Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Викопне вугілля



План:


Введення

Вугілля

Вугілля - вид викопного палива, що утворився з частин древніх рослин під землею без доступу кисню. Міжнародна назва вуглецю відбувається від лат. carbō ("Вугілля"). Вугілля був першим з використовуваних людиною видів викопного палива. Він дозволив зробити промислову революцію, яка в свою чергу сприяла розвитку вугільної промисловості, забезпечивши її більш сучасною технологією.

У середньому, спалювання одного кілограма цього виду палива призводить до виділення 2,93 кг CO 2 і дозволяє отримати 6,67 кВт год енергії або, при ККД 30% - 2,0 кВт год електрики. В 1960 вугілля давав близько половини світового виробництва енергії, до 1970 його частка впала до однієї третини. Використання вугілля збільшується в періоди високих цін на нафту та інші енергоносії.


1. Освіта вугілля

Для утворення вугілля необхідно рясне накопичення рослинної маси. У стародавніх торф'яних болотах, починаючи з девонського періоду (приблизно 416 млн років назад), накопичувалося органічна речовина, з якого без доступу кисню формувалися копалини вугілля. Більшість промислових родовищ викопного вугілля відноситься до цього періоду, хоча існують і більш молоді родовища. Вік найстародавніших вугілля оцінюється приблизно в 300-400 мільйонів років [1].

Вугілля утворюється в умовах, коли гниючий рослинний матеріал накопичується швидше, ніж відбувається його бактеріальне розкладання. Ідеальна обстановка для цього створюється в болотах, де стояча вода, збіднена киснем, перешкоджає життєдіяльності бактерій і тим самим оберігає рослинну масу від повного руйнування. На певній стадії процесу виділяються в ході його кислоти запобігають подальшу діяльність бактерій. Так виникає торф - вихідний продукт для утворення вугілля. Якщо потім відбувається його поховання під іншими наносами, то торф відчуває стиснення і, втрачаючи воду і гази, перетвориться на вугілля.

Під тиском нашарувань опадів товщиною в 1 кілометр з 20-метрового шару торфу виходить пласт бурого вугілля товщиною 4 метри. Якщо глибина поховання рослинного матеріалу досягає 3 кілометрів, то такий же шар торфу перетвориться в пласт кам'яного вугілля завтовшки 2 метри. На більшій глибині, близько 6 кілометрів, і при більш високій температурі 20-метровий шар торфу стає пластом антрациту товщиною в 1,5 метри.

У результатах руху земної кори вугільні пласти відчували підняття і складкоутворення. З плином часу підняті частини руйнувалися за рахунок ерозії або самозаймання, а опущені зберігалися в широких неглибоких басейнах, де вугілля знаходиться на рівні не менше 900 метрів від земної поверхні. Освіта найбільш потужних вугільних пластів пов'язане з областями земної кори, які протягом значного часу - протягом мільйонів років - піддавалися поступового тектонічному опускання зі швидкістю накопичення торфу на поверхні. В окремих випадках, як, наприклад, в Хат-Крік (Англ.) рос. ( Канада), сумарна потужність пакета вугільних пластів досягає 450 м [2]


2. Види вугілля

Вугілля, подібно нафти і газу, є органічна речовина, що піддалося повільного розкладання під дією біологічних і геологічних процесів. Основа утворення вугілля - рослинні залишки. Залежно від ступеня перетворення і питомої кількості вуглецю у вугіллі розрізняють чотири його типи: буре вугілля (лігніти), кам'яне вугілля, антрациту і графіти. У західних країнах має місце дещо інша класифікація - лігніти, суббітумінозного вугілля, бітумінозні вугілля, антрацити і графіти, відповідно.


2.1. Антрацит

Антрацит - найбільш глибоко прогрівають при своєму виникненні з викопного вугілля, вугілля найбільш високого ступеня вуглефікації. Характеризується великою щільністю і блиском. Містить 95% вуглецю. Застосовується як тверде висококалорійне паливо (теплотворність 6800-8350 ккал / кг). Мають найбільшу теплоту згоряння, але погано спалахують. Утворюються з кам'яного вугілля при підвищенні тиску і температури на глибинах близько 6 кілометрів.

2.2. Кам'яне вугілля

Кам'яне вугілля - осадова порода, що представляє собою продукт глибокого розкладу залишків рослин (деревовидних папороті, хвощів і плаунів, а також перших голонасінних рослин). Більшість покладів кам'яного вугілля було утворено в палеозої, переважно в кам'яновугільному періоді, приблизно 300-350 мільйонів років тому. За хімічним складом кам'яне вугілля представляє суміш високомолекулярних поліциклічних ароматичних сполук з високою масовою часткою вуглецю, а також води і летючих речовин з невеликими кількостями мінеральних домішок, при спалюванні вугілля утворюють золу. Викопні вугілля відрізняються друг від друга співвідношенням складають їх компонентів, що визначає їх теплоту згоряння. Ряд органічних сполук, що входять до складу кам'яного вугілля, має канцерогенними властивостями.

Зміст вуглецю в кам'яному вугіллі, залежно від його сорту, становить від 75% до 95%. Містять до 12% вологи (3-4% внутрішньої), тому мають більш високу теплоту згоряння порівняно з бурими вугіллям. Містять до 32% летких речовин, за рахунок чого непогано спалахують. Утворюються з бурого вугілля на глибинах близько 3 кілометрів.


2.3. Буре вугілля

Буре вугілля

Буре вугілля - твердий викопне вугілля, що утворився з торфу, містить 65-70% вуглецю, має бурий колір, наймолодший з викопного вугілля. Використовується як місцеве паливо, а також як хімічна сировина. Містять багато води (43%), і тому мають низьку теплоту згоряння. Крім того, містять велику кількість летучих речовин (до 50%). Утворюються з відмерлих органічних залишків під тиском навантаження і під дією підвищеної температури на глибинах близько 1 кілометра.



3. Видобуток вугілля

Способи видобутку вугілля залежать від глибини його залягання. Розробка ведеться відкритим способом в вугільних розрізах, якщо глибина залягання вугільного пласта не перевищує 100 метрів. Нерідкі і такі випадки, коли при все більшому поглибленні вугільного кар'єра далі вигідно вести розробку вугільного родовища підземним способом. Для добування вугілля з великих глибин використовуються шахти. Найглибші шахти на території Російської Федерації видобувають вугілля з рівня трохи більше 1200 метрів.

У вугленосних відкладеннях поряд з вугіллям містяться багато видів Георесурс, що володіють споживчої значимістю. До них відносяться вміщають породи як сировина для будіндустрії, підземні води, метан вугільних пластів, рідкісні і розсіяні елементи, у тому числі цінні метали та їх сполуки. Наприклад, деякі вугілля збагачені германієм.


4. Доведені запаси вугілля

Доведені запаси вугілля на 2009 рік у млн тонн [3] [4]
Країна Кам'яне вугілля Буре вугілля Усього %
США 111338 135305 238308 28,9
Росія 49088 107922 157010 19,0
Китай 62200 52300 114500 13,9
Індія 90085 2360 92445 10,2
Австралійський Союз 38600 39900 78500 8,6
Південна Африка 48750 0 48750 5,4
Україна 16274 17879 34153 3,8
Казахстан 28151 3128 31279 3,4
Польща 14000 0 ? 14000 1,5
Бразилія 0 10113 10113 1,1
Німеччина 183 6556 6739 0,7
Колумбія 6230 381 6611 0,7
Канада 3471 3107 6578 0,7
Чехія 2094 3458 5552 0,6
Індонезія 740 4228 4968 0,5
Туреччина 278 3908 4186 0,5
Мадагаскар 198 3159 3357 0,4
Пакистан 0 3050 3050 0,3
Болгарія 4 2183 2187 0,2
Таїланд 0 1354 1354 0,1
Північна Корея 300 300 600 0,1
Нова Зеландія 33 538 571 0,1
Іспанія 200 330 530 0,1
Зімбабве 502 0 502 0,1
Румунія 22 472 494 0,1
Венесуела 479 0 479 0,1
Усього 478771 430293 909064 100,0

5. Вугілля в Росії

5.1. Історія видобутку вугілля в Росії

Петро I вперше познайомився з вугіллям в 1696, повертаючись з першого Азовського походу в районі нинішнього м. Шахти (до революції Олександрівськ-Грушевський). Під час відпочинку на березі Кальміусу царю показали шматок чорного, добре палаючого мінералу. "Цей мінерал, якщо не нам, то нащадкам нашим зело корисний буде", - сказав Петро I.

Рудознавец кріпак Григорій Капустін у 1721 відкрив кам'яне вугілля поблизу припливу Сіверського Дінця - річки Курдючьей і довів його придатність для використання в ковальському і железоделательном виробництвах. У грудні 1722 Петро I іменним указом послав Капустіна за пробами вугілля, а потім було наказано спорядження спеціальних експедицій для розвідки вугілля і руди.

В 1722 Берг-колегія запропонувала В. І. Генніна, відав уральськими і сибірськими заводами, "мати старання про копальні кам'яного вугілля як і в інших європейських державах обходяться щоб оним лісах тими вугіллям було підмога".

Група С. Костильова в 1720 - 1721 роках вела пошуки корисних копалин у північних передгір'ях Алтаю. У лютому 1722 М. Волков зробив заявку на залізну руду, знайдену ним у Томському повіті, і вугілля, виявлений ним у "горілої горі" в семи верстах від Верхотомского острогу, на території сучасного міста Кемерово.

Становлення вугільної промисловості в Росії відноситься до першої чверті XIX в., Коли вже були відкриті основні вугільні басейни.


5.2. Видобуток та запаси вугілля в Росії

У Росії зосереджено 5,5% світових запасів вугілля, що становить понад 200 млрд тонн. Така різниця з відсотком доведених запасів вугілля на 2006 рік обумовлена ​​тим, що більша частина не придатна до розробки, так як знаходиться в Сибіру в області вічної мерзлоти. 70% припадає на запаси бурого вугілля. У Росії в 2004 році був дефіцит коксівного вугілля марок "Ж" і "К" у розмірі не менше 10 млн тонн (оцінка ВУХІН), що пов'язано з вибуттям видобувних потужностей в Воркуті і Кузбасі.

Видобуток вугілля в Росії (РРФСР), млн. тонн [5]

  • 1990 рік - 395.
  • 2004 рік - 282. 76100000 тонн було відправлено на експорт.
  • 2005 рік - 299. 79610000 тонн було відправлено на експорт.
  • 2006 рік - 310.
  • 2009 рік - 301.

5.2.1. Найбільші перспективні родовища

Ельгінское родовище ( Саха). Належить ВАТ " 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 км. 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.

Элегестское месторождение (Тыва) обладает запасами около 1 млрд т коксующегося угля дефицитной марки "Ж" (общий объём запасов оценивается в 20 млрд т). 80 % запасов находится в одном пласте толщиной 6,4 м (лучшие шахты Кузбасса работают в пластах толщиной 2-3 м, в Воркуте уголь добывают из пластов тоньше 1 м). После выхода на проектную мощность к 2012 году на Элегесте ожидается -добыча 12 млн т угля ежегодно. Лицензия на разработку элегестских углей принадлежит Енисейской промышленной компании, которая входит в структуру "Объединенной промышленной корпорации" (ОПК). Правительственная комиссия по инвестиционным проектам РФ 22 марта 2007 года одобрила реализацию проектов по строительству железнодорожной линии " Кызыл-Курагино " в увязке с освоением минерально-сырьевой базы Республики Тува.


5.3. Крупнейшие российские производители угля

В 2004 году добыча составляла:


5.4. Крупнейшие угольные компании России

6. Крупнейшие производители угля (США)

Транспортировка угля баржами

В 2004 году добыча составляла:


7. Потребление угля

Потребление угля в миллионах тонн.

Регіон 2001 2005 Изменение
Китай 1383 2757 +99,3 %
США 1060 1567 +47,8 %
Західна Європа 574 463 −19,3 %
Страны бывшего СРСР 446 436 −2,2 %
Індія 360 611 +69,7 %
Япония 166 202 +21,7 %
Остальной світ 1274 1538 +20,7 %
ВСЬОГО 5263 7574 +43,9 %

8. Применение угля

Буроугольные брикеты

В Англії 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.


8.1. Стоимость угля

Стоимость сильно различается, так как сильное влияние оказывают качество угля и стоимость транспортировки. В целом по России цены колеблются от 60-400 рублей за тонну (2000 г.) до 600-1300 рублей за тонну (2008 г.). На мировом рынке цена достигла 300 $ за тонну (2008) до 3500-3700 рублей за тонну (2010).

8.2. 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.

Після розвалу СРСР КАТЕКНІІуголь був ліквідований, а співробітники інституту, які займалися розробкою технологій газифікації вугілля, створили власне підприємство. У 1996 році був побудований завод з переробки вугілля в сорбент і горючий газ в м. Красноярську (Красноярський край, Росія). В основу заводу лягла запатентована технологія шарової газифікації вугілля з зверненим дуттям (або звернений процес шарової газифікації вугілля). Цей завод працює і в даний час. Зважаючи винятково низьких (порівняно з традиційними технологіями спалювання вугілля) показників шкідливих викидів він вільно розташовується неподалік від центру міста. Надалі на основі цієї ж технології був побудований також демонстраційний завод з виробництва побутових брикетів в Монголії (2008 р.).

Слід відзначити деякі характерні відмінності технології шарової газифікації вугілля з зверненим дуттям від прямого процесу газифікації, один з різновидів якого (газифікація під тиском) використовується на заводі SASOL в ПАР. Виготовлений у зверненому процесі горючий газ, на відміну від прямого процесу, не містить продуктів піролізу вугілля, тому в зверненому процесі не потрібні складні і дорогі системи газоочистки. Крім того, в зверненому процесі можливо організувати неповну газифікацію (карбонізації) вугілля. При цьому проводяться відразу два корисних продукту: середньотемпературна кокс (карбонізат) і горючий газ. Перевагою прямого процесу газифікації, з іншого боку, є його більш висока продуктивність. У період найбільш активного розвитку технологій газифікації вугілля (перша половина XX століття) це зумовило практично повна відсутність інтересу до зверненого процесу шарової газифікації вугілля. Проте в даний час ринкова кон'юнктура така, що вартість одного тільки среднетемпературного коксу, виробленого в зверненому процесі газифікації вугілля (при карбонізації), дозволяє компенсувати всі витрати на його виробництво. Попутний продукт - горючий газ, придатний для спалювання у газових котлах з метою отримання теплової та / або електричної енергії, - в цьому випадку має умовно нульову собівартість. Ця обставина забезпечує високу інвестиційну привабливість даної технології.

Ще однією відомою технологією газифікації бурого вугілля, є енерготехнологічна переробка вугілля в середньотемпературна кокс та теплову енергію в установці з псевдозрідженим (киплячим) шаром палива. Важливою перевагою даної технології є можливість її реалізації шляхом реконструкції типових вугільних котлів. При цьому зберігається на колишньому рівні продуктивність котла по тепловій енергії. Подібний проект реконструкції типового котла реалізований, наприклад, на розрізі "Березовський" (Красноярський край, Росія). У порівнянні з технологією шарової газифікації вугілля енерготехнологічна переробка вугілля в середньотемпературна кокс в псевдозрідженому шарі відрізняється істотно вищою (в 15-20 разів вище) продуктивністю. [6]


8.3. Зріджування вугілля

8.4. Вугілля як палива

Роль вугілля в енергетичному балансі

В Росії в 2005 частка вугілля в енергобалансі країни складала близько 18 відсотків (у середньому по світу 39%), у виробництві електроенергії - трохи більше 20 відсотків. Частка вугілля в паливному балансі РАО ЄЕС становила 2005 26%, а газу - 71%. У зв'язку з високими світовими цінами на газ російське уряд мав намір збільшити частку вугілля в паливному балансі РАО ЄЕС до 34% до 2010, однак цим планам не судилося збутися через припинення діяльності РАО ЄЕС в 2008.

Труднощі використання вугілля як енергетичного палива

Незважаючи на що відбуваються економічні зміни, вартість 1 тонни умовного палива (тут) на вугіллі в більшості випадків є найнижчою в порівнянні з мазутом і газом. Основна трудність використання вугілля полягає у високому рівні викидів від спалювання вугілля - газоподібних і твердих (зола). У більшості розвинених країн, в іншому, і в Росії, діють жорсткі вимоги по рівню викидів, допустимих при спалюванні вугілля. У країнах ЄС використовуються жорсткі штрафні санкції до ТЕЦ, що перевищує норми (аж до 50 євро за кожен вироблений МВт * год електроенергії). Виходом із ситуації є використання різних фільтрів (наприклад, електрофільтрів) в газоходах котлів, або спалювання вугілля у вигляді водовугільних суспензій ( Водовугільне паливо). В останньому випадку через більш низьку температуру горіння вугілля істотно (до 70%) знижуються викиди оксидів NO x (температурний NO x). Зола, що отримується від спалювання вугілля, у ряді випадків може бути використана в будівельній індустрії. Ще в СРСР були розроблені ГОСТи, що передбачають добавку золи в шлакопортландцемент. Трудністю використання золи є те, що видалення золи відбувається в більшості випадків шляхом гідрозоловидалення, що ускладнює її вантаження для подальшого транспортування та використання.


8.5. Питома теплота згоряння вугілля в порівнянні з іншими речовинами

Речовина Питома теплота згоряння, МДж / кг
Порох 2,9 - 5,0
Торф 8,1
Дрова (березові, соснові) 10,2
Вугілля буре 15,0
Вугілля кам'яне 29,3
Спирт етиловий 25,0
Метанол 22,7
Умовне паливо 29,31 (7000 ккал / кг)
Вугілля деревне 31,0
Мазут 39,2
Нафта 41,0
Дизельне паливо 42,7
Гас 43
Бензин 44,0
Етилен 48,0
Пропан 47,54
Метан 50,1
Водень 120,9

9. Вплив на екологію

Примітки

  1. The Department of Energy's USA - fossil.energy.gov / education / energylessons / coal / gen_howformed.html
  2. Запаси вугілля країн світу / Желєзнова Н. Г., Кузнєцов Ю. Я., Матвєєв А. К., Череповський В. Ф., М.: Надра, 1983. - С.128
  3. BP Statistical review of world energy June 2007 - (Англ.) .
  4. BP Statistical review of world energy 2010 - (Англ.) .
  5. ВИДОБУВАННЯ паливно-енергетичних корисних копалин - www.gks.ru/free_doc/new_site/business/prom/natura/natura2g.htm / / Держкомстат Росії
  6. Енерготехнологічна компанія Сібтермо - www.sibtermo.ru/technology/


Види і марки копалин вугілля
Види Лігнітовий вугілля → Суббітумінозного вугілляБітумінозний вугілляАнтрацитовий вугілля
Класи
Марки Бурий (Б) довгополуменеве (Д) Газовий (Г) Жирний (Ж) Коксовий (К) отощенія-спекающиеся (ОС) слабоспекающихся (СС) Худий (Т) Антрацитовий (А)
КК П літний (> 100 мм) До рупний (50-100 мм) Про рьох (26-50 мм) М елкій (13-25 мм) З емечко (6-13 мм) Ш тиб (<6 мм ) Р отрут (смешаннний)
Форми вуглецю
Алотропні Алмаз Астралі Графен Графан Графіт Карбин Лонсдейліт Вуглецева нанопена Вуглецеві наноконуси Вуглецеві нанотрубки Вуглецеві нановолокна Фулерени Скловуглецю Діуглерод
Аморфні Сажа Технічний вуглець Викопне вугілля Деревне вугілля
Каустобіоліти або горючі корисні копалини
Вугільний ряд: Викопне вугілля Торф Горючий сланець Янтар
Нафтовий і нафтоідний ряд
(Природні бітуми):
Нафта Природний газ Газовий конденсат Асфальт Мальта Озокерит


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Викопне паливо
Активоване вугілля
Деревне вугілля
Буре вугілля
Підземна газифікація вугілля
Європейське об'єднання вугілля і сталі
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru