Уголь в россии: основные месторождения, классификация угля и характеристика

Алан-э-Дейл       23.08.2022 г.

Сферы применения активированного угля в современной жизни

Сфера применения активированного угля весьма широка. О его свойствах знали еще в древности – на Руси его изготовляли в домашних условиях, чаще всего – из березовых поленьев; для этого даже не нужно было ничего делать – просто угли, оставшиеся после растопки бани, вносили в парилку для активации. По качествам этот прообраз не шел ни в какое сравнение с современными марками угля, однако уже тогда его использовали для лечения желудочных расстройств как у людей, так и у домашнего скота, фильтровали с его помощью воду и домашние алкогольные напитки, и многое другое.

В промышленных масштабах его впервые начали использовать военные. Активированный уголь стал ключевым элементом противогаза, разработанного Н.Д. Зелинским в годы Первой мировой войны – когда немецкие войска начали выпускать на поле боя хлор. Уголь в те годы благодаря своим абсорбирующим свойствам спас множество жизней.

В современном мире его применяют во множестве сфер:

  • В пищевой промышленности (например, для очистки сахара)
  • В химической промышленности в качестве катализатора реакций
  • В медицине
  • В фармацевтике
  • В очистительных сооружениях для очистки воздуха и воды от промышленных отходов
  • В бытовых фильтрах для питьевой воды

а также в многих других сферах.

Все дело в его свойствах – активированный уголь прекрасный абсорбент, очень легкий, очень эффективный, и главное – очень дешевый. Изготовлять его можно практически везде, технология производства хоть и непростая, но не требует длительного времени и чересчур сложных процессов – со всем справляются всего два аппарата. Сайт elgreloo.com предлагает вам ознакомиться с технологией изготовления активированного угля.

Создание оптимальных условий для горения

По причине высокой температуры все внутренние элементы печи выполняются из специального огнеупорного кирпича. Для их укладки применяют огнеупорную глину. При создании специальных условий вполне можно получить в печи температуру, превышающую 2000 градусов. У каждого вида угля существует свой показатель точки воспламенения

После достижения этого показателя важно поддерживать температуру воспламенения, непрерывно подавая в топку избыточное количество кислорода

Среди недостатков данного процесса выделим потерю тепла, ведь часть выделяемой энергии будет уходить через трубу. Это приводит к понижению температуры топки. В ходе экспериментальных исследований ученым удалось установить для различных видов топлива оптимальный избыточный объем кислорода. Благодаря выбору избытка воздуха, можно рассчитывать на полное сгорание топлива. В итоге можно рассчитывать на минимальные потери тепловой энергии.

Применение каменного угля в промышленности

В отношении каменного угля, используемого в промышленности, применяется ГОСТ 32464-2013 – постановление, в котором описаны технические требования, методы определения химического состава, классификация по разным параметрам.

В основе использования ископаемого лежит реакция пиролиза каменного угля – нагревание без каких-либо реагентов. В современной промышленности все чаще используются различные химические добавки, ускоряющие реакцию. Этапы пиролиза:

  • конденсация;
  • полимеризация;
  • ароматизация;
  • алкилирование.

Отдельно выделяют:

  1. Низкотемпературный пиролиз, протекающий при 500–600 °С. Это полукоксование.
  2. Высокотемпературный процесс, или коксование. Идет при 900–1100 °С.

Все продукты коксования делятся на 3 группы:

  1. Твердые – кокс. Используется в черной и цветной металлургии.
  2. Жидкие – каменноугольная смола. Из нее получают более 250 химических соединений. Основные – технические масла, синтетическое топливо, нафталин, бензол, аммиак. Из толуола делают красители, тротил и сахарин.
  3. Газообразные – пиролизный газ. Альтернативный источник энергии и тепла.

При переработке ископаемого можно получить следующие продукты, используемые в промышленности:

  • ванадий, серу, цинк, свинец;
  • ксилол и бензол – используются в лакокрасочной промышленности;
  • твердое топливо, идущее на обогрев домов и обеспечивающее работу предприятий;
  • жидкое топливо – получается при сжижении твердого;
  • светильный газ, применяемый для освещения;
  • золу – применяется в строительстве.

Ископаемое относится к 4-му классу опасности, как легковоспламеняющееся вещество, способное к нагреву.

Для личного использования ископаемые применяют с целью получения тепла. Там, где мало древесины или сложно заготовить дрова, можно топить баню углем. Во многих домах до сих пор стоят печи. Помещения, отапливаемые с помощью каменного угля, хорошо прогреваются и приемлемы даже для суровых зим.

Разжечь каменный уголь непросто – нужны охапка дров, древесная щепа или лучины, солома, бумага. Сначала укладывают несколько дров, на них – щепу (лучины), сверху – солому. Поджигают бумагу, с ее помощью – солому. Далее постепенно загорается древесина. Остальные дрова подкладывают по мере освобождения места. В самый жар кладут каменный уголь. Процесс подготовки окупается длительным временем сгорания и хорошей теплоотдачей.

В качестве удобрения золу каменного угля не применяют – в ней мало питательных веществ, могут быть примеси тяжелых металлов. Единственное приемлемое решение – использование на высоко щелочных почвах для нормализации кислотности – зола закисляет грунт.

Предлагаем посмотреть зарубежную передачу о том, какая ситуация сложилась с полезным ископаемым в Европе:

Бурый уголь

Является самым молодым видом угля. В нем даже наблюдается растительная древесная структура. Образуется напрямую из торфа на глубине порядка 1 километра.

Этот вид угля содержит достаточно большое количество влаги: от 20 до 40%. При попадании на воздух она испаряется, а уголь рассыпается в порошок. Далее речь пойдет о химическом составе именно этого сухого остатка. Количество неорганических примесей в буром угле также велико и составляет 20-45%. В качестве этих примесей выступают диоксид кремния, оксиды алюминия, кальция и железа. Также в нем могут содержаться оксиды щелочных металлов.

Много в этом угле и летучих органических и неорганических веществ. Они могут составлять до половины массы этого вида угля. Элементарный состав за вычетом неорганических и летучих веществ следующий:

  • Углерод 50-75%.
  • Кислород 26-37%.
  • Водород 3-5%.
  • Азот 0-2%.
  • Сера 0,5-3%.

Происхождение угля

Значительная часть угольных пластов была образована от 360 до 28 миллионов лет назад. Уголь образовался в болотистых районах, которые в то время были покрыты влажными тропическими лесами. Однако деревья того периода очень мало напоминали те, которые мы встречаем сегодня. Самые большие из них были гигантскими папоротниками и хвощами. Остатки погибших растений, которые опускались на дно болот, медленно разлагались. На первом этапе разложения этот трансформирующий растительный материал превращался в торф. Болото было заполнено растительным веществом, слои ила и песка осаждались на слоях торфа. С веками поверхность земли проседала, и морские или озерные воды снова ее затапливали, благодаря чему начиналась следующая стадия накопления растений. Такой цикл повторялся несколько раз, поэтому говорят, что отложения каменного угля возникли в результате циклического осаждения, что привело к образованию многих слоев угля, которые были отделены друг от друга различными осадочными породами.

Торф не способен самостоятельно трансформироваться в уголь. Его отложения должны сначала подвергаться соответствующему давлению. Первое дробление торфяных отложений происходит под тяжестью все еще растущего числа погибших растений. Из торфяного слоя толщиной от 10 до 15 метров может образоваться слой угля толщиной один метр.

Основные продукты угля

Самые скромные подсчеты говорят о том, что продукты угля составляют 600 наименований.Ученые разработали различные методы получения продуктов переработки каменного угля. Метод переработки зависит от желаемого конечного продукта. Например, чтобы получить чистые продукты, такие первичные продукты переработки каменного угля — коксовый газ, аммиак, толуол, бензол — применяют жидкие промывочные масла. В особых аппаратах обеспечивается герметизация продуктов и защита их от преждевременного разрушения. Процессы первичной переработки предполагают и метод коксования, при котором каменный уголь нагревается до температуры +1000оС при полностью перекрытом доступе кислорода.По окончанию все необходимых процедур любой первичный продукт дополнительно очищается. Основные продукты переработки каменного угля:

  • нафталин
  • фенол
  • углеводород
  • салициловый спирт
  • свинец
  • ванадий
  • германий
  • цинк.

Без всех этих продуктов наша жизнь была бы намного сложнее.Взять хотя бы косметологическую промышленность, она является наиболее полезной для людей областью применения продуктов переработки угля. Такой продукт переработки угля, как цинк широко применяется для лечения жирной кожи и угревой сыпи. Цинк, а также серу добавляют в кремы, сыворотки, маски, лосьоны и тоники. Сера ликвидирует имеющееся воспаление, а цинк предупреждает развитие новых воспалений.Кроме этого, лечебные мази на основе свинца и цинка применяют для лечения ожогов и травм. Идеальным помощником при псориазе является тот же цинк, а также глинистые продукты каменного угля. Каменный уголь является сырьем для создания отличных сорбентов, которые применяются в медицине для лечения заболеваний кишечника и желудка. Сорбенты, в составе которых присутствует цинк, используют для лечения перхоти и жирной себореи.В результате такого процесса, как гидрогенизация, из каменного угля на предприятиях получают жидкое топливо. А продукты сжигания, которые остаются после этого процесса, являются идеальным сырьем для разнообразных стройматериалов, имеющих огнеупорные свойства. К примеру, именно таким образом создается керамика.

Направление использования

Марки, группы и подгруппы

1. Технологическое

1.1. Слоевое коксование

Все группы и подгруппы марок: ДГ, Г, ГЖО, ГЖ, Ж, КЖ, К, КО, КСН, КС, ОС, ТС, СС

1.2. Специальные процессы подготовки к коксованию

Все угли, используемые для слоевого коксования, а также марки Т и Д (подгруппа ДВ)

1.3. Производство генераторного газа в газогенераторах стационарного типа:

смешанного газа

Марки КС, СС, группы: ЗБ, 1ГЖО, подгруппы — ДГФ, ТСВ, 1ТВ

водяного газа

Группа 2Т, а также антрациты

1.4. Производство синтетического жидкого топлива

Марка ГЖ, группы: 1Б, 2Г, подгруппы — 2БВ, ЗБВ, ДВ, ДГВ, 1ГВ

1.5. Полукоксование

Марка ДГ, группы: 1Б,1Г,подгруппы — 2БВ, ЗБВ, ДВ

1.6. Производство углеродистого наполнителя (термоантрацита) для электродных изделий и литейного кокса

Группы 2Л, ЗА, подгруппы — 2ТФ и 1АФ

1.7. Производство карбида кальция, электрокорунда

Все антрациты, а также подгруппа 2ТФ

2. Энергетическое

2.1. Пылевидное и слоевое сжигание в стационарных котельных установках

Вес бурые угли и атрациты.а также неиспользуемые для коксования каменные угли. Для факельно-слоевого сжигания антрациты не используются

2.2. Сжигание в отражательных печах

Марка ДГ, i руппы — 1Г, 1СС, 2СС

2.3. Сжигание в подвижных теплоустановках и использование для коммунальных и бытовых нужд

Марки Д, ДГ, Г, СС, Т, А, бурые yгли, антрациты и неиспользуемые для коксования каменные угли

3. Производство строительных материалов

3.1. Известь

Марки Д, ДГ, СС, А, группы 2Б и ЗБ; неиспользуемые для коксования марки ГЖ, К и группы 2Г, 2Ж

3.2. Цемент

Марки Б, ДГ, СС, ТС, Т, Л, подгруппа ДВ и неиспользуемые для коксования марки КС, КСН, группы 27, 1ГЖО

3.3. Кирпич

Неиспользуемые для коксования угли

4. Прочие производства

4.1. Углеродные адсорбенты

Подгруппы: ДВ, 1ГВ, 1ГЖОВ, 2ГЖОВ

4.2. Активные угли

Группа ЗСС, подгруппа 2ТФ

4.3. Агломерация руд

Подгруппы: 2ТФ, 1АВ, 1АФ, 2АВ, ЗАВ

Изготовление и применение древесного топлива

Этот материал относится к отдельной категории, так как его не добывают, а изготавливают в специальных печах. Заранее подготовленную древесину мастера обжигают в больших камерах сгорания, что позволяет изменить структуру топлива и удалить из него всю лишнюю влагу. Основная технология изготовления эффективного теплоносителя известна ещё с далёких времён. В старину люди обжигали древесные заготовки в специальных глубоких ямах, перекрыв доступ кислороду. Современные технологии шагнули далеко вперёд, благодаря чему в распоряжение мастеров поступили многофункциональные углевыжигающие печи.

При условии, что готовые угли хранятся в подходящих условиях, уровень их влажности не превышает отметки 16%. Воспламенение топлива наблюдается при нагреве до 200˚С. Удельная теплота находиться на довольно высоком уровне — 7400 ккал/кг. Специалисты отмечают тот факт, что температура горения такого угля во многом зависит от условий сжигания и породы древесины. К примеру, топливо на берёзовой основе отлично подходит для разогрева специального кузнечного горна, а также для ковки металла.

Если воздух подаётся достаточно интенсивно, то гореть уголь будет при температуре 1250˚С. Что касается обычных печек и котлов, этот показатель будет находиться в пределах 900˚С. А вот в мангале древесный уголь отлично горит при температуре 700˚С.

Кроме высокой теплоотдачи, такой материал отличается низкой зольностью. Многочисленные положительные характеристики и доступная цена повлияли на то, что древесный уголь активно используется для жарки ароматного мяса на мангале, каминного отепления, а также для приготовления вкуснейших блюд в печах.

Особенности углевыжигательных печей

Те устройства, которые обогревают помещение за счёт угля, имеют свои функциональные и конструктивные отличия. Несмотря на высокую популярность древесного угля, далеко не все знают, что этот материал не относится к категории полезных ископаемых, а был придуман человеком. Температура горения этого топлива составляет 900°C, благодаря чему выделяется достаточное количество тепла.

Изготовление древесного угля основано на специфической обработке древесины, благодаря чему меняется её структура и уходит лишняя влага. Для реализации таких идей используются специальные печи, принцип действия которых основан на пиролизе.

Состоят такие агрегаты из четырёх основных элементов:

  1. Дымохода.
  2. Вместительной камеры сгорания.
  3. Специального отсека для вторичной переработки.
  4. Укреплённого основания.

Читать подробнее: дымоход своими руками.

Производственный процесс

Когда дрова загружены в специальную камеру, тогда начинается постепенное тление дров. Этот процесс происходит благодаря наличию в топке большого количества газообразного кислорода, который непрерывно поддерживает горение. Во время этой процедуры выделяется достаточное количество тепла, а вся избыточная жидкость превращается в пар.

Весь образуемый дым поступает в отсек для вторичной переработки, где он полностью сгорает и выделяет тепло. Столь универсальная углевыжигательная печь может выполнять несколько задач одновременно. Так, с её помощью изготавливается качественный древесный уголь, а в самом помещении поддерживается комфортная для человека температура.

Специалисты утверждают, что процесс изготовления такого топлива является очень деликатным, так как малейшая невнимательность может привести к полному сгоранию дров. Работник должен своевременно извлекать из печи уже обуглившиеся заготовки.

Описание и назначение полезного ископаемого

На заболоченных территориях растения преобразуются в торф под действием множества бактерий, затем — в бурый уголь, а он, в свою очередь, через много лет превращается в каменный. Последний характеризуется более высоким показателем теплоты сгорания и потому используется в качестве топлива. Сферами его потребления являются:

  • электроэнергетика;
  • теплоэнергетическое оборудование промышленных предприятий;
  • химические предприятия;
  • жилищно-коммунальное хозяйство;
  • отопительные системы частных домов.

В этом видео вы узнаете о специфике угля марки сср:

Отдельно определяется и стоимость каждой марки каменного угля. Их характеристики влияют на то, во сколько будет оценена тонна топлива для промышленного или частного объекта. Изучение свойств и особенностей производится по нескольким направлениям:

элементный анализ (выявление и подсчет в общей массе кислорода, водорода, органической серы, углерода и азота);
технические исследования — анализ качественных показателей, которые должны соответствовать установленным нормативами требованиям (влажность и содержание серы, зольность и теплота горения, выход летучих компонентов);
механический анализ — способность ископаемого не трескаться и не разрушаться, не изменять размер под воздействием трения или удара (важно для литейного и электродного производства);
термические испытания — позволяют определить прочность угля под воздействием высоких температур (марки, предназначенные для топок, полукоксования);
определение электрических свойств — в зависимости от этапа преобразования угли могут быть диэлектриками и полупроводниками на начальных стадиях, а на поздней — проводниками.

Мировое производство электроэнергии

Доля мирового производства электроэнергии в большей степени зависит от применения угляи его энергоемкости.

Энергоемкость

Начальным источником энергии угля является солнечная энергия, потому что именно она сохранилась в мертвой растительной материи. Каменный уголь сжигается в присутствии атмосферного кислорода. Такая повышенная температура позволяет осуществлять химическую реакцию между топливом и кислородом в атмосфере, образующим углекислый газ (CO2). Поскольку каменный уголь также содержит атомы водорода, сжигание образует некоторый водяной пар в качестве продукта (H2O). Производство CO2 ведет к изменению климата, однако именно производство CO2 делает его таким полезным топливом. CO2 представляет собой наименьшее энергетическое состояние атома углерода в атмосфере, содержащей кислород, поэтому переход от топлива (углерода в угле) и атмосферного кислорода к CO2 позволяет получить максимальное количество энергии из топлива. Энергетическое содержание ископаемого варьируется вместе с его зрелостью (старее лучше), как видно из таблицы ниже, антрацит имеет наибольшее энергетическое содержание из всех типов.

Антрацит                       31.38-36.261

Битумный                     25.569-34.867

Полубитуминозный   19.293 – 30.218

Лигнит                          12.784 – 19.293

Каменный уголь

Результатом следующего «шага» метаморфоз, происходящих при образовании угля, является каменный уголь. Этот вид угля образовывался на более глубоких уровнях, под большим давлением и при высокой температуре. Соответственно, его химический состав и физические характеристики уже существенно отличаются.

Химический состав каменного угля представляет собой смесь высокомолекулярных ароматических соединений с высоким содержанием углерода, летучих веществ и влаги. Также в каменном угле содержатся некоторые минеральные примеси, которые после сжигания угля образуют золу. В зависимости от сорта каменного угля, содержание в нем углерода может варьироваться от 75% до 95%. За счет более низкого содержания влаги, чем в буром угле, каменный уголь имеет более высокую теплоту сгорания. Каменный уголь содержит до 32% летучих веществ, которые обеспечивают неплохое воспламенение.

Разновидности каменного угля

Основой промышленной классификации каменного угля в разных странах принимаются разные параметры состава и свойств угля. Так, в США каменный уголь классифицируется по критериям теплоты сгорания, содержания связанного углерода и относительного содержания летучих веществ. Япония классифицирует каменный уголь по так называемому топливному коэффициенту (по сути, по той же теплоте сгорания) и крепости получаемого кокса (или неспособности к коксованию).

Наша страна унаследовала классификацию, которая была выработана в СССР. До 1954 года в Советском Союзе основой промышленной классификации каменных углей была так называемая Донецкая классификация. Ее называют «марочной». Одновременно она является генетической (так классифицируется каменный уголь ГОСТ 25543-88 по технологическим и генетическим параметрам), так как возложенные в ее основу метаморфозы свойств углей, отражают их изменения, которые обусловлены генетическим развитием органических веществ угля. Для промышленной маркировки каменного угля из разных бассейнов в СССР использовались утвержденные стандартизированные классификации.

По характеру нелетучего остатка (иногда дополнительно к учету спекаемости и величины теплоты сгорания) и усредненной величине выхода летучих веществ каменный уголь делится на 10 марок:

  • длиннопламенные (Д);
  • газовые (Г);
  • газовожирные (ГЖ);
  • жирные (Ж);
  • коксовые жирные (КЖ);
  • коксовые (К);
  • коксовые вторые (К2);
  • слабоспекающие (СС);
  • отощенные спекающиеся (ОС);
  • тощие (Т).

Содержание углерода последовательно увеличивается от 76% до 92% от марки Д до марки Т. Одновременно уменьшается выход летучих веществ до 7-12%. В каждой из марок выделяется несколько технологических групп (кроме марок Д и Г).

Области применения каменного угля

Каменный уголь является очень востребованным сырьем, поэтому поставка каменного угля осуществляется многими компаниями практически непрерывно.

Каменный уголь находит самое разнообразное применение. Его используют в качестве технологического, энерготехнологического и энергетического сырья. При производстве кокса и полукокса побочными продуктами переработки каменного угля являются многие химические продукты (фенолы, нафталин, лак и пр.). На их основе получают пластмассы, синтетические волокна, лаки, краски, удобрения и многие другие важные и ценные продукты.

Одно из самых перспективных направлений использования каменных углей – это сжижение (гидрогенизация) для получения жидких топлив. Результатом переработки каменного угля также являются активированные угли, искусственные графиты и другие продукты. При переработке каменного угля в больших масштабах получают важные химические элементы: молибден, цинк, ванадий, свинец.

Существуют самые разные схемы неэнергетического применения каменного угля на основе химической, термохимической и других видов переработки с целью его полного комплексного использования. Более подробно эта тема раскрыта в соответствующей статье.

Происхождение угля

Значительная часть угольных пластов была образована от 360 до 28 миллионов лет назад. Уголь образовался в болотистых районах, которые в то время были покрыты влажными тропическими лесами. Однако деревья того периода очень мало напоминали те, которые мы встречаем сегодня. Самые большие из них были гигантскими папоротниками и хвощами. Остатки погибших растений, которые опускались на дно болот, медленно разлагались. На первом этапе разложения этот трансформирующий растительный материал превращался в торф. Болото было заполнено растительным веществом, слои ила и песка осаждались на слоях торфа. С веками поверхность земли проседала, и морские или озерные воды снова ее затапливали, благодаря чему начиналась следующая стадия накопления растений. Такой цикл повторялся несколько раз, поэтому говорят, что отложения каменного угля возникли в результате циклического осаждения, что привело к образованию многих слоев угля, которые были отделены друг от друга различными осадочными породами.

Торф не способен самостоятельно трансформироваться в уголь. Его отложения должны сначала подвергаться соответствующему давлению. Первое дробление торфяных отложений происходит под тяжестью все еще растущего числа погибших растений. Из торфяного слоя толщиной от 10 до 15 метров может образоваться слой угля толщиной один метр.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.