Анрацит как самый эффективный твердый природный энергоноситель

 

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского»

 

Кафедра нефтехимии

И техногенной безопасности

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Химия нефти и газа»

 

 

АНТРАЦИТ КАК САМЫЙ  ЭФФЕКТИВНЫЙ ТВЕРДЫЙ ПРИРОДНЫЙ  ЭНЕРГОНОСИТЕЛЬ

 

 

Студента 4 курса Института химии

Скокино Ирины Эдуардовны

 

Научный руководитель к.х.н., доцент ______________ Ромаденкина С.Б.

 

Зав. Кафедрой д.х.н., профессор          ______________ Кузьмина Р.И.

 

 

 

 

 

 

 

Саратов 2012

 

Содержание

 

Введение           3

1. Образование угля         4

2. Классификация углей        8

3. Технический анализ углей       14

4. Переработка углей         20

5. Применение антрацита        25

Заключение          28

Список использованной литературы      29

 

Введение

 

Я выбрала данную тему курсовой работы, потому что считаю, что у угля антрацит большие перспективы применения во многих областях. Антраци́т— самый древний из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени (метаморфизма). Лучший сорт каменного угля, отличающийся черным цветом, сильным блеском, большой теплотворной способностью. Высшая разновидность угля – твердого горючего полезного ископаемого, образованного из растительных остатков растений в результате гумификации и углефикации.

Целью моей курсовой работы является рассказ о свойствах антрацита и углей в целом, классификации углей, а так же применении и переработки. Одним из интересных пунктов работы – Парогазовая установка с пиролизом угля. Я ознакомлю с ее принципом работы, технологической схемой и рядом преимуществ и недостатков этой установки.

 

1.Образование угля

 

Для образования  угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет.

Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем  происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого  создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определённой стадии процесса, выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф — исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.

Под давлением  наслоений осадков толщиной в 1 километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного  материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.

В результатах  движения земной коры угольные пласты испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части разрушались за счёт эрозии или самовозгорания, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности.

Газификация угля – производство горючего (технологического) газа при неполном окислении органической массы угля, имеет давнюю историю  с периодами бурного развития и спадами. Впервые горючий газ из угля получил англичанин Мэрдок в 1792 г. как попутный продукт при производстве       Уголь в основном применяется в качестве топлива. До недавнего времени значительная его часть сжигалась для обогрева домов. Сегодня уголь используется преимущественно для получения электроэнергии или в производственных процессах. Однако до начала широкомасштабной добычи природного газа многие страны получали газ из угля. Этот метод по-прежнему применяется в странах, не имеющих газовых месторождений.

Получение каменноугольного газа связано с производством  кокса — бездымного топлива, необходимого для плавления железной руды. Кокс получают, нагревая уголь в герметичных  печах, где он не горит ввиду отсутствия кислорода. Но при этом под действием тепла вытесняются аммиак, каменноугольная смола, газ. и лёгкие масла, и остаётся лишь твёрдое вещество. Это и есть кокс.

Уголь служит сырьём для различных изделий. Аммиак, каменноугольная  смола и лёгкие масла, получаемые при производстве кокса, используются для изготовления красок, антисептиков, медикаментов, моющих средств, духов, удобрений, гербицидов, ядохимикатов и бытовой химии. Из угля можно получать даже заменитель сахара — сахарин.

Существуют  три основных типа ископаемого угля. Степень его изменения по сравнению с изначальным торфом определяет уровень сто метаморфизма (или углефикации). Меньше всего изменился лигнит, или бурый уголь. В нем содержится наименьшее количество углерода (около 30%), а при его сгорании образуется много дыма и выделяется мало тепла. Самым распространённым и теплоёмким является битуминозный уголь, отличающийся большим разнообразием сортов. Обычно в пластах этого угля перемежаются тусклые и глянцевитые прослойки. Глянцевитые прослойки образовались из остатков деревьев, а тусклые — из более мелкой растительности. В битуминозном угле содержится мягкое вещество, напоминающее древесный уголь; именно оно пачкает нам руки.

У антрацита  наивысшая степень метаморфизма. Он на 98% состоит из углерода и отличается высокой твердостью и чистотой. Его трудно зажечь, но при горении он даёт очень горячее пламя с малым количеством дыма. Большая часть залежей угля образовалась 360–286 млн. лет назад, причём его было так много, что геологи назвали этот период каменноугольным. Источником угольных месторождений были доисторические тропические леса, произраставшие в болотистой местности и отличавшиеся от современных. В большинстве своём они состояли из гигантских древовидных папоротников, а также из крупных хвощей и ряда более мелких растений.

Отмиравшие  древовидные папоротники и прочая растительность осыпались в болота. В болотной воде очень мало кислорода, ускоряющего процесс разложения бактериями органического материала, поэтому медленно гниющие деревья  превращались в торф — первая стадия образования угля. В процессе торфообразования выделялся метан, или болотный газ.

Торф, уплотняясь, превращался в уголь. Из слоя торфа  толщиной 10–15 м образуется тонкий (около 1 м) пласт угля. Первый этап уплотнения проходил в древних болотах по мере того, как появлялись все новые слои гниющей растительности, под массой которых спрессовывались нижние пласты.

В каменноугольный  период происходило поднятие земной коры, в результате накапливались  поверх торфа. Впоследствии слои грунта и торфа были погребены под морскими водами, а затем вновь вышли на поверхность.

Образовывались  другие болота, где появлялись новые  отложения торфа. Этот процесс, называемый циклическим осадконакоплением, повторялся много раз. В угольных районах  имеется ряд расположенных один над другим пластов угля, разделённых слоями осадочных пород. Толщина этих пластов колеблется от нескольких миллиметров до многих метров.

Уголь считается  самой необычной породой по двум причинам. Во-первых, он образуется из органического материала некогда живой ткани — и, во-вторых, в отличие от других пород, он может гореть и выделять тепло.

Добыча угля связана с риском для жизни, и, несмотря на строгие меры безопасности, ежегодно под землёй погибают сотни  шахтёров. Да и сжигание угля чревато  экологическими последствиями и приводит ко многим заболеваниям. Угольные газы также содержат соединения серы, вызывающие кислотные дожди. В результате наносится вред растительности, гибнет рыба и другие представители водной фауны, разрушаются здания.

Углекислый газ — один из основных продуктов сжигания угля. Он относится к газам, являющимся причиной «парникового эффекта»: тепло поглощается атмосферой, а не уходит в открытый космос, вследствие чего происходит глобальное потепление климата[1].

 

2.Классификация углей

 

Одним из важнейших  направлений стандартизации углей  является их классификация по маркам и технологическим группам, по размеру  кусков, группам степени окисленности и другим признакам.[2] Классификация по маркам и технологическим группам построена по принципу возрастающей углефикации от бурого угля до антрацита. Углефикация – фаза углеобразования, в которой торф последовательно превращается в бурый, каменный уголь и антрацит. Степень углефикации – характер и глубина диагенеза и метаморфизма угля. В зависимости от параметров, устанавливаемых нормативно-технической документацией, различают три степени углефикации: низшую, среднюю и высшую. Марка угля – условное обозначение разновидности угля, близкого по генетическим признакам, основным энергетическим и технологическим свойствам. Бурый уголь – уголь низшей степени углефикации, образующийся из торфа в результате диагенеза. Каменный уголь – уголь средней степени углефикации, образующийся из бурого угля в результате метаморфизма. Каменный уголь в порядке возрастания степени углефикации разделяется на следующие марки: Д – длиннопламенный, Г – газовый, Ж – жирный, К – коксовый, ОС – отощенный спекающийся, СС – слабоспекающийся, Т – тощий, ГЖ – газовый жирный, КЖ – коксовый жирный и др. Антрацит относится к углю высшей степени углефикации, образующегося из каменного угля в результате метаморфизма. Классификация на группы по степени окисленности. В угольной промышленности действует два стандарта, устанавливающие группы по степени окисленности: ГОСТ 14834-76 и ГОСТ 10020-83. ГОСТ 14834-76 распространяется на окисленные бурые угли в зависимости от высшей теплоты сгорания в сухом беззольном состоянии топлива и массовой доли общей влаги в рабочем состоянии топлива устанавливает группу окисленности. ГОСТ 10020-83 распространяется на окисленные каменные угли и антрацит, добываемые открытым способом, и устанавливает классификацию по группам в зависимости от величины относительного уменьшения высшей теплоты сгорания на сухое беззольное топливо и количества выветренной массы угля. Группа по степени окисленности угля указывается в документе о качестве. Классификация по размеру кусков. Механизация добычи приводит к увеличению содержания мелочи и дефициту средне- и крупнокускового топлива. Пылеподавление в шахтах повышает влажность углей, что затрудняет их рассортировку. ГОСТ 19242-73 «Угли бурые, каменные и антрацит. Классификация по размеру кусков».

Ископаемые угли - 1 бурые, 2 каменные, 3 антрациты[3].

Бурый уголь(лигни́т)  - низший член общего генетического ряда ископаемых углей; мягкие, плотные, полевой, коричневый; твёрдый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа,  влажность 60%; характеризуется цветом, содержание углерода 63-71%, теплота сгорания 25,5-33,5 МДж/кг. Используется как местное топливо, а также как химическое сырье[4].

Бурый уголь является в виде плотной, землистой, деревянистой или волокнистой углистой массы с бурой чертой, со значительным содержанием летучих битуминозных веществ. В нем часто хорошо сохранилась растительная древесная структура; излом раковистый, землистый или деревянный; цвет бурый или смоляно-черный; легко горит коптящим пламенем, выделяя неприятный своеобразный запах гари; при обработке едким калием дает темно-бурую жидкость. При сухой перегонке образует аммиак, свободный или связанный с уксусной кислотой. Удельный вес 0,5—1,5. Средний химический состав, за вычетом золы: 50—77 % (в среднем 63 %) углерода, 26—37 % (в среднем 32 %) кислорода, 3—5 % водорода и 0—2 % азота.

Средний химический состав:

Углерод 69%

Водород 5,2%

Кислород 25%

Азот 0,8%

 

Как топливо, бурый уголь употребляется значительно меньше, чем каменный уголь. В последнее время стали добывать из бурого угля светильный газ. Сухой перегонкой из многих бурых углей, в особенности так называемых «Schwehlkohle» Саксонии и Силезии, добываются парафин, карболовая кислота, креозот и тому подобные продукты. Буроугольный дёготь, в отличие от каменноугольного, в качестве красящего вещества не годится. Некоторые плотные разновидности легко полируются и годны для токарных поделок; еще в древности этим пользовались[5].

Антрацит (греч. ανθραξ -- уголь)-горит без пламя, дыма и запаха. Высококачественное энергетическое топливо.  наиболее углефицированная разновидность ископаемого угля, содержащий углерода 89-98%, плотная порода, серовато-черного цвета с ярким металлическим блеском, теплота сгорания 33.5-35.2 МДж/кг[4].

Антрацит не самовозгорается  и выдерживает перевозки на значительные расстояния. Присутствующий в разных районах Донецкого каменноугольного бассейна в виде слоев значительной мощности, главным образом в отложениях карбоновой и пермской систем.

Антрацит широко применяется  как высококачественное энергетическое топливо, а также как сырье в черной (используют так называемый термический антрацит, Получаемый путем прокаливания антрацита особого сорта в шахтных печах при температуре до 1350 ° C) и цветной металлургии, химической и электротехнической промышленности и т.д. Антрацит - углеродистая сырья при изготовлении абразивов, Восстановители, электродов. В Украине доступно на Донбассе (Восточный Донбасс). В структуре балансовых запасов угля Украины антрациты составляют 11,3%.

Месторождение углей  Антрацит на Украине находится в  Луганской и Донецкой областях. Добыча производится в шахтах глубиной до 1500 м., из шахты уголь попадает на углеперерабатывающие предприятия (Горно – обогатительные фабрики), где он обогащается и сортируется по фракциям (размерам кусков) и затем поступает потребителям. По своим теплотворным качествам уголь Антрацит превосходит все каменные угли - 8200 ккл/кг, для сравнения природный газ 7000 ккл/кг. Уголь Антрацит самый твердый из всех углей , летучих веществ при горении выделяется всего до 5%. Антрациты используются в различных сферах деятельности человека- в промышленном производстве (варят металл , производят электроэнергию, сахар, химическую продукцию и др.), в коммунальной сфере (отопление, нагрев воды и др.), для индивидуального отопления , а также из Антрацитов делают фильтранты для очищения воды , стоков и др[5].