Uhlí

5 února 2023
شركة لارا السعودية
Uhlí

Černá nebo hnědá hornina , často černé barvy, hořlavá a hořlavá . Nachází se v přízemních vrstvách nebo žilách . Skládá se převážně z uhlíku , kromě různých podílů dalších prvků (většinou vodíku , síry , kyslíku a dusíku ). doplnění dalších prvků). [1] Uhlí je sedimentární hornina , která se tvoří jako vrstvy horniny zvané uhelné sloje. Uhlí vzniká, když se odumřelé rostliny rozkládají a stávají se z nich rašelina , přeměněná vysokým žárem a pohřebním tlakem po miliony let. Ačkoli většina uhlí vzniká ve vrstevnatých ložiscích, mohou být tato ložiska vystavena extrémně vysokým teplotám a tlakům v důsledku magmatických průniků nebo deformací v orogenních procesech (tj. orogenních procesech), které mohou vést k vývoji antracitu a dokonce i grafitu. [2]

Uhlí je fosilní palivo , které bylo v historii používáno jako zdroj tepelné energie. Na počátku éry vynálezu parního stroje bylo využíváno k vytápění a jako palivo pro lokomotivy výsledek jeho využívání, reprezentovaný vlivem uhelného průmyslu na životní prostředí a globální oteplování, neboť uhlí je jedním z největších zdrojů nepřirozených emisí oxidu uhličitého (tedy v důsledku lidských praktik). Primární využití této energie je dnes celosvětově ve výrobě elektřiny a uhlí se využívá i při výrobě koksu, který je základní surovinou v železářském a ocelářském průmyslu. Další materiály jsou výsledkem procesu výroby koksu , který lze použít při výrobě léků , barviv a hnojiv . V arabském regionu Egypt používá uhlí v cementářském průmyslu. [3]

Uhelné elektrárny produkují dvě třetiny elektřiny spotřebované na světě, ačkoli generátory využívající uhlí vypouštějí na výrobu každé megawatthodiny asi 2 000 liber oxidu uhličitého, což je asi dvojnásobek toho, co zemní plyn vypouští na výrobu stejné energie. (odhadem 1100 liber). V roce 1999 činily celkové celosvětové emise oxidu uhličitého z uhlí 8 666 milionů tun. [4] V roce 2011 byly celkové emise oxidu uhličitého z uhlí odhadnuty na 14 416 tun. [5] Kvůli vyšší účinnosti zemního plynu při výrobě elektřiny a posunu trhu ve Spojených státech amerických směrem ke snížení výroby elektřiny pomocí uhlí a jejímu zvýšení pomocí plynu se tamní emise oxidu uhličitého snížily a údaje v prvním čtvrtletí roku 2012 byly nejnižší ve srovnání s jakýmkoli čtením v prvním čtvrtletí od roku 1992. [6] V roce 2013 navrhl šéf klimatické agentury OSN ponechat většinu zásob uhlí v zemi, aby se zabránilo katastrofickému globálnímu oteplování . [7]


2009 globální zásoby uhlí v BTU


Těžba uhlí v Německu v roce 1965.

Uhlí se těží ze země buď ze šachtových dolů , povrchových dolů nebo otevřených dolů. Čína je na vrcholu žebříčku producentů uhlí od roku 1983. [8] V roce 2011 vyprodukovala 3 520 milionů tun uhlí – 49,5 % ze 7 695 milionů tun vyprodukovaných celosvětově. V roce 2011 nejvíce uhlí vytěžily Spojené státy americké (993 milionů tun) , Indie (589), Evropská unie (576) a Austrálie (416). [9] V roce 2010 byly největšími vývozci Austrálie (s 328 miliony tun, 27,1 % celosvětového objemu exportu) a Indonésie (s 316 miliony tun (26,1 %)), [10] zatímco největšími dovozci bylo Japonsko s 207 miliony tun (17,5 % celosvětového objemu exportu uhlí), Čína se 195 miliony tun (16,6 %) a Jižní Korea se 126 miliony tun (10,7 %) [11]

Původ slova

Slovo původně přijalo formu col ve staré angličtině, o kterém se zase předpokládá, že pochází z „živého uhlí“. K příbuzným patří starofríské cole, středoholandské kol, holandské kool, starohornoněmecké chole, německé kohle a staré nordické kol a irský gual je také příbuzný přes indoevropský kořen.

Geologie

Uhlí se skládá z minerálů a vody. Možná jsou v uhlí přítomny fosilie a jantar .



Model chemického složení uhlí

Přeměna mrtvé vegetace na dřevěné uhlí se nazývá koalescence. V různých obdobích geologické minulosti měla Země husté lesy v nížinných mokřadních oblastech. V těchto mokřadech začal proces prouhelňování, když byl mrtvý a oživený rostlinný materiál chráněn před rozkladem a oxidací, obvykle z jílu nebo kyselé vody, a přeměněn na rašelinu. To zachytilo uhlík v obrovských bažinách, které byly nakonec hluboko pohřbeny sedimentem. Potom, během milionů let, teplo a tlak hlubokého pohřbívání způsobily ztrátu vody, metanu a oxidu uhličitého a zvýšený obsah uhlíku. [12] Třída vyrobeného uhlí závisí na maximální dosažené teplotě, přičemž lignit (také nazývaný "hnědé uhlí") se vyrábí za relativně mírných podmínek, subbituminózní uhlí, bituminózní uhlí nebo antracit (také nazývaný "černé uhlí" nebo „černé uhlí“) se vyrábí postupně se zvyšující se teplotou a tlakem. [13]

Mezi faktory, které se podílejí na procesu opevnění, je teplota důležitější než tlak nebo doba pohřbu. Uhlí se může tvořit při teplotách 35 až 80 °C (95 až 176 °F), zatímco antracit vyžaduje teplotu alespoň 180 až 245 °C (356 až 473 °F). [14]

Ačkoli je uhlí známé pro většinu geologických období, 90 % všech uhelných slojí bylo uloženo v období karbonu a permu, což představuje pouze 2 % geologické historie Země. [15] Ironií osudu to bylo během pozdní doby ledové, tedy v době globálního zalednění. Pokles globální hladiny moře doprovázející zalednění však odhalil dříve ponořený kontinentální šelf a přidal k němu široké říční delty v důsledku zvýšené eroze v důsledku poklesu základní hladiny. Tyto rozsáhlé oblasti mokřadů poskytovaly ideální podmínky pro tvorbu uhlí. Rychlá tvorba uhlí skončila uhelným hiátem a k zániku dochází mezi permem a triasem, kdy je uhlí vzácné. [16]

Příznivá geografie sama o sobě nevysvětluje rozsáhlé uhelné sloje karbonu. Dalšími faktory, které přispěly k rychlému ukládání uhlí, byly vysoké hladiny kyslíku , přesahující 30 %, což vedlo k těžkým lesním požárům a tvorbě dřevěného uhlí , které bylo nestravitelné rozkládajícími se organismy. Vysoké hladiny oxidu uhličitého podporovaly růst rostlin; a povaha karbonských lesů, které zahrnovaly lykofytové stromy, jejichž specifický růst znamenal, že uhlík nebyl vázán v jádrovém dřevě živých stromů po dlouhou dobu. [17]

Jedna teorie naznačovala, že asi před 360 miliony let se u některých rostlin vyvinula schopnost produkovat lignin, komplexní polymer, díky kterému jsou stonky celulózy tužší a dřevnatější. Schopnost produkovat lignin vedla k vývoji prvních stromů. Ale bakterie a houby nerozvinuly okamžitě schopnost rozkládat lignin, takže se dřevo úplně nerozložilo, ale pohřbilo se pod sedimentem a nakonec se změnilo na dřevěné uhlí. Asi před 300 miliony let si houby a další houby tuto schopnost rozvinuly a ukončily tak hlavní období tvorby uhlí v historii Země. [18] Studie z roku 2016 však tuto myšlenku do značné míry vyvrátila a našla rozsáhlé důkazy o degradaci ligninu během karbonu a že posuny v množství ligninu neměly žádný vliv na tvorbu uhlí. Navrhli, že věrohodnějším vysvětlením jsou klimatické a tektonické faktory.

Uhlí je známé z prekambrických vrstev, které předcházely suchozemským rostlinám. Předpokládá se, že toto dřevěné uhlí pochází ze zbytků řas. [19]

Někdy jsou uhelné sloje (také známé jako uhelné sloje) proloženy jinými ložisky v cyklotémě. Předpokládá se, že cyklotémy mají svůj původ v glaciálních cyklech, které produkovaly kolísání hladiny moře , které střídavě obnažovalo a poté ponořilo velké oblasti kontinentálního šelfu. [19]

Koaliční chemie [ upravit ]

Moderní rašelina je většinou lignin. Celulóza a hemicelulózová složka se pohybuje od 5 % do 40 %. Přítomny jsou také různé další organické sloučeniny, jako je vosk a sloučeniny obsahující dusík a síru. [20] Ligniny jsou polymery monolignolů, rodiny alkoholů, které sdílejí benzenový kruh s allylalkoholovým postranním řetězcem. Ty jsou zesíťovány sacharidovými řetězci za vzniku ligninu, který má obecné složení přibližně (C 31 H 34 O 11 ) n Celulóza je glukózový polymer s přibližným vzorcem (C 6 H 10 O 5 ) n. [21] Lignin se hmotnostně skládá z asi 54 % uhlíku, 6 % vodíku a 30 % kyslíku, zatímco celulóza má hmotnostní složení asi 44 % uhlíku, 6 % vodíku a 49 % živičného uhlí 84,4 % uhlíku, 5,4 % vodíku, 6,7 % kyslíku, 1,7 % dusíku a 1,8 % síry, na hmotnostním základě. To znamená, že chemické procesy během procesu karbonizace musí odstranit většinu kyslíku a velkou část vodíku a zanechat uhlík, což je proces zvaný karbonizace. [18]

Proces karbonizace se primárně provádí dehydratací , dekarboxylací a demetanizací. Dehydratace odstraňuje molekuly vody ze zralého uhlí prostřednictvím reakcí, jako je [22].

2 R – OH → R – O – R + H20

2R-CH2-O-CH2-R -> R-CH = CH-R + H20

Dekarboxylace odstraňuje oxid uhličitý ze zralého uhlí a je dosaženo reakcí, jako je:

RCOOH → RH + CO2

Zatímco proces odstraňování metanu pokračuje reakcí, jako je např

2R- CH3 ->R- CH2 -R + CH4

V každém z těchto vzorců R představuje zbytek molekuly celulózy nebo ligninu, ke kterému jsou připojeny reaktivní skupiny.

K dehydrataci a dekarboxylaci dochází na počátku procesu cementace, zatímco demetanizace začíná až poté, co uhlí již dosáhlo jakosti bitumenu. [23] Účinkem dekarboxylace je snížení procenta kyslíku, zatímco odstraněním metanu se sníží procento vodíku. Dehydratace dělá obojí a také snižuje nasycení uhlíkové páteře (zvyšuje počet dvojných vazeb mezi uhlíky).

Jak karbonizace pokračuje, alifatické sloučeniny (sloučeniny uhlíku charakterizované řetězci atomů uhlíku) jsou nahrazeny aromatickými sloučeninami (sloučeniny uhlíku charakterizované kruhy atomů uhlíku) a aromatické kruhy se začínají spojovat do více aromatických sloučenin (spojené kruhy atomů uhlíku). [24] Struktura stále více připomíná grafen , strukturální prvek grafitu.

Chemické změny jsou doprovázeny fyzikálními změnami, jako je snížení průměrné velikosti pórů. Minerální prvky (organické molekuly) lignitu jsou složeny z hominitu, který má zemitý vzhled. Jak uhlí dozrává na subbituminózní uhlí, hominit začíná být nahrazován sklovitým (brilantním) vitrinitem. [25] Zrání uhlí je charakterizováno bitumenem, kdy se část uhlí přemění na bitumen, želatinový materiál bohatý na uhlovodíky. Zrání na antracit je charakterizováno demetanizací (z demetanizace) a zvýšenou tendencí antracitu k oddělování lasturovým lomem, podobně jako lomy tlustého skla. [26]

Druh



Uhlí

Jak geologické procesy vyvíjejí tlak na mrtvé biologické materiály v průběhu času, za vhodných podmínek se jejich metamorfní stupeň nebo pořadí postupně zvyšuje na:

  • Rašelina , předchůdce uhlí
  • Lignit neboli hnědé uhlí, nejnižší a zdraví nejškodlivější uhlí [27] , se používá téměř výhradně jako palivo pro výrobu elektrické energie.
  • Subbituminózní uhlí, jehož vlastnosti se pohybují mezi lignitem a bituminózním uhlím, se používá především jako palivo pro výrobu páry a elektrické energie.
  • Uhlí, hustá sedimentární hornina, obvykle černá, někdy však tmavě hnědá, často s dobře definovanými pruhy světlého a matného materiálu. Používá se především jako palivo při výrobě páry a elektrické energie a při výrobě koksu . Ve Spojeném království známé jako parní uhlí a historicky se používalo k výrobě páry v parních lokomotivách a lodích.
  • Antracit , uhlí nejvyšší kategorie, je tvrdší, lesklé černé uhlí používané především pro vytápění obytných a komerčních prostor.
  • Grafit se obtížně zapaluje a jako palivo se běžně nepoužívá; Nejčastěji se používá v tužkách nebo jako lubrikační prášek.

Kanálské uhlí (někdy nazývané „svíčkové uhlí“) je odrůda jemnozrnného vysoce kvalitního uhlí s vysokým obsahem vodíku, které se skládá převážně z leptinitu.

Pro uhlí existuje několik mezinárodních norem. [28] Klasifikace uhlí je obecně založena na obsahu těkavých látek. Ale nejdůležitější rozdíl je mezi tepelným uhlím (také známým jako energetické uhlí), které se spaluje k výrobě elektřiny prostřednictvím páry; Minerální uhlí (také známé jako koks), které se spaluje při vysoké teplotě na výrobu oceli .

Hiltův zákon je geologické pozorování, které (v rámci malé oblasti) čím je uhlí hlouběji, tím vyšší je jeho úroveň (nebo jakost). Aplikuje se, pokud je teplotní gradient zcela vertikální; Metamorfóza však může způsobit laterální změny v hodnosti, bez ohledu na hloubku. Například některé uhelné sloje v uhelném revíru Madrid a Nové Mexiko byly částečně přeměněny na antracitové uhlí kontaktní metamorfózou magmatického prahu, zatímco zbývající sloje zůstaly jako bituminózní uhlí. [29]



Aljašský železniční vlak přepravující uhlí na cestě do Anchorage v roce 1917

Nejstarší známé použití je z oblasti Shenyang v Číně, kde kolem roku 4000 př. n. l. začali neolitičtí lidé vyřezávat ozdoby z černého hnědého uhlí. [30] Uhlí z měděného dolu Fushun v severovýchodní Číně z roku 1000 před naším letopočtem. Marco Polo, Ital, který cestoval do Číny ve 13. století, popsal uhlí jako „černé kameny... které hoří jako polena“ a řekl, že uhlí je tak hojné, že se lidé mohou koupat třikrát týdně. [31] V Evropě je nejstarší zmínka o použití uhlí jako paliva z geologického pojednání O kamenech (Roll 16) řeckého učence Theophrasta (asi 371 – 287 př. n. l.): [32]

Mezi materiály vykopanými, protože jsou užitečné, jsou ty známé jako uhlíky (uhlí) vyrobeny ze země, a jakmile jsou zapáleny, hoří jako dřevěné uhlí. Nacházejí se v Ligurii...a v Elis, když se člověk blíží k Olympii po horské silnici; Používají je ti, kteří pracují v kovech. -

Extrudované uhlí bylo používáno v Británii během doby bronzové (3000-2000 př.nl), kde tvořilo součást pohřebních hranic. V římské Británii, s výjimkou dvou moderních uhelných polí, Římané těžili uhlí ve všech hlavních uhelných polích Anglie a Walesu do konce druhého století našeho letopočtu. Důkazy o obchodu s uhlím, pocházející z doby kolem roku 200 našeho letopočtu, byly nalezeny v římské osadě v Heronbridge poblíž Chesteru a ve Fenlandu, kam se uhlí z Midlands přepravovalo přes hráz Carr pro použití při sušení obilí. [33] Uhelný popel byl nalezen v krbech římských vil a pevností, zejména v Northumberlandu, pocházející z doby kolem roku 400 n. l. V západní Anglii současní spisovatelé popsali zázrak stojící pánve s dřevěným uhlím na oltáři Minervy v Acqui Sulis. (moderní Bath ), ačkoli snadno dostupné povrchové uhlí z čeho se stalo Somerset uhelné pole bylo běžně používáno ve velmi nízko položených obydlích místně. [34] Důkazy o používání dřevěného uhlí v městských železárnách byly nalezeny již v římské době. V Eschweileru v Porýní Římané využívali uhelná ložiska k tavení železné rudy. [35]




Dělníci v uhelném revíru Umbilin na Sumatře cca 1860-1900

Neexistuje žádný důkaz, že by miniaturizace měla velký význam v Británii před rokem 1000 našeho letopočtu nebo ve vrcholném středověku. [36] Uhlí bylo ve 13. století označováno jako „mořské uhlí“. Přístaviště, na kterém materiál dorazil do Londýna, bylo známé jako mořské uhlí, takže bylo identifikováno v chartě krále Jindřicha III. udělené v roce 1253. Původně bylo toto jméno dáno proto, že na pláži bylo nalezeno velké množství uhlí, které spadlo z odkrytého moře. sloje uhlí na útesech nahoře nebo vyplavené z podmořských uhelných výchozů, ale v době Jindřicha VIII. byly chápány jako odvozené od způsobu, jakým bylo dopravováno do Londýna po moři. [37]

Tyto snadno dostupné zdroje se z velké části vyčerpaly (nebo nestačily pokrýt rostoucí poptávku) ve 13. století, kdy se vyvinula podzemní těžba šachtovou těžbou, protože pocházelo z dolů. Rozvoj průmyslové revoluce vedl k širokému využití uhlí, protože vodní kolo převzal parní stroj . V roce 1700 bylo v Británii vytěženo pět šestin světového uhlí. Británie by do 30. let 19. století vyčerpala vhodná místa pro vodní mlýny, kdyby jako zdroj energie nebylo k dispozici uhlí. [38] V roce 1947 bylo v Británii asi 750 000 horníků [39] , ale poslední hlubinný uhelný důl ve Spojeném království byl uzavřen v roce 2015. [40]

Stupeň mezi bituminózním uhlím a antracitem byl dříve znám jako „parní uhlí“, protože byl široce používán jako palivo pro parní lokomotivy. V tomto specializovaném použití, to je někdy známé jako “mořské uhlí” ve Spojených státech. Jako palivo pro ohřev užitkové vody se používají malé „parní uhlí“, nazývané také suché malé parní uhlí (nebo DSSN). [41]

Uhlí hrálo důležitou roli v průmyslu v 19. a 20. století. Předchůdce EU, Evropské společenství uhlí a oceli, bylo založeno na obchodu s touto komoditou.

Uhlí se nadále dostává ke břehům po celém světě z přirozené eroze obnažených uhelných slojí a větrných úniků z nákladních lodí. Mnoho domácností v takových oblastech sbírá toto uhlí jako důležitý a někdy primární zdroj paliva pro vytápění domácností. [42]

Emisní intenzita

Emisní intenzita je množství skleníkových plynů emitovaných za dobu životnosti generátoru na jednotku vyrobené elektřiny. Emisní náročnost uhelných elektráren je vysoká, vypouští cca 1 000 gramů ekvivalentu CO2 na vyrobenou kilowatthodinu, zatímco zemní plyn má střední emisní náročnost kolem 500 gramů ekvivalentu CO2 na kilowatthodinu. Intenzita emisí uhlí se liší podle typu a technologie generátoru a v některých zemích přesahuje 1 200 gramů na kWh. [43]

Hustota energie [ upravit ]

Energetická hustota uhlí je asi 24 megajoulů na kilogram (asi 6,7 kWh na kilogram). Pro uhelnou elektrárnu se 40% účinností potřebuje 325 kg (717 lb) uhlí k napájení 100wattové lampy po dobu jednoho roku. [44]

27,6 % celosvětové energie bylo v roce 2017 zajištěno uhlím, přičemž Asie z něj spotřebovala téměř tři čtvrtiny. [45]

chemie

formace

Složení uhlí se uvádí buď jako přibližná analýza (vlhkost, těkavé látky, pevný uhlík a popel) nebo konečná analýza (popel, uhlík, vodík, dusík, kyslík a síra). Neexistuje žádná „těkavá látka“ sama o sobě (kromě určitého absorbovaného metanu ), ale definuje těkavé sloučeniny, které vznikají a jsou vylučovány zahříváním uhlí. Typické bituminózní uhlí může mít konečnou analýzu na suchém bezpopelovém základě 84,4 % uhlíku, 5,4 % vodíku, 6,7 % kyslíku, 1,7 % dusíku a 1,8 % síry na hmotnostním základě. [46]

Koks a jeho použití pro tavení železa


Koks čerpaný z železnic v Ohiu, USA

Koks je pevný uhlíkový zbytek pocházející z koksu (bituminózní uhlí s nízkým obsahem popela a síry, známé také jako metalurgické uhlí), který se používá při výrobě oceli a dalších železných výrobků. [47] Koks se vyrábí z koksu jeho pečením v peci bez kyslíku při teplotách do 1000 °C, přičemž se eliminují těkavé složky a fixovaný uhlík a zbývající popel se spojí dohromady. Minerální koks se používá jako palivo a jako redukční činidlo při tavení železné rudy ve vysoké peci. [48] Oxid uhelnatý vznikající jeho spalováním redukuje hematit (oxid železa) na železo.

Odpadní oxid uhličitý se vyrábí také se železnou rudou, která je velmi bohatá na rozpuštěný uhlík, takže se musí znovu zpracovat na ocel.

Množství koksu je v popelu nízké, protože síra a fosfor se s tímto kovem neslučují. Koks musí být dostatečně pevný, aby unesl váhu vysoké pece [47] , a proto je koks důležitý při výrobě oceli tradičními metodami. Uhelný koks je šedý, tvrdý, porézní a má výhřevnost 29,6 MJ/kg. Některé procesy výroby koksu produkují deriváty, včetně černouhelného dehtu, čpavku, lehkých olejů a uhelného plynu.

Ropný koks je pevný zbytek získaný při rafinaci ropy, který je podobný koksu, ale obsahuje příliš mnoho nečistot, než aby byl použitelný v metalurgických aplikacích.


Použití ve slévárenských komponentech

Jemné mleté uhlí, v této aplikaci známé jako mořské uhlí, je součástí slévárenského písku. Zatímco je roztavený kov ve formě, dřevěné uhlí hoří pomalu, při stlačení redukuje plyny, čímž zabraňuje pronikání kovu do pórů písku. Vyskytuje se také v „mold wash“, což je pasta nebo kapalina se stejnou funkcí aplikovaná na formu před litím. [49] Mořské uhlí lze smíchat s jílovou výstelkou („tělesem“) použitou na dně kuplovny. Při zahřívání se uhlí rozkládá a těleso se stává poněkud křehkým, což usnadňuje proces otevírání otvorů pro extrakci roztaveného kovu. [50]

Alternativy koksu


Ocelový šrot lze recyklovat v elektrické obloukové peci; Alternativou k výrobě železa tavením je přímo redukované železo, kde je možné použít jakékoli uhlíkové palivo k výrobě železné houby nebo pelet, emise oxidu uhličitého jsou považovány za snížení vodíku a redukční činidlo a biomasa nebo odpad mohou být použity jako zdroj uhlíku. [51] Historicky bylo uhlí používáno jako náhražka koksu ve vysoké peci, přičemž výsledné železo bylo známé jako uhelné železo.


Proces zplyňování

Zplyňování uhlí jako součást uhelné elektrárny s integrovaným zplyňovacím cyklem (IGCC) se používá k výrobě syngasu, směsi oxidu uhelnatého (CO) a plynného vodíku ( H2 ) pro spalování plynových turbín k výrobě elektřiny. Rostoucí plyn lze také přeměnit na dopravní paliva, jako je benzín a nafta, pomocí Fischer-Tropschova procesu. Alternativně lze syntézní plyn převést na metanol, který lze přímo přimíchat do paliva nebo převést na benzín procesem z methanolu na benzín. Zplyňování technologií Fischer-Tropsch jihoafrickou chemickou společností Sasol, která vyrábí chemikálie a motorová paliva z uhlí. [52]

Při zplyňování se uhlí mísí s kyslíkem a vodní párou a zároveň se zahřívá a stlačuje. Během reakce molekuly kyslíku a vody oxidují uhlí na oxid uhelnatý (CO) a zároveň uvolňují plynný vodík (H 2 ). Dělo se to v podzemních uhelných dolech a také kvůli výrobě městského plynu, který se odvážel zákazníkům ke spalování na svícení, topení a vaření.

3C + 02 + H20 -> H2 + 3CO



Výkres znázorňující Fischer-Tropschovu reakci

Pokud chce rafinérská společnost vyrábět benzín, je syntézní plyn směrován do Fischer-Tropschovy reakce. Toto je známé jako nepřímé zkapalňování uhlí. Pokud je však požadovaným konečným produktem vodík, syntézní plyn se přivádí do reakce zplyňování vody, kde se uvolňuje více vodíku:

Oxid uhelnatý + H2O → CO2 + H2

Zkapalnění



Diagram znázorňující proces zkapalňování uhlí

Uhlí lze hydrogenací nebo karbonizací přímo přeměnit na syntetické palivo ekvivalentní benzínu nebo naftě. [53] Při zkapalňování uhlí se uvolňuje více oxidu uhličitého než při výrobě kapalného paliva z ropy. Přimíchávání biomasy a používání CCS by emitovalo o něco méně než ropný proces, ale za vyšší náklady. [54] Státní China Energy Investment Company provozuje továrnu na zkapalňování uhlí a plánuje postavit 2 další. [55]

Zkapalňování uhlí může také naznačovat rizika při přepravě uhlí. [56]


Chemická výroba


Od 50. let 20. století se z uhlí vyrábí chemikálie. Uhlí lze použít jako surovinu při výrobě široké škály chemických hnojiv a dalších chemických produktů. Hlavní cestou pro tyto produkty bylo zplyňování uhlí za účelem výroby syntézního plynu. Mezi primární chemikálie vyráběné přímo ze syntézního plynu patří metanol, vodík a oxid uhelnatý, což jsou chemické stavební kameny, ze kterých se vyrábí celá řada chemických derivátů, včetně olefinů, kyseliny octové, čpavku, močoviny a dalších. Všestrannost syntézního plynu jako prekurzoru pro chemické látky a vysoce hodnotné deriváty poskytuje možnost využití uhlí k výrobě široké škály zboží. V 21. století však nabylo na významu používání metanu z uhelných slojí. [57]

Protože seznam chemických produktů, které lze vyrobit zplyňováním uhlí, lze také použít jako obecné suroviny získané ze zemního plynu a ropy, má chemický průmysl tendenci používat jakoukoli surovinu, která je cenově nejefektivnější. Zájem o využití uhlí má proto tendenci narůstat v důsledku rostoucích cen ropy a zemního plynu a během období vysokého globálního ekonomického růstu, který mohl vést k tlaku na produkci ropy a plynu. [58]

Výroba elektřiny


Úprava před spalováním

Rafinované uhlí je produktem technologie zušlechťování uhlí, která odstraňuje vlhkost a některé nečistoty z méně kvalitního uhlí, jako je polobituminózní uhlí a lignit (hnědý). Jde o formu předspalovací úpravy a procesu uhlí, která mění vlastnosti uhlí před jeho spálením. Zlepšení tepelné účinnosti lze dosáhnout zlepšeným předsušením (obzvláště relevantní pro paliva s vysokou vlhkostí, jako je lignit nebo biomasa). [59] Cílem uhelných technologií předspalování je zvýšení účinnosti a snížení emisí při spalování uhlí. Předspalovací technologii lze někdy použít jako doplněk k technologiím dodatečného spalování pro kontrolu emisí z uhelných kotlů.


Elektrárna

Uhlí, které se spaluje jako tuhé palivo v uhelných elektrárnách k výrobě elektřiny, se nazývá energetické uhlí. Uhlí se také používá k výrobě velmi vysokých teplot spalováním. Předčasná úmrtnost v důsledku znečištění ovzduší se odhaduje na 200 na gigawatt za rok, ale může být vyšší v okolí elektráren, kde se pračky nepoužívají, nebo nižší, pokud jsou daleko od měst. [60] Celosvětové snahy o snížení spotřeby uhlí vedlo některé regiony k přechodu na zemní plyn a elektřinu z nízkouhlíkových zdrojů.

Když se uhlí používá k výrobě elektřiny, obvykle se drtí a následně spaluje v peci s kotlem. [61] Teplo z topeniště přeměňuje kotlovou vodu na páru, která se pak používá k roztočení turbín, které pohánějí generátory a vyrábějí elektřinu. [62] Tepelná účinnost tohoto procesu se pohybuje mezi 25 % a 50 % v závislosti na předspalovací úpravě, technologii turbíny (např. superkritický parní generátor) a stáří generátoru. [63]

Bylo postaveno několik integrovaných elektráren s kombinovaným cyklem zplyňování (IGCC), které spalují uhlí efektivněji. Místo štěpení uhlí a jeho přímého spalování jako paliva v parogeneračních kotlích se uhlí zplyňuje za vzniku stoupajícího plynu, který se spaluje v plynové turbíně na výrobu elektřiny (stejně jako se v turbíně spaluje zemní plyn). Horké výfukové plyny z turbíny se používají ke zvedání páry do parního generátoru s rekuperací tepla, který pohání další parní turbínu. Celková účinnost elektrárny při využití kombinované výroby tepla a elektřiny může dosáhnout 94 %. [64] Elektrárny IGCC emitují méně místního znečištění než konvenční elektrárny spalující práškové uhlí; Technologie zachycování a ukládání uhlíku po zplyňování a předspalování se však zatím ukázala jako příliš nákladná pro použití s uhlím. [65] Dalšími metodami využití uhlí je palivo coal-water slurry (CWS), které bylo vyvinuto v Sovětském svazu, nebo v cyklu MHD. Nejsou však příliš využívány kvůli nedostatku zisku.

V roce 2017 pocházelo 38 % světové elektřiny z uhlí, stejné procento jako před 30 lety. [66] V roce 2018 byla globální instalovaná kapacita 2 TW (z toho 1 TW v Číně), což představovalo 30 % celkové kapacity výroby elektřiny. Nejzávislejší velkou zemí je Jižní Afrika, kde se více než 80 % elektřiny vyrábí z uhlí.

Maximálního využití uhlí bylo dosaženo v roce 2013. [67] V roce 2018 byl průměrný kapacitní faktor uhelné elektrárny 51 %, tj. v provozu je zhruba polovina disponibilních provozních hodin.



recenzent

  1. Blander, M.
  2. archiv/Files/Volumes/Vol34-2.pdf "Výpočty vlivu aditiv na uhelná spalovací ložiska"
  3. (PDF). Národní laboratoř Argonne. s. 315. Archivováno z
  4. původ
  5. (PDF) dne 28.05.2010. Zobrazeno 17.12.2011. {{ استشهاد ويب }} : Zkontrolujte hodnotu |مسار أرشيف= ( help )
  6. ^ Kopp, Otto C (13. listopadu 2020).
  7. "Uhlí"

  9. . Encyklopedie Britannica. Archivováno z
  10. původ
  11. Dne 13. 2. 2021. Zobrazeno 17.02.2021.
  12. ^ „Naguib Saab – Opustí Egypt uhlí?
  13. . Střední východ . Archivováno z
  14. původ
  15. Dne 24.11.2020. Zobrazeno 24. 11. 2020.
  16. ^ "International Energy Annual 2006"
  17. . US Energy Information Administration . 2008. Archivováno od
  18. původ
  19. Dne 23.05.2011. , viz datové tabulky
  20. Uložená kopie
  21. 23. května 2011 na webu Wayback Machine .
  22. ^ "Mezinárodní energetická statistika"

  24. . US Energy Information Administration. Archivováno z
  25. původ
  26. Dne 03.04.2016. Zpřístupněno 03-10-2014., viz tabulka
  27. ^ Nuwer, Rachel (2012-08-17).
  28. 20leté minimum emisí uhlíku v USA

  30. . blogs.nytimes.com
  31. Uložená kopie
  32. 1. října 2017 na Wayback Machine .
  33. ^ „Nechte uhlí v zemi, abyste se vyhnuli klimatické katastrofě, říká průmyslu OSN“
  34. . Archivováno z
  35. původ
  36. Dne 08.01.2018.
  37. ^ "BP Statistický přehled světové energetiky 2012"

  39. . British Petroleum. Archivováno z
  40. původ
  41. (XLS) dne 19.06.2012. Zobrazeno 18.08.2011.
  42. ^ "BP Statistický přehled světové energetiky 2012"

  44. . British Petroleum. Archivováno z
  45. původ
  46. (XLS) dne 24. 11. 2013. Zobrazeno 18.08.2011.
  47. ^ EIA International Energy Annual – Celkový vývoz uhlí (v tisících malých tun)

  49. . Tonto.eia.doe.gov. Staženo 24. srpna 2012.
  50. Uložená kopie
  51. 13. října 2017 na Wayback Machine .
  52. ^ Mezinárodní energetický roční – celkový dovoz uhlí (tisíc malých tun)

  54. . Tonto.eia.doe.gov. Staženo 24. srpna 2012.
  55. Uložená kopie
  56. 15. dubna 2016 na Wayback Machine .
  57. ^ "British Geological Survey Website - Stránka nenalezena"
  58. . www2.bgs.ac.uk. Archivováno z
  59. původ
  60. Dne 29. 1. 2021. Zobrazeno 29. ledna 2021. {{ استشهاد ويب }} : Cite používá obecný název ( Nápověda )
  61. ^ Edith L.; Taylor, Thomas N.; Krings, Michael (21. ledna 2009).
  62. Paleobotanika: Biologie a evoluce fosilních rostlin
  63. (v angličtině). AcademicPress. ISBN 978-0-08-055783-0 . Archivováno z
  64. originál
  65. dne 29.01.2021.
  66. ^ „Pohřební teploty z uhlí, Kentucky Geological Survey, University of Kentucky“
  67. . www.uky.edu . Archivováno z


الفحم الحجري استخدامات الفحم الحجري