Содержания углерода и водорода





Основные сведения об угле

Углеобразование – последовательное превращение отмерших растений в ископаемый уголь. Процесс углеобразования протекал с различной интенсивностью в отдельные геологические периоды истории Земли на крупных площадях и локальных участках всех континентов, где сложились благоприятные условия (кембрий – палеозой, мезозой, кембрий - 400 – 60 млн. лет). Влажный жаркий климат способствовал быстрому росту пышной растительности. Растительность накапливалась, заливалась древними морями и реками, заносилась илом, песком. В результате биохимических реакций без доступа аэробных бактерий (без доступа воздуха) растительная биомасса постепенно превращалась в ископаемый уголь – бурый, каменный, антрацит. В результате геологической деятельности – опускания и поднятия морского дна, происходивших по несколько раз – образовалось много отдельных пластов угля, разделенных слоями пустых пород.

УГЛИ ИСКОПАЕМЫЕ- твердые горючие полезные ископаемые; продукт преобразования растений. Основные компоненты: углефицированное органическое вещество, минеральные примеси и влага. Залегают обычно в виде пластов среди осадочных пород. Подразделяются на бурые, каменные угли и антрациты. Угли ископаемые используются в основном в энергетике, для получения металлургического кокса, в химической промышленности. Основные технологические характеристики: зольность, содержание влаги, серы, выход летучих веществ. Мировые запасы около 3700 млрд. т.
Кузбасс является главной базой России по твердому топливу.

Технический анализ углей

Все виды твердых горючих ископаемых объединяют в себе две составляющие: органическое вещество и минеральный компонент, которую прежде рассматривали как балласт, но теперь все чаще считают источником ценного минерального сырья, в частности редких и рассеянных элементов. Для оценки возможностей и режимов переработки горючих ископаемых применяют технический анализ, позволяющий определить направления использования их как энергетического и химического сырья. Под техническим анализом понимается определение показателей, предусмотренных техническими требованиями на качество угля.
В технический анализ обычно объединяются методы, предназначенные для определения в углях и горючих сланцах зольности, содержания влаги, серы и фосфора, выхода летучих веществ, теплоты сгорания, спекаемости и некоторых других характеристик качества и технологических свойств. Полный технический анализ проводится не всегда, часто бывает достаточно провести сокращенный технический анализ, состоящий в определении влажности, зольности и выхода летучих веществ.

Влажность

В связи с тем, что молекулы воды могут быть связаны с поверхностью угля силами разной природы (абсорбция на поверхности и в порах, гидратирование полярных групп макромолекул, вхождение в состав кристаллогидратов минеральной части) при разных способах выделения влаги из угля получаются различные величины его обезвоженной массы и, соответственно, разные значения влажности.
Масса угля с содержанием влаги, с которым он отгружается потребителю, называется рабочей массой угля, а влага, которая выделяется из нее при высушивании пробы до постоянной массы при 105oC, называется общей влагой рабочей массы угля.
Содержание влаги в горючем ископаемом характеризуется его влажностью. Эта величина выражается отношением массы выделившейся при температуре обезвоживания влаги к массе анализируемого образца. Влажность обозначается буквой W (Wasser).
Влага угля снижает полезную массу при перевозках, на ее испарение тратится большое количество тепла при сжигании топлива, кроме того, зимой влажный уголь смерзается.
Общее содержание влаги меняется в зависимости от степени углефикации ископаемого в следующем ряду.
Торф > Бурые угли > Антрациты > Каменные угли.

Зольность

В ископаемых углях содержится значительное количество (2-50 %) минеральных веществ, образующих после сжигания золу. Зольный остаток образуется после прокаливания угля в открытом тигле в муфельной печи при температуре 850±25oС. Зола на 95-97% состоит из оксидов Al, Fe, Ca, Mg, Na, Si, K. Остальное - соединения P, Mn, Ba, Ti, Sb и редких и рассеянных элементов.
Зольность обозначатся буквой Аd (Asche) и выражается в мас.%. Суммарное содержание влаги и золы называют балластом. Содержание собственно минеральных веществ обозначается буквой М. Оно определяется с помощью физических и физико-химических методов (например, микроскопический, рентгеноскопический, радиоизотопный).

Летучие вещества

Летучие вещества - паро- и газообразные продукты, выделяющиеся при разложении органического вещества твердого горючего ископаемого при нагревании в стандартных условиях. Выход летучих веществ обозначается символом V (volativ), выход на аналитическую пробу Va, на сухое вещество Vd, сухое и беззольное Vdaf. Эта характеристика важна для оценки термической устойчивости структур, составляющих органическую массу угля. Выход летучих веществ при прокаливании послужил основой для одной из классификаций углей по маркам.

 

Марка Обозначение Марки Группы Выход летучих веществ Vdaf,% Толщина пластического слоя Y,%
Длиннопламенный Д   более 37  
Газовый Г Г6 Г7 более 37 17 - 25
Газовый жирный ГЖ - более 31 -37 17 - 25
Жирный Ж 1Ж26 2Ж26 более 33 26 и более
Коксовый жирный КЖ КЖ14 КЖ6 25 - 31 6 - 25
Коксовый К К13 К10 17 - 25 13 - 25
Коксовый второй К2 - 17 - 25 6 - 9
Отощённый спекающийся ОС - менее 17 6 - 9
Слабоспекающийся СС 1CC 2CC 25 - 35  
Тощий Т - менее 17  
Антрацит А - менее 10  

Теплота сгорания

Теплота сгорания - это основной энергетический показатель угля. Она определяется экспериментально путем сжигания навески угля в калориметрической бомбе или расчетным путем по данным элементного анализа.
Различают высшую теплоту сгорания угля Qs как количество теплоты, выделившееся при полном сгорании единицы массы угля в калориметрической бомбе в среде кислорода и низшую удельную теплоту сгорания Qi как высшую теплоту сгорания за вычетом теплоты испарения воды, выделившейся и образованной из угля во время сгорания. Высшая теплота сгорания часто определяется на беззольное состояние угля Q s af, а низшая на рабочее состояние Qir. Д.И. Менделеевым была предложена формула для расчета высшей теплоты сгорания по данным элементного анализа (кКал/кг):
Qsaf=81°С+300Н-26(О-S), где С, Н, О, S - массовая доля элементов в веществе ТГИ, %.
Высшая теплота сгорания основных твердых топлив:

Торф 5500-5700 кКал/кг 23-24 МДж/кг
Бурый уголь 6100-7700 кКал/кг 26-32 МДж/кг
Каменный уголь 7700-8800 кКал/кг 32-37 МДж/кг
Антрацит 8000-8500 кКал/кг 34-36 МДж/кг

Спекаемость

Одним из наиболее важных, если не важнейшим, направлением использования каменного угля является его переработка в металлургический кокс - твердый продукт высокотемпературного (>900C) разложения каменного угля без доступа воздуха, обладающий определенными свойствами. Далеко не все угли способны спекаться, т.е. переходить при нагревании без доступа воздуха в пластическое состояние с последующим образованием связанного нелетучего остатка. Если этот спекшийся остаток отвечает требованиям, предъявляемым к металлургическому коксу, то говорят о коксуемости угля. Таким образом, коксуемость есть спекаемость, но первое понятие более узкое. Спекаются угли марок Г, Ж, К, ОС, но металлургический кокс можно получить только из углей марки К или из смеси углей, которая по свойствам приближается к ним.

Элементный анализ ТГИ

Как уже говорилось, органическая масса всех видов ТГИ состоит из С, Н, О, S и N. Суммарное их количество превышает 99мас.% в расчете на органическое вещество любого угля и торфа.

Содержания углерода и водорода

Углерод и водород определяют по выходу СО2 и Н2О при сжигании навески угля в токе кислорода. Эти оксиды улавливают в поглотительных аппаратах, заполненных растворами КОН и Н2SO 4 соответственно. Последние взвешивают до и после сжигания навески и по разности масс рассчитывают содержание С и Н в пробе, обычно в мас.%. Надо отметить, что при этом результаты могут быть искажены за счет поглощения воды и углекислого газа, имеющих неорганическое происхождение, и образовавшихся за счет термического разложения минеральных компонентов угля.

Содержание азота

Содержание азота в углях невелико, обычно не превышает 1 %, изредка достигая 3-4 %.

Содержание серы

В целом более распространена в углях сера. Ее содержание составляет от долей процента до 10-12%. Различают сульфатную (SSO4), пиритную (Sp) и органическую серу (So), суммарное содержание их называется общей серой (St). Содержание серы, устанавливаемое по данным элементного анализа, является важной характеристикой, которая определяет особые требования к переработке и использованию сырья, отличающегося ее высокой концентрацией. Выделяющиеся летучие серосодержащие продукты, такие как Н2S и SO2, крайне опасны при попадании в окружающую среду, а при проектировании производств, следует учитывать их высокую коррозионную активность.

Резервы

Крупнейшие резервы угля находятся в четырех странах мира. В США - 27% от общемировых запасов, в России - 17%, в Китае - 13% и Индии - 10%.

В десятку государств, добывших больше всего угля в 2005 году (последние доступные сравнительные данные - в 2006 году добыча в большинстве стран выросла. К примеру, в США она составила 1 100 млн. тонн), входят: Китай ( 2 226 млн. тонн), США (951 млн. тонн, примерно 18.9% мировой добычи), Индия (398 млн. тонн), Австралия (301 млн. тонн), ЮАР (240 млн. тонн), Россия (222 млн. тонн, 5.1%), Индонезия (140 млн. тонн), Польша (98 млн. тонн), Казахстан (79 млн. тонн, 1.5%) и Колумбия (61 млн. тонн).

Первая десятка крупнейших импортеров угля выглядит следующим образом: Австралия, Индонезия, Россия, ЮАР, Китай, Колумбия, США, Канада и Польша. В первую пятерку крупнейших угольных экспортеров входят Япония, Южная Корея, Тайвань, Великобритания и Германия.

Крупнейшими потребителями угля ныне являются государства Азиатско-Тихоокеанского региона, на долю которых в 2005 году пришлось 63% использованного угля. На втором месте - Северная Америка (18%), на третьем - Европа (7%), на четвертом - страны бывшего СССР (6%). В 1985 году ситуация была кардинально иной. Тогда Европа потребляла 18% мирового угля, СССР - 17%, Северная Америка - 22%, а Азиатско-Тихоокеанский регион - 38%.

Примерно 13% добытого каменного угля используется металлургическими и сталелитейными предприятиями.
Энергия

Уголь покрывает 25% потребностей человечества в энергии. На первом месте - нефть (более 34%), на третьем - газ (почти 21%).

В 2005 году в мире было добыто на 7.4% больше угля, чем в 2004 году, и на 78% больше, чем в 1980-м. В последние годы уголь используется намного более активно, чем иные энергоносители. К примеру, за период с 2001 по 2004 год мир стал использовать на 3.9% больше ядерной энергии, на 5.9% больше нефти, на 7.6% больше гидроэнергии, на 9.1% больше природного газа и на 25.3% больше угля. Наибольший прирост обеспечили Китай и, в меньшей степени, США. Предполагается, что в ближайшие десятилетия потребление угля будет только расти.

Электростанции, работающие на угле, производят 40% мировой электроэнергии (первое место) На второй и третьей позициях, соответственно, газ (почти 20%) и ядерная энергия (чуть менее 16%). Угольная электроэнергетика особенно развита в Польше и ЮАР, где 90% электричества производится за счет сжигания угля. Потребности Австралии в электричестве уголь покрывает на 79%, Китая - на 78%, Израиля - на 75%, Казахстана - на 70%, Индии - на 69%, Марокко - на 68%, Чехии - на 61%, Греции - на 59%, США - на 50%, Германии - на 49%.

 

 

Месторождения угля

Месторождения угля обнаружены практически во всех странах мира, однако месторождения, которые имеют коммерческий потенциал, находятся лишь в 70-ти странах, а разрабатываются - в 50-ти. При имеющихся темпах угледобычи разведанные запасы угля могут быть исчерпаны в течение 155-ти лет. Для сравнения, нефти может хватить на 41 год, газа - на 65 лет.

Россия располагает разнообразными типами углей — бурыми, каменными, антрацитами — и по запасам занимает одно из ведущих мест в мире. Общие геологические запасы угля составлют 6421 млрд. т, из них кондиционные — 5334 млрд. т. Свыше 2/3 общих запасов приходится на каменные угли. Технологическое топливо — коксующиеся угли — составляют 1/10 от общего количества каменных углей.

Распределение углей по территории страны крайне неравномерно. 95% запасов приходится на восточные регионы, из них более 60% — на Сибирь. Основная часть общегеологических запасов угля сосредоточена в Тунгусском и Ленском бассейнах. По промышленным запасам угля выделяются Канско-Ачинский и Кузнецкий бассейны.

Добыча угля в России

По объемам добычи угля Россия занимает пятое место в мире (после Китая, США, Индии и Австралии), 3/4 добываемого угля используется для производства энергии и тепла, 1/4 — в металлургии и химической промышленности. На экспорт идет небольшая часть, в основном в Японию и Республику Корея.





Читайте также:
Основные признаки растений: В современном мире насчитывают более 550 тыс. видов растений. Они составляют около...
Термины по теме «Социальная сфера»: Общество — сумма связей, система отношений, возникающая...
Аффирмации для сектора семьи: Я создаю прекрасный счастливый мир для себя и своей семьи...
Теория по геометрии 7-9 класс: Смежные углы – два угла, у которых одна...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.026 с.