Уголь, называемый древесным, – это продукт термического преобразования древесины, которое происходит без доступа воздуха, чтобы не было обычного горения.
Производственная технология предполагает использование специального оборудования. Для изготовления древесного угля своими руками нужна не только сноровка, но и полное понимание сути процесса, а также подходящие агрегаты и приспособления.
Не забудь поделиться с друзьями!Содержание статьи
Что такое древесный уголь
Уголь из древесины, так же как и любой другой, содержит преимущественно углерод. Главной характеристикой древесного угля, определяющей сферы его использования, является высокая пористость. При термической реакции в среде без кислорода или с небольшим его содержанием образуется углеродный каркас, в большой мере похожий на природную структуру капилляров в стволе дерева.
Наличие большого количества микроскопических полостей объясняет отличную поглощающую способность продукта. Если в порах присутствует кислород, то материал легко горит с выделением тепла.
Массовая доля углерода в схожих объектах составляет:
- древесный уголь – 50 %;
- торф – около 60 %;
- каменный уголь – чуть больше 80 %;
- антрацит – около 95 %.
В свежеполученном древесном угле суммарное содержание кислорода и азота достигает 44 %, что является максимальным показателем при сравнении с угольными ископаемыми.
При хранении в окружении теплого воздуха в течение одного часа уголь, только что полученный из древесины, может увеличиться в массе на 2 % за счет поглощения кислорода. Если объем порции изначально был большой, то нельзя исключить реакции самовозгорания. Поэтому продукт, сделанный из древесного сырья, сначала стабилизируют в специальном режиме, затем упаковывают и хранят в безопасных условиях.
Технология процесса
Получать угольную массу из древесины научились интуитивно в древнейшие времена, сначала закладывая дрова в ямы, затем в кучи на поверхностных площадках. Сверху собранную древесину засыпали землей, оставляя небольшие отверстия. Процесс называли углежжением. Название сохранилось до настоящего времени для обозначения полукустарной производственной технологии или кустарной, реализуемой в домашних условиях.
Со временем оснащение, автоматизация реакции карбонизации (углежжения) приобрели цивилизованный вид, позволяющий исключить доступ воздуха, обеспечить контролируемое нагревание реакционной массы до требуемых температур, поддерживать постоянство термического режима.
Обратите внимание! Процесс получения древесного угля с использованием современных технологий называется пиролизом.
При механизированной термодеструкции параллельно образующиеся газы и жидкости выводятся из рабочей зоны. Из них получают ценные продукты или сжигают, используя образующееся тепло для нагревания реактора.
В связи с отличиями в технологиях получения древесного угля методом пиролиза и углежжения стандартом оговорены особенности допускаемого к переработке сырья.
Для пиролиза позволительно две группы пород:
- первую составляет древесина березы, бука, ясеня, граба, вяза, дуба, клена;
- вторую – сырье из осины, ольхи, липы, тополя, ивы.
В углежжении применяют три группы пород, первая из которых такая же, как для пиролиза, вторая состоит из древесины хвойных деревьев, третью составляют исходные материалы из осины, ольхи, липы, тополя, ивы.
Маркировка продукции
Разница в подходах объясняется высоким содержанием в хвойном сырье смолоподобных веществ, которые при герметичности пиролизного реактора усложнят реализацию технологии.
Из пиролизной продукции первой группы получают уголь, маркирующийся буквой А, с максимальной концентрацией углерода, достигающей 90 %, и минимальным содержанием минеральных компонентов (2,5 %).
Если пиролизу подвергали смесь сырья первых двух групп, то максимальное содержание углерода в древесном угле, имеющем маркировочное обозначение Б, достигает 88 % при такой же зольности.
Если смесь всех пород подвергли углежжению, образуется угольный конгломерат, маркируемый буквой В. Концентрация скелетного углерода в нем достигает максимум 77 %, минеральных компонентов – 4 %, многие другие параметры не нормируются.
Обратите внимание! Наилучшими характеристиками обладает продукция марки А, поэтому ее применяют для последующей активации с целью получения сорбентов.
Хорошие качества демонстрирует уголь группы Б, его и продукцию марки А используют в промышленном органическом синтезе.
Приемлемыми свойствами для удовлетворения нужд большинства потребителей обладает результат воплощения технологии углежжения в том случае, если процесс проводится грамотно. Желающих приготавливать ценный продукт из древесины много. Готовых вникать в особенности реализации идеи на практике бывает гораздо меньше, что может приводить к неприятным последствиям с непредсказуемым исходом.
Как сделать в домашних условиях
Как же делают древесный уголь кустарным способом, располагая производство на приусадебном или дачном участке? Существует два самых распространенных способа.
В яме
Можно вырыть во дворе яму в месте, расположенном на отдалении от строений. Если нужно получить два мешка угля, глубина ямы должна достигать полуметра, ширина – 80 см. Дно следует хорошо утрамбовать ногами или специальным приспособлением. Когда углубление готово, в нем можно разжигать костер из мелких веток, постепенно забрасывая дрова средних размеров.
Важно! Нельзя допускать попадания коры с деревьев. Она при горении выделяет много дыма и ухудшает качество готовящегося древесного угля.
Новую порцию следует добавлять тогда, когда предыдущая часть прогорела и существенно уменьшилась в объеме. В течение нескольких часов нужно яму полностью загрузить дровами, периодически их уплотняя. Когда дрова прогорят по всей высоте ямы, сверху нужно закрыть ее свежей травой, слоем земли и опять утрамбовать. В таком виде самодельный «реактор» будет остывать пару дней, по окончании которых можно извлечь готовый уголь.
В бочке
Если в хозяйстве найдется металлическая бочка с толстыми стенками, не содержащая остатков химикатов или нефтепродуктов, можно обойтись без выкапывания ямы.
При большом объеме бочки на дне имеет смысл уложить слой из огнестойких кирпичей, затем между ними развести костер и постоянно подкладывать дрова, не забывая об уплотнении. Когда слой кирпичей будет полностью покрыт, сверху на дровяное скопление укладывают решетку, которая хорошо пропускает тепло и пламя. На решетку можно погружать в бочку очередную порцию дров до тех пор, пока емкость не заполнится.
Когда воспламенится верхний слой, конструкцию нужно закрыть почти плотно листовым металлом, оставив совсем небольшую щель сбоку. Полной герметичности добиваться не нужно, да и сделать это невозможно. Выделяющийся дым в какой-то момент начнет приобретать сероватый цвет, в это время лист нужно сдвинуть так, чтобы щель закрылась. Углежжение можно считать выполненным. Как только бочка совсем остынет, можно вынимать готовый продукт.
Другая технология приготовления древесного угля также предполагает использование бочки, кирпичей и металлической или любой другой термостойкой крышки.
Разница сводится к тому, что огонь разжигают не внутри, а на земле между кирпичами, на которых установлена емкость. Чтобы воспламенились дрова внутри, костер снаружи должен гореть интенсивно и долго. В нижней части бочки предварительно следует сделать отверстия для поступления некоторого объема воздуха. В течение всего времени бочку нужно держать плотно закрытой, только в конце углежжения крышку можно снять и вынуть образовавшийся уголь.
В печке
Если потребность в дровах не очень большая, вполне можно довольствоваться обычной печью. Заглядывая в топку, следует дождаться момента, когда дрова станут полностью красными, затем щипцами вытащить их и погрузить в металлическое ведро или керамическую емкость, которые нужно быстро и плотно закрыть крышкой. После остывания уголь будет готов.
Для увеличения получаемой порции древесного угля можно загрузить в топку большое количество дров, дождаться полного возгорания, а потом закрыть поддувало, двери, заслонки и подождать минут 10. По окончании этого времени можно открывать дверцы и аккуратно доставать угольные кусочки.
Применение
Древесный уголь производится в небольшом количестве в промышленных масштабах и домашних условиях.
Продукт, сделанный самостоятельно, чаще всего используют как топливо, которое выделяет при сгорании большое количество теплоты. Количество энергии в два раза превышает то, которое образуется из обычной древесины. Любители шашлыков кладут такой уголь в мангалы для получения стабильного пламени, равномерно горящего без выделения ядовитых газов. Дополнительное преимущество такого топлива заключается в том, что оно сгорает до конца, не оставляя золы.
Уголь из древесины, полученный промышленным образом, подвергают активированию с целью получения широко известного сорбента. Исходный уголь уже сам по себе демонстрирует большую поглощающую способность, что позволяет применять его в фильтрах, в качестве компонента кормов животных и как пищевую добавку в составе продуктов питания человека.
Значительная концентрация углерода делает продукт пиролиза сильным восстановителем, что позволяет применять его в металлургии, химической, стекольной, лакокрасочной и электротехнической промышленности.
как бизнес и в домашних условиях своими руками
Обычно, вопроса, как сделать уголь для шашлыка, не стоит. В магазинах повсеместно можно найти в продаже мешки с древесным углём. Его достаточно чтобы готовить на мангале. А для тех, кто хочет всё сделать самому можно подготовить уголь в «домашних условиях».
Немного про древесный уголь
Древесный уголь где только не использовался: в металлургии, химической промышленности и медицине. Но мы вряд ли начнём делать активированный уголь или создавать порох. Нам древесный уголь интересен как топливо. Топливо для мангалов, грилей и жаровен с уютным теплом.
Подготовка материала
Уголь не от каждой деревяшки для приготовления пищи. Это фруктовые деревья (груша, яблоня вишня), лиственные деревья (ольха, дуб, клён) и распространённая берёза. Совсем не подходят хвойные породы. Такое сырьё содержит смолы (это испортит вкус мяса).
Строительные обрезки для изготовления угля для мангалов не используются: пропитки и клеи при сгорании оставят канцерогенные вещества в угле.
Берёза – не самый лучший вариант, но дерево распространённое. Уголь получается чуть жарче чем надо. Хотя, зная такую особенность, можно приноровиться и делать классный шашлык.
Второе требование – сухие дрова. Для пиролиза влага вредна. В промышленном производстве сырьё сушат в специальных печах газами до 150 °С, а при выжиге «для себя» нужно или дать дровам просохнуть или взять сушину.
Гнилое дерево на уголь не пережигается.
Кора ухудшает качество угля и по возможности её нужно удалить с дров.
Выжег древесного угля
Суть процесса в том, чтобы древесина сгорела не до конца.
При нагреве сырья с ограничением доступа кислорода остаётся углеродный каркас, повторяющий древесину. Такой процесс называется пиролизом. Рабочей температурой пиролиза древесины будет 350 °С. Целлюлоза при пиролизе подвергается термической деструкции, результатом которой становится образование угля и пиролизных газов.
Большое количество пор способствует быстрому горению древесного угля.
Массовая доля углерода в древесном угле составляет 50%.
Выжигайте уголь вдали от построек и лесопосадок. Соблюдайте правила пожарной безопасности.
Приготовить уголь для мангала можно несколькими способами.
В костре
Один из простейших способов, как сделать угли для мангала в домашних условиях. Потребуется только старое ведро с крышкой, или какая другая негорючая ёмкость.
- Разожгите костёр. Не используя средств для розжига.
- Дайте прогореть.
- Крупные почти прогоревшие до углей головни кочергой или щипцами отправляйте в ведро и зарывайте крышкой. Под конец соберите угли и тоже добавьте в ведро.
- Воздуха для горения будет недостаточно и тление прекратится. Пары часов обычно достаточно.
С опытом количество непрогоревших дров в вашем угле будет меньше.
В яме
Этот способ старый, можно сказать исторический.
- Прежде всего, понадобится яма. Объём ямы определяет количество требуемого угля. Чтобы было удобно работать, дно не должно быть меньше окружности диаметром 0,8-1,0 метров. Ещё что следует учесть: делать яму в низине – плохая идея: она заполнится водой.
- Итак, яма выкопана, стенки и дно утрамбованы.
- Разожгите костёр в яме. И заполните яму на треть дровами. Дрова должны быть среднего размера.
- Когда дрова почти прогорят, заполните угольную яму дровами до самых краёв.
- Проследите чтобы все дрова занялись. И накройте яму листом железа, а щели присыпьте землёй.
- Через пару дней можно снимать крышку и доставать уголь.
Будьте осторожны на краю ямы: уголь, сделанный своими руками, не стоит риска свалиться в яму с костром.
В бочке
Делая древесный уголь в домашних условиях хочется снизить риск. И этот способ как раз из таких.
Вам не потребуется яма. Вы замените её 200 литровой бочкой.
Есть два способа: с разницей снаружи или внутри бочки разводить костёр.
В любом случае поставьте бочку на 4-6 кирпичей, так чтобы она не касалась земли.
Первый способ: костёр внутри бочки.
Чтобы в бочке горели дрова в самом низу нужно пробить несколько отверстий. Некоторые советуют закрепить штуцер для шланга и нагнетать воздух на первом этапе (например, бытовым пылесосом), но это на ваше усмотрение.
- Начать нужно с костра в бочке.
- Когда костёр разгорится заполните бочку на треть дровами и дайте прогореть.
- Заполните бочку дровами полностью. Когда все дрова займутся, закройте крышкой. Искусственный наддув, если он был, следует отключить.
- Когда бочка остынет можно доставать уголь.
Второй способ: костёр вокруг бочки.
- Бочку сразу набейте дровами и закройте крышкой.
- Под бочкой разведите огонь и поддерживайте пока пиролиз не закончится. Если есть термометр, то интенсивность огня должна обеспечивать температуру 350 °С внутри. Без термометра придётся ориентироваться на глаз.
- Следите за дымом из бочки. Сизый прозрачный дым говорит об окончании процесса. Потушите огонь и дайте бочке остыть 2 часа.
Если всё сделано правильно, то выжег дров в 200 литровой бочке займёт около 12 часов.
Когда открываете крышку берегите лицо: газы и угольная пыль могут воспламениться.
В печи
Обычная домашняя печь может помочь вам сделать уголь для шашлыка.
- Растопите печь, загрузите дрова.
- Дождитесь, когда поленья разгорятся и превратятся в красные головёшки.
- Переложите головни в керамическую или металлическую ёмкость с крышкой подходящего размера.
- Закройте крышкой и вынесете из дома.
- Когда остынет, можно проверять качество угля.
От тлеющих в закрытой ёмкости углей исходит угарный газ.
Как бизнес
Промышленное производство угля для мангала строится немного по-другому. Тут важны обрабатываемые объёмы. Нужно снижать трудоёмкость и требуется готовить сырьё (в основном сушить).
Сам процесс можно разбить на 4 стадии:
- Распил на чурки и сушка сырья при 150 °С (влажность дров будет мешать процессу).
- Нагрев при недостатке кислорода до 350 °С – пиролиз.
- Прокалка – нагрев до 500-550 °С. Выжигаются остатки смол.
- Охлаждение и фасовка.
Камера сушки и пиролизная печь совмещаются так, что газы из печи сушат сырьё для следующей закладки.
Кустарное изготовление оборудования для производства древесного угля – задача нетривиальная. Вот, например, пиролизная печь УВП-5Б, разработанная ЦНИИМЭ.
Производство древесного угля, как бизнес, — хоть и затратное, но перспективное направление. Спрос стабильно растёт и цены на уголь не падают. Некондицию и угольную крошку можно перерабатывать в топливные брикеты или сжигать при производстве новой порции угля.
Интересно узнать: вы покупаете уголь для шашлыков или делаете своими руками? Ответ можно дать в комментариях.
Древесный уголь используется для розжига мангалов, грилей и других жаровен. Это экологически чистое топливо, отличающееся от своего каменного собрата, дров и торфа более высокой теплоотдачей и отсутствием пламени и дыма при горении. При этом он долго сохраняет жар и распределяет его равномерно.
Основные преимущества угля по сравнению с другим видами топлива:
-
Спрессованный в брикеты, он выделяет в 1,5 раза больше тепла, а горит дольше. Хотите чтобы ароматное и сочное мясо досталось всем желающим? Без проблем.
Как сделать древесный уголь своими руками в домашних условиях? Ведь стоит такое безопасное топливо для грилинга не так дешево, как хотелось бы. Для минимизации затрат некоторые любители сочного мяса на открытом огне решают наладить процесс изготовления самостоятельно. Но это требует сноровки и знания нюансов производства.
Так, не всем известно, что от используемого сырья зависит качество углей. Марка «А» делается из твердолиственной древесины (бука, березы, дуба), «Б» – из смеси твердых и мягких пород, «В» – с добавлением к ним хвойных пород (сосны, ели, лиственницы, пихты).
Что такое уголь из дерева и как его применять с пользой для себя, знали еще пещерные люди. А бронзовый век превратил это экологически чистое топливо в важнейший объект промышленности. Сейчас во всем мире изготавливается до 9 000 000 тонн ценного сырья в год.
Если пренебречь правилами производства, результат вас вряд ли порадует – угля будет мало, он получится мельче, чем вы ожидали, слабый и с множеством трещин. Так что если вы хотите делать топливо самостоятельно, придерживайтесь полезных советов из нашей статьи. В конце концов, если первый блин будет комом, можно купить качественные брикеты для камадо и приготовить лучшее мясо на решетке, наслаждаясь процессом.
Как получить древесный уголь в домашних условиях: копаем яму
Достаточно простой способ, который пришел к нам от далеких предков. Поэтапно разберем его, чтобы вам было легче повторить каждый шаг и изготовить хорошее сырье:
-
Сначала выкапываем яму цилиндрической формы. Следим за ее стенками – они должны быть строго вертикальными. От диаметра и глубины зависит, сколько угля вы получите. Если первый показатель – до 80 см, а второй – до 50, можно рассчитывать примерно на 2 мешка топлива.
-
Утрамбовываем дно – специальным катком или ногами, если его нет. Главное, чтобы грунт не смешался с углем.
-
Занимаемся разведением костра в яме. Для этого берем мелкие ветки, обязательно сухую бересту. Средства для розжига на химической основе не используем.
-
Какими должны быть дрова? Первый совет – их необходимо очистить от коры. Она дает много дыма, продукт получается более низкого качества. Второй совет – готовым сырьем удобнее пользоваться, если заранее нарезать древесину на куски размером не более 30 см.
-
Далее переходим к производству древесного угля в домашних условиях (ниже – видео с процессом изготовления). Во время выжига подкладываем новые дрова поверх старых – как только те прогорят. Постепенно яма заполнится.
Как долго придется ждать? Сколько времени уйдет на превращение дерева в топливо, зависит от плотности исходного сырья – твердые породы горят дольше, но дают продукт лучшего качества. Приготовьтесь к тому, что последующие манипуляции вы будете производить лишь спустя несколько часов – два или три.
Перед тем как наполнять мешки, нужно дать углю остыть. Для этого на яму набрасывают зеленую траву, полученный холмик покрывают земляным слоем, выравнивают и утрамбовывают. Далее – ожидание в течение двух дней. За это время сырье остывает. После этого занимаемся просеиванием и фасовкой. Вот и все. Топливо готово – его можно использовать хоть на следующие сутки.
Помните: чем больше куски, на которые вы поделили дрова, тем дольше будет длиться выжиг.
Как самому сделать древесный уголь в бочке?
Чтобы воплотить в жизнь еще один способ, нам понадобится бочка с толстыми стенками из металла. Чем больше ее размер, тем больше будут ваши запасы. Нельзя приспосабливать под изготовление сырья емкость, применяющуюся для хранения нефтепродуктов. Если другого варианта нет, сначала выжигайте ее и только после заполняйте.
Существует два варианта выжига в бочке:
Отличий от аналогичного процесса в яме практически нет. Но есть одно уточнение – если вы используете большую по объему емкость (до 200 литров), на дне необходимо оставить шесть жаростойких кирпичей. На них следует закладывать подготовленные дрова, подгружая их до тех пор, пока кирпичи не скроются за углями. Затем помещаем на прогоревшие поленья решетку и только на нее отправляем следующие партии. Древесину кладем плотно, не допуская зазоров между элементами кладки и рядами. Заполненную бочку накрываем листом железа, как только на поверхности покажется разгоревшееся пламя.
Чтобы ускорить выжиг, можно проделать в нижней части отверстие. В него будет проходить воздух. Однако это не обязательное условие. Следите за тем, какого цвета будет выходящий дым. Если он стал сизым, самое время герметично закупорить бочку и дать ей остыть. После остается достать угли и пользоваться ими.
В этом случае емкость, заполненную дровами, необходимо накрыть крышкой из негорючего материала. Оставляем отверстия для выхода газов. Их размер – минимальный, поскольку температура внутри должна дойти до 350 градусов.
Бочка не должна находиться на земле – ставим ее на платформу. Можно соорудить ее из нескольких кирпичей, подставкой для которых служит металлический лист. Между кирпичами необходимо разжечь огонь. Он будет нагревать емкость. Через некоторое время дрова внутри нее начнут окисляться, пойдет газ. После того как он перестанет выходить, необходимо оставить бочку на огне на 2-3 часа, а после снять. Все отверстия в крышке нужно заделать.
Вот как приготовить древесный уголь в домашних условиях, приложив минимум усилий. Описанные способы – далеко не все из имеющихся и использующихся. Их главный минус – очень сложно отслеживать процесс (с закрытой бочкой – практически невозможно). Только когда вы наловчитесь и приобретете опыт в выжиге, можно будет с точностью до минуты определить, когда продукт будет готов. Встречающиеся на первых порах проблемы типичны для новичков – это или недожженное сырье, или его перегорание.
Как приспособить печь для производства древесного угля своими руками
Если у вас на даче есть дровяная печь, считайте, что вам повезло. С ней не нужны никакие дополнительные устройства. Вам не придется копать яму или искать емкость для подготовки топлива. Можно выбирать то, что уже прогорело, и сразу опускать в емкость для остывания (керамическую бадью, ведро). Процесс прост и за ним очень удобно следить.
Вот несколько советов для тех, кто решил изготовить древесный уголь в домашних условиях, используя дровяную печку:
-
Куда класть готовый продукт? Не рекомендуется брать для этого бочки или ведра из металла – можно обжечься. Выложив все сырье, плотно закройте емкость крышкой, дайте ее содержимому остыть.
-
Куда деть отсев? Если выбрасывать крошку жалко, переработайте ее в брикеты и используйте их для розжига гриля.
-
Как делать больше угля в домашних условиях? Есть один способ – рискованный, но эффективный. Когда дрова хорошенько разгорятся, необходимо плотно закрыть все дверцы и заслонки. После этого нужно выждать 15 минут – за это время древесина должна перегореть. Затем остается только выгрести готовое сырье и поместить его в герметично закрытое ведро или бадью – чтобы остыло.
Именно печь подходит для изготовления древесного угля своими руками в домашних условиях больше всего – с ней вы будете видеть результат и контролировать выжиг. А если вам не хочется возиться, уже готовые брикеты всегда можно купить.
Среди различных видов твердого топлива особый интерес представляет древесный уголь, состоящий на 80—90% из чистого углерода. Это делает его в первую очередь эффективным биотопливом, практически бездымным и экологичным. Его сфера применения достаточно широка как в различных отраслях промышленности, так и для домашнего применения. В данной статье мы рассмотрим, как можно выжигать древесный уголь своими руками и как это происходит в условиях промышленного производства.
Технология производства
Уголь из древесины в больших объемах потребляют предприятия металлургии, где он применяется для производства сплавов высокой степени чистоты, а также для насыщения металла углеродом, в результате чего повышаются его физические свойства.
В химической отрасли данный продукт используется при изготовлении стекла, различных пластмасс и даже красок. Не обошел уголь стороной и пищевую промышленность, в продуктах питания он часто выступает натуральным красителем, что отображается на их упаковке под кодом Е153.
Такой значительный спрос требует соответствующих объемов производства, поэтому печи для древесного угля, как правило, размещают вблизи либо на территории деревообрабатывающих предприятий. Это понятно, ведь там в большом количестве имеются крупные отходы дерева самых разных пород, что служат сырьем для углежжения.
Если пояснять простыми словами, то технология производства древесного угля призвана решить задачу по получению из древесины углерода как можно более высокой степени чистоты. Для этого все остальные органические и неорганические вещества нужно удалить, что достигается с помощью реакции пиролиза. Ее суть заключается в выделении из сырья всех лишних соединений методом термического разложения при недостаточном количестве кислорода. Но пойдем по порядку.
Всего этапов производственного процесса – четыре (не считая предварительной подготовки сырья):
- сушка при температуре до 150 ºС. Процесс пиролиза, проходящий при более высоких температурах, требует минимального количества влаги в сырье;
- пиролиз, проходящий при температуре 150—350 ºС и недостатке кислорода. Происходит термическое разложение веществ и начинает образовываться уголь. Выделяются пиролизные газы;
- горение (прокалка) при нагреве до 500—550 ºС. На данном этапе из угля выделяются смолы и остатки веществ в виде газов;
- восстановление (охлаждение).
По сути, установка для производства угля представляет собой печь, где протекают все вышеописанные реакции. Ниже на рисунке представлена схема технологического процесса:
Печь для древесного угля
Печь для углежжения достаточно сложна, повторить её конструкцию в домашних условиях весьма затруднительно. Корпус цилиндрической или прямоугольной формы имеет топочную камеру, поверх которой загружаются 2 закрытые емкости, заполненные сырьем – реторты. Нагрев древесины происходит извне, через стенки реторты, при этом в нем используется тепло, выделяемое деревом в процессе реакций. Работа печи на различных режимах показана на схеме:
Промышленная печь для изготовления древесного угля устроена таким образом, что пока в одной емкости проходит пиролиз, то во второй идет сушка, пиролизные газы дожигаются и проходят сквозь реторту с влажным сырьем. Такая очередность соблюдается и дальше, до получения конечного продукта. Получается, что внутренний объем каждого сосуда разделяется на зоны, в каждой из которых протекает определенный процесс:
После прокаливания емкости с углем выгружаются и в печь ставятся новые. Перед фасовкой и отправкой на склад изделие проходит операцию дробления до необходимого размера фракции, а при необходимости и брикетирование. Аппарат, где все операции выполняются по данной технологии — это печь для производства древесного угля непрерывного действия. Однако, есть и другая технология, но она более сложная и дорогостоящая, хотя и обеспечивает высокую производительность.
Изготовление древесного угля в домашних условиях
Информация о домашнем углежжении интересна тем людям, кто занимается ковкой металла с небольших мастерских. Такое чистое биотопливо, как древесный уголь, издавна считается самым лучшим для работы кузнечного горна. Ну и о том, как хорош уголь для шашлыков и барбекю, давно известно всем, только покупать его в магазине выходит дороговато. Исходя из того, что оборудование для производства древесного угля отличается сложностью, дороговизной и громоздкостью, предложим два давно проверенных домашними умельцами способа:
- выжигание угля в бочке;
- углежжение в яме.
Способ изготовления угля в бочке, как и в яме, предполагает тот же технологический процесс пиролиза в замкнутом пространстве при недостатке кислорода. Только в подобных условиях продукт получается не столь чистым по вполне понятным причинам. Большую роль играет и сноровка исполнителя, первые 2—3 порции могут просто выгореть (что случается чаще) или, наоборот, недожечься. Но все приходит с опытом.
Способ углежжения в бочке считается более удобным и технологичным. Итак, чтобы сделать древесный уголь самому, нужна собственно сама металлическая бочка емкостью 200 л, да еще старый пылесос. Подойдет любая другая цилиндрическая емкость из металла, желательно с толстыми стенками, она прослужит дольше. В самом низу емкости просверливают отверстие и врезают штуцер. К нему присоединяется шланг от пылесоса, это будет подача первичного воздуха в зону горения.
Немаловажно подыскать для бочки герметичную крышку. Если таковой нет, надо приспособить для этой цели лист металла, асбестоцемента или другого материала. Еще потребуется длинная стальная кочерга для шуровки дров. Касательно последних, стоит отметить один важный момент. Поскольку в домашних условиях древесный уголь делают подручными средствами, то технология не всегда соблюдается, но вот выдержать невысокую влажность дров – обязательно.
Важно! Свежесрубленная или насыщенная влагой древесина для углежжения не подойдет, будет много дыма, а процесс пиролиза не начнется или будет протекать очень вяло. В результате получите золу либо недожженные дрова. Древесина должна быть сухой.
С дерева снимают кору (она сильно дымит, а угля дает крайне мало) и пилят на чурки длиной до 40 см, чтобы их плотно укладывать в бочку. Затем на ее дне разводят небольшой огонь и включают пылесос, иначе костерок начнет сильно дымить.
По мере того как дрова будут разгораться, надо подкладывать очередную порцию. Следует отметить, что производство древесного угля таким способом – процесс тонкий, тут надо верно уловить момент, когда сырье хорошо разгорелось, но не дать ему прогореть до золы, а добавлять новую древесину. При необходимости можно на время отключать пылесос, а при загрузке более половины емкости трубу подачи воздуха лучше вставить сверху.
Когда бочка заполнена, то она накрывается крышкой, пылесос отключается, а штуцер закрывается заглушкой. Теперь надо выждать, пока процессы внутри закрытого сосуда не закончатся, открывать крышку можно лишь после полного остывания стенок емкости. Удобство бочки в том, что ее можно просто перевернуть и спокойно рассортировать полученный продукт. Часть древесины останется недожженной, но это не беда, она пойдет на следующую загрузку. Остальной уголь просеивают и складывают в мешки.
Углежжение в яме
Самостоятельно сделать древесный уголь в домашних условиях или прямо в лесу можно просто в яме. Для получения 2 мешков угля надо вырыть круглую яму ориентировочно 80 см в диаметре и полметра глубиной.
Дно утаптывается ногами, а стенки подчищаются, чтобы топливо не смешивалось с землей. Последнюю не надо отбрасывать далеко, она пригодится в конце.Разница с «бочковым» выжиганием заключается лишь в отсутствии принудительного наддува пылесосом. Дрова берут сухие, длиной 30 см и не больше 7 см в поперечнике, из них на дне ямы раскладывают небольшой костер.
Дальнейшие действия – как в случае с бочкой, сырье подкладывается по мере необходимости. Яму, полную дров, перекрывают листьями или травой, потом присыпают землей и утрамбовывают. Приходить за углем можно через 2 суток, к тому времени он точно остынет.
Заключение
Конечно, древесный уголь, выжженный своими руками, по качеству не сравнить с топливом заводского изготовления. Но ведь и домашние требования не столь высокие, как на производстве, уголек вполне сгодится для мангала или кузнечного горна. Надо лишь позаботиться о том, чтоб не нанести вреда окружающим от задымления или не устроить пожар в лесу.
В данной статье, автор YouTube канала «Primitive Technology» расскажет Вам, как он сделал партию древесного угля, используя насыпной метод, затем переложил его в корзины для дальнейшего хранения.
Древесный уголь — это топливо, которое горит при более высокой температуре, чем древесина, из которой он изготовлен.
Это связано с тем, что первоначальные этапы сгорания, потребляющие энергию, имели место, когда уголь вытеснял летучие компоненты древесины (такие, как вода, сок, эфирные масла). В результате получается почти чистое углеродное топливо, которое сгорает при гораздо более высокой температуре, практически не выделяя дыма, и с меньшим пламенем. Древесный уголь был в основном топливом для металлургии в древние времена, но изредка использовался и для приготовления пищи.
Материалы.
— Сухие поленья и ветки
— Сухие ветки с листьями
— Глинистая земля
— Вода.
Инструменты, использованные автором.
— Камни
— Палочка для розжига методом трения.
Процесс изготовления.
Первым делом мастер собирает сухие ветки и стволы деревьев, затем разламывает относительно тонкие из них при помощи камней, бросая их на ветку.
С толстыми стволами пришлось повозиться, сделав канавку, затем сломав камнем.
Можно ломать и вручную, ударяя надпиленное полено об камень.
Получилась вот такая кучка поленьев и веток.
Теперь автор выкапывает небольшую ямку, и устанавливает в нее самое большое полено вертикально. Затем прикапывает его.
Далее начинает обкладывать центральное полено, начиная с самых толстых деревяшек.
Чем ближе к внешнему слою — тем мельче ветки укладываются.
Предпоследний слой формирует из веток с листьями.
Теперь автор выкапывает ямку, заливает ее водой и размешивает землю до состояния густого раствора.
Из полученного раствора формирует «шубу» вокруг полученного шалаша. Причем начинает с нижней части.
Плотным слоем, стараясь не допускать трещин, укладывает верхнюю часть шубы, оставив на вершине кургана отверстие для выхода дыма и газов. Поверхность шубы слегка смачивает водой, и разглаживает.
Теперь со всех сторон кургана проделывает несколько отверстий в нижней части, это будет своего рода поддувало.
Разжигает курган, засыпая сверху подожженный трут.
Подбрасывает сверху мелкие ветки, ждет прогревания внешней части.
Места, где появляются трещины, обязательно замазывает.
Так как начинает проседать часть веток, можно подбросить еще.
Вот и начал появляться огонь в нижней части заложенного топлива. Огонь сгорел внутри насыпи против восходящего потока. Мастер считает, что это лучший способ сделать древесный уголь, так как поднимающееся пламя израсходовало кислород и не дает углю, уже произведенному над ними, сгореть, вытесняя еще больше летучих веществ.
На этом этапе автор заделывает сначала все отверстия поддува.
Затем плотно закрывает вытяжное отверстие. От момента поджига до закрытия прошло около четырех часов.
На следующий день, когда курган был прохладным на ощупь (иногда это может занять около 2 дней), мастер открыл курган. Тут важно проверить, не тлеет ли уголь внутри.
Затем он просто разломал внешние стенки.
Полученный древесный уголь был хорошего качества. Некоторое количество дерева возле входов в воздух сгорело дотла, хотя это были только маленькие веточки и листья. По этой причине небольшие ветки кладут с внешней стороны насыпи, чтобы она была сожжена преимущественно перед большей древесиной на внутренней стороне, защищая, таким образом, большие куски древесного угля.
Древесный уголь был твердым и блестящим. При вскрытии он сохранил лучевую структуру дерева. При перемещении руки через него древесный уголь казался жестяным, как ракушки на пляже, движимые волнами. Это признаки хорошего качества. Плохой уголь мягкий, легко ломается и имеет приглушенный звук.
Теперь готовый уголь можно переложить в корзины для хранения.
Автор намерен использовать древесный уголь для получения более высоких температур в печи, чем он может добиться, используя одни дрова. Согласно исследованиям автора, печь с естественной тягой, использующая древесину, может достигать максимум 1400°C, тогда как печь с естественной тягой, использующая древесный уголь, может достигать 1600°C. Получение высоких температур необходимо для смены материала, чтобы разрабатывать следующую технологию (например, плавку руды в металл). Вот такой объем угля получился.
Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
Получить древесный уголь своими руками можно менее трудоемким способом, чем через копание ямы. В моем случае используется бочка на 200 литров и пылесос, что положительно влияет на результат.
Я начал изготовлять древесный уголь из-за сложившейся ситуации, когда о каменном угле, и тем более коксе в наших краях можно было только мечтать. Но это не отменяло того факта, что для ковки нужно было все равно что-то искать.
Поэтому я решил пойти по двум направлениям поисков, которые могли привести к топливу, альтернативному каменному углю. Попробовал работать с бытовым газом (газовыми горнами), и пытался получить свой древесный уголь, так как его покупка стоила бы мне больших денег. Помогло то обстоятельство, что у меня фруктовые деревья были в достаточном количестве. Мои соседи по даче начали активно строить коттеджи, для этого они освобождали строительные площадки, вырубая и выкорчевывая десятки деревьев, и с радостью отдавая их мне. Однако после изучения вопроса по углю мне стало известно, что для пережога дрова со свежесрубленных деревьев не походят – нужна древесина, хорошо высушенная. Поэтому в качестве теста я начал жечь обрезки просушенных липовых досок – по случаю их у меня оказалось предостаточно.
Как получить древесный уголь в домашних условиях
Что касается бочки – желательно брать бочку с толстыми стенками на 200 литров. В нижней части, возле дна, врезаем штуцер. В моем случае я получил бочку от соседа – в ней уже был ввинчен сгон, так как она использовалась для летнего душа. Через штуцер я сделал принудительный поддув воздуха к бочке.
Здесь я воспользовался старым пылесосом советского производства.
Присоединение к бочке металлической трубой.
Что касается производительности и расхода дров: я использую 3 бочки, первая служит для сжигания угля, две другие бочки – для готовых наколотых чурочек (когда ими наполняю бочку, то ее потряхиваю). Так я получаю относительную норму дров на одну партию угля.
На дне бочки я развожу маленький костер, и пока он разгорается, докладываю дров.
Горение следует все время контролировать. Со временем вы увидите, когда наступает момент, где дрова через поддув достаточно хорошо разгорелись, но не прогорели до золы – тогда-то и нужно докладывать следующую порцию дров. Чтобы поддерживать нужный поддув следует постоянно включать и выключать пылесос. Чтобы посмотреть в бочку, возможно, на землю придется то-то подкладывать, из-за сильного жара и дыма ничего особо не видно. Я сделал подставку из стопки резины для дорожек.
Чтобы закрыть бочку, проще всего взять родную верхнюю крышку – но такой у меня не нашлось, поэтому я подогнал для этого листовую двойку. Чтобы замазать все отверстия, через которые может проникнуть в бочку воздух, я использовал землю, разведенную с водой до густоты раствора. Также у дна я присыпал землей штуцер.
На завершающем этапе посыпки дров всегда есть риск, что нижние слои угля могут быть пережжены в золу, поэтому я не даю дровам верхнего слоя разгореться как следует. Из-за этого дрова в некотором количестве уходят «в брак» – для следующей партии.
Бочку я не открываю до того времени, пока она не остынет по всей поверхности. Если есть какие-то еле теплые места, значит где-то еще горит. Обычно же, когда я вечером герметично закрою бочку, то на утро она уже будет холодной, а значит готовой.
Получать уголь в бочке еще удобно потому, что его удобно выгружать. Для этого просто нужно бочку перевернуть. После получения очередной партии угля в бочке оказывается много золы и мелких фракций угля. Перед тем, как насыпать уголь в мешки, я весь полученный уголь просеиваю.
С одной бочки я получаю два мешка рабочего угля и примерно одну бельевую выварку недожженных дров.
Схема аппарата для производства угля
Древесный уголь своими рукамиДля продвинутых-аппарат для производства древесного угля
Получить древесный уголь своими руками можно менее трудоемким способом, чем через копание ямы. В моем случае используется бочка на 200 литров и пылесос, что положительно влияет на результат.
Я начал изготовлять древесный уголь из-за сложившейся ситуации, когда о каменном угле, и тем более коксе в наших краях можно было только мечтать. Но это не отменяло того факта, что для ковки нужно было все равно что-то искать.
Поэтому я решил пойти по двум направлениям поисков, которые могли привести к топливу, альтернативному каменному углю. Попробовал работать с бытовым газом (газовыми горнами), и пытался получить свой древесный уголь, так как его покупка стоила бы мне больших денег. Помогло то обстоятельство, что у меня фруктовые деревья были в достаточном количестве. Мои соседи по даче начали активно строить коттеджи, для этого они освобождали строительные площадки, вырубая и выкорчевывая десятки деревьев, и с радостью отдавая их мне. Однако после изучения вопроса по углю мне стало известно, что для пережога дрова со свежесрубленных деревьев не походят – нужна древесина, хорошо высушенная. Поэтому в качестве теста я начал жечь обрезки просушенных липовых досок – по случаю их у меня оказалось предостаточно.
Как получить древесный уголь в домашних условиях
Что касается бочки – желательно брать бочку с толстыми стенками на 200 литров. В нижней части, возле дна, врезаем штуцер. В моем случае я получил бочку от соседа – в ней уже был ввинчен сгон, так как она использовалась для летнего душа. Через штуцер я сделал принудительный поддув воздуха к бочке.
Здесь я воспользовался старым пылесосом советского производства.
Присоединение к бочке металлической трубой.
Что касается производительности и расхода дров: я использую 3 бочки, первая служит для сжигания угля, две другие бочки – для готовых наколотых чурочек (когда ими наполняю бочку, то ее потряхиваю). Так я получаю относительную норму дров на одну партию угля.
На дне бочки я развожу маленький костер, и пока он разгорается, докладываю дров.
Горение следует все время контролировать. Со временем вы увидите, когда наступает момент, где дрова через поддув достаточно хорошо разгорелись, но не прогорели до золы – тогда-то и нужно докладывать следующую порцию дров. Чтобы поддерживать нужный поддув следует постоянно включать и выключать пылесос. Чтобы посмотреть в бочку, возможно, на землю придется то-то подкладывать, из-за сильного жара и дыма ничего особо не видно. Я сделал подставку из стопки резины для дорожек.
Чтобы закрыть бочку, проще всего взять родную верхнюю крышку – но такой у меня не нашлось, поэтому я подогнал для этого листовую двойку. Чтобы замазать все отверстия, через которые может проникнуть в бочку воздух, я использовал землю, разведенную с водой до густоты раствора. Также у дна я присыпал землей штуцер.
На завершающем этапе посыпки дров всегда есть риск, что нижние слои угля могут быть пережжены в золу, поэтому я не даю дровам верхнего слоя разгореться как следует. Из-за этого дрова в некотором количестве уходят «в брак» – для следующей партии.
Бочку я не открываю до того времени, пока она не остынет по всей поверхности. Если есть какие-то еле теплые места, значит где-то еще горит. Обычно же, когда я вечером герметично закрою бочку, то на утро она уже будет холодной, а значит готовой.
Получать уголь в бочке еще удобно потому, что его удобно выгружать. Для этого просто нужно бочку перевернуть. После получения очередной партии угля в бочке оказывается много золы и мелких фракций угля. Перед тем, как насыпать уголь в мешки, я весь полученный уголь просеиваю.
С одной бочки я получаю два мешка рабочего угля и примерно одну бельевую выварку недожженных дров.
Схема аппарата для производства угля
Древесный уголь своими руками
Для продвинутых-аппарат для производства древесного угля
Этот пост может содержать партнерские ссылки. Это означает, что я зарабатываю небольшую комиссию за ссылки, используемые без каких-либо дополнительных затрат для вас. Дополнительную информацию смотрите в моей политике конфиденциальности.
Уголь | Национальное географическое общество
Уголь — это черная или коричневато-черная осадочная порода, которую можно сжигать в качестве топлива и использовать для выработки электроэнергии. Он состоит в основном из углерода и углеводородов, которые содержат энергию, которая может выделяться при сжигании (сжигании).
Уголь является крупнейшим источником энергии для производства электроэнергии в мире и самым распространенным ископаемым топливом в Соединенных Штатах.
Ископаемое топливо образуется из остатков древних организмов.Поскольку на разработку угля уходит миллионы лет, а его количество ограничено, он является невозобновляемым ресурсом.
Условия, которые в конечном итоге создали уголь, начали развиваться около 300 миллионов лет назад, в течение каменноугольного периода. В течение этого времени Земля была покрыта широкими неглубокими морями и густыми лесами. Моря время от времени наводняли лесные массивы, задерживая растения и водоросли на дне болотистой заболоченной территории. Со временем растения (в основном мхи) и водоросли были погребены и сжаты под тяжестью вышележащей грязи и растительности.
По мере того, как растительный мусор глубоко просеивался под поверхностью Земли, он столкнулся с повышением температуры и повышением давления. Грязь и кислая вода препятствовали контакту растительного вещества с кислородом. Из-за этого растительное вещество разлагалось очень медленно и удерживало большую часть своего углерода (источника энергии).
Эти участки погребенного растительного материала называются торфяными болотами. Торфяники хранят огромное количество углерода под землей. Сам торф можно сжигать в качестве топлива, и он является основным источником тепловой энергии в таких странах, как Шотландия, Ирландия и Россия.
При надлежащих условиях торф превращается в уголь в процессе карбонизации. Карбонизация происходит при невероятной жаре и давлении. Около 3 метров (10 футов) слоистой растительности в конечном итоге сжимается в треть метра (1 фут) угля!
Уголь существует в подземных пластах, называемых «угольными пластами» или «угольными пластами». Угольный пласт может иметь толщину 30 метров (90 футов) и протяженность 1500 километров (920 миль).
Угольные пласты существуют на каждом континенте.Самые большие запасы угля находятся в Соединенных Штатах, России, Китае, Австралии и Индии.
В Соединенных Штатах добыча угля ведется в 25 штатах и трех основных регионах. В Западном угольном регионе Вайоминг является основным производителем — около 40% добываемого в стране угля добывается в штате. Более трети угля страны поступает из Аппалачского угольного региона, в который входят Западная Вирджиния, Вирджиния, Теннесси и Кентукки. Уголь, добываемый из Техаса во Внутреннем угольном регионе, поставляется в основном на местные рынки.
Типы угля
Уголь очень отличается от минеральных пород, которые сделаны из неорганического материала. Уголь состоит из хрупкой растительной материи и претерпевает много изменений, прежде чем превратится в знакомое черное и блестящее вещество, сжигаемое в качестве топлива.
Уголь проходит различные фазы карбонизации в течение миллионов лет и может быть найден на всех этапах разработки в разных частях мира.
Уголь ранжируется в зависимости от того, насколько он изменился с течением времени.Закон Хилта гласит: чем глубже угольный пласт, тем выше его ранг. На более глубоких глубинах материал сталкивается с более высокими температурами и давлением, и больше растительного мусора превращается в углерод.
Торф
Торф не является углем, но может в конечном итоге превратиться в уголь при правильных обстоятельствах. Торф представляет собой скопление частично разложившейся растительности, которая прошла небольшое количество карбонизации.
Тем не менее, торф по-прежнему считается частью «семейства» угля, поскольку он содержит энергию, которую содержали его первоначальные растения.Он также содержит большое количество летучих веществ и газов, таких как метан и ртуть, которые опасны для окружающей среды при сжигании.
Торф удерживает достаточно влаги, чтобы быть губчатым. Он может поглощать воду и расширять болото, образуя больше торфа. Это делает его ценной защитой окружающей среды от наводнений. Торф также может быть включен в почву, чтобы помочь ему сохранить и медленно выделять воду и питательные вещества. По этой причине торф и так называемый «торфяной мох» ценны для садоводов.
Торф является важным источником энергии во многих странах, включая Ирландию, Шотландию и Финляндию, где он обезвоживается и сжигается для нагревания.
Лигнит
Лигнитовый уголь — самый низкий класс угля. Он обугливается до такой степени, что является торфом, но содержит мало энергии — его содержание углерода составляет около 25-35%. Это происходит из относительно молодых месторождений угля, около 250 миллионов лет.
Лигнит, рассыпчатый бурый камень, также называемый бурым углем или углем розового бутона, удерживает больше влаги, чем другие виды угля. Это делает его дорогим и опасным для добычи, хранения и транспортировки. Он подвержен случайному сгоранию и имеет очень высокие выбросы углерода при сжигании.Большая часть бурого угля используется на электростанциях в непосредственной близости от места добычи.
Лигнит в основном сжигается и используется для выработки электроэнергии. В Германии и Греции лигнит обеспечивает 25-50% электроэнергии, вырабатываемой углем. В США месторождения лигнита генерируют электричество в основном в штатах Северная Дакота и Техас.
Полубитуминозный уголь
Полубитуминозному углю около 100 миллионов лет. Он содержит больше углерода, чем лигнита, около 35-45%. Во многих частях мира полубитуминозный уголь считается «бурым углем» наряду с лигнитом.Как и бурый уголь, полубитуминозный уголь в основном используется в качестве топлива для выработки электроэнергии.
Большая часть полубитуминозного угля в США добывается в штате Вайоминг и составляет около 47% всего угля, добываемого в Соединенных Штатах. За пределами США Китай является ведущим производителем полубитуминозного угля.
Битумный уголь
Битумный уголь образуется в условиях повышенной температуры и давления, и его возраст составляет от 100 до 300 миллионов лет. Он назван в честь липкого, смолоподобного вещества под названием битум, который также содержится в нефти.Он содержит около 45-86% углерода.
Уголь — это осадочная порода, а битумный уголь часто содержит «полосы» или полосы различной консистенции, которые отмечают слои сжатого растительного материала.
Битуминозный уголь подразделяется на три основных типа: кузнечный уголь, каменный уголь и коксующийся уголь. Кузнечный уголь имеет очень низкую зольность и идеально подходит для кузниц, где металлы нагревают и формуют.
Канальный уголь широко использовался в качестве источника угля в 19 веке.Угольное масло получают путем нагревания угля в канале с контролируемым количеством кислорода, процесс, называемый пиролизом. Угольное масло использовалось главным образом в качестве топлива для уличных фонарей и другого освещения. Широкое использование керосина сократило использование угольной нефти в 20-м веке.
Коксующийся уголь используется в крупных промышленных процессах. Уголь коксуется, процесс нагревания породы в отсутствие кислорода. Это снижает содержание влаги и делает продукт более стабильным. Сталелитейная промышленность опирается на коксующийся уголь.
Битуминозный уголь составляет почти половину всего угля, который используется для производства энергии в Соединенных Штатах. В основном добывается в Кентукки, Пенсильвании и Западной Вирджинии. За пределами США такие страны, как Россия и Колумбия, используют битуминозный уголь для производства энергии и промышленного топлива.
Антрацит
Антрацит — самый высокий класс угля. Он имеет наибольшее количество углерода, до 97%, и, следовательно, содержит больше энергии. Он более твердый, более плотный и блестящий, чем другие виды угля.Почти вся вода и углекислый газ были изгнаны, и он не содержит мягких или волокнистых участков, найденных в битуминозном угле или лигните.
Поскольку антрацит — это высококачественный уголь, он горит чисто, с очень небольшим количеством сажи. Это дороже, чем другие угли, и редко используется на электростанциях. Вместо этого антрацит в основном используется в печах и печах.
Антрацит также используется в системах фильтрации воды. У него более мелкие поры, чем у песка, поэтому более вредные частицы задерживаются.Это делает воду более безопасной для питья, санитарии и промышленности.
Антрацит, как правило, можно найти в географических районах, которые подверглись особенно напряженной геологической деятельности. Например, запасы угля на плато Аллегейни в Кентукки и Западной Вирджинии простираются до основания Аппалачских гор. Здесь процесс орогении, или горообразования, способствовал появлению температур и давлений, достаточно высоких для образования антрацита.
Китай доминирует в добыче антрацита, на его долю приходится почти три четверти добычи антрацита.Другие страны, добывающие антрацит, включают Россию, Украину, Вьетнам и Соединенные Штаты (в основном, Пенсильвания).
Графит
Графит — это аллотроп углерода, то есть вещество, состоящее только из атомов углерода. (Алмаз — еще один аллотроп углерода.) Графит — это последняя стадия процесса карбонизации.
Графит хорошо проводит электричество и обычно используется в ионно-литиевых батареях. Графит также может выдерживать температуры до 3000 ° С (5400 ° по Фаренгейту).Его можно использовать в таких изделиях, как огнестойкие двери и детали ракет, такие как носовые обтекатели. Однако наиболее знакомое использование графита, вероятно, в виде карандашных «отведений».
Китай, Индия и Бразилия являются ведущими мировыми производителями графита.
Добыча угля
Уголь можно добывать из земли либо открытым способом, либо подземным способом. После того, как уголь будет добыт, его можно использовать напрямую (для отопления и промышленных процессов) или в качестве топлива для электростанций.
Наземная добыча
Если уголь находится на глубине менее 61 метра (200 футов), его можно добывать с помощью открытой разработки.
При добыче на поверхности рабочие просто удаляют любые перекрывающие отложения, растительность и камни, называемые вскрыши. С экономической точки зрения, открытая добыча является более дешевым вариантом добычи угля, чем подземная. На одного работника в час можно добывать в два с половиной раза больше угля, чем это возможно при подземной добыче.
Воздействие на поверхность разработки полезных ископаемых драматично.Пейзаж буквально разрывается на части, разрушая места обитания и целые экосистемы. Добыча на поверхности также может вызвать оползни и оседание (когда земля начинает тонуть или проваливаться). Выделение токсичных веществ в воздух, водоносные горизонты и грунтовые воды может поставить под угрозу здоровье местных жителей.
В Соединенных Штатах Америки Закон 1977 года о контроле и мелиорации надземных месторождений регулирует процесс добычи угля и направлен на ограничение вредного воздействия на окружающую среду. Закон предусматривает средства, чтобы помочь решить эти проблемы и очистить заброшенные места добычи.
Три основных типа добычи угля на поверхности — это разработка пластов, разработка открытым способом и добыча на вершине горы (MTR).
Поверхностная добыча: добыча полос
Добыча полезных ископаемых используется, когда угольные пласты расположены очень близко к поверхности и могут быть удалены в виде массивных слоев или полос. Вскрытие обычно снимают взрывчаткой и буксируют с помощью самых больших транспортных средств, когда-либо созданных. Самосвалы, используемые на шахтах, часто весят более 300 тонн и имеют более 3000 лошадиных сил.
Добыча полезных ископаемых может использоваться как на плоских, так и на холмистых ландшафтах Полосная добыча в горной местности называется контурной добычей. Контурная добыча следует за гребнями или контурами вокруг холма.
Добыча на открытых площадках: разработка на карьерах
Добыча на открытых площадках используется, когда уголь расположен глубоко под землей. Яма, иногда называемая заем, вырыта в области. Эта яма становится открытой шахтой, которую иногда называют карьером. Открытые карьеры могут расширяться до огромных размеров, пока не будет добыто угольное месторождение или пока затраты на транспортировку вскрыши не превысят инвестиции в шахту.
Добыча открытым способом обычно ограничивается равнинными ландшафтами. После того, как шахта была исчерпана, яма иногда превращается в свалку.
Поверхностная добыча: MTR
Во время добычи с удалением горной вершины (MTR) вся вершина горы лишена вскрыши: породы, деревья и верхний слой почвы.
Вскрытие вскрыши часто осуществляется в близлежащие долины, что приносит процессу прозвище «заполнение долины». После того, как саммит очищен от растительности, взрывчатка используется для обнажения угольного пласта.
После того, как уголь добыт, на вершине вырабатывается вскрышная порода со следующей горной вершины, которая будет добыта. По закону ценный верхний слой почвы должен быть сохранен и заменен после завершения добычи. Бесплодную землю можно высаживать деревьями и другой растительностью.
Удаление горных вершин началось в 1970-х годах как дешевая альтернатива подземной разработке. В настоящее время он используется для добычи угля в основном в Аппалачи в США, в штатах, включая Вирджинию, Западную Вирджинию, Теннесси и Кентукки.
ССА probaby наиболее спорный угль метода добычи. Экологические последствия радикальны и серьезны. Водные пути отрезаны или загрязнены долиной. Места обитания уничтожены. Токсичные побочные продукты горных и взрывных процессов могут стекать в местные водные пути и загрязнять воздух.
Подземная добыча
Большая часть мировых запасов угля находится глубоко под землей. Подземная добыча полезных ископаемых, которую иногда называют глубокой добычей, представляет собой процесс, в ходе которого добывают уголь глубоко под земной поверхностью — иногда до 300 метров (1000 футов).Шахтеры едут на лифте вниз по стволу шахты, чтобы достичь глубины шахты, и управляют тяжелой техникой, которая добывает уголь и перемещает его над землей.
Непосредственное воздействие подземной добычи на окружающую среду выглядит менее значительным, чем добыча на поверхности. Существует небольшая перегрузка, но подземные горные работы оставляют значительные отходы. Хвосты — это часто токсичные остатки, оставшиеся в процессе отделения угля от породы, или экономически неважные минералы. Хвосты токсичного угля могут загрязнять местное водоснабжение.
Для шахтеров опасность подземной разработки серьезна. Подземные взрывы, удушье из-за недостатка кислорода или воздействие токсичных газов — очень реальная угроза.
Чтобы предотвратить накопление газов, метан должен постоянно вентилироваться из подземных шахт, чтобы обеспечить безопасность шахтеров. В 2009 году около 10% выбросов метана в США приходилось на вентиляционные шахты; 2% были получены в результате открытой разработки.
Существует три основных типа подземной добычи угля: добыча на длинных стенах, добыча рудников и колонн и добыча полезных ископаемых.
Подземная добыча: добыча на длинных стенах
При добыче на длинных стенах шахтеры отрезают огромные плиты угля толщиной около 1 метра (3 фута), длиной 3-4 километра (2-2,5 мили) и длиной 250-400 метров ( 800–1300 футов) в ширину. Панели перемещаются конвейерной лентой обратно на поверхность.
Крыша шахты поддерживается гидравлическими опорами, известными как колодки. Поскольку шахта продвигается, чурки также продвигаются. Область за чурками разрушается.
Добыча на длинных стенах — один из старейших методов добычи угля.До широкого использования конвейерных лент пони спускались в глубокие узкие каналы и доставали уголь обратно на поверхность.
Сегодня почти треть американских угольных шахт используют добычу на длинных стенах. За пределами США это число еще выше. В Китае, крупнейшем в мире производителе угля, более 85% угля добывается с использованием метода длинных стен.
Подземная добыча полезных ископаемых: комната и столб
При добыче полезными ископаемыми шахтеры добывают «комнату» из угля.Столбы (столбы) угля поддерживают потолок и вскрышные породы. Комнаты имеют ширину около 9 метров (30 футов), а опорные стойки могут быть шириной 30 метров (100 футов).
Существует два типа добычи полезных ископаемых с колонной: обычная и непрерывная. В обычной добыче используются взрывчатые вещества и режущий инструмент. При непрерывной добыче угля сложная машина, называемая непрерывным майнером, добывает уголь.
В США большая часть добычи рудников и колонн использует непрерывный майнер. В развивающихся странах шахтные рудники используют обычный метод.
Underground Mining: Retreat Mining
Retreat Mining — это вариант комнаты и колонны. Когда весь доступный уголь был извлечен из комнаты, шахтеры покидают комнату, осторожно разрушают колонны и пропускают потолок. Остатки гигантских колонн дают еще больше угля.
Ретрит-майнинг может быть самым опасным методом майнинга. Остальные столбы подвергаются большому стрессу, и если они не будут вытащены в точном порядке, они могут рухнуть и поймать шахтеров под землей.
Как мы используем уголь
Люди во всем мире используют уголь для отопления своих домов и приготовления пищи в течение тысяч лет. Уголь использовался в Римской империи для отопления общественных бань. В империи ацтеков блестящая скала использовалась как для украшения, так и для топлива.
Промышленная революция была основана на угле. Это была более дешевая альтернатива, чем древесное топливо, и вырабатывало больше энергии при сжигании. Уголь давал пар и электроэнергию, необходимые для массового производства предметов, выработки электричества, а также топлива для пароходов и поездов, которые были необходимы для перевозки предметов для торговли.Большинство угольных шахт, или угольных шахт промышленной революции, находились в северной Англии, где в начале 18 века добывалось более 80% угля.
Сегодня уголь продолжает использоваться напрямую (для отопления) и косвенно (для производства электроэнергии). Уголь также важен для металлургической промышленности.
Топливо
Во всем мире уголь в основном используется для производства тепла. Это основной выбор энергии для большинства развивающихся стран, и потребление в мире увеличилось более чем на 30% в 2011 году.
Уголь может сжигаться отдельными домашними хозяйствами или в огромных промышленных печах. Он производит тепло для комфорта и стабильности, а также нагрев воды для санитарии и здоровья.
Электричество
Угольные электростанции являются одним из самых популярных способов производства и распределения электроэнергии. На угольных электростанциях уголь сжигается и нагревает воду в огромных котлах. Кипящая вода создает пар, который вращает турбину и активирует генератор для производства электроэнергии.
Почти вся электроэнергия в Южной Африке (около 93%) вырабатывается углем. Польша, Китай, Австралия и Казахстан — другие страны, которые полагаются на уголь для производства электроэнергии. В Соединенных Штатах около 45% электроэнергии в стране производится из угля.
Кокс
Уголь играет важную роль в сталелитейной промышленности. Для производства стали железная руда должна быть нагрета, чтобы отделить железо от других минералов в породе. В прошлом сам уголь использовался для нагрева и отделения руды.Однако уголь выделяет такие примеси, как сера, когда он нагревается, что может сделать получаемый металл слабым.
Еще в 9 веке химики и инженеры обнаружили способ удаления этих примесей из угля до его сжигания. Уголь выпекают в духовке в течение примерно 12-36 часов при температуре примерно 1000-1100 ° С (1800-2000 ° F). Это удаляет такие примеси, как угольный газ, угарный газ, метан, гудроны и нефть. Полученный материал — уголь с небольшим количеством примесей и высоким содержанием углерода — представляет собой кокс.Метод называется коксованием.
Кокс сжигается в доменной печи с железной рудой и воздухом, температура которого составляет около 1200 ° C (2200 ° F). Горячий воздух зажигает кокс, а кокс плавит железо и отделяет примеси. Полученный материал — сталь. Кокс обеспечивает тепло и химические свойства, которые придают стали прочность и гибкость, необходимые для строительства мостов, небоскребов, аэропортов и автомобилей.
Многие крупнейшие производители угля в мире (США, Китай, Россия, Индия) также входят в число крупнейших производителей стали.Япония, еще один лидер в сталелитейной промышленности, не обладает значительными запасами угля. Это один из крупнейших в мире импортеров угля.
Синтетические продукты
Газы, выделяющиеся в процессе коксования, могут использоваться в качестве источника энергии. Угольный газ можно использовать для отопления и освещения. Уголь также может быть использован для производства синтез-газа, комбинации водорода и окиси углерода. Сингаз может быть использован в качестве транспортного топлива, похожего на нефть или дизельное топливо.
Кроме того, побочные продукты угля и кокса можно использовать для производства синтетических материалов, таких как смола, удобрения и пластмассы.
Выбросы угля и углерода
При сжигании угля выделяются газы и твердые частицы, вредные для окружающей среды. Углекислый газ является основной эмиссией.
Углекислый газ является неотъемлемой частью атмосферы нашей планеты. Он называется парниковым газом, потому что он поглощает и удерживает тепло в атмосфере и поддерживает нашу планету при приемлемой температуре. В естественном круговороте углерода углерод и диоксид углерода постоянно циркулируют между сушей, океаном, атмосферой и всеми живыми и разлагающимися организмами.Углерод также выделяется или хранится под землей. Это поддерживает углеродный цикл в равновесии.
Однако, когда уголь и другие ископаемые виды топлива извлекаются и сжигаются, они выделяют секвестированный углерод в атмосферу, что приводит к накоплению парниковых газов и отрицательно влияет на климат и экосистемы.
В 2011 году около 43% электроэнергии в США было получено от сжигания угля. Тем не менее, на добычу угля приходится 79% выбросов углерода в стране.
Другие токсичные выбросы
Диоксид серы и оксиды азота также выделяются при сжигании угля.Они способствуют кислотным дождям, смогу и респираторным заболеваниям.
Ртуть выделяется при сжигании угля. В атмосфере ртуть обычно не представляет опасности. Однако в воде ртуть превращается в метилртуть, которая токсична и может накапливаться в рыбе и организмах, потребляющих рыбу, включая людей.
Летучая зола (которая улетучивается вместе с другими газами во время сжигания угля) и донная зола (которая не улетает) также выделяются при сжигании угля. В зависимости от состава угля эти частицы могут содержать токсичные элементы и раздражители, такие как кадмий, диоксид кремния, мышьяк и оксид кальция.
В США летучая зола должна улавливаться промышленными «скрубберами», чтобы предотвратить загрязнение атмосферы. К сожалению, летучая зола часто хранится на свалках или электростанциях и может сливаться в грунтовые воды. В ответ на эту опасность для окружающей среды летучая зола используется в качестве компонента бетона, тем самым изолируя его от естественной среды.
Многие страны не регулируют свою угольную промышленность так же строго, как США, а выбросы загрязняют воздух и воду.
Угольные огни
При надлежащих условиях тепла, давления и вентиляции угольные пласты могут самовоспламеняться и гореть под землей. Молния и лесные пожары могут также воспламенить открытую часть угольного пласта, а тлеющий огонь может распространиться вдоль шва.
Угольные пожары выбрасывают в атмосферу тонны парниковых газов. Даже если поверхностный пожар потушен, уголь может тлеть в течение многих лет, прежде чем вспыхнуть и потенциально возобновить пожар.
Угольные пожары также могут начаться в шахтах в результате взрыва.Пожары угля в Китае, многие из которых вызваны взрывами, используемыми в процессе добычи, могут составлять 1% мировых выбросов углерода. В США чаще всего загораются заброшенные шахты, если мусор сжигается на близлежащих свалках.
Когда уголь загорается и начинает тлеть, его очень трудно потушить. В Австралии угольный пожар на «Горящей горе» горит уже 5500 лет!
Преимущества и недостатки
Преимущества
Уголь является важной частью мирового энергетического бюджета.Это относительно недорого найти и извлечь, и может быть найдено во всем мире. В отличие от многих возобновляемых ресурсов (таких как солнечная или ветровая энергия), добыча угля не зависит от погоды. Это базовое топливо, то есть его можно производить 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году.
Мы используем и зависим от многих вещей, которые обеспечивает уголь, таких как тепло и электричество для питания наших домов, школ, больниц и предприятий. Сталь, жизненно важная для строительства мостов и других зданий, использует кокс практически для всего производства.
Побочные продукты угля, такие как синтез-газ, могут использоваться для производства топлива для транспорта.
Добыча угля также обеспечивает экономическую стабильность миллионам людей во всем мире. Угольная промышленность опирается на людей с широким спектром знаний, навыков и способностей. Рабочие места, связанные с углем, включают геологов, шахтеров, инженеров, химиков, географов и руководителей. Уголь является отраслью, которая имеет решающее значение для стран как в развитых, так и в развивающихся странах.
Недостатки
Уголь является невозобновляемым источником энергии.На формирование ушли миллионы лет, и на нашей планете существует ограниченное их количество. Хотя это постоянный и надежный источник энергии на данный момент, он не будет доступен вечно.
Горное дело — одна из самых опасных работ в мире. Опасность для здоровья подземных шахтеров включает респираторные заболевания, такие как «черное легкое», при которых в легких накапливается угольная пыль. Помимо болезней, тысячи шахтеров ежегодно умирают в результате взрывов, обрушений и других несчастных случаев.
Сжигание угля для получения энергии, выделяющей токсины и парниковые газы, такие как углекислый газ. Они оказывают непосредственное влияние на качество воздуха на местах и способствуют глобальному потеплению в текущий период изменения климата.
Добыча на поверхности навсегда меняет ландшафт. При удалении горных вершин сам ландшафт стирается, а экосистемы разрушаются. Это увеличивает эрозию в этом районе. Наводнения и другие стихийные бедствия подвергают эти районы большому риску.
Добыча угля может повлиять на местное водоснабжение несколькими способами.Потоки могут быть заблокированы, что увеличивает вероятность затопления. Токсины часто попадают в грунтовые воды, ручьи и водоносные горизонты.
Уголь является одним из самых противоречивых источников энергии в мире. Преимущества добычи угля являются экономически и социально значимыми. Однако добыча опустошает окружающую среду: воздух, землю и воду.
Уголь
Уголь1. Что Такое уголь?
Уголь — ископаемое топливо, созданное из остатков растений, которые жили и умерли около 100 до 400 миллион лет назад, когда части земли были покрыты огромными болотистые леса. Уголь классифицируется как невозобновляемый источник энергии потому что это занимает миллионы лет, чтобы сформироваться.
Энергия, которую мы получаем из угля сегодня исходит от энергии, которую растения поглощают от солнца миллионы лет назад. Все живые растения накапливают энергию от Солнце в процессе фотосинтеза . После растения умирают, эта энергия высвобождается при распаде растений. Под условия, благоприятные для образования угля, однако, процесс распада прерывается, предотвращая дальнейшее высвобождение хранимых солнечных энергия.
миллионов лет назад, мертвых растительное вещество попало в болотистую воду и с годами Толстый слой мертвых растений лежал разлагающимся на дне болот. Со временем поверхность и климат Земли изменились, и многое другое вода и грязь смыты, останавливая процесс распада.Вес верхних слоев воды и грязи, упакованных в нижние слои растительного вещества. Под воздействием тепла и давления это растительное вещество подверглось химические и физические изменения, вытеснение кислорода и уход богатые залежи углеводородов. Какие когда-то были растения постепенно превратился в уголь.
Швы угля — в зависимости от толщины от доли дюйма до сотен футов — может представлять сотни или даже тысячи лет роста растений. Один важный уголь шов, Питтсбургский шов толщиной в семь футов, может представлять 2000 годы быстрого роста растений.Один акр этого шва содержит около 14 000 тонн угля, достаточного для удовлетворения потребностей в электроэнергии из 4500 американских домов на один год.
2. История угля в Америке
североамериканских индейцев использовали уголь задолго до того, как первые поселенцы прибыли в Новый Свет. Индейцы хопи, жившие в нынешней Аризоне, использовали уголь для выпечки керамика, которую они сделали из глины.
европейских поселенцев обнаружены уголь в Северной Америке в течение первой половины 1600-х годов.Oни сначала использовал очень мало угля. Вместо этого они полагались на воду колеса и сжигание дров для колониальной промышленности.
Уголь стал электростанцией 1800-х годов. Люди использовали уголь для производства товаров и для власти пароходы и железнодорожные двигатели. Гражданская война в Америке, люди также использовал уголь для производства железа и стали. И к концу 1800-х годов люди даже использовали уголь для производства электричества.
Когда Америка вступила в 1900-е годы, уголь был энергетической опорой для предприятий и отраслей нации.Уголь оставался источником энергии номер один в Америке до спроса за нефтепродукты вытеснили нефть на фронт. Автомобили нужен бензин. Поезда перешли с угольных электростанций на дизельное топливо. Даже дома, которые раньше обогревались углем, превращались в нефть или газ печи вместо. Добыча угля достигла своего низкого уровня в начало 1950-х годов. С тех пор добыча угля постоянно увеличивается, достигнув рекордных высот снова. Сегодня уголь поставляет 22 процента энергия нации потребностей. Его основное использование сегодня для электричества производство.
3. Добыча, переработка и транспортировка Уголь
Добыча угля
Есть два способа удалить уголь из недр: открытая и подземная разработка.
Добыча полезных ископаемых используется, когда угольный пласт близко к поверхности, обычно в пределах 200 футов. Первый шаг При вскрытии полезных ископаемых заключается в удалении и хранении почвы и каменного покрытия уголь (называемый «вскрыша»). Рабочие используют разнообразные тяжелой техники — драглайны, экскаваторы, бульдозеры и фронтальные погрузчики — выставить угольный пласт на добычу.
После открытой разработки, рабочие замените вскрышную породу, оцените ее, покройте верхним слоем почвы и внесите удобрения и посеять область. Эти шаги помогают восстановить биологический баланс области и предотвратить эрозию. Земля может быть использована для пахотные угодья, места обитания диких животных, места отдыха или как коммерческие развитие.
Хотя только около 32 процентов угля страны может быть добыто на поверхности, некоторые 63 процента всего угля США добывается с использованием этого метода сегодня. Зачем? Поскольку добыча на поверхности, как правило, намного дешевле, чем под землей добыча полезных ископаемых.
Подземная разработка используется, когда угольный пласт зарыт несколько сотен футов под поверхностью. В подземной разработке, рабочие и машины спускаются по вертикальной «шахте» или наклонный туннель, называемый «склон» для удаления угля. Шахтные стволы могут опускаться на глубину до 1000 футов.
Один подземный метод добычи называется добыча полезных ископаемых. С этим методом много угля должны быть оставлены для поддержки крыш шахты и стены. Иногда до половины угля остается в большом количестве. колонны, чтобы предотвратить разрушение шахты.
более эффективный и безопасный подземный метод добычи, называемый longwall mining, использует специально экранированная машина, которая позволяет заминированной территории рухнуть контролируемым образом. Этот метод называется «длинная стена» добыча, потому что огромные блоки угля до нескольких сотен футов широкий может быть удален.
Обработка и транспортировка Уголь
После того, как уголь выходит из земля, как правило, идет на ленточный конвейер для подготовки Завод, который находится на участке добычи.«Подготовительное» растение очищает и обрабатывает уголь для удаления грязи, камней, золы, серы и другие примеси. Удаление примесей увеличивает нагрев стоимость угля.
После того, как уголь добывается и обработан, готов к выходу на рынок. Транспорт очень важное значение в конкурентоспособности угля с другими видами топлива потому что иногда транспортировка угля может стоить больше, чем добыча его.
Подземные трубопроводы могут легко вывести на рынок нефть и природный газ.Но это не так для уголь. Огромные поезда перевозят большую часть угля (почти 60 процентов) для по крайней мере, часть его путешествия на рынок. Дешевле транспортировать уголь на речных баржах, но этот вариант не всегда доступен. Уголь также может перемещаться грузовиками и конвейерами, если угольная шахта Рядом. В идеале угольные электростанции строятся возле угольных шахт, чтобы минимизировать транспортные расходы.
4. Запасы, производство и использование угля
Запасы угля
Когда ученые оценивают, как много угля, нефти, природного газа или других источников энергии там находятся в Соединенных Штатах, они используют термин резервов. резервов являются месторождения угля, которые могут быть добыты с использованием современных методов добычи и технологии. По оценкам экспертов, в Соединенных Штатах 265 млрд тонн запасов угля. Если мы продолжим использовать уголь с той же скоростью, что и сегодня, у нас будет достаточно угля 285 лет. Это огромное количество угля делает Соединенные Штаты мировой лидер по известным запасам угля.
Где находится весь этот уголь? Месторождения угля можно найти в 38 штатах. Монтана имеет больше всего уголь — около 120 миллиардов тонн.Другие ведущие угольные государства в Порядок известных запасов: Иллинойс, Вайоминг, Кентукки, Запад Вирджиния, Пенсильвания, Огайо, Колорадо, Техас и Индиана. вестерн уголь обычно содержит меньше серы, чем восточный уголь (который хорошо для воздуха, когда уголь сжигается), но не всегда.
Федеральное правительство является На сегодняшний день крупнейший владелец угольных пластов страны. На Западе. федеральное правительство владеет 60 процентами угля и косвенно контролирует еще 20 процентов. Угольные компании должны сдавать в аренду землю от федерального правительства, чтобы добывать этот уголь.
Добыча угля
Производство угля количество угля, добытого и доставленного на рынок. Где взять майнинг место в США? Хотя уголь добывается в 27 штатах, в восточных штатах добывается больше угля, особенно угля, взяты из подземных рудников, чем в западных штатах. Тем не мение, доля Запада в общем объеме добычи угля неуклонно растет с 1968 года, когда она обеспечивала только пять процентов производства в США. Сегодня Запад обеспечивает 45 процентов общего производства страны.
Общее производство угля в США достигла одного миллиарда тонн в 1990 году, исторического максимума. Ведущий угледобывающими штатами являются Вайоминг, Кентукки, Западная Вирджиния, Пенсильвания, и Техас.
Некоторое количество угля добывается в Соединенных Штаты экспортируется в другие страны. В прошлом году зарубежные страны импортировало семь процентов всего угля, произведенного в США. пять крупнейших зарубежных рынков для американского угля — Япония, Канада, Италия, Бразилия и Бельгия.
Как используется уголь
Для чего мы используем уголь? Электричество это основное использование.В прошлом году 88 процентов всего угля, использованного в США были для производства электроэнергии. (Другая энергия источники, используемые для производства электроэнергии, включают атомную энергию, гидроэнергетику, и природный газ.)
Другое основное использование угля в производстве чугуна и стали. В металлургической промышленности используются коксовые печи для плавить железную руду. Кокс, почти чистый углеродный остаток угля, используется в качестве топлива при выплавке металлов. Соединенные Штаты имеют лучшие коксующиеся угли в мире. Эти угли доставляются мир для использования в коксовых печах.
Уголь также используется другими промышленности. Бумажная, кирпичная, известняковая и цементная промышленности все используют уголь для производства своей продукции.
Вопреки тому, что много людей думаю, уголь больше не является основным источником энергии для отопления США дома или другие здания. Менее одного процента добытого угля в США сегодня используется для отопления. Угольные печи, которые были Популярные годы назад, в значительной степени были заменены нефтяными или газовыми печами или с помощью электрических тепловых насосов.
5.Уголь и окружающая среда
Когда уголь стал важным источник энергии для американской промышленности более века назад, концерн для окружающей среды не было в центре общественного внимания. В течение многих лет дымовые трубы от электрических и промышленных предприятий выбрасывались загрязнение воздуха. Добыча угля оставила некоторые участки земли бесплодными и уничтожен. Автомобили, набирающие силу после Второй мировой войны, внес вредные газы в воздух. В конце концов, как эффекты американцы решили, что загрязнение становится все более заметным пришло время сбалансировать потребности промышленности и окружающей среды.
Федеральных законов, принятых в 1960-е и 70-е годы, а именно Закон о чистом воздухе и Закон о чистой воде, необходимые отрасли для сокращения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и вода. Также были приняты законы, которые требовали угольных компаний вернуть землю, разрушенную в результате добычи полезных ископаемых. С момента прохождения из этих законов, большой прогресс был достигнут в направлении очистки среда.
Самая хлопотная угольная отрасль проблема сегодня заключается в удалении органических серы, веществ, которые химически связан с углем.Все ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть, и природный газ, содержат серу. Когда эти виды топлива сжигаются, органическая сера выделяется в воздух, где она объединяет с кислородом с образованием диоксида серы. Диоксид серы невидим газ, который, как было показано, отрицательно влияет на качество воздуха мы дышим. Это также способствует кислотных дождей, экологическая проблема, которая, по мнению многих ученых, отрицательно сказывается дикая природа (особенно рыба) и леса.
Однако угольная промышленность делает что-то, чтобы решить эту проблему.Один метод использует «скрубберы» удалить серу в угольном дыме. Скрубберы установлены на угольные электрические и промышленные предприятия, где вода и известняк смесь реагирует с диоксидом серы с образованием осадка. Скрубберы устранить до 98 процентов диоксида серы, но они очень дорого построить.
Угольная промышленность также обеспокоена о диоксиде углерода, который образуется при сжигании угля. Углерод из горящего угля вступает в реакцию с воздухом с образованием углекислого газа. Когда углекислый газ и другие газы, например, выбрасываются из автомобили, накапливаясь в атмосфере Земли, они образуют щит, который пропускает солнечный свет и тепло, но не позволяет это из.Это состояние называется парниковым эффектом .
Ученые и другие обеспокоены о парниковом эффекте, потому что это может привести к изменению климат Земли. Некоторые говорят, что земля уже испытывает тенденция к потеплению из-за парникового эффекта; другие не такие конечно еще. В то время как более теплая погода может быть оценена некоторыми северный климат, это может вызвать засуху в некоторых районах мир (американский зерновой пояс, например) и размывание берега океана из-за повышения уровня моря во всех областях.
Угольная отрасль в настоящее время исследование путей снижения выбросов углекислого газа. Но оптовая Подход будет необходим, чтобы остановить парниковый эффект. Этот подход должны смотреть не только на сжигание ископаемого топлива как на проблему, но и при автомобильных выбросах, вырубке лесов в мире леса, и несколько других возможных участников.
,Что такое технология чистого угля?
Улавливание и хранение углерода — возможно, самая перспективная технология получения чистого угля — улавливает и улавливает выбросы углекислого газа (CO2) из стационарных источников, таких как электростанции. Поскольку CO2 способствует глобальному потеплению, сокращение его выбросов в атмосферу стало серьезной международной проблемой. Чтобы найти наиболее эффективные и экономичные способы улавливания углерода, исследователи разработали несколько технологий.
Отделение дымовых газов удаляет CO2 с помощью растворителя, удаляет CO2 с помощью пара и конденсирует пар в концентрированный поток. Разделение дымовых газов дает коммерчески доступный CO2, что помогает компенсировать его цену. Другой процесс, сгорание в кислороде , сжигает топливо в чистом или обогащенном кислороде для создания дымового газа, состоящего в основном из CO2 и воды — это обходит энергоемкий процесс отделения CO2 от других дымовых газов.Третья технология — захват перед сгоранием — удаляет CO2 до его сжигания в процессе газификации.
Реклама
Реклама
После захвата безопасные контейнеры изолируют собранный CO2, чтобы предотвратить или задержать его повторный вход в атмосферу. Два варианта хранения, геологический и океанический , должны содержать CO2, пока пиковые выбросы не уменьшатся через сотни лет.Геологическое хранение включает закачку CO2 в землю. Истощенные нефтяные или газовые месторождения и глубокие соляные водоносные горизонты безопасно содержат CO2, в то время как несмываемые угольные пласты поглощают его. Процесс под названием с повышенным коэффициентом извлечения нефти уже использует CO2 для поддержания давления и улучшения добычи в нефтяных пластах.
Океаническое хранилище, технология, все еще находящаяся на ранних стадиях, предполагает закачку жидкого CO2 в воды глубиной от 500 до 3000 метров, где он растворяется под давлением. Тем не менее, этот метод немного снизит pH и может нанести вред морским местам обитания.Все формы хранения CO2 требуют тщательной подготовки и мониторинга, чтобы избежать возникновения экологических проблем, которые перевешивают преимущества сдерживания CO2.
Поскольку альтернативные виды энергии еще не могут заменить источник энергии, столь же дешевый и обильный, как уголь, чистая угольная технология обещает смягчить все более серьезные климатические последствия выбросов угля. Коммунальные компании и предприятия, однако, не всегда принимают технологии исключительно ради окружающей среды — технологии должны сначала иметь экономический смысл.
Очистка угля и улавливание его выбросов значительно повышает цену за БТЕ того, что в противном случае было бы недорогим топливом. В то время как продажа побочных продуктов, таких как гипс или коммерческий CO2 для соды и сухого льда, может компенсировать цену чистых угольных технологий, плата за углерод может сделать сокращение выбросов в финансовом отношении реалистичным.
Для получения дополнительной информации о чистых технологиях использования угля, глобальном потеплении, альтернативной энергетике и другой соответствующей информации, перейдите по ссылкам на следующей странице.
,Образование алмазов: Алмазы, найденные на поверхности Земли или вблизи нее, образовались в результате четырех различных процессов. На приведенном выше карикатурном тектоническом изображении представлены четыре метода алмазообразования. Дополнительную информацию о каждом из них можно найти в абзацах и небольших мультфильмах ниже.
Оглавление
Методы алмазообразования
Многие люди считают, что алмазы образуются в результате метаморфизма угля.Эта идея продолжает быть историей «как образуются алмазы» во многих научных классах.
Уголь редко — если вообще когда-либо — играл роль в образовании алмазов. Фактически, большинство алмазов, которые были датированы, намного старше, чем первые наземные растения Земли — исходный материал угля! Одного этого должно быть достаточно, чтобы отрицать идею, что залежи алмазов Земли были сформированы из угля.
Другая проблема, связанная с этой идеей, заключается в том, что угольные пласты представляют собой осадочные породы, которые обычно встречаются в виде горизонтальных или почти горизонтальных каменных элементов.Однако источником алмазных пород являются вертикальные трубы, заполненные магматическими породами.
Считается, что четыре процесса ответственны практически за все природные алмазы, которые были найдены на поверхности Земли или вблизи нее. На один из этих процессов приходится почти 100% всех алмазов, которые когда-либо добывались. Остальные три являются незначительными источниками коммерческих алмазов.
Эти процессы редко — если вообще — вовлекают уголь.
Алмазы из глубоководных извержений: Считается, что большинство коммерческих месторождений алмазов образовалось, когда извержение вулкана в глубоком источнике доставило алмазы на поверхность.При этих извержениях магма быстро распространяется из глубины мантии, часто проходя через зону стабильности алмаза на своем пути к поверхности. Куски породы из зоны стабильности алмаза могут быть оторваны и быстро перенесены вверх на поверхность. Эти куски породы известны как «ксенолиты» и могут содержать алмазы.
1) Алмазообразование в мантии Земли
Геологи полагают, что алмазы во всех коммерческих месторождениях алмазов Земли были сформированы в мантии и доставлены на поверхность в результате извержений вулканов из глубоких источников.Эти извержения производят кимберлитовые и лампроитовые трубы, которые ищут алмазодобытчики.
Большинство этих труб не содержат алмазов или содержат такое небольшое количество алмазов, что они не представляют коммерческого интереса. Однако в этих трубах разрабатываются карьеры и подземные рудники, если они содержат достаточное количество алмазов для прибыльной добычи. Алмазы также были выветривания и выветривания из некоторых из этих труб. Эти алмазы в настоящее время содержатся в осадочных (россыпных) отложениях ручьев и береговых линий.
Образование природных алмазов требует очень высоких температур и давлений. Эти условия возникают в ограниченных зонах земной мантии на расстоянии около 90 миль (150 километров) или более от поверхности, где температура составляет не менее 2000 градусов по Фаренгейту (1050 градусов по Цельсию) [1]. Критическая температура-давление среды для образования алмаза и стабильности не существует во всем мире. Вместо этого считается, что он присутствует главным образом в мантии под устойчивыми внутренностями континентальных плит [2].
Алмазы, образованные и хранящиеся в этих «зонах стабильности алмаза», доставляются на поверхность Земли во время извержений вулканов из глубоких источников. Эти извержения отрывают кусочки мантии и быстро переносят их на поверхность [3]. См. Расположение 1 на диаграмме в верхней части страницы. Этот тип извержения вулкана чрезвычайно редок и никогда не наблюдался современными людьми.
Уголь вовлечен? Уголь — это осадочная порода, образованная из растительных остатков, отложившихся на поверхности Земли.Он редко закапывается на глубину более двух миль (3,2 километра). Маловероятно, что уголь был перемещен из коры на глубину значительно ниже основания континентальной плиты. Источником углерода для этих мантийных алмазов, скорее всего, является углерод, захваченный в недрах Земли во время формирования планеты или доставленный на большие глубины путем субдукции.
Алмазы из морских отложений? Зоны субдукции возникают на границах конвергентных пластин, где одна пласта вдавливается в мантию.Когда эта плита опускается, она подвергается воздействию повышающихся температуры и давления. Алмазы были найдены в скалах, которые, как считается, были подвергнуты субдукции, а затем возвращены на поверхность. Эти типы камней очень редки, и в них не было разработано известных коммерческих месторождений алмазов. Алмазы, обнаруженные в этих типах месторождений, были очень маленькими и не пригодными для коммерческого использования.
2) Алмазообразование в зонах субдукции
Крошечные алмазы были обнаружены в породах, которые, как считается, были погружены вглубь мантии тектоническими процессами плит, а затем возвращены на поверхность [4].(См. Расположение 2 на диаграмме в верхней части страницы.) Образование алмаза в субдуктирующей пластине может происходить всего лишь в 50 милях (80 километрах) от поверхности и при температурах до 390 градусов по Фаренгейту (200 градусов по Цельсию) [ 1]. В другом исследовании было обнаружено, что алмазы из Бразилии содержат крошечные минеральные включения, что согласуется с минералогией океанической коры [8]. Другие имеют включения, которые предполагают, что субдуцированная морская вода была вовлечена в их формирование [9].
В более позднем исследовании было исследовано происхождение синих борсодержащих алмазов, которые образовались на глубинах до 400 миль (650 километров).Эти сверхглубокие алмазы также содержали включения, указывающие на то, что они были получены из субдуцированной океанической коры. [10]
Уголь вовлечен? Уголь не является вероятным источником углерода для этого процесса алмазообразования. Наиболее вероятными источниками углерода в результате субдукции океанической плиты являются карбонатные породы, такие как известняк, мрамор и доломит, и, возможно, частицы растительного мусора в морских отложениях.
Астероидные Алмазы: Алмазы были найдены внутри и вокруг кратеров многих астероидных сайтов.Отличным примером является кратер Попигай в северной Сибири, Россия. Земля неоднократно страдала от астероидов на протяжении всей своей истории. Эти астероиды сталкиваются с такой силой, что образуются давления и температуры, достаточно высокие для образования алмазов. Если искомая порода содержит углерод, условия, необходимые для образования алмазов, могут возникнуть в зоне воздействия. Эти типы алмазов редки и не играют важной роли в коммерческой добыче алмазов.
3) Алмазообразование на ударных участках
На протяжении всей своей истории Земля неоднократно подвергалась воздействию крупных астероидов.Когда эти астероиды ударяются о землю, возникают экстремальные температуры и давления. Например: когда астероид шириной шесть миль (10 километров) поражает Землю, он может двигаться со скоростью до 9-12 миль в секунду (от 15 до 20 километров в секунду). При ударе этот гиперскоростной объект произвел бы энергетический взрыв, эквивалентный многим ядерным вооружениям, и температурам, более горячим, чем поверхность солнца [5].
Условия высокой температуры и давления такого воздействия более чем достаточны для образования алмазов.Эта теория образования алмазов была подтверждена открытием крошечных алмазов вокруг нескольких мест удара астероида. См. Расположение 3 на диаграмме в верхней части страницы.
Крошечные, миллиметровые алмазы были найдены в Метеорном кратере в Аризоне. Поликристаллические промышленные алмазы размером до 13 миллиметров были обнаружены в кратере Попигай в Северной Сибири, Россия. [7]
Уголь вовлечен? Уголь может присутствовать в целевой зоне этих воздействий и может служить источником углерода алмазов.Известняки, мраморы, доломиты и другие углеродсодержащие породы являются более вероятными источниками углерода, чем уголь.
Внеземные алмазы: Алмазы были обнаружены в некоторых метеоритах. Считается, что эти алмазы образовались в космосе в результате ударов астероидов или других тяжелых событий.
4) Образование в космосе
Исследователи НАСА обнаружили большое количество наноалмазов в некоторых метеоритах.(Наноалмазы — это алмазы диаметром несколько нанометров — миллиардных долей метра.) Около трех процентов углерода в этих метеоритах содержится в форме наноалмазов. Эти алмазы слишком малы для использования в качестве драгоценных камней или промышленных абразивов; однако они являются источником алмазного материала [6]. См. Расположение 4 на диаграмме в верхней части страницы.
Смитсоновские исследователи также обнаружили большое количество крошечных алмазов, когда они вырезали образец из метеорита Аллен Хиллс [7].Предполагается, что эти алмазы в метеоритах образовались в космосе в результате высокоскоростных столкновений, аналогично тому, как алмазы образуются на Земле в местах столкновения.
Уголь вовлечен? Уголь не участвует в создании этих алмазов. Источником углерода является не тело, а тело.
| «Меня часто спрашивают:« Какова ваша теория первоначальной кристаллизации алмаза? » « Все, что можно сказать, это то, что каким-то неизвестным образом углерод, который существовал глубоко во внутренних областях Земли » был изменен с его черного и непривлекательного внешнего вида на самый красивый драгоценный камень, который когда-либо видел свет.« Гарднер Ф. Уильямс, генеральный директор De Beers Consolidated Mines, Ltd., 1887–1905 гг. [11] |
Наиболее убедительные доказательства
Наиболее убедительным доказательством того, что уголь не играл роли в образовании большинства алмазов, является сравнение возраста земных алмазов и возраста самых ранних наземных растений.
Большинство найденных в камне месторождений алмазов было найдено в эпоху докембрия — промежуток времени между образованием Земли (около 4600 миллионов лет назад) и началом кембрийского периода (около 542 миллионов лет назад).Напротив, самые ранние наземные растения не появлялись на Земле примерно до 450 миллионов лет назад — почти через 100 миллионов лет после образования подавляющего большинства добытых алмазов.
Поскольку уголь образуется из обломков наземных растений, а самые старые наземные растения моложе почти всех алмазов, которые когда-либо были датированы, легко сделать вывод, что уголь не играл существенной роли в образовании природных алмазов Земли.
| Список литературы |
| [1] Эрлих Э.Я.; Dan Hausel, W. (2002). Алмазные месторождения. Общество горного дела, металлургии и разведки. С. 74-94. ISBN 0873352130. [2] Американский музей естествознания (1998). Природа алмазов — алмазы встречаются на континентальных ядрах. Американский музей естественной истории. [3] Американский музей естествознания (1998). Природа алмазов — кимберлит и лампроит. Американский музей естественной истории. [4] Американский музей естествознания (1998). Природа алмазов — от континентальных столкновений, метеорных воздействий и звездной пыли.Американский музей естественной истории. [5] Оукс, Морин (2003). Моделирование удара астероида — убило ли это динозавров? Лос-Аламосская национальная лаборатория. URL [6] Vu, Линда (2008). Глаза Шпитцера Идеально подходят для обнаружения бриллиантов в небе. НАСА / JPL Калтех. URL [7] Тайсон, Питер (2000). Бриллианты в небе. НОВА Онлайн. URL [8] Walter, M.J. и др. (2011). Бриллианты показывают глубину углеродного цикла Земли. Институт науки Карнеги. URL [9] Krajick, Kevin (2015).Взламывание бриллиантов для сообщений из глубокой земли. Состояние планеты, Институт Земли | Колумбийский университет. URL [10] Геммологический институт Америки (2018). Исследователи обнаруживают уникальное происхождение голубых бриллиантов, Геммологический институт Америки. URL [11] Алмазные рудники Южной Африки: Гарднер Ф. Уильямс; Макмиллан Компани; 1902, том 2, стр. 152. URL |
Алмазообразование на поверхности Земли
В 1950-х годах на поверхности Земли были открыты новые методы образования алмазов.Ученые смогли создать условия температуры и давления, необходимые для создания алмазов в лаборатории. Большинство ранних алмазов не было ювелирного качества, но они идеально подходили для использования в качестве абразивных гранул в сверлах, режущих инструментах и шлифовальных кругах. Вскоре были изготовлены более крупные лабораторные алмазы для использования в качестве износостойких подшипников, радиаторов для компьютерных процессоров и высокотемпературных окон.
Сегодня почти все алмазы, используемые в промышленных процессах, являются лабораторными алмазами.Они также изготавливаются достаточно высокого качества, чтобы получать бесцветные и очень незначительные оценки от лабораторий по оценке алмазов. Они сделаны в спектре цветов, добавляя азот (желтый) или бор (синий) в алмазообразующую среду. Зеленый, розовый, оранжевый и другие цвета возможны при обработке после выращивания. Созданные в лаборатории алмазы производятся в Соединенных Штатах и некоторых других странах. Китай является ведущей страной, производящей лабораторные алмазы.
Все выращенные в лаборатории алмазы производятся с использованием оборудования, потребляющего огромное количество электроэнергии, которое необходимо для создания условий температуры и давления, необходимых для выращивания алмазов.Часть этой электроэнергии, вероятно, будет вырабатываться при сжигании угля. Это могут быть лучшие примеры алмазов, производимых с использованием угля.
Найти другие темы на Geology.com:
| 
| ||
| 
| ||
| 
| ||
 | 
|