Презентація "Каменный уголь"

+6
Попередній слайд
Наступний слайд


Завантажити презентацію "Каменный уголь"
Слайд #1
КАМЕННЫЙ УГОЛЬ
Происхождение
Состав и
месторождения
Экологические проблемы
Применение
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
растительные останки торф
бурый уголь

каменный уголь

антрацит графит.
УГЛЕФИЦИРОВАНИЕ
Е М
Т
А
М
О
Р
Ф
И
З М


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


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;
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.


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 сухой
78,0
смола.
3,5
бензол
1,0
аммиак
0,3
коксовый газ сухой
16,0
пирогенетическая влага
1,2
Итого
100,0
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 соединений извлекают 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
Подготовка 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.


Слайд #34
Схема коксовой батареи


Слайд #35
Схема коксования:
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 - содовая сероочистка
Цех мышьяково-содовой сероочистки состоит из следующих отделений:
Улавливания сероводорода и регенерации поглотительного раствора;
Плавки и кристаллизации серы;
Приготовления содового и мышьякового
раствора;
4. 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:
Продукты
кг
%
Кокс
730
73
Коксовый газ
140
14
Каменноугольная смола
30
3
Бензольные углеводороды (сырой бензол)
10
1
Аммиак
3
0,3
Надсмольная вода
80
8
Потери
7
0,7


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 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


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
"... 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.


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:
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.


Слайд #56
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

!!!