Уголь был 1м из используемых человеком видов ископаемого топлива.
Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной отрасли промышленности, обеспечив ее более современной технологией.
В среднем, сжигание 1 кг угля позволяет получить 23-27 МДж (6,4-7,5 кВт*ч) энергии или, при КПД 30 % - 2,0 кВт·ч электроэнергии.
В 1960 г. уголь давал около 50% мирового производства энергии, к 1970 г. его доля упала до 1/3.
Использование угля увеличивается в периоды высоких цен на нефть и другие энергоносители.
Сланцевая революция в США вынудила снизить цену на американский уголь, поставки которого стали вытеснять более дорогое топливо в Европе.
Чистый уголь
Запасы угля огромны.Но сжигание 1 кг угля приводит к выделению 2,93 кг CO2. Это много.
Концепция чистого угля предполагает сбора и утилизацию СО2, который образуется при сжигании угля.
Можно, к примеру, при сжигании вместо воздуха использовать выделенный из воздуха выделяется кислород, который смешивается с угольной пылью и сжигается.
При сжигании угля в чистом кислороде в дымовых газах отсутствуют соединения азота (NOx).
Углекислый газ из дымовых труб сжимается в компрессоре, закачивается в емкость для транспортировки к месту захоронения. Это CCUS.
Образование угля
Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода (примерно 400 млн лет назад), накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения.Возраст самого древнего угля оценивается примерно в 300-400 млн лет.
Уголь, подобно нефти и газу, представляет собой органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием биологических и геологических процессов. Основа образования угля - растительные остатки.
В зависимости от степени преобразования и удельного количества углерода в угле различают 4 его типа:
- бурый уголь (лигниты),
- каменный уголь,
- антрацит,
- графит.
- лигниты,
- суббитуминозный уголь,
- битуминозный уголь,
- антрацит,
- графит.
Антрацит
Самый глубоко прогревавшийся при своем возникновении из ископаемого угля, уголь наиболее высокой степени углефикации.Характеризуется большой плотностью и блеском.
Содержит 95 % углерода.
Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800-8350 ккал/кг).
Имеет наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются.
Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 км.
Каменный уголь
Осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений).
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, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.
Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75 % до 95 %.
Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания по сравнению с бурыми углями.
Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются.
Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 км.
Бурый уголь
Твердый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65-70 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей.Бурый уголь составляет примерно половину мировых запасов угля.
Используется как местное топливо, а также как химическое сырье.
Содержит много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания.
Кроме того, содержат большое количество летучих веществ (до 50 %).
Образуется из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 км.
Относительно тяжелый и объемный, но низкокалорийный из-за чрезвычайно высокого содержания влаги.
Поскольку есть риск спонтанного воспламенения при контакте с воздухом, он не подходит для транспортировки и хранения в сыром виде.
Таким образом, он ограничен приложениями на месте.
Способы добычи угля зависят от глубины его залегания.
Разработка ведется открытым способом в угольных разрезах, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров.
Нередки случаи, когда при всё большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом.
Для извлечения угля с больших глубин используются шахты.
Самые глубокие шахты на территории РФ добывают уголь с уровня чуть более 1200 метров.
В угленосных отложениях наряду с углем содержатся многие виды георесурсов, обладающих потребительской значимостью.
К ним относятся вмещающие породы, как сырье для строительной отрасли промышленности, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в том числе ценные металлы и их соединения.
В Англии в 1735 г научились выплавлять чугун на коксе.
Каменный уголь используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов.
Перспективным является сжижение (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива.
Для производства 1 т нефти расходуется 2-3 т каменного угля.
Из каменного угля получают искусственный графит.
Стоимость каменного угля зависит от его качества и стоимости транспортировки.
В 2000 г по России цены составляли 60-400 руб/т, в 2008 г до 600-1300руб/т.
На мировом рынке цена достигла 300 долл США/т в 2008 г , в 2010 г составила до 3500-3650 руб/т.
Read in English coal
