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. Угольная, коксохимическая промышленность, отрасли тяжелой промышленности осуществляют переработку каменного угля методом коксования. Коксованиепромышленный метод переработки угля путем нагревания до 950-1050 С без доступа воздуха. Основынми коксохимическими продуктами являются: коксовый газ, продукты переработки сырого бензола, каменноугольной смолы, аммиака.
Из коксового газа углеводороды извлекают промывкой в скрубберах жидкими поглотительными маслами. После отгонки от масла, разгонки из фракции, очистки и повторной ректификации получают чистые товарные продукты, как-то: бензол, толуол, ксилолы и др. Из непредельных соединений, содержащихся в сыром бензоле, получают кумароновые смолы, использующиеся для производства лаков, красок, линолеума и в резиновой промышленности. Перспективным сырьем является также циклопентадиен, который также получают из каменного угля. Каменный уголь – сырье для получения нафталина и других индивидуальных ароматических углеводородов. Важнейшими продуктами переработки являются пиридиновые основания и фенолы.
Каменный уголь был первым ископаемым материалом, который люди использовали как топливо. Использование угля для получения энергии позволило быстро продвигать промышленность, и в определенное время уголь составлял половину мирового производства энергии. Каменный уголь является осадочной породой, которая образовалась в результате естественного разложения древних растений. В месторождениях уголь залегает в виде пластов. В состав каменного угля входит большое количество углерода и летучих веществ с небольшой долей минеральных примесей.
Путем переработки в общей сложности можно получить более 400 различных продуктов, стоимость которых, по сравнению,со стоимостью самого угля, возрастает в 20-25 раз, а побочные продукты, получаемые на коксохимических заводах, превосходят стоимость самого кокса.
Очень перспективным является сжигание (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1т нефти расходуется 2-3т каменного угля. Из каменных углей получают искусственный графит. Используются они в качестве неорганического сырья. При переработке каменного угля из него в промышленных масштабах извлекают ванадий, германий, серу, галлий, молибден, цинк, свинец. Зола от сжигания углей, отходы добычи и переработки используются в производстве стройматериалов, керамики, огнеупорного сырья, глинозема, абразивов. С целью оптимального использования угля производится его обогащение (удаление минеральных примесей).
Каменный уголь содержит до 97% углерода, можно сказать, лежит в основе всех углеводородов, т.е. в их основе лежат атомы углерода. Часто приходится встречаться с аморфным углеродом в виде угля. По строению аморфный углерод – это тот же графит, но в состоянии тончайшего измельчения. Практическое применение аморфных форм углерода разнообразно. Кокс и уголь – как восстановитель в металлургии при выплавке железа.
Каменный уголь является неотъемлемой частью нашей жизнедеятельности. Разнообразнейшее применение практически во всех отраслях народного хозяйства каменного угля предполагает и дальнейшее его добычу и переработку.
Каменные угли имеют высокую теплоту сгорания, содержат в себе до 32 % летучих веществ, поэтому неплохо воспламеняются.
В Англии в17 веке стали использовать уголь, как кокс при выплавке чугуна. Позже в 19 веке уголь применяется для транспорта. В настоящее время уголь применяют в производстве электроэнергии, металлургического кокса, изготовлении разнообразных продуктов.
Самые большие угольные бассейны в России по объему добычи месторождения каменного угля - это Тунгусский, Кузнецкий, Печорский бассейны. В Казахстане – Карагандинский. В США - Аппалачский и Пенсильванский бассейны. В Германии – Рурский и многие др. Крупные залежи каменного угля имеют многие страны.
Таким образом, мы видим, что каменный уголь является неотъемлемой частью нашей жизнедеятельности. Применение каменного угля практически во всех отраслях народного хозяйства предполагает и в дальнейшем его добычу и переработку, которая несомненно таит в себе еще скрытые от нас перспективы.
Угольная промышленность – важное звено топливно-энергетического комплекса (ТЭК). По данным генерального директора АО «Росуголь» Ю. Малышева, выступившего с докладом о социально-экономическом положении угольной промышленности, доля России в разведанных мировых запасах угля составляет 12 %, а прогнозные запасы оцениваются в 30 %. В мировой добыче угля на неё приходится 14 %.
Основные направления промышленного использования угля: производство электроэнергии, металлургического кокса, сжигание в энергетических целях, получение при химической переработке разнообразных (до 300 наименований) продуктов. Возрастает потребление углей для получения высокоуглеродистых углеграфитовых конструкционных материалов, горного воска, пластических масс, синтетического жидкого и газообразного высококалорийного топлива, ароматических продуктов, высоко азотистых кислот для удобрений. Получаемый из каменного угля кокс, необходим в больших количествах металлургической промышленности. При переработке каменного угля из него извлекают в промышленных масштабах ванадий, германий, серу, галлий, молибден, цинк, свинец. Зола от сжигания углей, отходы добычи и переработки используются в производстве стройматериалов, керамики, огнеупорного сырья, глинозема, абразивов. С целью оптимального использования угля производится его обогащение (удаление минеральных примесей).
Получение кокса осуществляется на коксохимических заводах. Каменный уголь подвергается сухой перегонке (коксованию) путём нагревания в специальных коксовых печах без доступа воздуха до температуры 1000 °С. При этом получается кокс - твердое пористое вещество. Кроме кокса при сухой перегонке каменного угля образуются также летучие продукты, при охлаждении которых до 25-75 о С образуется каменноугольная смола, аммиачная вода и газообразные продукты. Каменноугольная смола подвергается фракционной перегонке, в результате чего получают несколько фракций:
Легкое масло (температура кипения до 170 о С); в нем содержатся ароматические углеводороды (бензол, толуол, кислоты) и др. вещества;
Среднее масло (температура кипения 170-230 о С). Это фенолы, нафталин;
Антраценовое масло - антрацен, фенатрен;
Тяжелое масло (температура кипения 230-270 о С). Это нафталин и его гомологи и др.
В состав газообразных продуктов (коксового газа) входят бензол, толуол, ксилолы, фенол, аммиак и другие вещества. Из коксового газа после очистки от аммиака, сероводорода и цианистых соединений извлекают сырой бензол, из которого выделяют отдельные углеводороды и ряд других ценных веществ.
Из коксового газа углеводороды извлекают промывкой в скрубберах жидкими поглотительными маслами. После отгонки от масла, разгонки из фракции, очистки и повторной ректификации получают чистые товарные продукты: бензол, толуол, ксилолы и др. Из непредельных соединений, содержащихся в сыром бензоле, получают кумароновые смолы, использующиеся для производства лаков, красок, линолеума и в резиновой промышленности.
Характерной особенностью выбросов коксохимического производства является большое разнообразие содержащихся в них вредных веществ (пыль, сернистый ангидрид, оксид углерода (II), сероводород, аммиак, фенолы, бензольные углеводороды и др.). Хотя количество отдельных компонентов невелико, они обладают значительной токсичностью.
К основным источникам загрязнения атмосферы пылью относятся: цех углеподготовки, отделение коксосортировки, коксовые печи в период загрузки шихты и выдачи кокса. Загрязнение атмосферы последними периодично и кратковременно (в 1 ч три операции по выдаче кокса продолжительностью 2-3 мин.). При тушении кокса в башнях вместе с парами воды поступают в атмосферу аммиак, сероводород, оксид серы, фенолы, смолистые вещества. Для предотвращения попадания в атмосферу этих веществ на новых коксовых батареях устанавливают установки сухого тушения. Кроме того, в цехах углеподготовки и отделениях коксосортировки оборудование оснащается аспирационными системами. От всех аспирационных систем завода выброс пыли составляет около 0,9 кг на тонну кокса. Примерно 0,4 кг пыли на тонну кокса выделяется при перегрузке углей, загрузке их в печи.
Среди загрязняющих окружающую среду веществ, образующихся в коксохимическом производстве, могут быть полицикличёские углеводороды (в том числе бенз-(а)-пирен), которые являются канцерогенными веществами. Они могут загрязнять атмосферный воздух, воду и почву.
В то же время на коксохимических заводах образуется большое количество сточных вод. Они содержат отходы производства и составляют в целом около 38 % массы коксуемой шихты. Около 30 % из них представляют собой надсмольные воды, содержащие до 3 г/л летучих и труднолетучих фенолов, что значительно превышает максимально допустимые концентрации фенолов в воде, которая направляется на биохимическую очистку. Поэтому такие сточные воды обессмоливаются на кварцевых фильтрах, после чего подаются на аммиачную колонну для удаления аммиака, а затем в скруббер для обесфеноливания. Только после этого они охлаждаются и смешиваются в усреднителе с другими водами. Более эффективное извлечение фенолов достигается в результате применения пароциркуляционного и жидкостного способов экстракции, снижающих концентрацию фенолов в стоковых водах до 10 -4 %. Этим ликвидируется токсичность сточных вод, обусловленная наличием в них фенолов.
На коксохимических заводах образуются значительные объёмы отходов (кислая смола, фусы, отходы флотации, обработанные кислоты и др.). Около половины их не утилизируется, а вывозятся на промышленные свалки. Промышленные отходы коксохимических заводов содержат большое количество фенолов (до 880 мг/кг), цианидов (более 120 мг/кг), роданидов (более 10 мг/кг) и др. Для предупреждения загрязнения окружающей среды и сохранения здоровья населения необходимо на коксохимических заводах наладить точный учет отходов, обеспечить их максимальную утилизацию. Для неутилизируемых отходов необходимо также обеспечить сбор пека и шлака в металлические ёмкости с плотно закрывающимися крышками и складировать на специальных полигонах, имеющих гидроизоляцию. Вывоз отходов с территории предприятия следует осуществлять специальным транспортом по графику.
Методы получения синтетических топлив из угля. Очень перспективным направлением переработки угля является получение из него синтетических топлив. Получаемые из угля синтетические топлива могут быть твердыми, жидкими и газообразными. К твердым синтетическим топливам относится большое количество облагороженных или улучшенных топлив типа «чистый уголь», угольные брикеты, полукокс, термоуголь, автоклавированный уголь. Синтетические жидкие топлива представлены котельным топливом (заменитель нефтяного мазута), моторными топливами и метанолом. Газообразные топлива, получаемые из угля, представляют собой топливный газ, «заменитель природного газа» и синтез-газ.
Получение из угля синтетических топлив осуществляется различными методами. Твердое топливо с повышенной экологической чистотой получается в результате удаления из исходного угля вредных примесей, таких как сера и минеральные примеси.
Преимуществами «чистого угля» являются снижение выбросов SО 2 и твердых частиц при сжигании, а также повышение теплотворной способности по сравнению с исходным углем. При получении топлива для коммунально-бытовых целей используется брикетирование угольной мелочи. В результате происходит снижение выбросов твердых частиц при сжигании и может повышаться теплотворная способность топлива. В некоторых случаях в брикеты вводят специальные химические добавки, снижающие выход смол, сажи, серы и других вредных продуктов при сжигании.
Повышение качества бурых углей, имеющих низкую теплотворную способность из-за большого количества влаги и кислорода, достигается путём их облагораживания при пиролизе или обработке перегретым паром.
Термическое облагораживание бурого угля повышает его теплотворную способность, кроме того, снижается эмиссия SО 2 и NO X (для полукокса и термоугля) и могут уменьшаться выбросы твердых частиц при сжигании автоклавированного кускового угля.
Процесс газификации угля является многоцелевым относительно состава продуцируемого газа. При получении газообразных топлив выделяются три основных направления, связанные с производством топливного газа, заменителя природного газа и синтез-газа.
Применение топливного газа позволяет решать экологические и технологические проблемы в энергетике, металлургии и других отраслях промышленности. Особенностью получаемого заменителя природного газа является низкое содержание СО и, следовательно, относительно низкая токсичность, что позволяет широко применять этот газ в бытовых целях. Синтез-газ используется для химической переработки в метанол, моторные топлива или для получения водорода. Для получения жидких топлив непосредственно из угля используются процессы гидрогенизации, пиролиза, ожижения растворителями.
При получении котельного топлива (заменителя нефтяного мазута) и моторных топлив требуется дополнительное применение процессов гидропереработки жидких угольных продуктов с целью уменьшения содержания серы и других нежелательных примесей. Наиболее легко перерабатывается «угольная нефть», получаемая в процессе каталитической гидрогенизации угля.
Альтернативным направлением производства синтетических жидких топлив является совмещение процессов получения из угля синтез-газа и его химической переработки.
Жидкие топлива из синтез-газа экологически намного безопаснее, чем топлива, получаемые прямым ожижением угля. Последние содержат высокое количество канцерогенных полициклических соединений.
Переработка отходов углеобогащения . Анализ химического состава технологических отходов 80 углеобогатительных фабрик основных угольных бассейнов СССР показал достаточно стабильное содержание в них Аl 2 O 3 и SiО 2 , что позволяет использовать их как сырье для производства керамических изделий. В исходном состоянии эти отходы не размокают в воде, но после дробления и помола их глинистая составляющая высвобождается и отходы приобретают способность образовывать с водой пластичную массу, из которой может быть сформован кирпич-сырец, превосходящий по некоторым свойствам аналогичные и из обычной глины. Производство глиняного (красного) кирпича заключается в обжиге формованной глиняной массы, в которую добавляют опилки, некоторые органические отходы, просеянный уголь в качестве топливного (выгорающего) компонента. Для уменьшения усадки при сушке и обжиге, а также для предотвращения деформации и трещин изготовляемых керамических изделий в жирные пластические глины вводят природные (кварцевые пески) или искусственные (дегидратированная глина, шамот) отощающие материалы. Обжиг изделий из таких отходов обычно проводят в условиях, обеспечивающих завершение процесса выгорания углерода к моменту начала интенсивного спекания черепка.
Уголь, содержащийся в отходах углеобогащения, может быть использован как топливо при их термической переработке (в смеси с глинистыми породами) в кирпич, керамику и в другие строительные материалы. Таким способом получают, например, аглопорит - искусственный легкий пористый заполнитель для бетонов, производство которого налажено в ряде зарубежных стран и развивается в России.
Технология производства аглопорита может быть различной. На ряде заводов она заключается в термической обработке методом агломерации гранулированной шихты из глинистых пород или отходов добычи, обогащения и сжигания углей с последующим дроблением получающегося в результате спекания «коржа» и выделением при рассеве требуемых фракций заполнителя. Аналогично можно перерабатывать отходы обогащения горючих сланцев.
Производство диоксида серы . Производимое целью уменьшения содержания серы в угле обогащение сопровождается образованием углистого колчедана, содержащего 42-46 % серы и 5-8 % углерода.
Углистый колчедан является потенциальным сырьем для производства серной кислоты, однако непосредственная его переработка в SO 2 путём обжига приводит к получению низкоконцентрированных газов (в результате их разбавления образующимся СО 2) и связана с техническими трудностями ввиду необходимости отвода избыточного тепла экзотермических реакций. Высокотемпературная пёреработка углистого колчедана совместно с гипсом (40-45 %) в механических печах не обеспечивает разложения последнего больше, чем на 20 %, и приводит к образованию высокосернистого (10-15 %) огарка.
В промышленной практике нашел использование способ производства SO 2 , путём термической переработки углистого колчедана совместно с сульфатами железа, являющимися отходами процессов травления металлов в черной металлургии и метизной промышленности, при получении пигментного ТiО 2 . Выход сульфатов железа в этих производствах составляет примерно 500 тыс. т/год в виде FeSO 4 ∙ 7H 2 O. Обжиговые газы, максимальная концентрация SО 2 в которых не превышает 18,3 %, направляют в промывное отделение сернокислотного производства.
| Предыдущая |
Владимир Хомутко
Время на чтение: 3 минуты
А А
Какие продукты получают из угля и нефти?
Нефть и уголь относятся к полезным ископаемым и активно используются человечеством в качестве источников энергии.
Но если уголь можно использовать в чистом виде, то нефть – нет. Её сначала необходимо подвергнуть переработке с целью получения продуктов, пригодных для практического применения. Впрочем, и из угля можно получить сопутствующие элементы, имеющие практическое значение.
Нефть – это горючая маслянистая жидкость, представляющая собой сложную смесь различных углеводородных соединений.
В её составе содержатся растворенные попутные газы, которые при подъеме сырья на поверхность начинают активно выделяться. К ним относятся всем хорошо известные метан и сероводород.
Список продуктов переработки этого полезного ископаемого весьма обширен, поэтому перечислять их все – займет много времени. Попробуем подойти к этому вопросу с точки зрения агрегатного состояния производимой продукции.
Нефтяные газы
Эти вещества, выделяемые из поднятой на поверхность углеводородной смеси, называется попутными.
Их выделяют как в процессе первичной переработки сырья на промыслах (сепарация), так и на нефтеперегонных заводах (НПЗ). К эти продуктам относятся этан, пропан и бутан, из которых с помощью дегидрирования получают такие продукты, как этилен и пропилен. Пропано-бутановая – это тот самый сжиженный газ, который до сих пор применяется для бытовых нужд.
Жидкие нефтепродукты
Тут список гораздо больше. Из добытого на месторождениях углеводородного сырья производят:
- моторные топлива (бензин, дизтопливо, авиационный керосин, реактивное топливо); их доля в перерабатываемом сырье составляет от 50 до 80-ти процентов;
- котельное и судовое топливо (мазуты);
- керосин (в том числе – осветительный);
- различные виды масел (смазочные, трансмиссионные и так далее);
- газойль (сырье для получения бензола и толуола) и так далее, и тому подобное.
Нефтепереработка происходит под действием высоких температур, которые из-за разных точек кипения нефтяных компонентов позволяют разложить сырье на отдельные составляющие.
Остатком этого процесса является гудрон, из которого в дальнейшем делают битумы, которые активно применяются при производстве дорожных и кровельных работ.
Это полезное ископаемое находится в твердом агрегатном состоянии. Его переработка осуществляется путем коксования в специализированных печах, которые исключают попадание в них кислорода. В результате серии химических реакций, из угля делают кокс, который очень востребован на предприятиях металлургической промышленности, и коксовый газ, который в процессе конденсации распадается на смолу и аммиачную воду.
С использованием сухой перегонки из угля образуется деготь, который широко используется в строительной индустрии и при изготовлении различных стройматериалов в качестве связующего вещества.
Аммиачная вода дает аммиак, который входит в состав большого количества химических удобрений, так необходимых сельскохозяйственной отрасли.
Использование угля в промышленности
Получают из каменного угля (впрочем) как и из жидких углеводородов) также и синтетические углеводороды, которые активно используются в топливном балансе. Поскольку они наносят гораздо меньший вред окружающей нас среде, их применение в перспективе будет расширяться.
Уголь важен для народного хозяйства
Каменный уголь - это один из первых минералов, который человек начал использовать в качестве топлива. Только в конце 19 века его стали постепенно вытеснять другие виды топлива: сначала нефть, потом продукты из нее, позднее газ (природный и полученный из угля и других веществ). Каменный уголь применяется в народном хозяйстве очень широко. Прежде всего, как топливо и химическое сырье. Например, металлургическая отрасль промышленности при выплавке чугуна не может обойтись без кокса. Производят его на коксохимических предприятиях из каменного угля.
Где еще используют уголь?
На отходах добычи каменного угля (антрацитовом штыбе) работают мощные тепловые электростанции в России и Украине (и не только). Впервые получили металл с использованием кокса из железной руды в 18 веке в Англии. Это в металлургии стало началом применения каменного угля, точнее, кокса - продукта его переработки. До этого железо получали при помощи древесного угля, поэтому в Англии в 18 - 19 веках вырубили почти весь лес. Коксохимическая промышленность использует каменный уголь, перерабатывая его в каменноугольный кокс и коксовый газ, при этом выпускаются десятки видов химических продуктов (этилен, толуол, ксилолы, бензол, коксовый бензин, смолы, масла и многое другое). На основе этих химических продуктов изготавливают самые разные пластмассы, азотные и аммиачно-фосфорные удобрения, водные растворы аммиака (удобрения), химикаты для защиты растений. Также производят моющие средства и стиральные порошки, лекарства для людей и животных, сольвенты (растворители), серу или серную кислоту, кумароновые смолы (для красок, лаков, линолеума и для резинотехнических изделий) и т. д. Полный перечень продуктов коксохимической переработки каменного угля занимает несколько страниц.
Как складывается стоимость угля?
Кокосовый уголь - что это?
Один из видов древесного угля - кокосовый уголь, который изготавливают из скорлупы орехов. Его можно применять в мангалах, грилях, барбекю. Он горит гораздо дольше другого древесного угля, не имеет запаха, в нем нет серы, он не воспламеняется от капающего жира. Очищенный кокосовый уголь может использоваться для кальяна, т. к. при использовании не имеет ни запаха, ни вкуса. После специальной обработки (активирования) рабочая поверхность каждого кусочка угля увеличивается в несколько раз (и он становится прекрасным адсорбентом). Использование кокосового угля в фильтрах для очистки воды дает прекрасные результаты.
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.
