Вы, конечно, знаете, что каменный уголь используется в качестве топлива, как в быту, так и в промышленности. Каменный уголь был первым ископаемым материалом, который люди стали использовать как топливо. Именно уголь позволил совершить промышленную революцию. В XIX веке много угля использовалось для транспорта. В 1960 году уголь давал около половины мирового производства энергии. Однако к 1970 году его доля упала до одной трети: уголь в качестве топлива потеснили другие источники энергии, в частности, нефть и газ.
Однако этим применение угля не ограничивается. Каменный уголь - это ценное сырье для химической и металлургической промышленности.
В угольной промышленности используется коксование угля. Коксохимические заводы потребляют до 1/4 от добываемого угля. Коксование - это процесс переработки каменного угля нагреванием до 950-1050°С без доступа кислорода. При разложении угля образуются твёрдый продукт - кокс и летучие продукты - коксовый газ.
Кокс составляет 75-78% от массы угля. Он используется в металлургической промышленности для выплавки чугуна, а также как топливо.
Коксовый газ составляет 25% от массы перерабатываемого угля. Летучие продукты, которые образуются при коксовании угля, конденсируют водяным паром, в результате чего выделяют каменноугольную смолу и надсмольную воду.
Каменноугольная смола составляет 3-4% от массы угля и является сложной смесью органических веществ. В настоящее время ученые идентифицировали только 60% компонентов смолы, а это более 500 веществ! Из смолы получают нафталин, антрацен, фенантрен, фенолы и каменноугольные масла.
Из надсмольной воды (она составляет 9-12% от массы угля) отгонкой с паром выделяют аммиак, фенолы, пиридиновые основания. Из непредельных соединений, содержащихся в сыром бензоле, получают кумароновые смолы, использующиеся для производства лаков, красок, линолеума и в резиновой промышленности.
Из каменного угля получают искусственный графит.
Каменный уголь используется также в качестве неорганического сырья. Из каменного угля при переработке в промышленных масштабах извлекают такие редкие металлы, как ванадий, германий, галлий, молибден, цинк, свинец, а также серу.
Зола от сжигания углей, отходы добычи и переработки используются в производстве стройматериалов, керамики, огнеупорного сырья, глинозема, абразивов.
В общей сложности, путем переработки каменного угля можно получить более 400 различных продуктов, стоимость которых в 20-25 раз выше стоимости самого угля, а побочные продукты, получаемые на коксохимических заводах, превосходят стоимость самого кокса.
Кстати...
Уголь - это далеко не самое лучшее топливо. Он имеет большой недостаток: от его сжигания образуется очень много выбросов, как газообразных, так и твердых (зола), загрязняющих окружающую среду. В большинстве развитых стран действуют жёсткие требования по уровню выбросов, допустимых при сжигании угля. Снижения выбросов добиваются путем использования различных фильтров.
Каменный уголь начал зарождаться на нашей планете примерно 360 миллионов лет назад. Эту эру ученые назвали Карбоном или Каменноугольным периодом. Тогда появились первые наземные рептилии, первые крупные растения. Их тела и стволы разлагались после смерти животных и растений, а невероятный процент кислорода только способствовал ускорению этого процесса. Это сейчас мы довольствуемся ничтожно малыми 20% кислорода, а тогда животные дышали полной грудью – процент кислорода в атмосфере Карбона достигал 50%! Это огромная цифра, и именно ей мы обязаны сегодняшним богатством угольных залежей на нашей планете.
А ведь уголь – это еще не все. После переработки из него выделяют такое количество различных полезных веществ и продуктов, что и представить нельзя! По самым скромным подсчетам число наименований продуктов переработки каменного угля доходит до 600!
Получение продуктов переработки каменного угля
Продукты получают разными способами. В зависимости от желаемого конечного продукта. К примеру, для получения чистых продуктов (к ним относятся первичные продукты переработки каменного угля) – коксового , аммиака, толуола, бензола – используют жидкие промывочные масла. Специальные устройства обеспечивают герметизацию продуктов и защиту их от преждевременного распада. Первичная переработка включает в себя также и метод коксования – каменный уголь нагревают до температуры +1000 о С! Доступ кислорода также полностью перекрывается.
После всех этих процедур любой первичный продукт проходит дополнительную очистку. К продуктам переработки каменного угля относят также:
- нафталин;
- фенол;
- углеводород;
- салициловый спирт;
- свинец;
- ванадий;
- германий;
- сера;
- цинк.
Как видите, продукты чрезвычайно разнообразны. Без них наша жизнь не была бы такой простой.
Сфера применения продуктов переработки каменного угля
Возьмем, к примеру, косметологию (пожалуй, самая полезная для людей область применения продуктов переработки угля). Для лечения жирной кожи и угревой сыпи используют кремы, сыворотки, маски, лосьоны и тоники с добавлением серы, кислоты и цинка. Сера устраняет уже имеющееся воспаление, цинк предупреждает возможное появление новых воспалений, салициловая кислота используется в лосьонах, пенках и гелях для умывания. Продукты переработки каменного угля спасли от насмешек сверстников уже не один миллион подростков и молодых людей.
Для лечения ожогов и травм используют продукты соединения свинца и цинка, от псориаза идеально помогает цинк и глинистые продукты каменного угля (правда, только на ранних стадиях, пока болезнь имеет явную кожную форму, и еще не перешла на кости).
Из каменного угля получают великолепные сорбенты, использующиеся в медицине для лечения заболеваний кишечника и желудка, в том числе и таких серьезных, как дисбактериоз. Сорбенты, в которые добавлен цинк, применяют для лечения перхоти и жирной себореи, причем очень успешно. Недоработанные пикриновые вещества (взрывчатые) хороши для заживления ран.
Но и это еще не все. Существует процедура под названием гидрогенизация – с ее помощью из каменного угля вырабатывают жидкое топливо. А продукты сжигания, образующиеся в ходе этого процесса, представляют собой идеальное сырье для различных стройматериалов, причем огнеупорных. В частности, керамика производится именно таким образом.
В тяжелой промышленности углю также нашли отличное применение – он незаменим при выплавке различных металлов и железной руды. Единственное, что немного странно, это то, что стоимость почти всех продуктов переработки угля значительно превышает стоимость . Конечно, нужны деньги на все материалы, оборудование, помещение, оплату работы мастеров, занимающихся переработкой – это естественные затраты на производство продуктов. Но стоимость некоторых компонентов превышает стоимость каменного угля в сотни раз, а это уже вызывает некоторые подозрения.
Город призрак без угля. Таковым стал японский Хасима. В 1930-е его признали самым густонаселенным.
На крошечном клочке земли уместились 5 000 человек. Все они работали на угольном производстве.
Остров оказался буквально сложенным из каменного источника энергии. Однако, к 1970-ым запасы угля истощились.
Уехали все. Остался лишь перерытый остров и постройки на нем. Туристы и японцы зовут Хасиму призраком.
Остров наглядно показывает важность каменного угля, невозможность человечества жить без него. Альтернативы нет.
Есть только попытки ее найти. Поэтому, уделим внимание современному герою, а не туманным перспективам.
Описание и свойства каменного угля
Каменный уголь – это горная порода органического происхождения. Это значит, что камень образован из разложившихся остатков растений, животных.
Чтобы они сформировали плотную толщу, требуется постоянное накопление и спрессовывание. Подходящие условия на дне водоемов.
Там, где есть месторождения каменного угля , когда-то были моря, озера. Отмершие организмы опускались на дно, придавливались толщей воды.
Так образовывался торф. Каменный уголь – последствие его дальнейшего сжатия под давлением уже не только воды, но и новых слоев органики.
Основные запасы каменного угля относятся к эре Палеозоя. С ее окончания минуло 280 000 000 лет.
Это эра гигантских растений и динозавров, обилия жизни на планете. Не удивительно, что именно тогда органические отложения накапливались особенно активно.
Чаще всего, уголь образовывался в болотах. В их водах мало кислорода, что препятствует полному разложению органики.
Внешне залежи каменного угля напоминают обгоревшую древесину. По химическому составу порода является смесью углеродных ароматических соединений высокомолекулярного типа и летучих веществ с водой.
Минеральные примеси незначительны. Соотношение компонентов не стабильно.
В зависимости от преобладания тех, или иных элементов, выделяют виды каменного угля . К основным относится бурый и антрацитовый.
Бурая разновидность каменного угля насыщенна водой, а посему, отличается низкой теплотой сгорания.
Получается, в качестве топлива порода не годиться, как каменная. И бурый уголь нашел иное применение. Какое?
Этому будет уделено отдельное внимание. Пока же, разберемся, почему водонасыщенную породу зовут бурой. Причина в цвете.
Уголь коричневатый, без , рыхлый. С геологической точки зрения массу можно назвать молодой. То есть, в ней не завершены процессы «брожения».
Поэтому, у камня низкая плотность, при сгорании образуется много летучих веществ.
Ископаемый каменный уголь антрацитового типа – полностью сформировался. Он плотнее, тверже, чернее, блестит.
Чтобы бурая порода стала такой, требуются 40 000 000 лет. В антраците велика доля углерода – около 98%.
Естественно, что теплоотдача у черного угля на высоте, а значит, камень можно использовать в качестве топлива.
Бурый вид в этой роли используют лишь для обогрева частных домов. Им не нужны рекордные показатели энергии.
Нужна лишь простота обращения с топливом, а антрацит в этом плане проблемен. Разжечь каменный уголь непросто.
Производственники, железнодорожники, приноровились. Трудозатраты стоят того, ведь антрацит не только энергоемок, но и не спекается.
Каменный уголь – топливо , от сгорания которого остается зола. Из чего она, если органика переходит в энергию?
Помните заметку о минеральной примеси? Именно неорганическая составляющая камня и остается на дне .
Немало золы осталось и на китайском месторождении в провинции Люхуангоу. Залежи антрацита там горели без малого 130 лет.
Пожар потушили лишь в 2004-ом году. Каждый год сгорали 2 000 000 тонн породы.
Вот и посчитайте, сколько каменного угля пропало даром. Сырье могло пригодиться не только в качестве топлива.
Применение каменного угля
Уголь называют солнечной энергией, заключенной в камень. Энергию можно преобразовывать. Она не обязательно должна быть тепловой.
Энергию, получаемую при сгорании породы, переводят, к примеру, в электричество.
Температура сгорания каменного угля бурого типа чуть не доходит до 2 000 градусов. Дабы получить электричество из антрацита, потребуется уже около 3 000 по шкале Цельсия.
Если же говорить о топливной роли угля, он используется не только в чистом виде.
В лабораториях из органической породы научились получать жидкое и газообразное топливо, а на металлургических заводах уже давно пользуются коксом.
Он получается при нагреве каменного угля до 1 100 градусов без доступа кислорода. Кокс – бездымное топливо.
Важна для металлургов и возможность применения брикетов в роли восстановителей руды. Так, кокс пригождается при отливке чугуна.
Кокс применяют и в качестве разрыхлителя шихты. Так именуют смесь исходных элементов будущего .
Будучи разрыхленной коксом, шихта легче переплавляется. Кстати, некоторые компоненты для тоже получают из антрацита.
В качестве примесей в нем могут содержаться германий и галлий – металлы редкие и мало где еще встречающиеся.
Каменный уголь купить стремятся, так же, для производства композиционных материалов углеграфитового толка.
Композитами называют массы из нескольких составляющих, с четкой границей между ними.
Искусственно созданные материалы применяют, к примеру, в авиации. Здесь композиты увеличивают прочность деталей.
Карбоновые массы выдерживают, как очень высокие, так и низкие температуры, используются в стойках опоры контактных сетей.
А вообще, композиты прочно вошли уже во все сферы жизни. Железнодорожники устилают ими новые платформы.
Из наномодифицированного сырья делают опоры строительных конструкций. В медицине с помощью композитов предлагают заполнять сколы на костях и прочие повреждения, не подлежащие металлическому протезированию. Вот какой каменный уголь многоликий и многофункциональный.
Химики разработали метод получения из угля пластмасс. При этом, не пропадают отходы. Низкосортная фракция прессуется в брикеты.
Они служат топливом, которое подходит, как для частных домов, так и производственных цехов.
В топливных брикетах остается минимум углеводородов. Они, собственно, и есть самок ценное в угле.
Из него можно получить чистые бензол, толуол, ксилолы, куморановые смолы. Последние, к примеру, служат основой для лакокрасочной продукции и такого материала внутренней отделки помещений, как линолеум.
Часть углеводородов ароматические. Людям знаком запах нафталина. Но, немногие знают, что производят его из каменного угля.
В хирургии нафталин служит антисептиком. В домашнем хозяйстве вещество борется с молью.
Кроме того, нафталин способен защитить от укусов ряда насекомых. Среди них: мухи, оводы, слепни.
В общей сложности, уголь каменный в мешках закупают для производства более чем 400-от видов продукции.
Многие из них – побочные товары, получаемые на коксохимическом производстве.
Интересно, что стоимость дополнительных линий, как правило, больше, чем у кокса.
Если же рассматривать среднюю разницу между каменным углем и товарами из него, она составляет 20-25 раз.
То есть, производство весьма выгодное, быстро окупается. Поэтому, неудивительно, что ученые ищут все новые и новые технологии переработки осадочной породы. На растущий спрос должно быть предложение. Ознакомимся с ним.
Добыча каменного угля
Месторождения угля называют бассейнами. В мире их свыше 3 500. Общая площадь бассейнов – около 15% от суши. Больше всего угля в США.
Там сосредоточенны 23% от мировых запасов. Каменный уголь в России – это 13% общих запасов. у Китая. В его недрах сокрыто 11% породы.
Большинство из них – антрациты. В России соотношение бурого угля к черному примерно одинаково. В США преобладает бурый вид породы, что снижает значение залежей.
Не смотря на обилие бурого угля, месторождения США поражают не только объемами, но и масштабами.
Запасы одного только Аппалачского каменноугольного бассейна составляют 1 600 миллиардов тонн.
В самом крупном бассейне России, для сравнения, хранятся лишь 640 миллиардов тонн породы. Речь о Кузнецком месторождении.
Оно находится в Кемеровской области. Еще пара перспективных бассейнов обнаружены в Якутии и Тыве. В первом регионе залежи назвали Эльгинскими, а во втором – Элегетскими.
Месторождения Якутии и Тывы относятся к закрытому типу. То есть, порода находиться не у поверхности, на глубине.
Нужно строить шахты, штольни, стволы. Это поднимает цену каменного угля . Но, масштабы залежей стоят затрат.
Что же касается Кузнецкого бассейна, в нем работают по смешенной системе. Около 70% сырья извлекают с глубин гидравлическим способом.
30% угля добывают открыто, используя бульдозеры. Их достаточно, если порода залегает у поверхности, а прикрывающие слои рыхлые.
Открыто уголь добывают и в Китае. Большинство месторождений КНР находятся далеко за пределами городов.
Однако, это не помешало одной из залежей доставить неудобства населению страны. Это произошло в 2010-ом.
Пекин резко увеличил запросы на уголь из Внутренней Монголии. Она считается провинцией КНР.
В путь отправилось столько грузовиков с товаром, что 110-е шоссе встало почти на 10 дней. Пробка началась 14-го августа, а рассосалась лишь 25-го.
Правда, не обошлось и без проведения дорожных работ. Грузовики с углем усугубили ситуацию.
110-е шоссе относится к дорогам государственного значения. Так что, не только уголь в пути задержался, но и прочие контракты оказались под угрозой.
В можно найти ролики, где водители, ехавшие в августе 2010-го по шоссе, сообщают, что 100-километровый отрезок преодолевали около 5-ти дней.
Если задаться вопросом, что получают из угля и нефти, то можно прийти к выводу, что очень многое. Эти два ископаемых служат в качестве основных источников углеводородов. Следует рассмотреть все по порядку.
Нефть
Если и далее разбираться в том, что получают из угля и нефти, то стоит сказать и о дизельной фракции нефтеперегонки, которая обычно служит топливом для дизельных двигателей. В состав мазута входят высококипящие углеводороды. Посредством перегонки под уменьшенным давлением из мазута обычно получают различные масла смазочного назначения. Остаток, который имеется после обработки мазута, принято называть гудроном. Из него получают такое вещество, как битум. Данные продукты предназначены для использования в дорожном строительстве. Мазут часто используется и в качестве котельного топлива.
Другие способы переработки
Чтобы понять, чем нефть лучше угля, необходимо разобраться, каким еще обработкам их подвергают. Нефть перерабатывается посредством крекингов, то есть термокаталитического превращения ее частей. Крекинг может быть одного из следующих видов:
- Термический. В данном случае осуществляется расщепление углеводородов под воздействием повышенных температур.
- Каталитический. Его проводят в условиях высокой температуры, однако при этом еще добавляется катализатор, благодаря чему можно управлять процессом, а также вести его в каком-то определенном направлении.
Если говорить о том, чем нефть лучше угля, то следует сказать, что в процессе крекинга образуются находящие широчайшее применение в промышленном синтезе органических веществ.
Каменный уголь
Переработка этого вида сырья производится по трем направлениям: гидрирование, коксование и неполное сгорание. Каждый из этих видов предполагает использование особого технологического процесса.
Коксование подразумевает нахождение сырья в при температуре 1000-1200 о С, где отсутствует доступ кислорода. Этот процесс позволяет осуществлять сложнейшие химические превращения, результатом которых будет образование кокса и летучих продуктов. Первый в остывшем состоянии отправляется на предприятия металлургии. Летучие продукты охлаждаются, после чего получаются и каменноугольная смола. Остается еще много несконденсированных веществ. Если говорить о том, почему нефть лучше угля, то следует отметить, что из первого вида сырья получается гораздо больше готовых продуктов. Каждое из веществ направляется на определенное производство.
На данный момент осуществляется даже производство нефти из угля, что позволяет получить гораздо больше ценного топлива.
- горючий газ
- среднетемпературный кокс
- фенол
- салициловый спирт
- свинец
- германий
- ванадий
- нафталин
- углеводород
- графит
- аммиак
- бензол
- толуол
- пикриновая кислота
- пластмасса
- углеводородные газы
- мазут
- дизельное топливо
- бензин
- керосин
- нафта
- резина
- гудрон
- масла
- битум
- ацетон
- газоконденсат
- пластик
- полиэтилен
- аспирин
- губная помада
- одежда
- жевательная резинка
- нейлон
Из нефти делают бензин, керосин, технические масла, дизельное топливо, технический спирт, керосин, пластик, резина, вазелин, лекарства в том числе всем известный витамин С (это абсолютная правда)
мне очень понравился наглядный стишок из одной презентации на эту тему. Вот смотрите рисунки и читайте:
А вот что делают из угля:
Даже мои любимые акриловые краски оказывается производят из этого полезного ископаемого.
Что получают как из нефти, так и из угля вы можете видеть на картинках.
Но самое первое, что приходит на ум, это то, что уголь используют для отопления, а нефть - на бензин и другое топливо, газ.
Но на самом деле список применения достаточно широк.
Например, продукты переработки нефти идут и на изготовления лекарств, парфюмерии, пластмассы.
Из угля и нефти получают огромное количество полезных продуктов.
Одно из основных применений угля и нефти - это использование в качестве топлива.
Также при переработке УГЛЯ получают следующие продукты:
1) сера, цинк (используют в косметологии, медицине);
2) сорбенты (используют в медицине);
3) сырье для различных стройматериалов (например, керамики).
При переработке НЕФТИ помимо топлива, получают следующие продукты:
1) асфальт, битум;
2) растворители, смазочные и горючие масла
3) сжиженный нефтяной газ, который является сырьем для нефтехимической промышленности. Из этого газа делается огромное количество продуктов, известных всем в быту: полиэтилен (пакеты), поливинилхлорид (окна ПВХ), синтетических каучук (шины), полипропилен (стройматериалы), ПЭТФ (пластиковые бутылки) и многие другие.
Уголь - это в первую очередь источник тепла, углем топят печи, а еще на электростанциях с помощью каменного угля вырабатывают электрический ток. Также из каменного угля получают краски, лекарства, резину, пластмассу.
Из нефти получают :
- бензин,
- дизельное топливо (солярку),
- краски,
- керосин,
- мазут,
- полиэтиленовые пакеты,
- шины,
- камеры для колес,
- лекарства,
- духи.
Нефть без сомнения очень и очень удивительное и нужное вещество во всм мире. Нефть всегда считалась и считается природным богатством. Ведь из нефти получают почти все, нефть имеет широчайшее использование. Если говорить коротко, то из не получают множество нужных вещей и продуктов для человека, начиная от топлива и заканчивая лекарствами и продуктами питания. Любое топливо для машин, пластик, полиэтилен, вазелин, аспирин, губная помада, одежда, которая почти не мнтся, парафиновые изделия (карандаши, свечи, краски), маргарин и можно перечислять и перечислять и это будет ещ не вс. Постепенно из нефти делают новые продукты, например, уже существует искусственное мясо, молоко, сыр и др.
Уголь также перерабатывается в нужные материалы, вещества и продукты. Уголь тоже очень полезное ископаемое, из него делают множество разных лекарств, красок, пластиковых изделий, смазочный материал, множество строительных материалов и веществ, а самое чем всем известен уголь-это отличное топливо, которое дат тепло при горении.
Большинству людей нефть и уголь больше известны как источники энергии. Люди привыкли, что из нефти делают топливо, а углем котельные отапливают здания. У нефти и угля более широкое применение на практике. Из угля получают графит, получают угольный кокс, который далее используют при выплавке чугуна, получают угольные смолы, надсмольную воду. Из угольных смол получают нафталин, каменноугольные масла и т.д. Надсмольную воду перерабатывают, получают растворы, которые применяют для производства лаков и красок. Нефть используют для получения нескольких видов топлива, масла, синтетические каучуки и резины, растворители, краски и даже косметические средства на основе нефти и продуктов нефтепереработки.
Уголь (именно ископаемый уголь) - его продуктами переработки на выхлопе получаются:
Продуктами основными из нефти являются:
А также из вышеперечисленных продуктов нефтепереработки производят: