Надо Знать

добавить знаний



Уголь



План:


Введение

Уголь
Coal.jpg
Общие сведения
Генезис
Минеральный состав
Кислотность
Идентификация
Цвет Черный
Структура (петрография)
Текстура (петрография)
Форма залегания Пласты
Отдельность
Разновидности
Удельный вес 0,92-1,7 г / см
Практическое значение
Структура угля


Уголь, Ископаемый уголь ( рус. уголь ископаемые, англ. fossil coal (mineral), нем. fossile Kohle f) - твердая осадочная порода, горючая ископаемое, образованное путем углефикации растительных остатков.


1. Характеристика

См.. также Показатели качества угля

Цвет - от бурого до черного. Плотность 0,92-1,7, твердость 1-3. Выделяют гумолиты ( уголь каменный, уголь бурый и антрациты), сапропелиты и сапрогумолиты. Ископаемый уголь - один из наиболее распространенных видов полезных ископаемых, они обнаружены на всех континентах земного шара. Известно около 3000 угольных месторождений и бассейнов. Существуют разные оценки общих мировых запасов ископаемого угля - от 3,7 до 16 и более трлн. т (на 1990 г.). Ископаемый уголь составляет около 87,5% ископаемого топлива Земли. Разведанные запасы угля Всемирным энергетическим конгрессом 1998 г. в млрд. т. у. п. были оценены так: миру - 799,8; Европа - 72,6; Украина - 34,0. В мировом топливно-энергетическом балансе ископаемый уголь составляет около 25%.

Ископаемый уголь - преимущественно черная, блестящая, тускло блестящая, матовая вещество характеризуется различными оттенками цвета и блеска, разной текстурой (землистым, слоистой, монолитной) и структурой (полосатой, штриховой, однородной и др.). И поверхностью излома (зернистой, гладкой, напивраковинною и др.)., различной трищиннистю с плиточное, угловато-комковатой и др.. различиями; редкими включениями вуглефикованих фрагментов различных частей растений; слоями осадочных пород и минеральных включений. В составе ископаемого угля выделяют фитералы (остатки растительного материала) и мацералы (вуглеутворюючи компоненты).

Основные компоненты угля: органическое вещество, минеральные примеси и влага. Масса органического вещества составляет 50-97% от общей массы сухого угля. Химический состав органической части угля включает C, H, O, S, N и др.. химические элементы. Преобладает углерод, на долю которого приходится 60-98% массы угольного вещества. Минеральные примеси рассеяны в органической массе в виде кристаллов, конкреций, тонких слоев и линз. Наиболее распространенные глинистые минералы, содержание их в среднем составляет 60-80% от общей массы неорганического материала. Подчиненное значение имеют карбонаты, сульфиды железа и кварц. В незначительных количествах содержатся сульфиды цветных и редких металлов, фосфаты, сульфаты, соли щелочных металлов. Относительное содержание минеральных примесей в сухом веществе угля колеблется в широких пределах (зольность 50-60%). Влага угля в основном сорбционная, капиллярная и порол, частично влага входит в состав органической массы или содержится в кристаллизационных решетках минералов (пирогенетический влага). Массовая доля суммарной влаги колеблется от 60% в мягких рыхлых до 16% в плотном буром угле, снижаясь до 6-10% в каменном угле и антрацитах. Минимальная влажность (до 4%) имеет середньометаморфизоване каменный уголь. Величина этого показателя - один из основных параметров классификации бурого угля. Высшая теплота сгорания сухого беззольного угля колеблется в пределах (МДж / кг): для бурых 25,5-32,6, для каменных 30,5-36,2 и для антрацитов 35,6 33,9. Низшая теплота сгорания в пересчете на рабочее топливо (МДж / кг): 6,1-18,8 для бурых углей, 22,0-22,5 для каменного угля и 20-26 для антрацитов.


2. Физические свойства

См.. Физические свойства угля

Под физическими свойствами твердых тел понимается их специфическое поведение при воздействии определенных сил и полей. Существует три основных способа воздействия на твердые тела, соответствующие трем основным видам энергии: механический, термический и электромагнитный. Соответственно выделяют три основных группы физических свойств.

Механические свойства связывают механические напряжения и деформации тела, согласно результатам широких исследований механических и реологических свойств твердых тел, выполненных школой академика П.А. Ребиндера, можно разделить на упругие, прочностные, реологические и технологические. Кроме того, при воздействии на твердые тела жидкостей или газов оказываются их гидравлические и газодинамические свойства.

В термических относят свойства, которые проявляются в угле под влиянием тепловых полей, а к электромагнитным - свойства, которые проявляются при воздействии на уголь электрических, магнитных полей и электромагнитных колебаний.

В электромагнитных свойств условно можно отнести радиационные, которые проявляются при воздействии на уголь потоков микрочастиц или электромагнитных волн значительной жесткости (рентгеновские, гамма-лучи).

Удельное электросопротивление повышается с переходом от бурого до каменного угля и достигает максимума на средней стадии углефикации (С daf = 87%), а затем уменьшается с ростом степени метаморфизма, составляя в антрацитов 10 2 -10 3 Ом см.

Окисление угля приводит к значительному снижению его сопротивления при температурах до 100 С, коэффициент анизотропии каменного угля составляет 1,73-2,55, антрацита 2,00-2,55. Немногочисленные исследования показали, что сопротивление целика и порошка угля практически совпадают. Удельное электрическое сопротивление возрастает с увеличением зольности.

Физические свойства угля обусловлены их химическому составу, структуре и надмолекулярной организацией.


2.1. Физико-механические свойства

См.. Физико-механические свойства угля

Основные физико-механические свойства угля:

  • а) упругость - способность восстанавливать свои первоначальные размеры после снятия нагрузки;
  • б) пластичность - способность сохранять деформацию до предела текучести после снятия нагрузки;
  • в) твердость - способность сопротивляться упругим и пластическим деформациям при местной силовом воздействии на поверхность тела;
  • г) прочность - способность сопротивляться разрушению под действием напряжений;
  • д) хрупкость - способность разрушаться без заметного поглощения энергии;
  • е) дробимости - свойство, которое определяется совокупностью твердости, вязкости и трещиноватости;
  • ж) прочность - условное понятие, которое символизирует совокупность механических свойств и проявляется в различных технологических процессах при добыче и переработке угля.

3. Химические свойства

См.. Химические свойства угля

Элементный состав (содержание углерода, водорода, кислорода и азота) является общепринятой характеристикой органической массы угля. По данным элементного состава можно с достаточной степенью точности определить теплоту сгорания, теоретическую температуру горения и состав продуктов горения, выход продуктов термического разложения и степень углефикации. Однако углерод, водород и кислород входят не только в состав органической массы угля, но и минеральных примесей, которые при химическом анализе частично разлагаются. В связи с этим элементный состав определяется не совсем точно и он полностью не отражает истинный состав органической массы, поэтому результаты элементного состава обычно перечисляют на беззольную массу.

Уголь, нагретый до высоких температур без доступа воздуха, разлагается с образованием жидких и газообразных продуктов (в основном углеводородов), называемых летучими веществами. Твердый продукт, возникающий в результате термического разложения угля, называется коксовым остатком или корольком. Содержание и состав летучих веществ зависят от термического воздействия (температуры и продолжительности нагрева). Выход летучих веществ зависит от стадии метаморфизма. Во многих классификациях выход летучих веществ используется как параметр, характеризующий стадию метаморфизма и промышленную марку угля.


4. Образование угля

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах накапливалась органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались залежи угля. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относятся к этому периоду, хотя существуют и младшие месторождения. Возраст древнейшего угля оценивается примерно в 350 миллионов лет.

Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальные условия для этого есть в болотах, где стоячая вода обеднена кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определенной стадии процесса, кислоты, которые выделяются в его ходе, предотвращающие дальнейшей деятельности бактерий. Так возникает торф - исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф под действием сжатия теряя воду и газы, преобразуется в уголь.

Под давлением толщи осадков мощностью 1 километр с 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина захоронения 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 высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1.5 метра.

В результате движения земной коры, угольные пласты испытывали поднятие и складкообразования. Со временем поднятые части разрушались за счет эрозии, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности.


5. Классификация углей

Антрацит
Бурый уголь

Антрацит - это ископаемый уголь, что при своем возникновении прогревался глубже, уголь высшей меры углефикации. Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95% углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800-8350 ккал / кг). Имеет самую теплоту сгорания, но плохо загорается. Образуется из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров.

Каменный уголь - осадочная порода, которая является продуктом глубокого разложения остатков растений (древесных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, главным образом в каменноугольный период, примерно 300-350 миллионов лет назад. По химическому составу каменный уголь является смесью высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшим количеством минеральных примесей, при сжигании угля образуют золу. Ископаемый уголь отличается соотношением своих компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от сорта, составляет от 75% до 95%. Містить до 12 % вологи (3-4 % внутрішньої), тому має вищу теплоту згоряння порівняно з бурим вугіллям. Містить до 32 % летких речовин, завдяки чому непогано спалахує. Утворюється з бурого вугілля на глибинах бл. 3 кілометрів.

Буре вугілля - тверде викопне вугілля, що утворилося з торфу, містить 65-70 % вуглецю, бурого кольору, наймолодше з викопного вугілля. Використовується як місцеве паливо, а також як хімічна сировина. Містить багато води (43 %), і тому має низьку теплоту згоряння. Кріме того, містить більшу кількість летких речовин (до 50 %). Утворюється з відмерлих органічних решток під тиском навантаження і дією підвищеної температури на глибинах бл. 1 км.


За класифікацією, введеною у 1990 р. (ГОСТ 25543-88), передбачено таке віднесення вугілля:

  • к бурого при середньому показнику відбиття вітриніту Rо менше 0,60 % і вищій теплоті згоряння в перерахунку на вологий беззольний стан (Q saf) менше 24 МДж/кг;
  • к кам'яного вугілля - при середній величині Rо 0,40-2,59 %, Q saf 24 МДж/кг і більше і виході летких речовин в перерахунку на сухий беззольний стан (V daf) 8 % і більше;
  • к антрацитів - при середній величині Rо від 2,20 % і більше і V daf менше за 8 %.

Передбачене визначення наступних генетичних параметрів вугілля:

  • міри їх метаморфізму (встановлюється за Rо),
  • особливості петрографічного складу - мінімальний сумарний вміст фюзенізованих опіснюючих компонентів - О К, %;
  • максимальна вологоємність на беззольний стан W af max % - для бурого вугілля,
    вихід летких речовин V daf, % - для кам'яного вугілля,
    V vdaf, см/г - для антрацитів;
  • вихід смол напівкоксування Т skdaf для бурого вугілля,
    спікливість за товщиною пластичного шару "Y", мм, і індексу Рога RI для кам'яного вугілля,
    анізотропія відбиття витриніту АR,% для антрацитів.

За перерахованими показниками виділено 50 класів вугілля з Rо від 0,20 до 5,0 % і більше, 8 категорій з ОК від 10 до 69 %, 6 типів бурого вугілля з W afmax від 20 до 70 %, 11 - кам'яного з V daf від 48 до 8 % і 4 - антрацитів з V vdaf від 200 до 100 см/г, 4 підтипи бурого вугілля з Т skdaf від 20 до 10 % , 23 - кам'яного за показниками спікливості і 6 - антрацитів за показниками анізотропії відбиття витриніту.

Таблиця Види викопного вугілля

Вид вугілля Середній показник відбиття вітриніту R 0,% Теплота згоряння на вологий беззольний стан Q s ds, МДж/кг Вихід летких речовин на сухий беззольний стан V daf, %
Бурый уголь Менше 0,60 Менше 24 -
Каменный уголь Від 0,40 до 2,59 24 і більше 9 і більше
Антрацит 2,40 і більше - менше 9


Таблиця Класифікація вугілля України (ДСТУ 3472-96)

Марка вугілля Обозначение
марки
Класифікаційні показники
Середній показник відбитгя вітриніту, R 0, % Вихід летких
речовин V daf, %
Товщина
пластичного
шару Y, мм
Індекс Рога RІ, відн. от Теплота згоряння Q s daf,
МДж/кг*
Буре Б <0,4 Від 50 до 70 - - <24*
Довгополуменеве Д Від 0,4 до 0,6
(включно)
35-50 <6 - -
Довгополуменеве
газове
ДГ 0,50-0,80 35-48 Від 6 до 9
(включно)
- -
Газовое Г 0,50-1,0 33-46 10-16** - -
Жирне Ж 0,85-1,20 28-36 17-38 - -
Коксівне К 1,21-1,60 18-28 13-28 - -
Піснувато-спікливе ПС 1,30-1,90 14-22 6-12 Від 13 до 50 (включно) -
Пісне П 1,60-2,59 8-18*** <6 >13 Від 35,2 до 36,5 (включно)
Антрацит А 2,60-5,60 <8 - - <35,2

См.. Петрогенетична класифікація викопного вугілля


5.1. Маркування вугілля

Промислові класифікації викопного вугілля відображають практику їх використання, що склалася. В Україні основа традиційної промислової класифікації викопного вугілля - їх марочна приналежність. Марка вугілля - умовна назва різновидів вугілля, близьких за генетичними ознаками і основними енергетичними і технологічними властивостями.

Все буре вугілля належить до однієї марки Б, а антрацити - до марки А. Всередині марок виділяють технологічні групи викопного вугілля. Буре вугілля за вмістом робочої вологи поділяється на 3 технологічні групи: (W понад 40 %), (31-40 %), (W менше 30 %), вугілля Дніпровського басейну технологічної групи 1Б додатково поділяють на 4 групи за виходом смол і кожна з них на 4 підгрупи за величиною вищої теплоти згоряння (по бомбі).

За сукупністю генетичних параметрів вугілля кодується семизначним кодовим числом. Відповідно до генетичних параметрів визначаються технологічна марка, група і підгрупа вугілля.

Всього виділено 17 марок, з них по одній для бурого (Б) вугілля і антрацитів (А) і 15 для кам'яного вугілля: довгополуменеве ( Д), довгополуменеве газове ( ДГ), газове ( Г), газове жирне опіснене ( ГЖО), газове жирне ( ГЖ), жирне ( Ж), коксове жирне ( КЖ), коксівне ( К), коксове опіснене ( КО), коксове слабкоспікливе низькометаморфізоване ( КСН), коксове слабкоспікливе ( КС), опіснене спікливе ( ОС), пісне спікливе ( ПС), слабкоспікливе ( СС) і пісне ( П). Інші варіанти цієї класифікації виділяють 16-18 марок вугілля кам'яного. В подальшому така класифікація була вдосконалена.

За Стандартом України "Вугілля буре, кам'яне та антрацит" (ДСТУ 3472-96) в залежності від значень середнього показника відбивання вітриніту Rо, виходу летких речовин V daf, теплоти згоряння на сухий беззольний Q sdaf або вологий беззольний Q saf стан та спікливості, яка оцінюється товщиною пластичного шару "Y" і індексом Рога RI вугілля України поділяється на марки.


5.2. Зарубіжні класифікації

У зарубіжних класифікаціях вугілля прийнятий підрозділ їх на бурі, кам'яні і антрацити з додатковим виділенням лігнітів або ототожненням останніх з бурим вугіллям. Більш дрібні підрозділи в цих класифікаціях основані на ступені їх вуглефікації і зумовлених нею таких найважливіших показниках промислових властивостей, як питома теплота згоряння і спікливість.

У класифікації Грюнера, поширеній в зарубіжних європейських країнах, прийняті такі основні параметри:

  • елементний склад,
  • вихід і властивості нелеткого залишку.

У США викопне вугілля поділене на 4 класи:

  • лігніти,
  • суббітумінозне вугілля,
  • бітумінозне вугілля,
  • антрацити.

У кожному класі виділені групи для лігнітів і неспікливого (суббітумінозного) вугілля за величиною вищої питомої теплоти згоряння беззольного вугілля, а для вугілля, що спікається (бітумінозного) і антрацитів, - за вмістом зв'язаного вуглецю і виходом летких речовин.


6. Доведені запаси вугілля

Coal output in 2005
Доведені запаси вугілля на 2006 рік в млн. тонн [1]
Страна Кам'яне вугілля Буре вугілля Всего %
США 111338 135305 246643 27,1
Россия 49088 107922 157010 17,3
Китай 62200 52300 114500 12,6
Индия 90085 2360 92445 10,2
Австралия 38600 39900 78500 8,6
Южная Африка 48750 0 48750 5,4
Украина 16274 17879 34153 3,8
Казахстан 28151 3128 31279 3,4
Польша 14000 0 14000 1,5
Бразилия 0 10113 10113 1,1
Германия 183 6556 6739 0,7
Колумбия 6230 381 6611 0,7
Канада 3471 3107 6578 0,7
Чехия 2094 3458 5552 0,6
Индонезия 740 4228 4968 0,5
Турция 278 3908 4186 0,5
Мадагаскар 198 3159 3357 0,4
Пакистан 0 3050 3050 0,3
Болгария 4 2183 2187 0,2
Таиланд 0 1354 1354 0,1
Северная Корея 300 300 600 0,1
Новая Зеландия 33 538 571 0,1
Испания 200 330 530 0,1
Зимбабве 502 0 502 0,1
Румыния 22 472 494 0,1
Венесуэла 479 0 479 0,1
Всего 478771 430293 909064 100,0

7. Угольная промышленность

7.1. Видобуток вугілля

Видобуток вугілля в Україні, млн. т [2]
Год 1976 2000
На-гора 218 81.3
  • Открытая добыча

Способ добычи угля зависит от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Не редки и такие случаи, когда при все большем углублении угольного карьеру, далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом.

  • Подземная добыча

Для извлечения угля с больших глубин используются шахты.

  • Сопутствующие ископаемые

В угленосных отложениях, вместе с углем, содержатся много видов Георесурс, имеющие потребительскую значимость. К ним относятся породы как сырье для стройиндустрии, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в частности драгоценные металлы и их соединения. Например, некоторое угля обогащенное германием.


7.2. Потребление угля

StatfjordA (Jarvin1982). Jpg
Топливо
Физические основы

Солнце Солнечная радиация
Фотосинтез Растения Биомасса
Гумификация Окаменения
Горение

Ископаемое топливо

Уголь Горючие сланцы Кристаллогидраты Нефть Природный газ Торф

Естественное неископаемого топливо

Водоросли Древесина Растительные и животные жиры и масла Трава

Искусственное топливо

Биотопливо ВВВС Генераторные газы Кокс Моторные топлива

Концепции

Энергетическая биосырье

Коксования угля.

Уголь был первым из видов ископаемого топлива, которые использовались человеком. Оно позволило сделать промышленную революцию, которая, в свою очередь, способствовало развитию угольной промышленности, обеспечив ее более современной технологией. В 1960 угля давало около половины мирового производства энергии, в 1970 года его доля упала до трети.

Основные направления современного использования ископаемого угля, кроме энергетики - получение металлургического кокса, химического сырья (более 300 наименований веществ), газификация и проч. Перспективные направления переработки угля - гидрогенизация и пиролиз угля с целью получения жидкого и газообразного топлива, а также продуктов для органического синтеза, новых видов пластмасс, удаление серы.

Самые общие ресурсы угля находятся в США, КНР, РФ, Австралии, Канаде, ФРГ, ЮАР, Великобритании, Польши, Индии.

В Украине залежи угля ископаемого сосредоточены в Донецком, Львовско-Волынском и Днепровском бассейнах. По геологическим запасам ископаемого угля Украина занимает первое место в Европе. Разведанные запасы угля в Украине составляют 34,0 млрд. т. у. п. или около 50 млрд. т (на 1998 г.). Прогнозные запасы - около 120 млрд. т. В структуре балансовых запасов представлены все марки от угля бурого до високометаморфизованих антрацитов.

Удельный вес марок угля составляет (%):

  • бурый (Б) - 6,6;
  • длиннопламенные (Д) - 22,4;
  • газовое (Г) - 36,1;
  • газово-жирные (ГЖ) - 4,1%;
  • жирные (Ж) - 4,7%;
  • коксующийся (К) - 3,1%;
  • описнене спекающиеся (ОС) - 3,3%;
  • постное (П) - 8,4;
  • антрациты (А) - 11,3%.

По прогнозным оценкам мировая потребность угля в 2010 г. составит 4293 млн. т., при этом на страны ЕС придется 2057 млн. т., Западную Европу 406, Восточную Европу 610, Северную Америку 1040.

Добыча угля в соответствии достигнет 4300, 2013, 122, 607, 1285, импорт 630, 352, 290, 36, 19, экспорт 637, 308, 5, 33, 270 млн. т соответственно. Импорт в Западную Европу возрастет с 150 до 290 млн. т. На производство энергии в странах ЕС тратится 60% угля, в мире - 45%. Крупнейшими угледобывающими странами в этот период будут: Австралия, Индия, Китай, Польша, ЮАР, Россия, США, Украина. Они будут давать около 85% каменного угля. Доля ЕС уменьшится с 52% (1990) до 46% (2010).

Потребление угля, млн. т
Регион 2001 2005 Изменение
США 1060 1567 +47,8%
Западная Европа 574 463 -19,3%
Япония 166 202 +21,7%
Страны бывшего СССР 446 436 -2,2%
Китай 1383 2757 +99,3%
Индия 360 611 +69,7%
Остальной мир 1274 3518 +20,7%
Всего 5263 7574 +43,9%

7.3. Технологические процессы переработки угля

Технологические процессы переработки угля включают обогащению угля, коксование угля, гидрогенизацию, сжижения, пиролиз, полукоксования.

См.. также



8. Тематические сайты

9. Сноски

  1. "BP Statistical review of world energy June 2007" . Проверено 02.04.2008 .
  2. * Закон Украины "Об утверждении Общегосударственной программы развития минерально-сырьевой базы Украины на период до 2010 года".

Литература


Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам