Что такое уголь? – Наш бизнес – СУЭК
- Печать
- Поделиться
На долю угля приходится 37% производимой в мире электроэнергии. Он играет ключевую роль в выработке электроэнергии для бытовых и промышленных нужд, транспорта, производства стали и бетона.
Уголь играет важную роль в решении ключевых проблем 21 века, одной из которых является быстрый рост потребления энергии. Уголь намного доступнее других видов ископаемого топлива, его запасы распределены достаточно равномерно.
Применение угля
Производство электроэнергии
Значительная часть угля используется в производстве электроэнергии. Энергетический уголь сжигается, в результате чего образуется пар, который вращает турбины и генераторы, вырабатывающие электричество.
Металлургия
Металлургический (коксующийся уголь) – главный компонент сталелитейного производства.
Строительная отрасль
Уголь — основной источник энергии для производства цемента. Побочные продукты сжигания угля, такие как зольная пыль, также играют важную роль в производстве цемента и бетона и строительной отрасли в целом.
Топливная и газовая отрасли
В результате нагревания и сжатия угля паром получают газ бытового назначения, который используется для освещения жилых домов и приготовления пищи. В результате сжижения угля производятся синтетические виды топлива, аналогичные по свойствам бензину или дизельному топливу. Большинство проектов по производству газа из угля сосредоточены в США и Китае и, в меньше степени, в Индонезии, Индии, Австралии, Канаде и ЮАР.
Химическая промышленность
Синтетический газ, полученный в результате газификации, может быть использован для производства химических элементов, включая метанол, аммиак и мочевину.
Другие отрасли
Уголь широко применяется в бумажной, текстильной и стекольной промышленности. Уголь также используется в производстве углеродного волокна и специализированных компонентов, таких как металлический кремний, которые используются в производстве бытовых приборов и средств личной гигиены.
Преимущества угля
| Безопасность | По сравнению с альтернативными, легковоспламеняющимися видами ископаемого топлива уголь проще и безопаснее в погрузке, транспортировке и хранении. |
| Универсальность | Уголь является наиболее универсальным источником энергии. Помимо производства электроэнергии, он используется как один из базовых компонентов для выплавки чугуна и стали. Уголь необходим в различных производственно-технологических процессах, в том числе в таких, как электролиз алюминия, производство бумаги и химической продукции. |
| Доступность | Для транспортировки угля не требуются ни трубопроводы высокого давления, ни высокие затраты на обеспечение безопасности, ни дорогостоящая предварительная переработка. Уголь значительно проще в складировании, погрузке и разгрузке, что делает его самым доступным источником энергии в мире. |
| Удобство использования | Преимущество угля перед другими источниками энергии состоит в том, что по извлечении из недр он уже готов к использованию. Другие виды ископаемого топлива требуют длительной и дорогостоящей переработки, а использование энергии приливов и отливов, ветра или солнца зависит от погодных условий. |
| Низкозатратность | Большие запасы угля, возможность использования сразу после добычи и невысокие затраты на транспортировку делают его относительно недорогим видом энергии. |
Наверх
Как используют уголь? «Нестандартные» отрасли применения
Многие воспринимают уголь исключительно как топливо.
Безусловно, большая часть добываемого ископаемого отправляется на угольные ТЭЦ. Наравне с тепловой генерацией по объёмам потребления стоит разве что металлургия.
Остальная часть сырья отходит другим отраслям — иногда для совершенно неожиданных нужд. По самым скромным оценкам, сегодня выпускается свыше 400 продуктов из обработанного угля в разных сферах промышленности. Каким необычным превращениям подвергается горючий камень?
Золошлаки в строительной отрасли
После сжигания угля остаются целые горы золошлаков. Мало кто знает, но отходы котельных могут обрести новую жизнь в… строительных материалах.
В мире продолжает набирать обороты производство строительных материалов с вкраплениями «отходных» элементов. Золошлаки являются отличным заменителем материалов, используемых для формирования земляного полотна. Также отходы могут задействовать вместо песка для заполнения бетонов и строительных растворов.
Фото: suek.ruИз золошлаков можно изготавливать цемент, известь, золобетон, кирпич, а также стеновые, кровельные и облицовочные материалы.
С добавлением этого ингредиента данная продукция приобретает особую прочность, обладая при этом низкой теплопроводностью и относительно низкой себестоимостью.
Дорожно-строительная отрасль — ещё одна перспективная сфера применения отходов угольных ТЭС. Они являются универсальной добавкой при отсыпке дорожных насыпей, устройстве оснований и слоёв автодорог, в качестве компонента вяжущих материалов для укрепления грунтов.
Применение золошлаковых материалов в строительной отрасли может решить проблему ликвидации золоотвалов вплоть до их полной утилизации. Однако в России утилизация золошлаковых остатков — редкое явление.
Применение угля в быту
Все от мала до велика знают, как полезна угольная зола в садоводстве. Минеральные остатки используются в качестве удобрения в виде сухого материала, раствора или настоя, и всё благодаря полезным минеральным примесям.
Угольная зола — концентратор диоксида кремния, бора, марганца, цинка, меди, а также калиевых, фосфорных и прочих элементов.
Зольные удобрения способствуют улучшению структуры грунтов, в том числе снижают уровень кислотности. Кроме того, они повышают влагопропускную способность и плодородность почв.
Уголь прочно вошёл в наш быт и благодаря своим высокими адсорбирующим свойствам. Способность нейтрализации вредных веществ позволяет использовать его для очистительных процессов.
Во-первых, горючее ископаемое используют для очистки питьевых, бытовых и технических вод. Фильтры с угольной загрузкой удаляют примеси и сокращают мутность жидкости. Во-вторых, частицы угля прекрасно справляются с устранением посторонних запахов и привкусов. И в-третьих, они способствуют нормализации уровня влажности в помещениях.
Ещё уголь используется в производстве углеродного волокна и специализированных компонентов (к примеру, металлического кремния), которые применяются в изготовлении бытовых приборов и средств личной гигиены.
Уголь в химической промышленности
Химики давным-давно распробовали уголь в качестве исходного сырья для своих экспериментов.
Путём определённых махинаций из «топлива» научились получать огромное количество производных.
К примеру, антрацит в сочетании с нефтяным коксом дал миру искусственный графит, который, в свою очередь, нашёл своё применение в металлургической и машиностроительной сферах. Графит используют для изготовления футеровочных плит, плавильных тиглей, защитных чехлов для термопар, нагревательных элементов электропечей, скользящих контактов для электрических машин, анодов и сеток в ртутных выпрямителях и многого другого.
Неудивительно, что уголь сегодня является ещё и источником серы. При сжигании горючего ископаемого сернистые включения портят его качественные характеристики. Из нежелательного элемента можно извлечь пользу, ведь это вещество «в чистом виде» очень востребовано во многих отраслях. Как правило, серу удаляют из отходов коксохимического производства — двуокиси серы — или при обессеривания продуктов газификации угля.
Большой спектр применения у продукта коксования каменных углей — каменноугольной смолы.
В состав этого вещества входит более 10 тысяч химических соединений, которые открывают химикам большие возможности.
Из каменноугольной смолы получают технические масла, синтетическое топливо, нафталин, аммиак, толуол и прочее. Далее они по цепочке «расходятся» в том числе и по бытовым вещам. Например, из смол выделяют бензол и ксилол, которые являются компонентом различных лаков, красок и растворителей.
Что делают из угля в фармацевтике и косметологии?
О популярности активированного угля, кажется, и упоминать не стоит. Каждый и далеко не один раз в жизни выпивал чёрные таблетки при инфекционных заболеваниях желудочно-кишечного тракта.
Вообще, активированный уголь является постоянным гостем домашних лайфхаков. Например, он отлично нейтрализует запахи в холодильнике, а ещё избавляет от плесени и грибков.
Но мы говорим о сферах применения угля в косметологии и медицине. Прекрасный пол распробовал активированный уголь при изготовлении масок для лица и волос в домашних условиях — опять же, ввиду его суперспособности эффективно очищать кожу от шлаков и токсинов.
Уже упомянутая каменноугольная смола входит в состав лечебных шампуней, мыла и мазей. Густая жидкость чёрного или коричневого цвета чаще всего используется для лечения кожных заболеваний головы, поскольку обладает противогрибковыми, противовоспалительными и противозудными свойствами.
Химические ответвления каменноугольной смолы заняли определённую нишу в парфюмерии. Иногда их добавляют в смесь ингредиентов из-за способности сохранять стойкость аромата и снижать его выветривание.
Некоторые вещества обладают уникальным специфическим запахом. Например, хинолин — химическая производная каменноугольной смолы — имеет дымный и кожаный «оттенки», поэтому стал универсальным элементом кожаных ароматов.
Читайте также: «Что делают из нефти? Продукты, о которых вы не знали».
Другие виды использования угля – Всемирная угольная ассоциация
Цемент
Цемент имеет решающее значение для строительной отрасли – смешиваясь с водой и гравием, он образует бетон, ключевой строительный материал.
Для производства цемента требуется энергия. Уголь является важным источником необходимой энергии. Высокотемпературная печь, часто работающая на угле, нагревает сырье из карбоната кальция (обычно в виде известняка), кремнезема, оксида железа и глинозема до частичного расплава при 1450°C, превращая их химически и физически в вещество. известный как клинкер. Этот серый галькоподобный материал содержит специальные соединения, придающие цементу вяжущие свойства. Клинкер смешивают с гипсом и измельчают в мелкий порошок для получения цемента.
Продукты сгорания угля (CCP), такие как летучая зола, также играют важную роль в производстве цемента и в строительной отрасли в целом.
Алюминий
Уголь является ключевым энергетическим топливом в производстве алюминия – цветного металла, известного своими легкими свойствами и широко используемого в автомобилях, поездах и самолетах для уменьшения веса этих транспортных средств и снижения их энергопотребления. На уголь приходится более 60% энергии, используемой для производства алюминия.
Транспорт
Топливо, получаемое из угля, а также электроэнергия, получаемая из угля, играют важную роль в удовлетворении растущих потребностей транспортного сектора в энергии. Уголь не только является важным сырьем и источником первичной энергии для производства материалов, используемых для строительства транспортной инфраструктуры, электроэнергия на основе угля играет важную роль в поддержке электрификации транспортного сектора.
Жидкое топливо из угля может стать реальной альтернативой традиционным нефтепродуктам и может использоваться в существующей инфраструктуре снабжения. В Китае разрабатывается несколько демонстрационных заводов по преобразованию угля в жидкость (CTL), в то время как в Южной Африке жидкое топливо, полученное из угля, обеспечивает 30 % потребностей Южной Африки в транспортном топливе, а заводы CTL производят более 160 000 баррелей жидкого топлива в день из угля. .
Водород
Водород ежедневно используется в виде газа и жидкости во многих отраслях промышленности, включая нефтяную промышленность, транспорт и в производственных процессах для производства химикатов, продуктов питания и электроники.
Газификация угля предлагает универсальный и чистый метод преобразования угля в водород и другие ценные продукты. При газификации уголь расщепляется на основные химические компоненты. В современных газификаторах уголь обычно подвергается воздействию пара и тщательно контролируемого количества воздуха или кислорода при высоких температурах и давлениях. В этих условиях молекулы угля распадаются, инициируя химические реакции, в результате которых обычно образуется синтез-газ (синтез-газ), водород, монооксид углерода и другие газообразные соединения. Затем водород можно улавливать и хранить. 20% производства водорода приходится на процессы преобразования угля в газ.
Япония и Австралия реализуют стратегии производства водорода с использованием лигнита в качестве основного исходного продукта.
- Японская «Базовая водородная стратегия» предусматривает использование лигнитного топлива, обезуглероженного путем газификации и каталитической конверсии, для получения водородного топлива.
- Предлагаемый проект газификации лигнита в Австралии будет использовать производство синтетического газа путем сжигания угля под высоким давлением, затем преобразование образующегося монооксида углерода в диоксид углерода с помощью пара и отделение водорода.
Дальнейшее неэнергетическое использование
Другими важными потребителями угля являются глиноземные заводы, производители бумаги, а также химическая и фармацевтическая промышленность.
Уголь является важным ингредиентом в производстве специальных продуктов, от активированного угля, используемого в фильтрах для очистки воды и воздуха и в аппаратах для почечного диализа, до углеродного волокна, чрезвычайно прочного, но легкого материала, используемого в строительстве.
Он также используется в производстве металлического кремния, используемого для производства силиконов и силанов, которые, в свою очередь, используются для изготовления смазочных материалов, водоотталкивающих средств, смол, косметики, шампуней для волос и зубных паст.
Некоторые химические продукты могут быть получены из побочных продуктов переработки угля в угольно-химической промышленности (УХУ). Очищенная каменноугольная смола используется в производстве химических веществ, таких как креозотовое масло, нафталин, фенол и бензол. Газообразный аммиак, извлеченный из коксовых печей, используется для производства солей аммиака, азотной кислоты и сельскохозяйственных удобрений. Тысячи различных продуктов содержат уголь или его побочные продукты в качестве компонентов: мыло, аспирин, растворители, красители, пластмассы и волокна, такие как искусственный шелк и нейлон.
Использование угля — Управление энергетической информации США (EIA)
В 2021 году в США было потреблено около 546 миллионов коротких тонн (Млн тонн) угля. С точки зрения содержания энергии это количество равнялось примерно 10,5 квадриллионам британских тепловых единиц (БТЕ) и примерно 10,8% от общего потребления энергии в США. Это был самый низкий показатель с 1964 года и второй самый низкий процент после 2020 года от общего годового потребления энергии в США, по крайней мере, с 1949 года.
Хотя когда-то использование угля было обычным явлением в промышленности, на транспорте, в жилом и коммерческом секторах, угля в Соединенных Штатах для производства электроэнергии. На электроэнергетический сектор приходится большая часть потребления угля в США с 1961.
- Электроэнергия — 501,4 млн ст — 91,9%
- Всего по промышленности — 43,4 млн тонн — 8,0%
- Промышленные коксохимические заводы — 17,6 млн т — 3,2%
- Промышленное комбинированное производство тепла и электроэнергии — 10,0 млн ст — 1,8%
- Прочие промышленные — 15,9 млн тонн — 2,9%
- Коммерческий — 0,8 млн тонн — 0,1%
- Жилье и транспорт — отсутствует 2
С точки зрения содержания энергии пик потребления угля в США пришелся на 2005 г., но пик общего годового потребления угля в США пришелся на 2007 г. С тех пор потребление угля в большинстве лет снижалось, в основном из-за сокращения использования угля для производства электроэнергии.
.
Нажмите, чтобы увеличить
Электроэнергия
Угольные электростанции сжигают уголь для производства пара, а пар вращает турбины (машины для выработки вращающейся механической энергии) для выработки электроэнергии. Многие отрасли промышленности и предприятия имеют свои собственные электростанции, а некоторые используют уголь для выработки электроэнергии для собственных нужд и в основном на комбинированных теплоэлектростанциях. Узнайте больше о производстве электроэнергии в США.
Промышленность
Многие отрасли промышленности используют уголь и его побочные продукты. Бетонная и бумажная промышленность сжигают большое количество угля для производства тепла. Сталелитейная промышленность косвенно использует уголь в качестве угольного кокса для выплавки железной руды в железо для производства стали. Высокие температуры, создаваемые сжиганием угольного кокса, придают стали прочность и гибкость, необходимые для мостов, зданий и автомобилей.
знаете ли вы
?
Уголь перерабатывается в угольный кокс для производства стали.
Доменная печь на современном сталелитейном заводе
Источник: BBC (защищено авторским правом)
Преобразование угля в газ и жидкости
Уголь можно превращать в газы и жидкости, которые можно использовать в качестве топлива или перерабатывать в химикаты для производства других продуктов. Эти газы или жидкости иногда называют синтетическим топливом или синтетическим топливом. Синтетическое топливо производится путем нагревания угля в больших судах. Эти виды топлива производят меньше загрязнителей воздуха при сжигании, чем непосредственное сжигание угля.
В Северной Дакоте завод Great Plains Synfuels перерабатывает уголь в синтетический природный газ (синтез-газ). Синтез-газ, полученный из угля, также можно использовать для производства электроэнергии и водорода. В настоящее время ни одно из коммерческих предприятий в Соединенных Штатах не производит жидкие углеводороды из угля, но в Южной Африке уголь перерабатывается в жидкие углеводороды на протяжении десятилетий.