Тема: Каменный уголь.
Как источник химических веществ каменный уголь начал использоваться раньше, чем нефть и природный газ. Уголь дешевле нефти, он более равномерно распределен в земной коре, его природные запасы намного превосходят запасы нефти и, по прогнозам ученных, не будут исчерпаны еще в течение века. Продукты переработки каменного угля являются ценным сырьём для производства красителей, растворителей, взрывчатых веществ, лекарственных и душистых препаратов, пестицидов и т.д.
Продукты газификации угля:
· Генераторный или воздушный газ – смесь угарного газа и азота. Теплотворная способность – 4 300 кДж/куб.м (теплотворная способность природного газа – 38 000 кДж/куб.м), поэтому генераторный газ используют как топливо только в металлургическом производстве и на коксохимических заводах;
· Водяной газ – смесь угарного газа и водорода. Теплотворная способность – 11 500 кДж/куб.м. этот газ используют во многих органических синтезах, например, при получении метанола и аммиака.
Коксование каменного угля.
Одним из самых распространенных видов топлива и сырья для органического синтеза остается каменный уголь. Какие виды каменного угля бывают, откуда уголь берут и для получения каких продуктов его используют – это основные вопросы, которые мы с вами сегодня на уроке рассмотрим. Как источник химических веществ каменный уголь начал использоваться раньше, чем нефть и природный газ.
Каменный уголь – это не индивидуальное вещество. В его состав входят: свободный углерод (до 10%), органические вещества, содержащие кроме углерода и водорода – кислород, серу, азот, минеральные вещества, которые остаются в виде шлака при сжигании угля.
Уголь – это твердое горючее полезное ископаемо органического происхождения. Согласно биогенной гипотезе – он образовался из отмерших растений в результате жизнедеятельности микроорганизмов в каменноугольном периоде палеозойской эры (около 300млн лет назад). Уголь дешевле нефти, он более равномерно распределен в земной коре, его природные запасы намного превосходят запасы нефти и, по прогнозам ученных, не будут исчерпаны еще в течение века.
Образование угля из растительных остатков (углефикация) происходит в несколько стадий: торф – бурый уголь – каменный уголь – антрацит.
Процесс углефикации состоит в постепенном увеличении относительного содержания углерода в органическом веществе в следствие его обеднения кислородом и водородом. Образование торфа и бурого угля происходит в результате биохимического разложения растительных остатков без доступа кислорода. Переход бурого угля в - каменный происходит под воздействием повышенных температур и давления, связанных с горообразующими и вулканическими процессами.
Характеристика основных видов угля.
| Название угля | Растительный источник | Теплотворная способность, кДж/кг | Содержание углерода, % |
| Бурый уголь | Таксодиумы, секвойи, лепидодендроны, сосны, ели | 8 500 – 30 000 | 65 – 80 |
| Каменный уголь | Таксодиумы, секвойи, лепидодендроны, сосны, ели, хвощи, папоротники | 30 000 – 35 000 | 80 – 93 |
| Антрацит | Плауновидные растения, хвощи | 35 000 – 38 000 | 93 - 98 |
Схема переработки каменного угля.
Каменный уголь
Сухая перегонка (температура) Газификация (пар воды,
↓
Продукты: Продукты:
↓ ↓
| Смесь водорода, угарного и углекислого газов |
| Кокс | Аммиачная вода | Каменноугольная смола: бензол, толуол, нафталин, фенол и производные пиридина | Коксовый газ: H2, CH4, CO, N2, C2H4, CO2 |
Сухая перегонка.
Основными методами и переработки являются сухая перегонка и газификация.
Сухая перегонка заключается в химическом разложении угля без доступа воздуха. Различают полукоксование (швелевание) – осуществляется при температуре 500 - 550°С и коксование – осуществляется при температуре 900 - 1050°С.
Таблица № 1. «Продукты сухой перегонки угля».
| Название угля | Метод переработки | Продуты переработки угля |
| Каменный уголь | Полукоксование | Из 1 т каменного угля получают:
|
| Коксование | Осуществляется на коксохимических заводах (жирный уголь с выходом летучих веществ 10 -30 %) и на газовых заводах (с выходом летучих веществ 30 -40%):
| |
| Бурый уголь | Полукоксование |
|
| Коксование |
Газификация.
Это превращение органической части ископаемого угла в горючие газы при высокотемпературном (1000 - 2000°С)взаимодействии с окислителями (кислород, воздух, водяной пар, углекислый газ). При этом уголь почти полностью переходит в генераторный и водяной газы + твердый остаток – зола. Для газификации используют бурый уголь и продукт переработки каменного угля – кокс.
2С + О2 = 2СО
С + Н2О = СО + Н2
Продукты газификации угля:
- Генераторный или воздушный газ – смесь угарного газа и азота. Теплотворная способность – 4 300 кДж/куб.м (теплотворная способность природного газа – 38 000 кДж/куб.м), поэтому генераторный газ используют как топливо только в металлургическом производстве и на коксохимических заводах;
- Водяной газ – смесь угарного газа и водорода. Теплотворная способность – 11 500 кДж/куб.м. этот газ используют во многих органических синтезах, например, при получении метанола и аммиака.