полуантрациты, на длиннопламенный и газовый длиннопламенный, на жирный и газовый жирный, на тощий и отощенный, на спекающийся и слабоспекающийся, на коксующийся и жирный коксующийся.
  • Антрациты и полуантрациты — это самый качественный, но недешевый уголь. Выделяется от него много тепла, но он нелегко разгорается. В обыкновенные отопительные котлы этот сорт угля засыпают лишь после того, как котел разгорелся.
  • Длиннопламенный и газовый длиннопламенный уголь – это оптимальное решение для отопления. Выбирая такой уголь по приемлемой цене можно получить длительное сгорание и отличное выделение тепла.
  • Жирный и газовый жирный уголь применяют для отопления в ограниченном количестве. Более широко его используют в металлургической промышленности.
  • Тощий и отощенный спекающийся уголь отличаются большой зольностью и низкой теплотворностью. Используют эти сорта в отоплении, но не они не очень эффективные: часто придется после них чистить котел от золы.
  • Слабоспекающиеся сорта каменного угля имеют характеристики, зависящие от месторождения. Это топливо тяжело разгорается, но горит долго и выделяет много тепла. Не существует особенных требований по объему топки или количеству загружаемого угля, но потребуется постоянный доступ достаточного количества воздуха без избытка.
  • Коксующиеся жирные сорта угля обладают достаточно высокой температурой сгорания. Для бытовых котлов применять их не желательно, ведь они не рассчитаны на подобные температуры и могут лопаться и оплавляться.

Месторождения каменного угля

  • Эльгинское месторождение в Сахе считается самым перспективным для открытой разработки. Площадь его составляет 246 км2. Месторождения угольные такого типа представляют собой пологую асимметричную складку. Угленосными будут отложения нижнего мела и верхней юры. Ключевые угольные пласты данного месторождения угля заложены в отложениях нерюнгринской и ундыктанской свиты. Угли там в основном полублестящие и с достаточно большим содержанием самого ценного компонента — витринита. Эльгинский каменный уголь при помощи специальной техники можно обогащать, что позволяет получить продукцию с более высоким качеством. Сильные пологие пласты такого каменного угля перекрываются отложениями маленькой мощности, что необычайно важно при добывании ископаемого открытым способом.
  • Элегестское месторождение в Туве имеет запасы примерно на 20 миллиардов тонн. И это подтверждают интересные факты о каменном угле. Огромная часть запасов располагается в одном пласте толщиной 6,4 м. Освоение данного месторождения на сегодня продолжается.
  • Минусинский угольный бассейн расположен в Республике Хакасия. Добывать каменный уголь там начали ещё в 1904 году. К самым крупным месторождениям относят Черногорское и Изыхское. Если верить оценкам геологов, то запасы угля на той территории составляют 2,7 миллиарда тонн. В бассейне преобладают каменные длиннопламенные угли с высокой теплотой сгорания. Уголь такого типа относят к среднезольному. Максимальная зольность является характерной для углей Изыхского месторождения, а минимальная – для углей Бейского месторождения. Добывать ископаемые там помогают как разрезы, так и шахты.
  • Кузнецкий угольный бассейн – это одно из самых крупных месторождений угля в мире. Кузбасс расположен в южной части Западной Сибири в неглубокой котловине между горами Алатау, Горной Шорией и Салаирским кряжем. Данная территория отнесена к Кемеровской области. Сокращение «Кузбасс» — это второе название области. Там добывают каменный уголь разными методами. На территории этого бассейна расположено 58 шахт и больше 30 разрезов. По качеству топливо «Кузбасса» разнообразное и отнесено к числу лучших углей. Мощность пластов угля, которая преобладает там, от 1,3 до 4,0 метров, но есть и более мощные пласты в 9-15 и даже в 20 метров, а в некоторых местах и до 30 метров. Максимальная глубина таких угольных шахт не превышает 500 метров. Средняя мощность разрабатываемых угольных пластов составляет 2,1 м, но до 25 % шахтной добычи угля приходится на пласты более 6,5 м.
  • Третье место по добыче угля занимает Китай. Крупными месторождениями этого государства считаются те, что расположены в угольном бассейне Шаньсина, в Великой Китайской равнине, в Датун и в Янцзы.
  • Большое количество каменного угля добывают и в Австралии – в штатах Новый Южный Уэльс и Квинсленд.
  • Крупный добытчик такого полезного ископаемого — Индия, и месторождения там расположены в северо-восточной части страны.
  • В месторождениях Саксонии и Саара, Рейн-Вестфалии и Бранденбурга в Германии добывают бурый и каменный уголь на протяжении 150 лет.
  • В Украине тоже есть 3 угольных бассейна: Донецкий, Днепровский и Львовско-Волынский. Там добывают антрациты, коксующийся и газовый уголь.
  • Достаточно масштабными месторождениями угля считают те, что находятся на территории Канады, Узбекистана, Колумбии, Турции, Северной Кореи, Таиланда, Казахстана, Польши, Чехии и ЮАР.

Как образуется каменный уголь?

Есть 2 теории появления каменного угля.

Самой популярной из них считается та, которой придерживается множество геологов. Она подразумевает под собой то, что растения, из которых состоит каменный уголь, скапливались в огромных пресноводных или торфяных болотах на протяжении множества тысяч лет. Эта теория говорит о росте растительности в местах обнаружения ископаемого и называется «автохтонной».

Вторая теория основана на том, что пласты каменного угля накапливались из перенесенных из других мест растений, которые и отложились на новом участке при затоплении. Другими словами, уголь возник из перенесенного растительного мусора. Данную теорию называют «аллохтонной».

Читайте также:  Водяной теплый пол в деревянном доме без стяжки

В любом случае, чтобы образовался каменный уголь, нужно много растительной массы. И лучше, если растительность будет накапливаться в одном месте и не успевать полностью разлагаться. Идеальным местом для этого считается болото. Вода там не обогащена на кислород, в связи с чем возникает препятствие для развития и жизнедеятельности бактерий.

Растительная масса, которая есть в болоте, не успевая полностью сгнивать, спрессовывается отложениями почвы. Таким образом получается торф, который и есть исходным материалом для получения угля. Следующие пласты почвы будто бы запечатывают торф в земле. В результате этого он полностью лишен доступа кислорода и воды, что превращает его в угольный пласт. Процесс такого типа достаточно длительный.

Добыча каменного угля

Добывают уголь закрытым или подземным методом. И это происходит вне зависимости от того, сколько тонн угля находят. Так строятся шахтные стволы и штольни. Шахтные стволы строятся, если глубина залегания каменного угля 45 метров и более. От нее ведутся горизонтальные тоннели в виде штольни.

Есть 2 системы закрытой добычи угля: камерно-столбовая и добыча длинными очистными забоями. Первая система является менее экономичной. Она используется только в тех ситуациях, когда обнаруженные угольные пласты мощные. Вторая система будет намного безопаснее и практичнее. Она позволит извлечь до 80% ископаемого и равномерно доставить уголь на поверхность.

Открытый метод применяется в тех ситуациях, когда уголь залегает неглубоко. При этом вначале проводится анализ твердости почвы, выясняется уровень выветриваемости и слоистость покрывающего слоя. Если грунт над угольными пластами мягкий, то достаточно будет применения бульдозера и скрепера. Если верхний пласт толстый, то пригоняются экскаваторы и драглайны. Пролегающий над каменным углем мощный слой твердой породы взрывается. Это простое объяснение добычи угля для детей.


Продукты угля

Каменный уголь появился на планете Земля около 360 миллионов лет назад. Данный отрезок нашей истории ученые именовали Карбоном или Каменноугольным периодом. В это же время фиксируется и появление первых наземных рептилий, первых крупных растений. Погибшие животные и растения разлагались, а колоссальное количество кислорода активно способствовало ускорению этого процесса. Сейчас на нашей планете присутствует лишь 20% кислорода, а в то время животные дышали полной грудью, ведь количество кислорода в атмосфере Карбона достигал 50%. Именно такому количеству кислорода мы обязаны современным богатством угольных залежей в недрах Земли.
Но уголь – это еще не все. Вследствие различных видов переработки из угля получают огромное количество разнообразных полезных веществ и продуктов. Что делают из угля? Именно об этом мы поговорим в данной статье.

Основные продукты угля

Самые скромные подсчеты говорят о том, что продукты угля составляют 600 наименований.
Ученые разработали различные методы получения продуктов переработки каменного угля. Метод переработки зависит от желаемого конечного продукта. Например, чтобы получить чистые продукты, такие первичные продукты переработки каменного угля – коксовый газ, аммиак, толуол, бензол – применяют жидкие промывочные масла. В особых аппаратах обеспечивается герметизация продуктов и защита их от преждевременного разрушения. Процессы первичной переработки предполагают и метод коксования, при котором каменный уголь нагревается до температуры +1000оС при полностью перекрытом доступе кислорода.
По окончанию все необходимых процедур любой первичный продукт дополнительно очищается. Основные продукты переработки каменного угля:

  • нафталин
  • фенол
  • углеводород
  • салициловый спирт
  • свинец
  • ванадий
  • германий
  • сера
  • цинк.

Без всех этих продуктов наша жизнь была бы намного сложнее.
Взять хотя бы косметологическую промышленность, она является наиболее полезной для людей областью применения продуктов переработки угля. Такой продукт переработки угля, как цинк широко применяется для лечения жирной кожи и угревой сыпи. Цинк, а также серу добавляют в кремы, сыворотки, маски, лосьоны и тоники. Сера ликвидирует имеющееся воспаление, а цинк предупреждает развитие новых воспалений.
Кроме этого, лечебные мази на основе свинца и цинка применяют для лечения ожогов и травм. Идеальным помощником при псориазе является тот же цинк, а также глинистые продукты каменного угля.
Каменный уголь является сырьем для создания отличных сорбентов, которые применяются в медицине для лечения заболеваний кишечника и желудка. Сорбенты, в составе которых присутствует цинк, используют для лечения перхоти и жирной себореи.
В результате такого процесса, как гидрогенизация, из каменного угля на предприятиях получают жидкое топливо. А продукты сжигания, которые остаются после этого процесса, являются идеальным сырьем для разнообразных стройматериалов, имеющих огнеупорные свойства. К примеру, именно таким образом создается керамика.

Направление использования угпей различных технологических марок, групп и подгрупп

Марки, группы и подгруппы

1.1. Слоевое коксование

Все группы и подгруппы марок: ДГ, Г, ГЖО, ГЖ, Ж, КЖ, К, КО, КСН, КС, ОС, ТС, СС

1.2. Специальные процессы подготовки к коксованию

Все угли, используемые для слоевого коксования, а также марки Т и Д (подгруппа ДВ)

1.3. Производство генераторного газа в газогенераторах стационарного типа:

Марки КС, СС, группы: ЗБ, 1ГЖО, подгруппы — ДГФ, ТСВ, 1ТВ

Группа 2Т, а также антрациты

1.4. Производство синтетического жидкого топлива

Марка ГЖ, группы: 1Б, 2Г, подгруппы — 2БВ, ЗБВ, ДВ, ДГВ, 1ГВ

Марка ДГ, группы: 1Б,1Г,подгруппы — 2БВ, ЗБВ, ДВ

1.6. Производство углеродистого наполнителя (термоантрацита) для электродных изделий и литейного кокса

Группы 2Л, ЗА, подгруппы — 2ТФ и 1АФ

1.7. Производство карбида кальция, электрокорунда

Все антрациты, а также подгруппа 2ТФ

2.1. Пылевидное и слоевое сжигание в стационарных котельных установках

Вес бурые угли и атрациты.а также неиспользуемые для коксования каменные угли. Для факельно-слоевого сжигания антрациты не используются

2.2. Сжигание в отражательных печах

Марка ДГ, i руппы — 1Г, 1СС, 2СС

2.3. Сжигание в подвижных теплоустановках и использование для коммунальных и бытовых нужд

Марки Д, ДГ, Г, СС, Т, А, бурые yгли, антрациты и неиспользуемые для коксования каменные угли

3. Производство строительных материалов

Марки Д, ДГ, СС, А, группы 2Б и ЗБ; неиспользуемые для коксования марки ГЖ, К и группы 2Г, 2Ж

Марки Б, ДГ, СС, ТС, Т, Л, подгруппа ДВ и неиспользуемые для коксования марки КС, КСН, группы 27, 1ГЖО

Неиспользуемые для коксования угли

4. Прочие производства

4.1. Углеродные адсорбенты

Подгруппы: ДВ, 1ГВ, 1ГЖОВ, 2ГЖОВ

4.2. Активные угли

Группа ЗСС, подгруппа 2ТФ

4.3. Агломерация руд

Подгруппы: 2ТФ, 1АВ, 1АФ, 2АВ, ЗАВ

Продукты коксования угля

Коксующийся уголь – это уголь, который при помощи промышленного коксования дает возможность получить кокс, представляющий собой техническую ценность. В процессе коксования каменных углей обязательно учитывается их технический состав, коксуемость, спекаемость, и прочие характеристики.
Как же протекает процесс коксования угля? Коксование является технологическим процессом, который имеет конкретные стадии:

  • подготовка к коксованию. На этом этапе происходит измельчение и смешение угля с образованием шихты (смеси для коксования)
  • коксование. Этот процесс осуществляется в камерах коксовой печи с применением газового нагрева. Шихта помещается в коксовую печь, где на протяжении 15 часов осуществляется нагревание в условиях температуры примерно 1000 °C
  • образование «коксового пирога».

Коксование – это совокупность процессов, происходящих в каменном угле при его нагревании. При этом из тонны сухой шихты получается около 650–750 кг кокса. Его применяют в металлургии, используют в качестве реагента и топлива в некоторых отраслях химической отрасли. Кроме этого, из него создают карбид кальция.
Качественные характеристики кокса – это горючесть и реакционная способность. Основные продукты коксования угля, помимо собственно кокса:

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.

Что такое древесный уголь

Уголь из древесины, так же как и любой другой, содержит преимущественно углерод. Главной характеристикой древесного угля, определяющей сферы его использования, является высокая пористость. При термической реакции в среде без кислорода или с небольшим его содержанием образуется углеродный каркас, в большой мере похожий на природную структуру капилляров в стволе дерева.

Наличие большого количества микроскопических полостей объясняет отличную поглощающую способность продукта. Если в порах присутствует кислород, то материал легко горит с выделением тепла.

Массовая доля углерода в схожих объектах составляет:

  • древесный уголь – 50 %;
  • торф – около 60 %;
  • каменный уголь – чуть больше 80 %;
  • антрацит – около 95 %.

В свежеполученном древесном угле суммарное содержание кислорода и азота достигает 44 %, что является максимальным показателем при сравнении с угольными ископаемыми.

При хранении в окружении теплого воздуха в течение одного часа уголь, только что полученный из древесины, может увеличиться в массе на 2 % за счет поглощения кислорода. Если объем порции изначально был большой, то нельзя исключить реакции самовозгорания. Поэтому продукт, сделанный из древесного сырья, сначала стабилизируют в специальном режиме, затем упаковывают и хранят в безопасных условиях.

Технология процесса

Получать угольную массу из древесины научились интуитивно в древнейшие времена, сначала закладывая дрова в ямы, затем в кучи на поверхностных площадках. Сверху собранную древесину засыпали землей, оставляя небольшие отверстия. Процесс называли углежжением. Название сохранилось до настоящего времени для обозначения полукустарной производственной технологии или кустарной, реализуемой в домашних условиях.

Со временем оснащение, автоматизация реакции карбонизации (углежжения) приобрели цивилизованный вид, позволяющий исключить доступ воздуха, обеспечить контролируемое нагревание реакционной массы до требуемых температур, поддерживать постоянство термического режима.

Обратите внимание! Процесс получения древесного угля с использованием современных технологий называется пиролизом.

При механизированной термодеструкции параллельно образующиеся газы и жидкости выводятся из рабочей зоны. Из них получают ценные продукты или сжигают, используя образующееся тепло для нагревания реактора.

В связи с отличиями в технологиях получения древесного угля методом пиролиза и углежжения стандартом оговорены особенности допускаемого к переработке сырья.

Для пиролиза позволительно две группы пород:

  • первую составляет древесина березы, бука, ясеня, граба, вяза, дуба, клена;
  • вторую – сырье из осины, ольхи, липы, тополя, ивы.

В углежжении применяют три группы пород, первая из которых такая же, как для пиролиза, вторая состоит из древесины хвойных деревьев, третью составляют исходные материалы из осины, ольхи, липы, тополя, ивы.

Маркировка продукции

Разница в подходах объясняется высоким содержанием в хвойном сырье смолоподобных веществ, которые при герметичности пиролизного реактора усложнят реализацию технологии.

Из пиролизной продукции первой группы получают уголь, маркирующийся буквой А, с максимальной концентрацией углерода, достигающей 90 %, и минимальным содержанием минеральных компонентов (2,5 %).

Если пиролизу подвергали смесь сырья первых двух групп, то максимальное содержание углерода в древесном угле, имеющем маркировочное обозначение Б, достигает 88 % при такой же зольности.

Если смесь всех пород подвергли углежжению, образуется угольный конгломерат, маркируемый буквой В. Концентрация скелетного углерода в нем достигает максимум 77 %, минеральных компонентов – 4 %, многие другие параметры не нормируются.

Обратите внимание! Наилучшими характеристиками обладает продукция марки А, поэтому ее применяют для последующей активации с целью получения сорбентов.

Хорошие качества демонстрирует уголь группы Б, его и продукцию марки А используют в промышленном органическом синтезе.

Приемлемыми свойствами для удовлетворения нужд большинства потребителей обладает результат воплощения технологии углежжения в том случае, если процесс проводится грамотно. Желающих приготавливать ценный продукт из древесины много. Готовых вникать в особенности реализации идеи на практике бывает гораздо меньше, что может приводить к неприятным последствиям с непредсказуемым исходом.

Как сделать в домашних условиях

Как же делают древесный уголь кустарным способом, располагая производство на приусадебном или дачном участке? Существует два самых распространенных способа.

В яме

Можно вырыть во дворе яму в месте, расположенном на отдалении от строений. Если нужно получить два мешка угля, глубина ямы должна достигать полуметра, ширина – 80 см. Дно следует хорошо утрамбовать ногами или специальным приспособлением. Когда углубление готово, в нем можно разжигать костер из мелких веток, постепенно забрасывая дрова средних размеров.

Важно! Нельзя допускать попадания коры с деревьев. Она при горении выделяет много дыма и ухудшает качество готовящегося древесного угля.

Новую порцию следует добавлять тогда, когда предыдущая часть прогорела и существенно уменьшилась в объеме. В течение нескольких часов нужно яму полностью загрузить дровами, периодически их уплотняя. Когда дрова прогорят по всей высоте ямы, сверху нужно закрыть ее свежей травой, слоем земли и опять утрамбовать. В таком виде самодельный «реактор» будет остывать пару дней, по окончании которых можно извлечь готовый уголь.

В бочке

Если в хозяйстве найдется металлическая бочка с толстыми стенками, не содержащая остатков химикатов или нефтепродуктов, можно обойтись без выкапывания ямы.

При большом объеме бочки на дне имеет смысл уложить слой из огнестойких кирпичей, затем между ними развести костер и постоянно подкладывать дрова, не забывая об уплотнении. Когда слой кирпичей будет полностью покрыт, сверху на дровяное скопление укладывают решетку, которая хорошо пропускает тепло и пламя. На решетку можно погружать в бочку очередную порцию дров до тех пор, пока емкость не заполнится.

Когда воспламенится верхний слой, конструкцию нужно закрыть почти плотно листовым металлом, оставив совсем небольшую щель сбоку. Полной герметичности добиваться не нужно, да и сделать это невозможно. Выделяющийся дым в какой-то момент начнет приобретать сероватый цвет, в это время лист нужно сдвинуть так, чтобы щель закрылась. Углежжение можно считать выполненным. Как только бочка совсем остынет, можно вынимать готовый продукт.

Другая технология приготовления древесного угля также предполагает использование бочки, кирпичей и металлической или любой другой термостойкой крышки.

Разница сводится к тому, что огонь разжигают не внутри, а на земле между кирпичами, на которых установлена емкость. Чтобы воспламенились дрова внутри, костер снаружи должен гореть интенсивно и долго. В нижней части бочки предварительно следует сделать отверстия для поступления некоторого объема воздуха. В течение всего времени бочку нужно держать плотно закрытой, только в конце углежжения крышку можно снять и вынуть образовавшийся уголь.

В печке

Если потребность в дровах не очень большая, вполне можно довольствоваться обычной печью. Заглядывая в топку, следует дождаться момента, когда дрова станут полностью красными, затем щипцами вытащить их и погрузить в металлическое ведро или керамическую емкость, которые нужно быстро и плотно закрыть крышкой. После остывания уголь будет готов.

Для увеличения получаемой порции древесного угля можно загрузить в топку большое количество дров, дождаться полного возгорания, а потом закрыть поддувало, двери, заслонки и подождать минут 10. По окончании этого времени можно открывать дверцы и аккуратно доставать угольные кусочки.

Применение

Древесный уголь производится в небольшом количестве в промышленных масштабах и домашних условиях.

Продукт, сделанный самостоятельно, чаще всего используют как топливо, которое выделяет при сгорании большое количество теплоты. Количество энергии в два раза превышает то, которое образуется из обычной древесины. Любители шашлыков кладут такой уголь в мангалы для получения стабильного пламени, равномерно горящего без выделения ядовитых газов. Дополнительное преимущество такого топлива заключается в том, что оно сгорает до конца, не оставляя золы.

Уголь из древесины, полученный промышленным образом, подвергают активированию с целью получения широко известного сорбента. Исходный уголь уже сам по себе демонстрирует большую поглощающую способность, что позволяет применять его в фильтрах, в качестве компонента кормов животных и как пищевую добавку в составе продуктов питания человека.

Значительная концентрация углерода делает продукт пиролиза сильным восстановителем, что позволяет применять его в металлургии, химической, стекольной, лакокрасочной и электротехнической промышленности.

Способы переработки каменного угля

Ещё древние греки научились использовать каменный уголь в качестве топлива. Однако только в XVIII появилось такое понятие, как «угольная промышленность». Активное использование природного ресурса началось в XIX веке. Уже тогда уголь использовали в корабле- и автомобилестроении, химической промышленности, металлургии, производстве электричества, в качестве топлива для транспортных средств. В XX веке ископаемый материал в своём природном состоянии перестал удовлетворять потребности народного хозяйства. За дело взялись учёные. Вскоре были разработаны различные способы переработки каменного угля. Целью каждого из них было получение более качественного сырья.

Переработка каменного угля: способы

Не все виды переработки, придуманные в прошлом столетии, применяются и по сей день. Важно не только повысить качество исходного материала, но и снизить его стоимость, сделать доступным для всех хозяйственных отраслей.

До начала введения в процесс переработки катализаторов перерабатывающая промышленность получала продукт с такими недостатками:

  • жёсткие рамки реализации процессов;
  • низкий выход материала.

Всё изменилось с введением катализаторов:

  • упростилось прохождение процесса;
  • удешевился получаемый продукт;
  • повысился выход продукта.

В XXI веке применяется 5 технологий переработки угля:

  • пиролиз;
  • коксование или низкотемпературный пиролиз;
  • плазмохимическая переработка;
  • газификация;
  • деструктивная гидрогенизация.

Рассмотрим кратко каждый из перечисленных методов.

О пиролизе

Данным промышленным способом перерабатывают уголь ещё с конца XIX века. Это один из успешных путей решения вопроса. Суть процесса в том, что ископаемый материал нагревают до высоких температур без доступа воздуха. Это термохимическая обработка, которая также называется коксованием. В результате запуска процесса разрушаются, а затем превращаются полимерные молекулы. Исходный продукт может быть получен в одном из 3-х состояний:

На современных перерабатывающих предприятиях температура коксования колеблется в диапазоне 900-1000°C.

Благодаря пиролизу промышленность получает:

  • кокс – основной продукт;
  • смесь паров и газов.

Кокс используется в цветной и чёрной металлургии.

Из газов, полученных в результате коксования, в процессе дальнейшей химической переработки получают:

  • аммиак;
  • фенолы;
  • нафталин;
  • бензол;
  • гетероциклические соединения и т. д.

Всего извлекается более 250 веществ.

Изначально пиролиз не предполагал ввода катализатора. Получаемый продукт уступал по качеству современному коксу, которому характерна мелкозернистая внутренняя структура.

О низкотемпературном пиролизе или полукоксовании

Для того чтобы получить из перерабатываемого угля жидкое или газообразное топливо, не нужно применять глубокую переработку ископаемого материала. Процесс получения топлива называют полукоксованием. Температура при переработке — 500°C.

Технология не новая. Изначально её использовали с целью получения более энергоёмкого топлива. В XXI веке признано ещё одно преимущество метода – после переработки топливный материал получается более экологичным, со сниженным содержанием вредных веществ и канцерогенов. При полукоксовании получают смолу, из которой в дальнейшем изготавливают топливо и растворители.

О плазмохимической переработке

На сегодняшний день это не основной способ переработки угля, но самый перспективный. Это абсолютно безвредная технология с закрытым циклом, благодаря которому в атмосферу не выбрасываются вредные продукты производственных процессов. Помимо экологичности, метод использования плазмохимических процессов обладает и другими преимуществами:

  • применяется оборудование некрупных типоразмеров;
  • полностью автоматизированный процесс;
  • наряду с жидким топливом получают технический кремний, ферросилиций и иные ценные вещества, которые при использовании всех других способов вместе с золой выделялись в окружающую среду.

О газификации

Ещё одним способом переработки угля с помощью высоких температур является газификация. В отличии от пиролиза, здесь применяется несколько иная схема переработки. Процесс осуществляется в воздушной среде с содержанием:

В процессе обработки твёрдый уголь превращается в газ. На сегодняшний день промышленность применяет более 20 способов газификации.

Ввод в технологический процесс катализатора позволил усовершенствовать технологию. Так, стала возможной регулировка получаемого продукта. Появилась возможность снижать температуру обработки, не теряя скорость.

О деструктивной гидрогенизации

Идея данного вида переработки твёрдого угля была выдвинута в 20-е гг. XX века. Реализовали её в 30-40 гг., когда были возведены перерабатывающие заводы в Великобритании и Германии.

В Советском Союзе деструктивную гидрогенизацию начали применять только в 50-х годах. Суть процесса состоит в следующем:

  1. Из твёрдого топлива получается «синтетическая нефть».
  2. Температура во время гидрогенизации не менее 400°C.
  3. В процессе участвует водород.
  4. Роль катализатора поначалу выполнял состав из кобальта, молибдена и алюминия. Впоследствии было выявлено, что катализатором может служить железосодержащая руда – пирротит, пирит либо магнетит. Эффективность не теряется, а конечный продукт при том же качестве удешевляется.

В процессе деструктивной гидрогенизации молекулы водорода переносятся к молекулам угля, в результате чего последний обретает жидкую структуру. Задача катализатора состоит в том, чтобы восстановить свойства материала, которые утрачиваются из-за отщепления атомов водорода.

Перспективы

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.

Заключение

Основываясь на вышеизложенном, можно заключить, что уголь нельзя сбрасывать со счетов. Последние исследования и разработки в области химии повысили значимость ископаемого материала. Область применения продукта в переработанном виде расширяется. Вполне может быть, что уже скоро в баки автомобилей будет заливаться синтетическая нефть, произведённая из угля.

Ссылка на основную публикацию