Кам'яне вугілля, продукт його переробки. Паливо

Кам’яне вугілля - осадова гірська порода (над. 9.1. Це продукт глибокого розкладання решток рослин - деревоподібних папоротей (ми. 9.1.), хво­щів і плаунів, перших голонасінних. За хімічним складом кам'яяе «упдля є сумішшю високомолекулярних поліциклічних ароматячяях сполук1 JU соким умістом Карбону. Високомолекулярва структура вугідда (мал. 9.2) містить ароматичні, гідроароматичні, гетероциклічні А аліфатичні фраг­менти, різноманітні функціональні групи. «Молодшому за віком» бурому вугіллю властивий вищий вміст гетероатомів, насамперед Оксигену. У кам’яному вугіллі переважають конденсовані иоліаромятячяі фрагменти. Також у вугіллі містяться вода й інші неорганічні речовяии Хоча нині нафта є основним джерелом органічної сяровяяя. обмеженість її світових запасів і постійне зростання вартості видобутку спонукають до створення нових технологій  хімічної переробки альтернативної органічної сировини. Вугілля, світові запаси якого істотно більші порівняно.» нафтою

Ft газом. - перспективна сировина для виробництва моторних палив і про­дуктів органічного синтезу.

Отже, використання кам’яного вугілля може задовольнити глобальний попит на таку необхідну в сучасному високотехнологізованому світі енер­гію. Метою більшості процесів хімічної переробки вугілля є його пере­творення на низькомолекулярні органічні продукти внаслідок термічної обробки і під дією різних реагентів.

Мал. 9.4. Коксова батарея. А. Схематичне зображення. 1 - завантажувальні отвори;

2  - кам’яне вугілля; 3 - газозбирач; 4 - камера коксування; 5 - нагрівальні канали;

6 - димові гази; 7 - повітря, горючий газ; 8 - регенератори; 9 - сухе вугілля; 10 - вугілля в пластичному стані; 11 - напівкокс; 12 - кокс.

Б. Світлина. Парогазову суміш летких продуктів коксування відводять через газозбирач для уловлювання й переробки. їх охолоджують і виокремлюють амоніакову воду, амоній сульфат, смолу, збагачену ароматичними вуглеводнями, висококалорійний паливний газ (суміш H2l CH4, CO та ін. газів). З кам’яновугільної смоли добувають низку ароматичних сполук1, що використовують у виробництві ліків, барвників, вибухових речовин, фарб, пластмас, синтетичних волокон, пестицидів тощо

Піроліз (від давньогрец. - вогонь, жар і розкладання) - термічне розкла­дання без доступу повітря органічних сполук деревини, нафтопродуктів, вугілля тощо. Цей процес здійснюють за різних температур. Низькотемпе­ратурний піроліз вугілля (напівкоксування) зазвичай проводять за 500- 600 °С. Його продукти зазначено на схемі (мал. 9.3).

Коксування - високотемпературний (за 1000-1100 °С) піроліз кам’яного вугілля. Внаслідок цього утворюються леткі продукти й твердий залишок - кокс. Технологічний процес передбачає підготовку сировини, її коксування, уловлювання й переробку летких продуктів. Як саме це відбувається, зобра­жено на схемі (мал. 9.4).

На підготовчому етапі сировину збагачують, видаляючи неорганічні до­мішки, подрібнюють і висушують. Одержану в такий спосіб шихту коксують у технологічному агрегаті - коксовій печі - упродовж 14-16 годин. Спечені в пласт маси - так званий коксовий пиріг - виштовхують у вагонетки, де його охолоджують (гасять) водою або інертним газом, наприклад азотом (мал. 9.5).

Кам'яновугільний кокс застосо­вують для виплавки чавуну як ви­сокоякісне бездимне паливо, від. мовник залізної руди, розпушувач шихтових матеріалів. Його вико­ристовують як вагранкове паливо в ливарному виробництві, у побуті, хімічній і феросплавній галузях промисловості.

Зауважимо досить значний вне­сок продуктів коксохімії у сиро­винну базу виробництва пластмас, хімічних волокон, синтетичних каучуків, барвників й інших про­дуктів.

Технологію безперервного коксу - вання використовують для одер­жання формованого коксу. Вона передбачає швидкісне нагрівання шихти до пластичного стану, одер­жання під невеликим тиском так вваних формовок і наступне прожа­рювання їх у вертикальних печах. Це створює умови для використан - ця вугілля різних сортів, отриман­ня коксу потрібного розміру й форми, мінімізації забруднення довкілля й автоматизування технологічних операцій.

Чи можна піроліз вугілля здійснити в шкільній хімічній лабораторії? Унаслідок інтенсивного нагрівання подрібненого кам’яного вугілля в термо­стійкій пробірні (мал. 9.6) утворюватимуться гази й пара. У пробірці-прий - мачї конденсуватиметься темна смола з неприємним запахом, а над нею — водний розчин амоніаку (якого кольору у ньому набуде смужка універсального індикаторного паперу?). Утворений коксовий газ добре горить. Чорний

Пористий залишок у термостійкій пробірці - кокс. Тобто основні про­дукти піролізу кам’яного вугілля - кокс, кам’яновугільна смола, амо­ніакова вода, коксовий газ.

Газифікація кам’яного вугілля відбувається внаслідок його високо­температурної обробки в середови­щі кисню, повітря, водяної пари, карбон(ІУ) оксиду і водню. Унаслі­док цього органічні складові палива без залишку перетворюються на га - зуваті продукти. Про основні на­прями газифікації вугілля і склад продуктів ви дізнаєтеся зі схеми (мал. 9.7).

Дізнайтеся більше... Підземна газифікація вугілля - фаико-пмгчмим процес перетворення вугілля на горючий газуватий енергоносій (CO, Ol4, H2 тощо) безпосередньо в земних надрах. Ідея підземної газифікацп належить Д. L Мен­делєєву. Перша у світі промислова станція підземної газифікації вугілля стала до ладу 1937 року в Горлівці (Донбас). Науко» дослідження з підземно* гази­фікації в Україні здійснюють у Державній гірничій тмгпдгмД України, Інституті геології та геохімії горючих копалин HAH України. Донецькому науково - дослідному вугільному інституті.

Зрідження вугілля має на меті подолання відмінностей у хімічному скла­ді вугілля й нафти, тобто збільшення частки Гідрогену. Гідрогенізацією ву­гілля можна добути синтетичну нафту. Використання каталізаторів збіль­шує вихід продукту. Однак існує низка технологічних складнощів, що стають на заваді масовому запровадженню цього перспективного способу переробки вугілля.

Паливо - природні або синтетичні речовини, спалювання1 яких супрово­джується виділенням великої кількості теплової енергії. З найдавніших ча­сів люди навчилися використовувати різні види палива для обігріву житла і приготування їжі, згодом - для випалювання глини, виплавляння металів і виготовлення з них предметів побуту, інструментів, зброї тощо. З розвит­ком цивілізації потреба в тепловій енергії стрімко зростала. Hapaai най­більш поширені такі види палива, що видобувають промисловим способом: нафта і нафтопродукти (гас, бензин, мазут, дизельне паливо), вугілля, при­родний горючий газ, деревина і рослинні відходи (солома, лушпиння тощо), торф, горючі сланці. Більше уявлень про основні види палива і їхню тепло­творну здатність ви дістане з таблиці 9.1 (за якою ознакою згруповано в ній паливо? *3апропонуйте інший критерій їхньої класифікації).

Застосуйте набуті знання, виконавши лабораторний дослід.

Ознайомлення зі зразками продуктів коксування вугілля і видами палива

Уважно роздивіться видані вам зразки. Зверніть увагу на їхній зовнішній вигляд, агрегатний стан, колір тощо. Опи­шіть кожний зі зразків, зазначте спосіб його добування і га­лузі застрсування.

Класифікуйте видані вам зразки палива.

Звіт оформіть у табличній або довільній формі.

Значення паливних ресурсів в енергетиці Україниважко переоцінити. їхні запаси і раціональне використання є вирішальними чинниками енергетичної незалежності й енергобезпеки країни. Адже, незважаючи на наявність покладів нафти, газу, вугілля, сланцевого газу, Україна - енергодефіцитна країна, бо задовольняє власні потреби в енергоресурсах лише наполовину.

Хоча в країні є великі поклади газу, однак найбільші газові родовища вже пе­ребувають на завершальній стадії використання. Через повне виснаження завер­шено розробку восьми газових родовищ, на базі яких створено підземні сховища.

Упродовж останнього десятиліття видобуток нафти в Україні скорочу­вався, родовища виснажені на 85-90 %. Технологія переробки нафти в Україні застаріла й малоефективна. Виробництво мазуту, який раніше ви­користовували для теплових електростанцій, нині нерентабельне.

Запасів вугілля в Україні може вистачити приблизно на 100 років. Однак продуктивність видобутку вугілля низька, а собівартість - висока, вугільна галузь потребує збільшення інвестицій. До того ж вугільна промисловість - джерело забруднення довкілля відходами вуглевидобування і вуглезбага - чення, викидами шкідливих речовин в атмосферу і воду. Тож збільшення частки вугілля в паливно-енергетичному балансі призведе до зростання об­сягу викидів парникових газів чи не вдвічі.

Поміж пріоритетних для України видів палива особливого значення на­бувають біопаливо та альтернативні гази. Однак нині вони задовольняють незначну частку потреб в енергоресурсах (назвіть інші альтернативні джерела енергїі).

Що таке паливо з префіксом біо-, докладніше ви можете дізнатися зі схе­ми (мал. 9.8). Які саме біоенергетичні ресурси в Україні можна використо-

Вувати для виробництва біогазу, біоди лєльноіо пального (мал. 9.9), біоетано- лу. твердих паливних брикетів тощо? Це, передусім, відходи лісового госпо­дарства, побутові відходи, а також спе­ціально вирощений ріпак, точніше - ріпакова олія.

Для виробництва біогазу придатні гній, пташиний послід, зернова і ме­лясна післяспиртова барда, пивна дро­бина, буряковий жом, фекалії. Також використовують відходи рибного і за­бійного цехів, траву, побутові відходи, відходи молокозаводів, виробництв крохмалю і патоки.

Україна вирощує ріпак на експорт у ЄС. Для власного використання ріпаку відсутні технічні умови і регламенти на виробництво, зберігання і застосування біодизельиого пального, не створено умов для залучення інвестицій у будівництво заводів.

Використання альтернативних газів - один зі шляхів розв’язання енер­гетичної проблеми. Синтез-газ (суміш CO і H2) отримують з бурого вугілля, відходів переробки кам’яного вугілля, торфу тощо. В Україні вже розробле­но нові технології виробництва синтез-газу з будь-якої біомаси.

За запасами шахтного метану Україна посідає четверте місце у світі, од­нак обсяги його видобутку (утилізації) ще недостатні. Поліпшити станови­ще можна за умови використання сучасних і перспективних технологій.

За приблизними підрахунками, Україна має доволі значні запаси слан­цевого газу. Зауважмо: його запаси у світі вдвічі більші, аніж природного, а родовища рівномірно розподілені. Цей газ природного походження містить­ся в осадових породах з підвищеним вмістом органічної речовини. Сланце­вий газ має такий самий склад, що й звичайний природний газ. Відмінність полягає лише в способі видобування: адже сланцевий газ міститься в дріб­них порожнинах у породі горючих сланців, тому його видобувають горизон­тальним бурінням (пригадайте, у який спосіб видобувають природний газ).

Отже, розв'язання паливно-енергетичної проблеми можливе за умови оптимізації використання наявної сировинної бази і розширення викорис­тання альтернативних джерел енергії. Тоді Україна змогла б цілком забез­печувати себе енергоресурсами та експортувати їх до Європи за конкуренто­спроможними цінами.

^ Кам’яне вугілля — осадова гірська порода, продукт глибокого роз­кладання решток рослин, перспективна сировина для виробництва моторних палив і продуктів органічного синтезу.

F Піроліз — термічне розкладання органічних сполук без доступу повітря. W Коксування кам’яного вугілля — його високотемпературний (за 1000- 1100 0C) піроліз. Основні продукти: кокс, кам’яновугільна смола, амо­ніакова вода, коксовий газ.

►  Газифікація кам'яного вугілля відбувається внаслідок його високо­температурної обробки в середовищі кисню, повітря, водяної пари, карбон(І V) оксиду і водню.

^ Гідрогенізацією вугілля можна добути синтетичну нафту. Викорис­тання каталізаторів збільшус вихід продукту.

^ Паливо природні або синтетичні речовини, спалювання яких су* ііроводжусться виділенням великої кількості теплової енергії.

^ ІІоміж пріоритетних для України видів палива особливого значення набувають біопаливо і альтернативні гази.

^ Розв’язання паливно-енергетичної проблеми можливе за умови опти - мізації використання наявної сировинної бази і розширення викорис­тання альтернативних джерел енергії.

Творча майстерня

Об’сднайтеся в малу навчальну групу із чотирьох осіб і виберіть паливо, яке вас найбільше зацікавило. Розподіліть між собою ролі: оптиміст, песиміст, конформіст, реаліст. Відшукайте інформацію про це паливо. Розіграйте сценку, у якій оптиміст характеризуватиме переваги вибраного енергоносія, песиміст зазначатиме недоліки, конформіст шукатиме «золоту середину», а реаліст зробить висновки щодо реалій і Перспектив використання цього джерела теплової енерги в Україні і світі.