Введение.
Каменный уголь – твердое горючее, полезное ископаемое растительного
происхождения. Он представляет собой плотную породу черного, иногда темно-серого цвета с блестящей матовой поверхностью.
Содержит 75-97 % углерода, 1,5-5,7 % водорода, 1,5-15 % кислорода, 0,5-4 % серы, до 1,5 % азота, 2-45 % летучих веществ, количество влаги колеблется от 4 до 14%. Высшая теплота сгорания, рассчитанная на влажную беззольную массу каменного угля не менее 238 МДж/кг.
Каменный уголь образуется из продуктов разложения органических веществ высших растений, претерпевших изменения в условиях давления различных пород земной коры и под воздействием температуры. С возрастанием степени метаморфизма в горючей массе каменный уголь увеличивает содержание углерода и одновременно уменьшает количество кислорода, водорода, летучих веществ. Изменяется также теплота сгорания угля.
Характерные физические свойства каменного угля:
- содержание углерода (С,%) - 75-97;
- плотность (кг/м3) – 1,28-1,53;
- механическая прочность (кг/м2) – 4-30;
- удельная теплоемкость С (Дж/кг град) – 026-032;
- коэффициент преломления света – 1,82-2,04.
Угольные запасы рассредоточены по всему миру. Большинство промышленных стран ими не обделено. Землю опоясывают две богатые угольные зоны. Одна простирается через страны бывшего СССР, через Китай, Северную Америку до Центральной Европы. Другая, более узкая и менее богатая, идет от Южной Бразилии через Южную Африку в Восточную Австралию. Наиболее значительные залежи каменного угля находятся в странах бывшего СССР, США и Китае. Каменный уголь доминирует на западе Европы. Главные каменноугольные бассейны в Евразии: Южный Уэльс, Валансьен-Льеж, Саарско-Лотаргинский, Рурский, Астурийский, Кизеловский, Донецкий, Таймырский, Тунгусский, Южно-Якутский, Фуньшуньский; в Африке: Джерада, Абадла, Энугу, Уанки, Витбанк; в Австралии: Большая Синклиналь, Новый Южный Уэльс; в Северной Америке: Грин-Ривер, Юннта, Сан-Хуан-Ривер, Западный, Иллинойский, Аппалачский, Сабинас, Техасский, Пенсильванский; в Южной Америке: Караре, Хунин, Санта-Катарина, Консепсьон. На Украине следует отметить Львовско-Волынский бассейн и богатый месторождениями Донбасс.
Процессы переработки каменного угля являются актуальными и по сей день. Значительная часть углей подвергают высокотемпературной (пирогене-тической) химической переработке. По назначению и услови-ям процессы пирогенетической переработки углей делят на три вида: пиролиз, газификация, гидрирование. Цель такой переработки – производство ценных вторичных продуктов, используемых далее в качестве топлива и промежуточных продуктов для органического синтеза. Продуктами высокотемпературного пиролиза (коксование) и низкотемпературного пиролиза (полукоксование) являются: сырье для оргсинтеза, смола (источник получения моторных топлив), растворители, мономеры и полукокс, кокс, горючие газы. Если раньше смолу, оставшуюся при коксовании угля использовали для получения химических веществ лишь в некоторых странах (а в основном ее сжигали), то теперь химическая переработка каменноугольной смолы везде приобретает огромное значение. Это же относится и к другим побочным продуктам коксования углей.
Процессы гидрирования и газификации имеют цель получить из угля жидких продуктов, используемых как моторное топливо, и горючих газов.
Моноциклические ароматические углеводороды, такие как бензол и его гомологи, по-прежнему являются ценным химическим сырьем. Потребность в них, как в компонентах топлива, возрастает в той мере, в какой новое законодательство ограничит добавку тетраэтилсвинца. Однако этому препятствуют ограничения, связанные с расходованием кокса в производстве чугуна.
Более важным в химии является производство метанола и аммиака, которые легко можно перевести на использование синтез-газа из угля. И метан и аммиак являются крупнотоннажными продуктами химической промышленности с многообразными возможностями дальнейшей переработки; частично она уже осуществляется, а может, как показал пример синтеза уксусной кислоты из метанола, стать еще более эффективной.
Дальнейшее развитие ФТ-синтеза для производства низкомолекулярных олефинов обеспечит промышленность органической химии важнейшим алифатическим сырьем на основе угля. Кроме того, из олефинов С9—С14 путем оксосинтеза можно получать жирные спирты для производства моющих средств и пластификаторов. Это позволит высвободить существенную часть нефтяных продуктов, применяемых до настоящего времени для этих целей. Может стать возможным также прямой синтез полиметиленов, Необходимых для получения широкого ассортимента синтетических материалов.
При полукоксовании бурых и каменных углей можно получать дополнительное количество фенолов, а также (особенно из бурых углей) алифатические углеводороды.
Один из важнейших летучих продуктов коксования — коксовый газ — используют в качестве энергетического топлива (сжигание под котлами ТЭЦ, ПВС, ЦЭС), как технологическое топливо для мартеновских печей (наряду с природным газом), нагревательных колодцев и печей в прокатных цехах, а также в других целях.
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.
Целью работы является изучение процесса переработки угля и количественное нахождение основных показателей процесса.
Примитивная добыча ископаемых углей известна с древнейших времён (Китай, Греция). Существенную роль в качестве топлива уголь стал играть в Англии в 17 веке. Становление угольной промышленности связано с использованием углей, как кокса при выплавке чугуна. Начиная с 19 века крупный потребитель угля – транспорт. Еще в конце прошлого - начале нынешнего века большинство продуктов органической химии производилось из каменных углей. По мере увеличения добычи нефти химические вещества угольного происхождения начали вытесняться продуктами нефтехимического синтеза, производимыми более простыми и менее энергоемкими методами. Однако оценка разведанных мировых запасов различных видов ископаемого органического сырья приводит к выводу о том, что месторождения нефти и газа будут в значительной степени исчерпаны уже в первые десятилетия XXI века. Запасов же угля должно хватить на ближайшие несколько сот лет. Вывод о необходимости постоянного увеличения масштабов использования угля в энергетике и промышленности подтверждается данными по сопоставлению запасов нефти, газа, угля и сложившейся в настоящее время структурой их мирового потребления.