Что такое природный уголь
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:
Бурый уголь отличается от каменного:
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:
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):
| Название | Размер, 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:
Каменный уголь марки Д чаще других используется в ЖКХ и энергетике благодаря следующим свойствам:
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:
При добыче и обработке в пластах ископаемого иногда встречаются удивительные находки:
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:
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:
Уголь. Виды и отличия. Процесс образования и добыча. Особенности
Уголь – полезное ископаемое органического происхождения, являющееся осадочной породой. Используется в качестве топлива, а также как сырье для химического производства.
Процесс образования
Ископаемое является остатком древних растений. По мере отмирания они скапливались толстым слоем, и постепенно засыпались грунтом. Со временем отходы растительности оказались погруженными под почву на большую глубину, где в условиях воздействия высокой температуры без доступа кислорода превратились в уголь.
Для формирования угля важно, чтобы отмершие части растений не успели разложится бактериями. В большинстве случаев это невозможно. Такие условия создаются только в болотистой местности, бедной кислородом, или если отложения были захоронены наслоениями, такими как сели и т.д.
Для формирования угля необходимы специальные условия. Если погребенные отложениями остатки растений в определенный момент выделят кислоты, то они уничтожат бактерии. Как следствие из сырья образуется торф или сапропель. Под воздействием давления и температуры, со временем те перейдут в стадию угля.
Большинство месторождений угля образовались из лесов, которые росли 400 млн. лет назад. В тот период обилие зеленой массы на планете достигало своего пика. Омертвелая древесина и папоротники не успевали перерабатываться бактериями, а сразу же засыпались новыми порциями органики. В истории Земли бывали периоды, когда баланс между растительностью и микроорганизмами, занятыми их переработкой, был идеальным. В это время образования угля не проходило.
Способы добычи угля, их отличия
Добыча осуществляется открытым и шахтным способом. В первом случае ископаемое собирается в угольных разрезах, представляющих собой карьер. Такой метод добычи выбирается, если глубина залегания ископаемого не превышает более 100 м. Чтобы начать сбор угля в этом случае, снимается верхний слой грунта, песок, глина и каменная порода до верхних слоев угля. Далее ископаемое перегружается ковшами в грузовой транспорт и поднимается наверх. По мере разработки разреза его глубина увеличивается. При ведении добычи открытым методом происходит существенный выброс черной угольной пыли. Она достаточно легкая, поэтому поднимается в воздух и укрывает все вокруг на десятки километров. Это особенно заметно зимой, когда пыль ложится на белый снег.
В мире преобладает шахтный способ добычи угля. Это связано с тем, что его запасы залегают гораздо глубже, чем 100 м. В России самые глубокие угольные шахты опускаются под поверхность на 1200 м и больше. При этом способе разработки месторождения под землей пробуриваются тоннели прямо в угольные залежи. Добываемый уголь при этом доставляется на поверхность вагонетками или другими подъемными механизмами. Этот метод добычи более щадящий для экологической ситуации. Его недостаток в том, что при добыче тоннельным способом порядка 40% запасов угля поднять невозможно, так как в противном случае произойдет обвал.
Виды угля
Различают следующие виды угля:
Они отличаются по внешнему виду, химическим и физическим качествам, поэтому имеют разную ценность как сырья или топлива. Самый дешевый это бурый уголь, а ценный – антрацит.
Бурый
Это самый молодой вид угля, возраст которого составляет 50 млн. лет. Он является переходной стадией между торфом и каменным углем. То есть, со временем он перейдет на следующий этап, а потом постепенно превратиться в антрацит.
Ископаемое получило свое название по причине характерного бурого цвета. Внешне оно похоже на старую коричневую древесную кору. Для этого угля характерно содержание углерода порядка 50%. В его составе много воды, минеральных примесей и летучих веществ. Как следствие он очень хорошо горит, дает много дыма с едким запахом, но выделяет меньше всего тепла среди всех видов угля.
Бурый уголь принято разделять на марки, в зависимости от содержания в нем влаги. Чем она выше, тем больше воды:
При сгорании бурого угля в зависимости от его марки выделяется тепла в районе 4000-5500 ккал\кг, что совсем немного в сравнении с каменным или антрацитом. Недостаток такого топлива еще и в том, что при высыхании оно начинает растрескиваться. В результате это сопровождается уменьшением фракции кусков. Чем они мельче, тем быстрее прогорают.
Глубина залегания бурого угля до 1 км. По этой причине его добыча сопровождается самыми низкими затратами, однако этот вид топлива не ценится. От него много дыма с характерным едким запахом, к тому же тепла не так много, и остается масса золы.
Каменный
Это более ценный уголь, возраст которого составляет около 350 млн. лет. То есть, когда-то он был бурым, но пролежав 300 млн. лет в том виде более уплотнился и созрел.
За счет уплотнения и созревания для каменного угля характерен низкий процент содержания влаги, всего 5-6%. Самое главное, что доля в нем углерода доходит до значения 75-95%. Это ископаемое горит лучше бурого угля и дает при этом много тепла – 5500-7500 ккал\кг.
Различают марки каменного угля:
Они отличаются по теплоте сгорания, а также содержанию летучих веществ. Так, у распространенных марок этот показатель составляет 30-50%. Причем это считается много. Для сравнения у марки Т, это значение составляет всего 13%. Лучшим всего источником тепла среди каменных углей является кокс. Он дает теплоты больше чем 8 тысяч ккал/кг.
Антрацит
Антрацит – это конечная стадия формирования угля. Он является самым выгодным в плане сжигания для получения тепла. Отличить его от черного каменного угля можно по характерному металлическому блеску. Хотя он и содержит мало воды, но обладает хорошей электропроводностью. Объем в нем влаги всего 1-3%.
Антрацит содержит около 94% углерода. Теплота его сгорания 8100-8350 ккал/кг. При этом выброс в атмосферу летучих веществ составляет от 3 до 4 %. Таким образом, этот вид топлива наиболее экологичный. При его сжигании выделяется меньше всего едкого дыма.
Стоит отметить, что антрацит все же не является идеальным горючим. Дело в том, что чтобы он воспламенился, требуется его нагреть до температуры порядка 600-700˚С. Для этого нужно немало дров, чтобы образовать много жара, или же использовать перед ним бурый или каменный уголь.
После воспламенения антрацит почти не дает запаха и дыма. Это дорогой редкий вид угля. Чаще всего в мире он залегает на глубине больше 6 км. Таким образом добывать его сложно и дорого. По последним подсчетам установлено, что доля антрацита в мире составляют всего 3% от общих запасов всего твердого топлива.
Определение качества угля по зольности
Основное назначение угля это сжигание. За счет этого работают тепловые электростанции, котельные, доменные печи, сталелитейные предприятия и т.д. Топливо оценивается не только по тому, сколько оно даст тепла, но и по зольности. Это показатель отображает – как много золы останется после прогорания угля.
Зольность угля измеряется в процентном соотношении от изначального веса топлива. То есть, чтобы ее определить, необходимо взвесить его, а после прогорания собрать всю золу, и также узнать ее массу. Существует закономерность, что чем выше зольность, тем ниже температура сгорания угля.
Виды угля, у которых наблюдается зольность в районе 25%, относятся к высокому сорту. Низкосортный имеет показатель зольности больше, чем 40%. Это характерно для бурого угля.
Что такое древесный уголь
Помимо ископаемого угля существует древесный. Это также материал на основе углерода, но образованный без нахождения растительных отходов под давлением десятки и сотни миллионов лет. Это также горючее, которое образовывается в результате пиролиза древесины. Такой процесс происходит достаточно просто. Древесина зажигается, а после возгорания к ней перекрывается доступ воздуха. В результате органические вещества разлагаются, а вода испаряется.
Образованные в результате пиролиза угли отличаются присутствием капилляров, которые сохранились из древесины. За счет них материал очень хорошо разгорается в дальнейшем. В целом древесные угли ценятся за то, что просто разжигаются, почти не дают дыма, запаха, а главное способны гореть при температуре 1100°C.
Это доступная альтернатива ископаемому углю. Сделать его моно даже в домашних условиях. С давних пор его использовали для разжигания кузнечного горна, сейчас же он больше применяется для барбекю и мангалов. На нем можно без проблем готовить пищу, чего нельзя сказать об ископаемых углях.
Древесные угли можно сделать своими руками. Для этого необходимо выкопать глубокую яму с ровными отвесными стенами. В ней разжигается костер. По мере разгорания его нужно закладывать новыми дровами до самого верха. Как только вся древесина воспламениться, яму следует забросать грунтом. В результате отсутствия поступления воздуха дерево превратится в древесные угли.
Древесные угли используют и в медицине. Это так называемый активированный уголь. Он принимается перорально для впитывания токсинов. При попадании угля в организм, его поры поглощают влагу вместе с отравляющими веществами.
Уголь
Уголь
У́голь — вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Международное название углерода происходит от лат. carbō («уголь»)
Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив её более современной технологией. В 1960 году уголь давал около половины мирового производства энергии, к 1970 году его доля упала до одной трети.
Уголь, подобно нефти и газу, представляет собой органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием биологических и геологических процессов. Основа образования угля — растительные остатки.
Содержание
Антрацит
Антрацит — самый древний из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации.
Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95 % углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800-8350 ккал/кг).
Каменный уголь
Каменный уголь — осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300—350 миллионов лет тому назад.
По химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящие в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами. Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75% до 95%.
Бурый уголь
Бурый уголь — твердый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65—70 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей. Используется как местное топливо, а также как химическое сырье.
Образование угля
Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет.
Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определённой стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф — исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.
Под давлением наслоений осадков толщиной в 1 километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.
В результатах движения земной коры угольные пласты испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части разрушались за счёт эрозии или самовозгорания, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности.
Добыча угля
Способы добычи угля зависят от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом в угольных разрезах, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда при все большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты. Самые глубокие шахты на территории Российской Федерации добывают уголь с уровня чуть более 1200 метров.
Доказанные запасы угля
| Страна | Каменный уголь | Бурый уголь | Всего | % |
|---|---|---|---|---|
| США | 111338 | 135305 | 246643 | 27,1 |
| Россия | 49088 | 107922 | 157010 | 17,3 |
| Китай | 62200 | 52300 | 114500 | 12,6 |
| Индия | 90085 | 2360 | 92445 | 10,2 |
| Австралийский Союз | 38600 | 39900 | 78500 | 8,6 |
| Южная Африка | 48750 | 0 | 48750 | 5,4 |
| Казахстан | 28151 | 3128 | 31279 | 3,4 |
| Украина | 16274 | 17879 | 34153 | 3,8 |
| Польша | 14000 | 0 | 14000 | 1,5 |
| Бразилия | 0 | 10113 | 10113 | 1,1 |
| Германия | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Колумбия | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Канада | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| Чехия | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Индонезия | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| Турция | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Мадагаскар | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Пакистан | 0 | 3050 | 3050 | 0,3 |
| Болгария | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Таиланд | 0 | 1354 | 1354 | 0,1 |
| Северная Корея | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Новая Зеландия | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Испания | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Зимбабве | 502 | 0 | 502 | 0,1 |
| Румыния | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Венесуэла | 479 | 0 | 479 | 0,1 |
| Всего | 478771 | 430293 | 909064 | 100,0 |
Уголь в России
Виды угля
В России в зависимости от стадии метаморфизма различают: бурые угли, каменные угли, антрациты и графиты. Интересно, что в западных странах имеет место несколько иная классификация: соответственно, лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты.
История добычи угля в России
Пётр I впервые познакомился с углём в 1696 году, возвращаясь из первого Азовского похода в районе нынешнего г. Шахты (до революции Александровск-Грушевск). Во время отдыха на берегу Кальмиуса царю показали кусок чёрного, хорошо горящего минерала. «Сей минерал, если не нам, то потомкам нашим зело полезен будет», — сказал Пётр I.
Рудознавец крепостной крестьянин Григорий Капустин в 1721 году открыл каменный уголь близ притока Северского Донца — реки Курдючьей и доказал его пригодность для использования в кузнечном и железоделательном производствах. В декабре 1722 года Петр I именным указом послал Капустина за пробами угля, а затем было предписано снаряжение специальных экспедиций для разведки угля и руды.
В 1722 году Берг-коллегия предложила В. И. Геннину, ведавшему уральскими и сибирскими заводами, «иметь старание о прииске каменного угля как и в прочих европейских государствах обходятся дабы оным лесам теми угольями было подспорье».
Группа С. Костылева в 1720—1721 годах вела поиски полезных ископаемых в северных предгорьях Алтая. В феврале 1722 года М. Волков сделал заявку на железную руду, найденную им в Томском уезде, и уголь, обнаруженный им в «горелой горе» в семи верстах от Верхотомского острога, на территории современного города Кемерово.
Становление угольной промышленности в России относится к первой четверти XIX в., когда уже были открыты основные угольные бассейны.
Динамику объёмов добычи ископаемого угля в Российской империи можно посмотреть здесь.
Запасы угля в России
В России сосредоточено 5,5 %(почему такая разница с процентом доказанных запасов угля на 2006 год?-потому что большая часть не пригодна к разработке-Сибирь и вечная мерзлота) мировых запасов угля, что составляет более 200 млрд тонн. Из них 70 % приходится на запасы бурого угля.
В России в 2004 году имелся дефицит коксующихся углей марок «Ж» и «К» в размере не менее 10 млн тонн (оценка ВУХИН), что связано с выбытием добывающих мощностей в Воркуте и Кузбассе.
Крупнейшие перспективные месторождения
Эльгинское месторождение (Саха). Принадлежит ОАО «Мечел». Наиболее перспективный объект для открытой разработки — находится на юго-востоке Республики Саха (Якутия) в 415 км к востоку от города Нерюнгри. Площадь месторождения 246 км². Месторождение представляет собой пологую брахисинклинальную асимметричную складку. Угленосны отложения верхней юры и нижнего мела. Основные угольные пласты приурочены к отложениям нерюнгринской (6 пластов мощностью 0,7-17 м) и ундыктанской (18 пластов мощностью также 0,7-17 м) свит. Большая часть ресурсов угля сосредоточена в четырёх пластах y4, y5, н15, н16 обычно сложного строения. Угли в основном полублестящие линзовидно-полосчатые с очень высоким содержанием наиболее ценного компонента — витринита (78-98 %). По степени метаморфизма угли относятся к III (жирной) стадии. Марка угля Ж, группа 2Ж. Угли средне- и высокозольные (15—24 %), малосернистые (0,2 %), малофосфористые (0,01 %), хорошо спекающиеся (Y = 28—37 мм), с высокой теплотой сгорания (28 МДж/кг). Эльгинский уголь можно обогатить до высших мировых стандартов и получить экспортный коксующийся уголь высокого качества. Месторождение представлено мощными (до 17 метров) пологими пластами с перекрывающими отложениями небольшой мощности (коэффициент вскрыши — около 3 куб м на тонну рядового угля), что очень выгодно для организации добычи открытым способом.
Крупнейшие российские производители угля
В 2004 году добыча составляла:
Крупнейшие угольные компании России
Крупнейшие производители угля (США)
В 2004 году добыча составляла:
Потребление угля
Потребление угля в млн тонн.
| Регион | 2001 | 2005 | Изменение |
|---|---|---|---|
| США | 1060 | 1567 | +47,8 % |
| Западная Европа | 574 | 463 | −19,3 % |
| Япония | 166 | 202 | +21,7 % |
| Страны бывшего СССР | 446 | 436 | −2,2 % |
| Китай | 1383 | 2757 | +99,3 % |
| Индия | 360 | 611 | +69,7 % |
| Остальной мир | 1274 | 1538 | +20,7 % |
| ВСЕГО | 5263 | 7574 | +43,9 % |
Применение угля
В Англии в 1735 году научились выплавлять чугун на коксе. Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Очень перспективным является сжижение (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1т нефти расходуется 2-3т каменного угля, в период эмбарго ЮАР практически полностью обеспечивала себя топливом за счёт этой технологии. Из каменных углей получают искусственный графит.
Стоимость угля
Газификация угля
Данное направление утилизации угля связано с его так называемым «неэнергетическим» использованием. Речь идёт о переработке угля в другие виды топлива (например, в горючий газ, среднетемпературный кокс и др.), предшествующей или сопутствующей получению из него тепловой энергии. Например, в Германии в годы Второй мировой войны технологии газификации угля активно применялись для производства моторного топлива. В ЮАР на заводе SASOL с использованием технологии слоевой газификации под давлением, первые разработки которой были также выполнены в Германии в 30-40-е годы XX века, в настоящее время из бурого угля производится более 100 наименований продукции. (Данный процесс газификации известен также под названием «способ Lurgi».)
В СССР технологии газификации угля в частности активно разрабатывались в Научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте по проблемам развития Канско-Ачинского угольного бассейна (КАТЭКНИИуголь) с целью повышения эффективности использования канско-ачинских бурых углей. Сотрудниками института был разработан ряд уникальных технологий переработки низкозольных бурых и каменных углей. Данные угли могут быть подвержены энерготехнологической переработке в такие ценные продукты, как среднетемпературный кокс, способный служить заменителем классическому коксу в ряде металлургических процессов, горючий газ, пригодный, например, для сжигания в газовых котлах в качестве заменителя природного газа, и синтез-газ, который может использоваться при производстве синтетических углеводородных топлив. Сжигание топлив, получаемых в результате энерготехнологической переработки угля, даёт существенный выигрыш в показателях вредных выбросов относительно сжигания исходного угля.
После развала СССР КАТЭКНИИуголь был ликвидирован, а сотрудники института, занимавшиеся разработкой технологий газификации угля, создали собственное предприятие. В 1996 году был построен завод по переработке угля в сорбент и горючий газ в г. Красноярске (Красноярский край, Россия). В основу завода легла запатентованная технология слоевой газификации угля с обращённым дутьём (или обращённый процесс слоевой газификации угля). Этот завод работает и в настоящее время. Ввиду исключительно низких (по сравнению с традиционными технологиями сжигания угля) показателей вредных выбросов он свободно располагается неподалёку от центра города. В дальнейшем на основе этой же технологии был построен также демонстрационный завод по производству бытовых брикетов в Монголии (2008 г.).
Ещё одной известной технологией газификации бурого угля, является энерготехнологическая переработка угля в среднетемпературный кокс и тепловую энергию в установке с псевдоожиженным (кипящим) слоем топлива. Важным преимуществом данной технологии является возможность её реализации путём реконструкции типовых угольных котлов. При этом сохраняется на прежнем уровне производительность котла по тепловой энергии. Подобный проект реконструкции типового котла реализован, например, на разрезе «Берёзовский» (Красноярский край, Россия). В сравнении с технологией слоевой газификации угля энерготехнологическая переработка угля в среднетемпературный кокс в псевдоожиженном слое отличается существенно более высокой (в 15-20 раз выше) производительностью. [3]
Сжижение угля
Уголь в качестве топлива
Роль угля в энергетическом балансе
В России в 2005 году доля угля в энергобалансе страны составляла около 18 процентов (в среднем по миру 39 %), в производстве электроэнергии — немногим более 20 процентов. Доля угля в топливном балансе РАО ЕЭС составила в 2005 году 26 %, а газа — 71 %. В связи с высокими мировыми ценами на газ российское правительство намеревается увеличить долю угля в топливном балансе РАО ЕЭС до 34 % к 2010 году.
Трудности использования угля в качестве энергетического топлива
Несмотря на происходящие экономические изменения, стоимость 1 тонны условного топлива (тут) на угле в большинстве случаев является самой низкой по сравнению с мазутом и газом. Основная трудность использования угля состоит в высоком уровне выбросов от сжигания угля — газообразных и твёрдых (зола). В большинстве развитых стран, включая Россию, действуют жёсткие требования по уровню выбросов, допустимых при сжигании угля. В странах ЕС используются жёсткие штрафные санкции к ТЭЦ, превышающим нормы (вплоть до 50 евро за каждый выработанный МВт*ч электроэнергии). Выходом из ситуации является использование различных фильтров (например, электрофильтров) в газоходах котлов, либо сжигание угля в виде водоугольных суспензий (Водоугольное топливо). В последнем случае из-за более низкой температуры горения угля существенно (до 70 %) снижаются выбросы оксидов NOx (температурный NOx). Зола, получаемая от сжигания угля, в ряде случаев может быть использована в строительной индустрии. Ещё в СССР были разработаны ГОСТы, предусматривающие добавку золы в шлакопортландцементы. Трудностью использования золы является то, что удаление золы происходит в большинстве случаев путём гидрозолоудаления, что затрудняет её погрузку для дальнейшей транспортировки и использования.
Удельная теплота сгорания веществ
| Вещество | Удельная теплота сгорания, MДж/кг |
|---|---|
| Порох | 2,9 — 5,0 |
| Торф | 8,1 |
| Дрова (березовые, сосновые) | 10,2 |
| Уголь бурый | 15,0 |
| Уголь каменный | 29,3 |
| Спирт этиловый | 25,0 |
| Метанол | 22,7 |
| Условное топливо | 29,31 (7000 ккал/кг) |
| Уголь древесный | 31,0 |
| Мазут | 39,2 |
| Нефть | 41,0 |
| Дизельное топливо | 42,7 |
| Керосин | 43 |
| Бензин | 44,0 |
| Этилен | 48,0 |
| Пропан | 47,54 |
| Метан | 50,1 |
| Водород | 120,9 |
Уголь в пищевой промышленности
Уголь зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е153, в качестве красителя.