Презентация на тему "Каменный уголь"

Содержание

• 
  Слайд 1

  КАМЕННЫЙ УГОЛЬ

  1. Происхождение
  2. Состав и месторождения
  3. Экологические проблемы
  4. Применение
  5. Переработка
• 
  Слайд 2

  ТЕОРИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ

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

• 
  Слайд 3

  ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ГРУППЫ УГЛЯ

  • сапрогумолиты
  • гумолиты
  • сапропелиты
• 
  Слайд 4
  
• 
  Слайд 5

  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.

• 
  Слайд 6

  СОСТАВ И ВАЖНЕЙШИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

  Состав 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.

• 
  Слайд 7
  

  Состав 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.

• 
  Слайд 8
  

  По признакам различают:

  • блестящие (витрен),
  • полублестящие (кларен),
  • матовые (дюрен),
  • волокнистые (фюзен).

  Эти составляющие чаще всего располагаются слоями, придавая каменным углям полосчатую структуру.

• 
  Слайд 9

  Составные части каменного угля

  Основная- горючая, или органическая, масса угля (ОМУ), влага и минер. включения, образующие при сжигании золу;

  Зольностькаменных углейсоставляет 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.

• 
  Слайд 10

  Химический состав

  По 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.

• 
  Слайд 11

  Зола

  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 минеральной части.

• 
  Слайд 12

  ОМУ

  Широкое 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).

• 
  Слайд 13

  Характеристика разных марок угля

• 
  Слайд 14

  Основные месторождения

  Эльгинское 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.

• 
  Слайд 15

  Угольные бассейны на территории России

• 
  Слайд 16

  Основные месторождения

• 
  Слайд 17

  Доказанные запасы угля

• 
  Слайд 18

  ВАЖНЕЙШИЕ ПРОДУКТЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ УГЛЯ

  Из 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.

• 
  Слайд 19

  Кокс и побочные продукты каменного угля

  Батарея коксовых печей со стороны коксовыталкивателя

  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.

  Процесс получения- кокса в результате переработки природных топлив называется коксованием.

• 
  Слайд 20

  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.

• 
  Слайд 21

  Применение кокса

• 
  Слайд 22
  

  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 – Q

  Оксид 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 + Q
  • Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 – Q
  • FeO + CO = Fe + CO2 + Q

  Доменная печь

• 
  Слайд 23
  

  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.

• 
  Слайд 24
  

  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 соединенийизвлекают сырой бензол, из которого выделяют отдельные углеводороды и ряд других ценных веществ.

• 
  Слайд 25

  Продукты, получаемые при обработке коксового газа

  Из 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.

• 
  Слайд 26

  ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

  Уже начиная с добычи угля происходит деформация биосферы

• 
  Слайд 27
  

  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.

• 
  Слайд 28
  

  По уровню производственного травматизма угольная промышленность занимает в производственной сфере печальное лидирующее положение

  Для угольной отрасли характерен низкий уровень санитарно-гигиенической безопасности условий труда.

• 
  Слайд 29
  

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

• 
  Слайд 30

  ПЕРЕРАБОТКА КАМЕННОГО УГЛЯ

  • КОКСОВАНИЕ
  • ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ
  • ГАЗОФИКАЦИЯ
  • ПОЛУКОКСОВАНИЕ
• 
  Слайд 31

  КОКСОВАНИЕ

  Коксование— 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.

• 
  Слайд 32
  

  Этот широко распространённый технологический процесс состоит из 3 стадий:

  1) подготовка к коксованию;

  2)собственно коксование;

  3)улавливание и переработка летучих продуктов.

• 
  Слайд 33

  Стадии коксования

  Подготовкавключает 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.

• 
  Слайд 34

  Схема коксовой батареи

• 
  Слайд 35

  Схемакоксования:

  Схема коксования:

  1 – коксовая батарея;

  2 – сборный канал продуктов горения;

  3 – газопровод;

  4 – отделитель конденсата;

  5 – газовый холодильник;

  6 – электрофильтр;

  7 – газодувка;

  8 – трубопровод для отвода конденсата;

  9 – отстойник;

  10 – хранилище смолы;

  11 – хранилище аммиачной воды;

  12 – аммиачная колонна;

  13 – сатуратор;

  14 – бензольный скруббер;

  15 – бензольная колонка.

• 
  Слайд 36

  Способы очистки коксового газа от H2S

  • Сухой
  • Мокрый

  Сухая 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– + Н2О
  • H2S + 2ОН– ⇔ S–2 + 2Н2О

  2. Методы основаны на непосредственном окислении H2S, содержащегося в коксовом газе, в элементарную серу:

  • 2H2S + О2 = 2S + 2Н2О

  3. Методы, основанные на одновременном улавливании аммиака и сероводорода.

• 
  Слайд 37

  Образование HСN при коксовании

  При 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.

• 
  Слайд 38

  Очистка коксового газа от HCN

  • Сухой
  • Мокрый

  Сухая 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 + NаНСО3
  • NаСN + 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.
• 
  Слайд 39

  Мышьяково-содоваясероочистка

  Цех мышьяково-содовой сероочистки состоит из следующих отделений:

  • Улавливания сероводорода и регенерации поглотительного раствора;
  • Плавки и кристаллизации серы;
  • Приготовления содового и мышьякового раствора;
  • Нейтрализации отработанного раствора.
• 
  Слайд 40

  Вакуум-карбонатная сероочистка

  Цех очистки коксового газа от сероводорода вакуум-карбонатным методом включает:

  1. Отделение улавливания и регенерации насыщенного поглотительного раствора

  2. Отделение получения серной кислоты методом мокрого катализа.

  Для улавливания сероводорода из коксового газа используются водные растворы соды (Na2CO3) или поташа (K2CO3).

• 
  Слайд 41
  

  Из 1 т шихты с влажностью 6% в процессе коксования получают в среднем следующие продукты:

• 
  Слайд 42

  Региональная структура производства кокса

• 
  Слайд 43

  ПОЛУКОКСОВАНИЕ

  Процесс 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.

• 
  Слайд 44

  Методы полукоксования

  • через 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:

• 
  Слайд 45

  ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ

  Процесс 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.

• 
  Слайд 46
  

  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.

• 
  Слайд 47

  Стадии гидрогенизации угля

  • Подготовка 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.
• 
  Слайд 48

  паС

  Схема гидрогенизации угля

• 
  Слайд 49
  

  Из первого потока выделяют:

  • жидкие продукты (масло, воду);
  • газ (к-рый после отделения предельныхуглеводородов (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

• 
  Слайд 50

  ГАЗОФИКАЦИЯ

  Процесс 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.

• 
  Слайд 51

  Основные реакции

  Наиболее часто окислителями служат О2 (реакция 1), СО2 (2) и водяной пар (3):

  Наряду с основными реакциями осуществляются следующие:

• 
  Слайд 52

  Д. И. Менделеев :

  "... 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)

  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.

• 
  Слайд 53

  Подземная газификация угля

  Осуществляется 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

• 
  Слайд 54

  ХАРАКТЕРИСТИКА ГАЗА, ПОЛУЧЕННОГО ГАЗИФИКАЦИЕЙ УГЛЯ НА ВОЗДУШНОМ ДУТЬЕ

• 
  Слайд 55

  Источники информации:

  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.

• 
  Слайд 56
  

  СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!