Презентація на тему «Каменный уголь» (варіант 2)

content: КАМЕННЫЙ УГОЛЬПроисхождениеСостав иместорожденияЭкологические проблемыПрименениеПереработка

content: ТЕОРИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯУголь – это остатки растений, погибших многие миллионы лет назад, гниение которых было прервано в результате прекращения доступа воздуха.

content: ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ГРУППЫ УГЛЯсапрогумолитыгумолитысапропелиты

content: растительные останки торфбурый уголькаменный угольантрацит графит.УГЛЕФИЦИРОВАНИЕЕ МТАМОРФИЗ М

content: Характерные физические свойства каменного угля: - содержание углерода (С,%) - 75-97; - плотность (г/см3) – 1,28-1,53; - механическая прочность (кг/см2) – 40-300; - удельная теплоемкость С (Ккал/г град) – 026-032; - коэффициент преломления света – 1,82-2,04.

content: СОСТАВ И ВАЖНЕЙШИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯСостав каменного угля очень сложен: в нем содержатся как органические, так и неорганические вещества. Запасы угля на нашей планете значительно превышают запасы нефти. Небольшую его часть используют как топливо, в основном же он удовлетворяет нужды коксохимического производства. Переработка каменного угля в настоящее время становится одним из основных направлений в химической промышленности.Каменный уголь представляет собой полезное ископаемое, которое образовалось миллионы лет назад из отмерших остатков растений в результате сложных процессов.

content: Состав Каменного угляСостав каменного угля очень сложен: в нем содержатся как органические, так и неорганические вещества.

content: По признакам различают:блестящие (витрен),полублестящие (кларен),матовые (дюрен),волокнистые (фюзен).Эти составляющие чаще всего располагаются слоями, придавая каменным углям полосчатую структуру.

content: Составные части каменного угляОсновная - горючая, или органическая, масса угля (ОМУ), влага и минер. включения, образующие при сжигании золу;Зольность каменных углей составляет 5-30% по массе и более;Главные составляющие золы: оксиды Si, Fe и Аl, редкие и рассеянные элементы (Ge, V, W, Ti и т.д.), а также драгоценные металлы (Au, Ag). Горючая масса содержит С, Н, N, О и S, входящую также в состав минер.

content: Химический составПо химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящие в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

content: ЗолаГлавные составляющие золы: оксиды Si, Fe и Аl, редкие и рассеянные элементы (Ge, V, W, Ti и т.д.), а также драгоценные металлы (Au, Ag)Горючая масса содержит С, Н, N, О и S, входящую также в состав минеральной части.

content: ОМУШирокое распространение получили представления о гибридном характере мол. структуры, состоящей из пространственных, плоскостных и линейных фрагментов. Последние включают преим. макроалифатич. Радикалы и О-, N- и S- содержащие функциональные группы (см. также Гидрогенизация угля).

content: Характеристика разных марок угля

content: Основные месторожденияЭльгинское месторождение (Саха). Наиболее перспективный объект для открытой разработки — находится на юго-востоке Республики Саха. Площадь месторождения 246 км2. Месторождение представляет собой пологую брахисинклинальную асимметричную складку. Угленосны отложения верхней юры и нижнего мела. Основные угольные пласты приурочены к отложениям нерюнгринской (6 пластов мощностью 0,7-17 м) и ундыктанской (18 пластов мощностью также 0,7-17 м) свит. Угли в основном полублестящие линзовидно-полосчатые с очень высоким содержанием наиболее ценного компонента — витринита (78-98 %). По степени метаморфизма угли относятся к III (жирной) стадии. Марка угля Ж, группа 2Ж. Угли средне- и высокозольные (15—24 %), малосернистые (0,2 %), малофосфористые (0,01 %), хорошо спекающиеся (Y = 28—37 мм), с высокой теплотой сгорания (28 МДж/кг). Месторождение представлено мощными (до 17 метров) пологими пластами с перекрывающими отложениями небольшой мощности (коэффициент вскрыши — около 3 куб м на тонну рядового угля), что очень выгодно для организации добычи открытым способом.Элегестское месторождение (Тува) обладает запасами около 1 млрд т коксующегося угля дефицитной марки «Ж» (общий объем запасов оценивается в 20 млрд т). 80 % запасов находится в одном пласте толщиной 6,4 м (лучшие шахты Кузбасса работают в пластах толщиной 2-3 м, в Воркуте уголь добывают из пластов тоньше 1 м). После выхода на проектную мощность к 2012 году на Элегесте ожидается -добыча 12 млн т угля ежегодно. Лицензия на разработку элегестских углей принадлежит Енисейской промышленной компании, которая входит в структуру «Объединенной промышленной корпорации» (ОПК). Правительственная комиссия по инвестиционным проектам РФ 22 марта 2007 года одобрила реализацию проектов по строительству железнодорожной линии «Кызыл-Курагино» в увязке с освоением минерально-сырьевой базы Республики Тува.

content: Угольные бассейны на территории России

content: Основные месторождения

content: Доказанные запасы угля

content: ВАЖНЕЙШИЕ ПРОДУКТЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ УГЛЯИз угля при химической переработке получают до 300 наименований разнообразных продуктов.Получают высокоуглеродистые углеграфитовые материалы, горный воск, пластические массы, синтетическое, жидкое и газообразное высоко-калорийное топливо.А так же ароматические продукты путём гидрогенизации и высоко азотистые кислоты для удобрений.

content: Кокс и побочные продукты каменного угляБатарея коксовых печей со стороны коксовыталкивателякокс сухой78,0смола.3,5бензол1,0аммиак0,3коксовый газ сухой16,0пирогенетическая влага1,2Итого100,0Кокс - серое, чуть серебристое, пористое и очень твердое вещество, более чем на 96% состоящее из углерода и получаемое при нагревании каменного угля или нефтяных пеков без доступа воздуха при 950-1050°С.Процесс получения- кокса в результате переработки природных топлив называется коксованием.

content: Схема улавливания продуктов коксования:1 — коксовая батарея; 2 — газосборник; 3 — газопровод; 4 — отделитель конденсата; 5 — газовый холодильник; 6 — электрофильтр (для отделения смолы); 7 — газодувка; 8 — трубопровод для отвода конденсата; 9 — отстойник; 10 — хранилище смолы; 11 — хранилище аммиачной воды; 12 — аммиачная колонна; 13 — подогреватель газа; 14 — сатуратор; 15 — каплеотбойник; 16 — бензольный скруббер; 17 — подогреватель насыщенного масла; 18 — бензольная колонна; 19 — холодильник для масла; СБ — сырой бензол; Г- обратный газ; См -смола; СФ — сульфат; СВ — сточные воды.

content: Применение кокса

content: В доменной печи кокс сгорает и образуется оксид углерода (IV):С + О2 = СО2 + Q,который взаимодействует с раскаленным коксом с образованием оксида углерода (II):С + СO2 = 2CO – QОксид углерода (II) и является восстановителем железа, сначала из оксида железа (III) образуется оксид железа (II, III), затем оксид железа (II) и, наконец, железо:3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + QFe3O4 + CO = 3FeO + CO2 – QFeO + CO = Fe + CO2 + QДоменная печь

content: Кроме кокса при сухой перегонке каменного угля образуются также летучие продукты, при охлаждении которых до 25-75 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 С) в нем содержится ароматические углеводороды (бензол, толуол, кислоты и др. вещества); - среднее масло (температура кипения 170-230 С). Это фенолы, нафталин; - тяжелое масло (температура кипения 230-270 С). Это нафталин и его гомологи - антраценовое масло – антрацен, фенатрен и др.

content: В состав газообразных продуктов (коксового газа) входят:Бензол;Толуол;Ксиолы;Фенол;Аммиак и др. вещ.Из коксового газа после очистки от аммиака, сероводорода и цианистых соединений извлекают сырой бензол, из которого выделяют отдельные углеводороды и ряд других ценных веществ.

content: Продукты, получаемые при обработке коксового газаИз 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.

content: ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫУже начиная с добычи угля происходит деформация биосферы

content: Основная проблема при использовании каменного угля – огромное количество выбросов, в частности парниковых газов. Выбрасывается около 44% от всех выбросов СО2. В течение года выброс происходит неравномерно.

content: По уровню производственного травматизма угольная промышленность занимает в производственной сфере печальное лидирующее положениеДля угольной отрасли характерен низкий уровень санитарно-гигиенической безопасности условий труда.

content: Серьезные экологические проблемы возникают в районах размещения золошлаковых отходов угольных ТЭС и при хранении.

content: ПЕРЕРАБОТКА КАМЕННОГО УГЛЯКОКСОВАНИЕГИДРОГЕНИЗАЦИЯГАЗОФИКАЦИЯПОЛУКОКСОВАНИЕ

content: КОКСОВАНИЕКоксование — процесс переработки жидкого и твёрдого топлива нагреванием без доступа воздуха. При разложении топлива образуются твёрдый продукт — кокс и летучие продукты.Кокс - серое, чуть серебристое, пористое и очень твердое вещество, более чем на 96% состоящее из углерода и получаемое при нагревании каменного угля или нефтяных пеков без доступа воздуха при 950-1050°С.

content: Этот широко распространённый технологический процесс состоит из 3 стадий:1) подготовка к коксованию;2)собственно коксование;3)улавливание и переработка летучих продуктов.

content: Стадии коксованияПодготовка включает обогащение, измельчение до зёрен размером около 3 мм, смешение нескольких сортов угля, сушка полученной «шихты».Для коксования шихту загружают в коксовую печь. Каналы боковых простенков печей обогреваются продуктами сгорания газов. Продолжительность нагрева составляет 14-16 часов. Температура процесса — 900—1050 °C. Полученный кокс (75-78 % от массы исходного угля) в виде «коксового пирога» (спёкшейся в пласт массы) — выталкивается «коксовыталкивателями» в железнодорожные вагоны, в которых охлаждается («тушится») водой или инертным газом (азотом).Парогазовая смесь выделяющихся летучи продуктов (до 25 % от массы угля) отводится через газосборник для улавливания и переработки. Для разделения летучие продукты охлаждают впрыскиванием распыленной воды (от 700 °C до 80 °C) — при этом из паровой фазы выделяется большая часть смол, дальнейшее охлаждение парогазовой смеси проводят в кожухотрубчатых холодильниках (до 25-35 °С). Конденсаты объединяют и отстаиванием выделяют надсмольную воду и каменноугольную смолу. Затем сырой коксовый газ последовательно очищают от NH3 и H2S, промывают поглотительным маслом , серной кислотой.

content: Схема коксовой батареи

content: Схема коксования:Схема коксования:1 – коксовая батарея;2 – сборный каналпродуктов горения;3 – газопровод;4 – отделитель конденсата;5 – газовый холодильник;6 – электрофильтр;7 – газодувка;8 – трубопровод дляотвода конденсата;9 – отстойник;10 – хранилище смолы;11 – хранилище аммиачной воды;12 – аммиачная колонна;13 – сатуратор;14 – бензольный скруббер;15 – бензольная колонка.

content: Способы очистки коксового газа от H2SСухойМокрыйСухая очистка коксового газа от сероводорода основана на применении твердых поглотителей – гидроксида железа (III) Fe(OH)3 (болотной руды) и активиро-ванного угля.Этот метод обеспечивает глубокую (тонкую) очистку и служит вспомогательным при мокрой очистке. Он может использоваться для доочистки газа, который передается на дальнее расстояние.1. Методы, основанные на получении концентрированного газообразного H2S с последующим окислением его в серу или серную кислоту:H2S + ОН– ⇔ HS– + Н2ОH2S + 2ОН– ⇔ S–2 + 2Н2О2. Методы основаны на непосредственном окислении H2S, содержащегося в коксовом газе, в элементарную серу:2H2S + О2 = 2S + 2Н2О3. Методы, основанные на одновременном улавливании аммиака и сероводорода.

content: Образование HСN при коксованииПри коксовании каменных углей образуются цианистые соединения: дициан (СN)2 и цианистый водород НСN или цианистоводородная кислота (синильная кислота). Содержание дициана в коксовом газе невелико, поэтому содержащиеся цианистые соединения в газе относят главным образом к цианистому водороду. В цианистый водород переходит до 2% азота, содержащегося в угле.Цианистый водород – продукт вторичных реакций, протекающих между аммиаком, углеродом и углеводородами. Одной из таких реакций является взаимодействие аммиака с углеродом кокса:NH3 + С —→ + Н2.С повышением температуры коксования, снижением влажности шихты и увеличением высоты коксовой камеры выход цианистого водорода повышается.

content: Очистка коксового газа от HCNСухойМокрыйСухая очистка газа от цианистого водорода болотной рудой – наиболее простой метод и осуществляется попутно с поглощением сероводорода. Степень извлечения цианистого водорода болотной рудой достаточно высока (85–95%). В результате некоторых реакций цианистый водород оказывается связанным в болотной руде в виде Fе(СN)2 и главным образом в виде Fе7(СN)18, однако эти соединения не выделяются из поглотительной массы и полностью теряются.1. Полисульфидная очистка (полусильфидом натрия) с получением двухводной соли роданистого натрия. Степень очистки - 95%:HСN + Nа2СO3 = NаСN + NаНСО3NаСN + Na2Sn = NaСNS + Nа2Sn-1;2. Полисульфидная очистка с получением роданистого аммония (поглотитель полисульфид аммония). Степень очистки 80–85%:(NH4)2Sn + NH3 + HCN = NH4CNS + (NH4)2Sn-1(NH4)2Sn-1 + S = (NH4)2Sn.

content: Мышьяково - содовая сероочисткаЦех мышьяково-содовой сероочистки состоит из следующих отделений:Улавливания сероводорода и регенерации поглотительного раствора;Плавки и кристаллизации серы;Приготовления содового и мышьяковогораствора;4. Нейтрализации отработанного раствора.

content: Вакуум - карбонатная сероочисткаЦех очистки коксового газа от сероводорода вакуум-карбонатным методом включает:1. Отделение улавливания и регенерации насыщенного поглотительного раствора2. Отделение получения серной кислоты методом мокрого катализа.Для улавливания сероводорода из коксового газа используются водные растворы соды (Na2CO3) или поташа (K2CO3).

content: Из 1 т шихты с влажностью 6% в процессе коксования получают в среднем следующие продукты:Продуктыкг%Кокс73073Коксовый газ14014Каменноугольная смола303Бензольные углеводороды (сырой бензол)101Аммиак30,3Надсмольная вода808Потери70,7

content: Региональная структура производства кокса

content: ПОЛУКОКСОВАНИЕПроцесс переработки твердых горючих ископаемых нагреванием без доступа воздуха при 500-600°С (при температуре, примерно вдвое более низкой, чем температура коксования) с целью получения гл. обр. твердого остатка (полукокса), а также летучих продуктов. Сырье - обычно бурые угли и горючие сланцы, реже - каменные угли и торф.

content: Методы полукоксованиячерез стенку печи от горячих дымовых газов, движущихся по каналам, обогревающих систему (П. с внешним обогревом);путем непосредственного соприкосновения газообразного или твердого теплоносителя со слоем топлива (П. с внутр. обогревом).Осуществляются в специальных печах и определяются способом передачи теплоты топливу:

content: ГИДРОГЕНИЗАЦИЯПроцесс превращения высокомолекулярных веществ органической массы угля (ОМУ) под давлением водорода в жидкие и газообразные продукты при 400-500 °С в присутствии различных веществ - орг. растворителей, катализаторов и т.д.Научные основы этого процесса были разработаны в начале 20 в. В. Н. Ипатьевым, Н. Д. Зелинским, Ф. Бергиусом, Ф. Фишером и др.

content: Прямая гидрогенизация угля является перспективным методом получения углеводородов. В настоящее время известно несколько освоенных промышленностью способов:Процесс Бергиуса — некаталитическая прямая гидрогенизация;Процесс Шрёдера — гидрогенизация угля в смеси с 1 % масс. молибденового катализатора, в состав реакционной смеси входят: смесь жидких углеводородов — «нафта», ограниченные количества углеводородных газов C3-C4, лёгкого жидкого топлива C5-C10, NH3, значительные количества CO2.

content: Стадии гидрогенизации угляПодготовка угля;Сушка (влага ~ 1,5%);Нанесение катализатора (из растворов солей в количестве 1-5% от массы угля);Углемасляную пасту в смеси с циркулирующим водородсодержащим газом нагревают в системе теплообмена и трубчатой печи и затем направляют на гидрогенизацию в реактор;Гидрогенизацию осуществляют в трех или четырех последовательно расположенных цилиндрических пустотелых реакторах;Продукты реакции разделяют в сепараторе на парогазовую смесь и тяжелый остаток – шлам.

content: паССхема гидрогенизации угля

content: Из первого потока выделяют:жидкие продукты (масло, воду);газ (к-рый после отделения предельных углеводородов (С1-С4), NH3, H2S, CO2 и СО, Н2О обогащают 95-97%-ным Н2 и возвращают в процесс).Шлам разделяют на:жидкие продукты (после отделения воды подвергают дистилляции на фракцию с т. кип. до 325-400 °С и остаток, который возвращают в процесс для приготовления пасты) ;твердый остаток.Продукты гидрогенизации

content: ГАЗОФИКАЦИЯПроцесс превращения твердых топлив (углей, торфа, сланцев) в горючий газ, состоящий гл. обр. из СО и Н2, при высокой т-ре в присутствии окислителя (газифицирующего агента). Проводится в газогенераторах (поэтому получаемые газы называются генераторными).Газификацию твердых топлив можно рассматривать как неполное окисление углерода.

content: Основные реакцииНаиболее часто окислителями служат О2 (реакция 1), СО2 (2) и водяной пар (3):Наряду с основными реакциями осуществляются следующие:

content: "... настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, а там в земле его сумеют превращать в горючие газы..." (1888)Д. И. Менделеев :Позднее в 1912 году эту же идею высказал У. Рамзай. В. И. Ленин в статье "Одна из великих побед техники" высоко оценил идею Подземной газификации углей и ее преимущества перед шахтным методом добычи угля. СССР принадлежит приоритет в разработке (с 1930) и внедрении технических решений П. г. у.

content: Подземная газификация угляОсуществляется под действием высокой температуры (1000-2000 °С) и подаваемого под давлением дутья - различных окислителей (как правило, воздуха, О2 и водяного пара, реже-СО2).Для подвода дутья и отвода газа газификацию проводят в скважинах, расположенных в определенном порядке и образующих так называемый подземный генератор.В нем идут те же хим. реакции, что и в обычных газогенераторах.Газ, производимый путем П. г. у., применяют для энергетических нужд (в осн. как котельное топливо). Себестоимость газа (в пересчете на условное топливо) ниже себестоимости угля, добываемого шахтным способом, и выше себестоимости угля открытой добычи

content: ХАРАКТЕРИСТИКА ГАЗА, ПОЛУЧЕННОГО ГАЗИФИКАЦИЕЙ УГЛЯ НА ВОЗДУШНОМ ДУТЬЕ

content: Источники информации:http://www.chem.asu.ru/org/cpk/spk06.pdf;http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%8F;http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1029.html;Калея и ц И. В., Химия гидрогенпзационных процессов в переработке топлив, М., 1973; Кричко А. А., Лебедев В. В, Фарберов И. Л., Нетопливное использование углей, М, 1978. А. А. Кричко.;http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1029.html;http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3625.html;Федосеев С. Д., Чернышев А. Б., Полукоксование и газификация твердого топлива, М., 1960; Кузнецов Д. Т , Эпергохимическое использование горючих сланцев, М., 1978; Наумов Л. С , Соболев Л Д , На орбите кокса, М., 1984, с. 16-17; ГлущенкоИМ, Химическая технология горючих ископаемых, К., 1985;Лавров Н. В., Шурыгин А. П., Введение в теорию горения и газификации топлива, М., 1962; Альтшулер В. С, К ли ри ко в Г. В., Медведев В. А., Термодинамика процессов получения газов заданного состава из горючих ископаемых, М., 1969; Эпик И., "Известия АН ЭССР. Сер. Геология", 1982, т. 31, № 2, с. 42-55; его же, "Известия АН ЭССР. Сер. Химия", 1983, т. 32, № 2, с. 81-97; Химические вещества из угля, пер. с нем., под ред. И. В. Калечица, М., 1980. Э.Э. Шпильрайн.

content: СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!