कोयला

एक काली या भूरे रंग की चट्टान , जो अक्सर काले रंग की, ज्वलनशील और ज्वलनशील होती है। यह जमीन की परतों या शिराओं में पाई जाती है। इसमें अन्य तत्वों (ज्यादातर हाइड्रोजन , सल्फर , ऑक्सीजन और नाइट्रोजन ) के अलग-अलग अनुपात के अलावा, मुख्य रूप से कार्बन होता है। अन्य तत्वों के अतिरिक्त)। ^[1] कोयला एक तलछटी चट्टान है जो चट्टान की परतों के रूप में बनती है जिन्हें कोयला परतें कहा जाता है। कोयला तब बनता है जब मृत पौधे विघटित हो जाते हैं और पीट बन जाते हैं, जो लाखों वर्षों में उच्च गर्मी और दफन दबाव से परिवर्तित हो जाते हैं। यद्यपि अधिकांश कोयला स्तरीकृत निक्षेपों में बनता है, लेकिन ये निक्षेप ऑरोजेनिक प्रक्रिया (यानी, ऑरोजेनिक प्रक्रियाओं) में आग्नेय घुसपैठ या विरूपण के परिणामस्वरूप अत्यधिक उच्च तापमान और दबाव के संपर्क में आ सकते हैं, जिससे एन्थ्रेसाइट और यहां तक कि ग्रेफाइट का विकास हो सकता है। ^[2]

कोयला एक जीवाश्म ईंधन है जिसका उपयोग पूरे इतिहास में थर्मल ऊर्जा के स्रोत के रूप में किया गया है। भाप इंजन के आविष्कार के युग की शुरुआत में इसका उपयोग हीटिंग के लिए और लोकोमोटिव के लिए ईंधन के रूप में किया गया था। हालांकि, कई पर्यावरणीय समस्याएं भी हैं इसके उपयोग का परिणाम, पर्यावरण और ग्लोबल वार्मिंग पर कोयला उद्योग के प्रभाव द्वारा दर्शाया गया है, क्योंकि कोयला अप्राकृतिक कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन के सबसे बड़े स्रोतों में से एक है। (यानी मानव प्रथाओं के परिणामस्वरूप)। आज, विश्व स्तर पर इस ऊर्जा का प्राथमिक उपयोग बिजली के उत्पादन में होता है, और कोयले का उपयोग कोक के उत्पादन में भी किया जाता है, जो लौह और इस्पात उद्योग में एक बुनियादी कच्चा माल है। अन्य सामग्रियां कोक उत्पादन प्रक्रिया से उत्पन्न होती हैं, जिनका उपयोग दवाओं , रंगों और उर्वरकों के निर्माण में किया जा सकता है। अरब क्षेत्र में, मिस्र सीमेंट उद्योग में कोयले का उपयोग करता है। ^[3]

कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्र दुनिया में खपत होने वाली दो-तिहाई बिजली का उत्पादन करते हैं, हालांकि कोयले का उपयोग करने वाले बिजली जनरेटर प्रत्येक मेगावाट-घंटे उत्पन्न करने के लिए लगभग 2,000 पाउंड कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जित करते हैं, जो समान ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए उत्सर्जित प्राकृतिक गैस से लगभग दोगुना है। (अनुमानित 1,100 पाउंड)। 1999 में, कोयले से कार्बन डाइऑक्साइड का कुल वैश्विक उत्सर्जन 8,666 मिलियन टन था। ^[4] 2011 में, कोयले से कुल कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन 14,416 टन अनुमानित किया गया था। ^[5] बिजली पैदा करने में प्राकृतिक गैस की उच्च दक्षता और संयुक्त राज्य अमेरिका में कोयले का उपयोग करके बिजली उत्पादन को कम करने और गैस का उपयोग करके इसे बढ़ाने के लिए बाजार में बदलाव के कारण, वहां कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन में कमी आई है, और पहले में रीडिंग 2012 की तिमाही किसी भी रीडिंग की तुलना में सबसे कम थी। 1992 के बाद पहली तिमाही में ^{। [6]} 2013 में, संयुक्त राष्ट्र जलवायु एजेंसी के प्रमुख ने विनाशकारी ग्लोबल वार्मिंग से बचने के लिए अधिकांश कोयला भंडार को जमीन में रखने का सुझाव दिया। ^[7]

2009 बीटीयू में वैश्विक कोयला स्टॉक

1965 में जर्मनी में कोयला खनन।

कोयला ज़मीन से शाफ्ट खदानों , सतही खदानों या खुली खदानों से निकाला जाता है। चीन 1983 से कोयला उत्पादकों की सूची में शीर्ष पर है। ^[8] 2011 में, इसने 3,520 मिलियन टन कोयले का उत्पादन किया - वैश्विक स्तर पर उत्पादित 7,695 मिलियन टन का 49.5%। 2011 में, संयुक्त राज्य अमेरिका (993 मिलियन टन), भारत (589), यूरोपीय संघ (576), और ऑस्ट्रेलिया (416) ऐसे देश थे जिन्होंने सबसे अधिक कोयला निकाला। ^[9] 2010 में, सबसे बड़े निर्यातक ऑस्ट्रेलिया (328 मिलियन टन के साथ, वैश्विक निर्यात मात्रा का 27.1%) और इंडोनेशिया (316 मिलियन टन (26.1%) के साथ) थे, ^[10] जबकि सबसे बड़े आयातक 207 मिलियन के साथ जापान थे। टन (वैश्विक निर्यात मात्रा का 17.5%)। वैश्विक कोयला आयात), चीन 195 मिलियन टन (16.6%) और दक्षिण कोरिया 126 मिलियन टन (10.7%) के साथ । ^[11]

शब्द की उत्पत्ति

इस शब्द ने मूल रूप से पुरानी अंग्रेज़ी में col का रूप लिया, जो बदले में "जीवित कोयले" से आया माना जाता है। संज्ञेय में पुराने फ़्रिसियाई कोल, मध्य डच कोल, डच कूल, पुराने उच्च जर्मन चोले, जर्मन कोहले और पुराने नॉर्स कोल शामिल हैं, और आयरिश गुआल भी इंडो-यूरोपीय मूल के माध्यम से संज्ञेय है।

भूगर्भ शास्त्र

कोयले में खनिज और पानी होते हैं। संभवतः कोयले में जीवाश्म और एम्बर मौजूद हो सकते हैं।

कोयले की रासायनिक संरचना का एक मॉडल

मृत वनस्पति को चारकोल में परिवर्तित करना सहसंयोजन कहलाता है। भूवैज्ञानिक अतीत में विभिन्न समयों पर, पृथ्वी के निचले आर्द्रभूमि क्षेत्रों में घने जंगल थे। इन आर्द्रभूमियों में, कोयलाकरण की प्रक्रिया तब शुरू हुई जब मृत और पुनर्जीवित पौधों की सामग्री को आमतौर पर मिट्टी या अम्लीय पानी से अपघटन और ऑक्सीकरण से बचाया गया, और पीट में बदल दिया गया। इसने कार्बन को विशाल दलदलों में फँसा दिया जो अंततः तलछट द्वारा गहराई में दब गया। फिर, लाखों वर्षों में, गहरे दफ़नाने की गर्मी और दबाव के कारण पानी, मीथेन और कार्बन डाइऑक्साइड की हानि हुई और कार्बन सामग्री में वृद्धि हुई। ^[12] उत्पादित कोयले का ग्रेड अधिकतम दबाव वाले तापमान पर निर्भर करता है, लिग्नाइट (जिसे "ब्राउन कोयला" भी कहा जाता है) का उत्पादन अपेक्षाकृत हल्की परिस्थितियों में किया जाता है, उप-बिटुमिनस कोयला, बिटुमिनस कोयला, या एन्थ्रेसाइट (जिसे "हार्ड कोयला" भी कहा जाता है) या "काला कोयला")। ») बढ़ते तापमान और दबाव के साथ बारी-बारी से उत्पन्न होता है। ^[13]

किलेबंदी प्रक्रिया में शामिल कारकों में दबाव या दफनाने के समय की तुलना में तापमान अधिक महत्वपूर्ण है। कोयला 35 से 80 डिग्री सेल्सियस (95 से 176 डिग्री फारेनहाइट) तक के न्यूनतम तापमान पर बन सकता है जबकि एन्थ्रेसाइट के लिए कम से कम 180 से 245 डिग्री सेल्सियस (356 से 473 डिग्री फारेनहाइट) तापमान की आवश्यकता होती है। ^[14]

यद्यपि कोयला अधिकांश भूवैज्ञानिक काल के लिए जाना जाता है, सभी कोयला परतों का 90% कार्बोनिफेरस और पर्मियन काल में जमा किया गया था, जो पृथ्वी के भूवैज्ञानिक इतिहास का केवल 2% है। ^[15] विडंबना यह है कि यह लेट पैलियोज़ोइक हिमयुग के दौरान था, जो वैश्विक हिमनदी का समय था। हालाँकि, हिमनदी के साथ वैश्विक समुद्र स्तर में गिरावट ने पहले से जलमग्न महाद्वीपीय शेल्फ को उजागर कर दिया, जिससे आधार स्तर में गिरावट के कारण बढ़े हुए कटाव के परिणामस्वरूप विस्तृत नदी डेल्टा जुड़ गया। आर्द्रभूमि के इन विशाल क्षेत्रों ने कोयला निर्माण के लिए आदर्श स्थितियाँ प्रदान कीं। तेजी से कोयले का निर्माण कोयले के अंतराल के साथ समाप्त हो गया और कोयले की कमी होने पर पर्मियन और ट्राइसिक के बीच विलुप्ति होती है। ^[16]

केवल अनुकूल भूगोल ही व्यापक कार्बोनिफेरस कोयला परतों की व्याख्या नहीं करता है। कोयले के तेजी से जमाव में योगदान देने वाले अन्य कारक 30% से अधिक उच्च ऑक्सीजन स्तर थे, जिसके कारण गंभीर जंगल की आग लगी और चारकोल का निर्माण हुआ जो जीवों के विघटित होने से अपचनीय था। उच्च कार्बन डाइऑक्साइड स्तर ने पौधों की वृद्धि को बढ़ावा दिया; और कार्बोनिफेरस वनों की प्रकृति, जिसमें लाइकोफाइट पेड़ शामिल थे जिनकी विशिष्ट वृद्धि का मतलब था कि कार्बन लंबे समय तक जीवित पेड़ों के हृदय में बंधा नहीं था। ^[17]

एक सिद्धांत ने सुझाव दिया कि लगभग 360 मिलियन वर्ष पहले, कुछ पौधों ने लिग्निन का उत्पादन करने की क्षमता विकसित की, एक जटिल बहुलक जो सेलूलोज़ तनों को कठोर और अधिक लकड़ी जैसा बनाता है। लिग्निन का उत्पादन करने की क्षमता से पहले पेड़ों का विकास हुआ। लेकिन बैक्टीरिया और कवक ने तुरंत लिग्निन को विघटित करने की क्षमता विकसित नहीं की, इसलिए लकड़ी पूरी तरह से विघटित नहीं हुई, लेकिन तलछट के नीचे दब गई, अंततः चारकोल में बदल गई। लगभग 300 मिलियन वर्ष पहले, मशरूम और अन्य कवक ने इस क्षमता को विकसित किया, जिससे पृथ्वी के इतिहास में कोयला बनाने की प्रमुख अवधि समाप्त हो गई। ^[18] हालांकि, 2016 के एक अध्ययन ने इस विचार को काफी हद तक खारिज कर दिया, जिसमें कार्बोनिफेरस के दौरान लिग्निन क्षरण के व्यापक सबूत मिले, और लिग्निन प्रचुरता में बदलाव का कोयले के निर्माण पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा। उन्होंने सुझाव दिया कि जलवायु और विवर्तनिक कारक अधिक प्रशंसनीय व्याख्या थे।

कोयला प्रीकैम्ब्रियन स्तर से जाना जाता है, जो स्थलीय पौधों से पहले का है। ऐसा माना जाता है कि यह कोयला शैवाल अवशेषों से उत्पन्न हुआ है। ^[19]

कभी-कभी कोयला परतें (जिन्हें कोयला परतें भी कहा जाता है) साइक्लोथेम में अन्य जमाओं के साथ जुड़ी होती हैं। ऐसा माना जाता है कि साइक्लोथेम्स की उत्पत्ति हिमनद चक्रों में हुई थी, जो समुद्र के स्तर में उतार-चढ़ाव पैदा करते थे, जो बारी-बारी से महाद्वीपीय शेल्फ के बड़े क्षेत्रों को उजागर करते थे और फिर जलमग्न कर देते थे। ^[19]

गठबंधन रसायन शास्त्र [ संपादित करें ]

आधुनिक पीट अधिकतर लिग्निन है। सेलूलोज़ और हेमिकेलुलोज़ घटक 5% से 40% तक होता है। विभिन्न अन्य कार्बनिक यौगिक भी मौजूद हैं, जैसे मोम और नाइट्रोजन और सल्फर युक्त यौगिक। ^[20] लिग्निन मोनोलिग्नोल्स के पॉलिमर हैं, जो अल्कोहल का एक परिवार है जो एक एलिल अल्कोहल साइड चेन के साथ एक बेंजीन रिंग साझा करता है। इन्हें लिग्निन बनाने के लिए कार्बोहाइड्रेट श्रृंखलाओं द्वारा क्रॉसलिंक किया जाता है, जिसकी सामान्य संरचना लगभग (C ₃₁ H ₃₄ O ₁₁ ) _n होती है। सेलूलोज़ एक ग्लूकोज पॉलिमर है जिसका अनुमानित फॉर्मूला (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) n होता है। ^[21] लिग्निन का वजन लगभग 54% कार्बन, 6% हाइड्रोजन और 30% ऑक्सीजन से बना होता है, जबकि सेल्युलोज का वजन लगभग 44% कार्बन, 6% हाइड्रोजन और 49% ऑक्सीजन से बना होता है। बिटुमिनस कोयला लगभग से बना होता है वजन के आधार पर 84.4% कार्बन, 5.4% हाइड्रोजन, 6.7% ऑक्सीजन, 1.7% नाइट्रोजन, और 1.8% सल्फर। इसका मतलब यह है कि कार्बोनाइजेशन प्रक्रिया के दौरान होने वाली रासायनिक प्रक्रियाओं में अधिकांश ऑक्सीजन और अधिकांश हाइड्रोजन को हटा देना चाहिए और कार्बन को पीछे छोड़ देना चाहिए, इस प्रक्रिया को कार्बोनाइजेशन कहा जाता है। ^[18]

कार्बोनेशन प्रक्रिया मुख्य रूप से निर्जलीकरण , डीकार्बाक्सिलेशन और डीमेथेनाइजेशन द्वारा पूरी की जाती है। निर्जलीकरण, ^{[22] जैसी प्रतिक्रियाओं के माध्यम से परिपक्व कोयले से पानी के अणुओं को हटा देता है।}

2 आर - ओएच → आर - ओ - आर + एच ₂ ओ

2 आर-सीएच2-ओ-सीएच2-आर → आर-सीएच = सीएच-आर + एच ₂ ओ

डीकार्बाक्सिलेशन परिपक्व कोयले से कार्बन डाइऑक्साइड को हटा देता है और इसे एक प्रतिक्रिया द्वारा प्राप्त किया जाता है जैसे:

RCOOH → RH + _CO2

जबकि मीथेन हटाने की प्रक्रिया जैसे प्रतिक्रिया के माध्यम से जारी रहती है

2 आर-सीएच ₃ → आर-सीएच ₂ -आर + सीएच ₄

इनमें से प्रत्येक सूत्र में, आर सेलूलोज़ या लिग्निन अणु के शेष भाग का प्रतिनिधित्व करता है जिससे प्रतिक्रियाशील समूह जुड़े होते हैं।

निर्जलीकरण और डीकार्बाक्सिलेशन सीमेंटेशन प्रक्रिया के आरंभ में होता है, जबकि डीमेथेनाइजेशन केवल तब शुरू होता है जब कोयला पहले ही बिटुमेन ग्रेड तक पहुंच चुका होता है। ^[23] डीकार्बाक्सिलेशन का प्रभाव ऑक्सीजन के प्रतिशत को कम करना है, जबकि मीथेन को हटाने से हाइड्रोजन का प्रतिशत कम हो जाता है। निर्जलीकरण दोनों करता है, और कार्बन बैकबोन की संतृप्ति को भी कम करता है (कार्बन के बीच दोहरे बंधन की संख्या में वृद्धि)।

जैसे-जैसे कार्बोनाइजेशन जारी रहता है, एलिफैटिक यौगिकों (कार्बन परमाणुओं की श्रृंखलाओं द्वारा विशेषता वाले कार्बन यौगिकों) को सुगंधित यौगिकों (कार्बन परमाणुओं के छल्ले द्वारा विशेषता वाले कार्बन यौगिकों) द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है और सुगंधित छल्ले कई सुगंधित यौगिकों (कार्बन परमाणुओं के जुड़े हुए छल्ले) में संयोजित होने लगते हैं। ^[24] संरचना तेजी से ग्रेफाइट के संरचनात्मक तत्व ग्राफीन से मिलती जुलती है।

रासायनिक परिवर्तन भौतिक परिवर्तनों के साथ होते हैं, जैसे औसत छिद्र आकार में कमी। लिग्नाइट के खनिज तत्व (कार्बनिक अणु) होमिनाइट से बने होते हैं, जो दिखने में मिट्टी जैसा होता है। जैसे ही कोयला उप-बिटुमिनस कोयले में परिपक्व होता है, होमिनाइट को ग्लासी (शानदार) विट्रीनाइट द्वारा प्रतिस्थापित किया जाना शुरू हो जाता है। ^[25] कोयले की परिपक्वता की विशेषता बिटुमेन है, जहां कोयले का कुछ भाग बिटुमेन में परिवर्तित हो जाता है, जो हाइड्रोकार्बन से भरपूर एक जिलेटिनस पदार्थ है। एन्थ्रेसाइट की परिपक्वता को डीमेथेनाइजेशन (डीमेथेनाइजेशन से) की विशेषता होती है और मोटे कांच के फ्रैक्चर के समान, एन्थ्रेसाइट को कोंकोइडल फ्रैक्चर द्वारा अलग करने की बढ़ती प्रवृत्ति होती है। ^[26]

प्रजातियाँ

कोयला

जैसे-जैसे भूवैज्ञानिक प्रक्रियाएं उपयुक्त परिस्थितियों में समय के साथ मृत जैविक सामग्रियों पर दबाव डालती हैं, उनका कायापलट ग्रेड या रैंक क्रमिक रूप से बढ़ जाता है:

• पीट , कोयले का अग्रदूत
• लिग्नाइट , या भूरा कोयला, कोयले का सबसे निम्न ग्रेड और स्वास्थ्य के लिए सबसे हानिकारक है ^[27] , इसका उपयोग लगभग विशेष रूप से विद्युत ऊर्जा पैदा करने के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है।
• उप-बिटुमिनस कोयला, जिसके गुण लिग्नाइट और बिटुमिनस कोयले के बीच होते हैं, मुख्य रूप से भाप और विद्युत ऊर्जा उत्पादन के लिए ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है।
• कोयला, एक घनी तलछटी चट्टान, आमतौर पर काली, लेकिन कभी-कभी गहरे भूरे रंग की, अक्सर चमकदार और सुस्त सामग्री की अच्छी तरह से परिभाषित पट्टियों के साथ। इसका उपयोग मुख्य रूप से भाप और विद्युत ऊर्जा उत्पादन और कोक बनाने में ईंधन के रूप में किया जाता है। यूनाइटेड किंगडम में भाप कोयले के रूप में जाना जाता है, इसका उपयोग ऐतिहासिक रूप से भाप इंजनों और जहाजों में भाप बढ़ाने के लिए किया जाता था
• एन्थ्रेसाइट , सर्वोच्च रैंकिंग वाला कोयला, एक सख्त, चमकदार काला कोयला है जिसका उपयोग मुख्य रूप से आवासीय और वाणिज्यिक स्थानों को गर्म करने के लिए किया जाता है।
• ग्रेफाइट को प्रज्वलित करना कठिन है और आमतौर पर इसका उपयोग ईंधन के रूप में नहीं किया जाता है; इसका उपयोग आमतौर पर पेंसिल में या चिकनाई पाउडर के रूप में किया जाता है।

चैनल कोयला (कभी-कभी "कैंडल कोयला" भी कहा जाता है) उच्च हाइड्रोजन सामग्री के साथ विभिन्न प्रकार के महीन दाने वाला, उच्च गुणवत्ता वाला कोयला है, जिसमें मुख्य रूप से लेप्टिनाइट होता है।

कोयले के लिए कई अंतरराष्ट्रीय मानक हैं। ^[28] कोयले का वर्गीकरण आम तौर पर अस्थिर पदार्थ सामग्री पर आधारित होता है। लेकिन सबसे महत्वपूर्ण अंतर थर्मल कोयले (जिसे भाप कोयला भी कहा जाता है) के बीच है, जिसे भाप के माध्यम से बिजली उत्पन्न करने के लिए जलाया जाता है; खनिज कोयला (कोक के रूप में भी जाना जाता है), जिसे स्टील बनाने के लिए उच्च तापमान पर जलाया जाता है।

हिल्ट का नियम एक भूवैज्ञानिक अवलोकन है कि (एक छोटे से क्षेत्र के भीतर) कोयला जितना गहरा होगा, उसकी रैंक (या ग्रेड) उतनी ही अधिक होगी। यदि तापमान प्रवणता पूरी तरह से ऊर्ध्वाधर है तो इसे लागू किया जाता है; हालाँकि, गहराई की परवाह किए बिना, कायापलट रैंक में पार्श्व परिवर्तन का कारण बन सकता है। उदाहरण के लिए, मैड्रिड और न्यू मैक्सिको कोयला क्षेत्र में कुछ कोयला परतों को आग्नेय सिल के संपर्क रूपांतर द्वारा आंशिक रूप से एन्थ्रेसाइट कोयले में परिवर्तित कर दिया गया, जबकि शेष परतें बिटुमिनस कोयले के रूप में बनी रहीं। ^[29]

1917 में एंकोरेज के रास्ते में कोयले का परिवहन करने वाली अलास्का रेलरोड ट्रेन

सबसे पुराना ज्ञात उपयोग चीन के शेनयांग क्षेत्र से है जहां 4000 ईसा पूर्व नवपाषाण काल के लोगों ने काले लिग्नाइट से आभूषण बनाना शुरू किया था। ^[30] 1000 ईसा पूर्व से उत्तरपूर्वी चीन में फ़ुषुन तांबे की खदान से निकला कोयला। 13वीं शताब्दी में चीन की यात्रा करने वाले एक इतालवी मार्को पोलो ने कोयले को "काले पत्थर... जो लकड़ियों की तरह जलते हैं" के रूप में वर्णित किया और कहा कि कोयला इतना प्रचुर मात्रा में था कि लोग सप्ताह में तीन बार गर्म स्नान कर सकते थे। ^[31] यूरोप में, ईंधन के रूप में कोयले के उपयोग का सबसे पहला संदर्भ ग्रीक विद्वान थियोफ्रेस्टस (लगभग 371 - 287 ईसा पूर्व) के भूवैज्ञानिक ग्रंथ ऑन स्टोन्स (रोल 16) से मिलता है: ^[32]

उपयोगी होने के कारण खोदी गई सामग्रियों में से, जिन्हें अंगारा (कोयला) के रूप में जाना जाता है, वे मिट्टी से बनी होती हैं, और एक बार आग लगाने पर वे कोयले की तरह जल जाती हैं। वे लिगुरिया में पाए जाते हैं...और एलिस में जब कोई पहाड़ी सड़क से ओलंपिया की ओर बढ़ता है; इनका उपयोग वे लोग करते हैं जो धातुओं का काम करते हैं। -

ब्रिटेन में कांस्य युग (3000-2000 ईसा पूर्व) के दौरान निकाले गए कोयले का उपयोग किया जाता था, जहां यह दफन चिताओं का हिस्सा बनता था। रोमन ब्रिटेन में, दो आधुनिक कोयला क्षेत्रों को छोड़कर, रोमन दूसरी शताब्दी ईस्वी के अंत तक इंग्लैंड और वेल्स के सभी प्रमुख कोयला क्षेत्रों में कोयले का दोहन कर रहे थे। लगभग 200 ईस्वी पूर्व के कोयले के व्यापार के साक्ष्य, चेस्टर के पास हेरोनब्रिज में एक रोमन बस्ती में पाए गए हैं। और फेनलैंड में, जहां अनाज सुखाने में उपयोग के लिए मिडलैंड्स से कोयले को कैर डाइक के पार ले जाया जाता था। ^[33] कोयले की राख रोमन विला और किलों के चूल्हों में पाई गई है, विशेष रूप से नॉर्थम्बरलैंड में, लगभग 400 ईस्वी पूर्व की। पश्चिमी इंग्लैंड में, समकालीन लेखकों ने एक्वी सुलिस में मिनर्वा की वेदी पर लकड़ी के कोयले के खड़े ब्रेज़ियर के आश्चर्य का वर्णन किया है। (आधुनिक स्नान ), हालांकि समरसेट कोयला क्षेत्र से आसानी से उपलब्ध होने वाला सतही कोयला आमतौर पर स्थानीय स्तर पर बहुत निचले इलाकों में इस्तेमाल किया जाता था। ^[34] रोमन काल के दौरान शहर के लोहे के कामकाज में लकड़ी का कोयला के उपयोग के साक्ष्य पाए गए हैं। एशवीलर, राइनलैंड में, रोमनों ने लौह अयस्क को गलाने के लिए कोयले के भंडार का उपयोग किया। ^[35]

लगभग 1860-1900 के आसपास सुमात्रा में उम्बिलिन कोयला क्षेत्र में श्रमिक

इस बात का कोई सबूत नहीं है कि लगभग 1000 ईस्वी से पहले या उच्च मध्य युग में ब्रिटेन में लघुकरण का बहुत महत्व था। ^[36] 13वीं शताब्दी में कोयले को "समुद्री कोयला" कहा जाता था। जिस घाट पर सामग्री लंदन पहुंची थी, उसे समुद्री कोयले के रूप में जाना जाता था, इसलिए इसकी पहचान किंग हेनरी III के 1253 में दिए गए चार्टर में की गई थी। प्रारंभ में, यह नाम इसलिए दिया गया था क्योंकि समुद्र तट पर बहुत सारा कोयला पाया गया था, जो खुले से गिरा हुआ था। ऊपर की चट्टानों पर कोयले की परतें या पानी के नीचे कोयले के बहिर्वाह से धोया गया, लेकिन हेनरी VIII के समय तक, यह समझा जाता था कि इसे समुद्र के रास्ते लंदन ले जाने के तरीके से प्राप्त किया गया था। ^[37]

ये आसानी से सुलभ स्रोत 13वीं शताब्दी तक काफी हद तक समाप्त हो गए (या बढ़ती मांग को पूरा नहीं कर सके), जब शाफ्ट खनन द्वारा भूमिगत निष्कर्षण विकसित किया गया था। वैकल्पिक नाम "पिटकोल" था क्योंकि यह खदानों से आया था। औद्योगिक क्रांति के विकास से कोयले का व्यापक उपयोग हुआ, क्योंकि भाप इंजन ने पानी के पहिये का स्थान ले लिया। 1700 में, विश्व का पाँच-छठा कोयला ब्रिटेन में खनन किया गया था। यदि ऊर्जा स्रोत के रूप में कोयला उपलब्ध नहीं होता तो 1830 के दशक तक ब्रिटेन में पनचक्कियों के लिए उपयुक्त स्थान समाप्त हो गए होते। ^[38] 1947 में ब्रिटेन में लगभग 750,000 खनिक थे ^[39] लेकिन ब्रिटेन में आखिरी गहरी कोयला खदान 2015 में बंद हो गई ^{। [40]}

बिटुमिनस कोयला और एन्थ्रेसाइट के बीच के ग्रेड को पहले "भाप कोयला" के रूप में जाना जाता था क्योंकि इसका व्यापक रूप से भाप इंजनों के लिए ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता था। इस विशिष्ट उपयोग में, इसे कभी-कभी संयुक्त राज्य अमेरिका में "समुद्री कोयला" के रूप में जाना जाता है। छोटे "भाप कोयले", जिन्हें सूखे छोटे भाप कोयले (या डीएसएसएन) भी कहा जाता है, का उपयोग घरेलू जल तापन के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है। ^[41]

19वीं और 20वीं सदी में कोयले ने उद्योग में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। यूरोपीय संघ का पूर्ववर्ती, यूरोपीय कोयला और इस्पात समुदाय, इस वस्तु के व्यापार पर आधारित था।

उजागर कोयला परतों के प्राकृतिक क्षरण और मालवाहक जहाजों से हवा के रिसाव से कोयला दुनिया भर के तटों तक पहुंचता रहता है। ऐसे क्षेत्रों में कई घर इस कोयले को घरेलू हीटिंग ईंधन के एक महत्वपूर्ण और कभी-कभी प्राथमिक स्रोत के रूप में एकत्र करते हैं। ^[42]

उत्सर्जन की तीव्रता

उत्सर्जन की तीव्रता एक जनरेटर द्वारा उत्पादित बिजली की प्रति यूनिट के जीवनकाल में उत्सर्जित होने वाली ग्रीनहाउस गैसें हैं। कोयला बिजली संयंत्रों की उत्सर्जन तीव्रता अधिक है, जो प्रति किलोवाट-घंटा लगभग 1,000 ग्राम CO2 समकक्ष उत्सर्जित करती है, जबकि प्राकृतिक गैस में मध्यम उत्सर्जन तीव्रता लगभग 500 ग्राम CO2 समकक्ष प्रति किलोवाट-घंटा होती है। कोयला उत्सर्जन की तीव्रता प्रकार और जनरेटर प्रौद्योगिकी के साथ भिन्न होती है और कुछ देशों में 1,200 ग्राम प्रति किलोवाट से अधिक होती है। ^[43]

ऊर्जा घनत्व [ संपादित करें ]

कोयले का ऊर्जा घनत्व लगभग 24 मेगाजूल प्रति किलोग्राम (लगभग 6.7 kWh प्रति किलोग्राम) है। 40% दक्षता वाले कोयला बिजली संयंत्र के लिए, एक वर्ष के लिए 100 वॉट लैंप को बिजली देने के लिए 325 किलोग्राम (717 पाउंड) कोयले की आवश्यकता होती है। ^[44]

2017 में वैश्विक ऊर्जा का 27.6% कोयले द्वारा प्रदान किया गया था, एशिया इसका लगभग तीन-चौथाई उपयोग करता था। ^[45]

रसायन विज्ञान

गठन

कोयले की संरचना को या तो अनुमानित विश्लेषण (नमी, वाष्पशील पदार्थ, स्थिर कार्बन और राख) या अंतिम विश्लेषण (राख, कार्बन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और सल्फर) के रूप में रिपोर्ट किया जाता है। अपने आप में कोई "अस्थिर पदार्थ" नहीं है (कुछ अवशोषित मीथेन को छोड़कर) लेकिन यह कोयले को गर्म करने से उत्पन्न और उत्सर्जित होने वाले वाष्पशील यौगिकों को परिभाषित करता है। एक विशिष्ट बिटुमिनस कोयले का वजन के आधार पर 84.4% कार्बन, 5.4% हाइड्रोजन, 6.7% ऑक्सीजन, 1.7% नाइट्रोजन और 1.8% सल्फर के सूखे, राख-मुक्त आधार पर अंतिम विश्लेषण हो सकता है। ^[46]

लोहे को गलाने के लिए कोक और इसका उपयोग

ओहियो, संयुक्त राज्य अमेरिका में रेलवे से निकाला गया कोक

कोक कोक (कम राख, कम सल्फर वाला बिटुमिनस कोयला, जिसे धातुकर्म कोयला भी कहा जाता है) से प्राप्त एक ठोस कार्बन अवशेष है, जिसका उपयोग स्टील और अन्य लौह उत्पादों के निर्माण में किया जाता है। ^[47] कोक को 1000 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर ऑक्सीजन के बिना ओवन में पकाकर, अस्थिर घटकों को खत्म करके और स्थिर कार्बन और शेष राख को एक साथ मिलाकर बनाया जाता है। खनिज कोक का उपयोग ईंधन के रूप में और ब्लास्ट फर्नेस में लौह अयस्क को गलाने में कम करने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है। ^[48] इसके दहन से उत्पन्न कार्बन मोनोऑक्साइड हेमेटाइट (आयरन ऑक्साइड) को लोहे में बदल देता है।

अपशिष्ट कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन लौह अयस्क के साथ भी किया जाता है, जिसमें घुलनशील कार्बन बहुत समृद्ध होता है, इसलिए स्टील बनाने के लिए इसे फिर से संसाधित किया जाना चाहिए।

राख में कोक की मात्रा कम होती है, क्योंकि सल्फर और फास्फोरस इस धातु के साथ नहीं मिलते हैं। ब्लास्ट फर्नेस के वजन को झेलने के लिए कोक पर्याप्त मजबूत होना चाहिए ^[47] , यही कारण है कि पारंपरिक तरीकों का उपयोग करके स्टील बनाने में कोक महत्वपूर्ण है। कोयला कोक ग्रे, कठोर, छिद्रपूर्ण होता है और इसका ताप मान 29.6 एमजे/किलोग्राम होता है। कोक बनाने की कुछ प्रक्रियाएँ कोयला टार, अमोनिया, हल्के तेल और कोयला गैस सहित डेरिवेटिव का उत्पादन करती हैं।

पेट्रोलियम कोक पेट्रोलियम शोधन में प्राप्त ठोस अवशेष है, जो कोक के समान होता है लेकिन इसमें धातुकर्म अनुप्रयोगों में उपयोगी होने के लिए बहुत अधिक अशुद्धियाँ होती हैं।

फाउंड्री घटकों में उपयोग करें

महीन ज़मीन का कोयला, जिसे इस अनुप्रयोग में समुद्री कोयला के रूप में जाना जाता है, फाउंड्री रेत का एक घटक है। जबकि पिघली हुई धातु सांचे में होती है, लकड़ी का कोयला धीरे-धीरे जलता है, संपीड़न पर गैसों को कम करता है, इस प्रकार धातु को रेत के छिद्रों में प्रवेश करने से रोकता है। यह "मोल्ड वॉश" में भी पाया जाता है, जो एक पेस्ट या तरल होता है जिसका कार्य ढलाई से पहले मोल्ड पर लगाया जाता है। ^[49] समुद्री कोयले को कपोला भट्टी के तल पर उपयोग की जाने वाली मिट्टी की परत ("बॉडी") के साथ मिलाया जा सकता है। गर्म करने पर, कोयला विघटित हो जाता है और शरीर कुछ हद तक भंगुर हो जाता है, जिससे पिघली हुई धातु को निकालने के लिए छेद खोलना आसान हो जाता है। ^[50]

कोक के विकल्प

स्क्रैप स्टील को इलेक्ट्रिक आर्क भट्टी में पुनर्चक्रित किया जा सकता है; गलाने से लोहा बनाने का एक विकल्प प्रत्यक्ष रूप से कम किया गया लोहा है, जहां किसी भी कार्बन ईंधन का उपयोग स्पंज या पेलेट आयरन बनाने के लिए किया जा सकता है। कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन को हाइड्रोजन और कम करने वाले एजेंट को कम करने के लिए माना जाता है और बायोमास या अपशिष्ट का उपयोग कार्बन स्रोत के रूप में किया जा सकता है। ^[51] ऐतिहासिक रूप से, कोयले का उपयोग ब्लास्ट फर्नेस में कोक के विकल्प के रूप में किया जाता था, जिसके परिणामस्वरूप प्राप्त लोहे को कोयला आयरन के रूप में जाना जाता था।

गैसीकरण प्रक्रिया

एकीकृत गैसीकरण चक्र (आईजीसीसी) कोयला आधारित बिजली संयंत्र के हिस्से के रूप में कोयला गैसीकरण का उपयोग बिजली उत्पादन के लिए गैस टर्बाइनों को जलाने के लिए कार्बन मोनोऑक्साइड (सीओ) और हाइड्रोजन गैस ( _{एच 2} ) के मिश्रण, सिनगैस का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया के माध्यम से बढ़ती गैस को गैसोलीन और डीजल जैसे परिवहन ईंधन में भी परिवर्तित किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, सिनगैस को मेथनॉल में परिवर्तित किया जा सकता है, जिसे सीधे ईंधन में मिश्रित किया जा सकता है या मेथनॉल-से-गैसोलीन प्रक्रिया के माध्यम से गैसोलीन में परिवर्तित किया जा सकता है। दक्षिण अफ़्रीकी रासायनिक कंपनी सासोल द्वारा फिशर-ट्रॉप्स तकनीक के साथ गैसीकरण, जो कोयले से रसायन और मोटर ईंधन बनाती है। ^[52]

गैसीकरण के दौरान, कोयले को गर्म और संपीड़ित करते समय ऑक्सीजन और भाप के साथ मिलाया जाता है। प्रतिक्रिया के दौरान, ऑक्सीजन और पानी के अणु कोयले को कार्बन मोनोऑक्साइड (सीओ) में ऑक्सीकरण करते हैं, जबकि हाइड्रोजन गैस (एच ₂ ) भी छोड़ते हैं। यह भूमिगत कोयला खदानों में किया जाता था, और शहरी गैस बनाने के लिए भी किया जाता था जिसे ग्राहकों के पास रोशनी, हीटिंग और खाना पकाने के लिए ले जाया जाता था।

3सी + ओ ₂ + एच ₂ ओ → एच ₂ + 3सीओ

फिशर-ट्रॉप्स प्रतिक्रिया दर्शाने वाला चित्र

यदि कोई रिफाइनिंग कंपनी गैसोलीन का उत्पादन करना चाहती है, तो सिनगैस को फिशर-ट्रॉप्स प्रतिक्रिया के लिए निर्देशित किया जाता है। इसे अप्रत्यक्ष कोयला द्रवीकरण के रूप में जाना जाता है। हालाँकि, यदि हाइड्रोजन वांछित अंतिम उत्पाद है, तो सिनगैस को जल गैसीकरण प्रतिक्रिया में डाला जाता है, जहाँ अधिक हाइड्रोजन निकलता है:

कार्बन मोनोऑक्साइड + _H2O → _CO2 + _H2

द्रवण

कोयला द्रवीकरण प्रक्रिया को दर्शाने वाला एक आरेख

हाइड्रोजनीकरण या कार्बोनाइजेशन द्वारा कोयले को सीधे गैसोलीन या डीजल के बराबर सिंथेटिक ईंधन में परिवर्तित किया जा सकता है। ^[53] कोयले के द्रवीकरण से कच्चे तेल से तरल ईंधन के उत्पादन की तुलना में अधिक कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जित होता है। बायोमास में सम्मिश्रण और सीसीएस का उपयोग करने से तेल प्रक्रिया की तुलना में थोड़ा कम लेकिन उच्च लागत पर उत्सर्जन होगा। ^[54] राज्य के स्वामित्व वाली चाइना एनर्जी इन्वेस्टमेंट कंपनी एक कोयला द्रवीकरण संयंत्र संचालित करती है और 2 और संयंत्र बनाने की योजना बना रही है। ^[55]

कोयले की शिपिंग करते समय कोयला द्रवीकरण कार्गो जोखिम का भी संकेत दे सकता है। ^[56]

रासायनिक उत्पादन

1950 के दशक से कोयले से रसायन का उत्पादन किया जा रहा है। कोयले का उपयोग विभिन्न प्रकार के रासायनिक उर्वरकों और अन्य रासायनिक उत्पादों के उत्पादन में फीडस्टॉक के रूप में किया जा सकता है। इन उत्पादों का मुख्य मार्ग सिनगैस का उत्पादन करने के लिए कोयला गैसीकरण रहा है। सिनगैस से सीधे उत्पादित प्राथमिक रसायनों में मेथनॉल, हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड शामिल हैं, जो रासायनिक निर्माण खंड हैं जिनसे ओलेफिन, एसिटिक एसिड, अमोनिया, यूरिया और अन्य सहित व्युत्पन्न रसायनों की एक पूरी श्रृंखला का निर्माण किया जाता है। अपस्ट्रीम रसायनों और उच्च मूल्य वाले व्युत्पन्न उत्पादों के अग्रदूत के रूप में सिनगैस की बहुमुखी प्रतिभा विभिन्न प्रकार के सामानों का उत्पादन करने के लिए कोयले का उपयोग करने का विकल्प प्रदान करती है। हालाँकि, 21वीं सदी में कोल बेड मीथेन का उपयोग अधिक महत्वपूर्ण हो गया है। ^[57]

क्योंकि कोयले को गैसीकृत करके बनाए जा सकने वाले रासायनिक उत्पादों की सूची का उपयोग प्राकृतिक गैस और पेट्रोलियम से प्राप्त सामान्य फीडस्टॉक के रूप में भी किया जा सकता है, रासायनिक उद्योग उस फीडस्टॉक का उपयोग करता है जो सबसे अधिक लागत प्रभावी है। इसलिए, तेल और प्राकृतिक गैस की बढ़ती कीमतों और उच्च वैश्विक आर्थिक विकास की अवधि के दौरान कोयले में रुचि बढ़ने लगी है, जिससे तेल और गैस उत्पादन पर दबाव पड़ सकता है। ^[58]

विद्युत उत्पादन

पूर्व-दहन उपचार

परिष्कृत कोयला कोयला उन्नयन तकनीक का उत्पाद है जो कम गुणवत्ता वाले कोयले जैसे अर्ध-बिटुमिनस कोयला और लिग्नाइट (भूरा) से नमी और कुछ दूषित पदार्थों को हटा देता है। यह कोयले के पूर्व-दहन उपचार और प्रक्रिया का एक रूप है जो जलने से पहले कोयले के गुणों को बदल देता है। बेहतर पूर्व-सुखाने (विशेष रूप से लिग्नाइट या बायोमास जैसे उच्च नमी वाले ईंधन के लिए प्रासंगिक) के माध्यम से थर्मल दक्षता में सुधार प्राप्त किया जा सकता है। ^[59] दहन-पूर्व कोयला प्रौद्योगिकियों का लक्ष्य कोयला जलाते समय दक्षता बढ़ाना और उत्सर्जन को कम करना है। कोयले से चलने वाले बॉयलरों से उत्सर्जन को नियंत्रित करने के लिए पूर्व-दहन प्रौद्योगिकी का उपयोग कभी-कभी दहन के बाद की प्रौद्योगिकियों के पूरक के रूप में किया जा सकता है।

बिजली संयंत्र

बिजली पैदा करने के लिए कोयला बिजली संयंत्रों में ठोस ईंधन के रूप में जलाए जाने वाले कोयले को थर्मल कोयला कहा जाता है। कोयले का उपयोग दहन के माध्यम से बहुत अधिक तापमान उत्पन्न करने के लिए भी किया जाता है। वायु प्रदूषण के कारण प्रति वर्ष 200 प्रति गीगावाट समय से पहले होने वाली मौतों का अनुमान लगाया गया है, लेकिन बिजली संयंत्रों के आसपास यह अधिक हो सकती है जहां स्क्रबर का उपयोग नहीं किया जाता है या शहरों से दूर होने पर कम हो सकता है। ^[60] दुनिया भर में कोयले के उपयोग को कम करने के प्रयासों ने कुछ क्षेत्रों को कम कार्बन स्रोतों से प्राकृतिक गैस और बिजली पर स्विच करने के लिए प्रेरित किया है।

जब कोयले का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, तो इसे आमतौर पर कुचल दिया जाता है और फिर बॉयलर के साथ भट्टी में जला दिया जाता है। ^[61] भट्ठी की गर्मी बॉयलर के पानी को भाप में बदल देती है, जिसका उपयोग टरबाइनों को घुमाने के लिए किया जाता है जो जनरेटर चलाते हैं और बिजली पैदा करते हैं। ^[62] इस प्रक्रिया की थर्मल दक्षता पूर्व-दहन उपचार, टरबाइन तकनीक (जैसे सुपरक्रिटिकल स्टीम जनरेटर) और जनरेटर की उम्र के आधार पर 25% से 50% के बीच होती है। ^[63]

कुछ एकीकृत गैसीकरण संयुक्त चक्र (आईजीसीसी) बिजली संयंत्र बनाए गए हैं, जो कोयले को अधिक कुशलता से जलाते हैं। कोयले को तोड़ने और इसे सीधे भाप पैदा करने वाले बॉयलरों में ईंधन के रूप में जलाने के बजाय, बढ़ती गैस बनाने के लिए कोयले को गैसीकृत किया जाता है, जिसे बिजली पैदा करने के लिए गैस टरबाइन में जलाया जाता है (ठीक उसी तरह जैसे प्राकृतिक गैस को टरबाइन में जलाया जाता है)। टरबाइन से गर्म निकास गैसों का उपयोग भाप को हीट रिकवरी स्टीम जनरेटर में उठाने के लिए किया जाता है जो एक अतिरिक्त भाप टरबाइन को चलाता है। संयुक्त ताप और बिजली प्रदान करने के लिए उपयोग किए जाने पर संयंत्र की समग्र दक्षता 94% तक पहुंच सकती है। ^[64] आईजीसीसी बिजली संयंत्र पारंपरिक चूर्णित कोयला आधारित संयंत्रों की तुलना में कम स्थानीय प्रदूषण उत्सर्जित करते हैं; हालाँकि, गैसीकरण के बाद और दहन-पूर्व कार्बन कैप्चर और भंडारण तकनीक अब तक कोयले के साथ उपयोग करने के लिए बहुत महंगी साबित हुई है। ^[65] कोयले के उपयोग के अन्य तरीके कोयला-जल घोल (सीडब्ल्यूएस) ईंधन हैं, जिसे सोवियत संघ में या एमएचडी चक्र में विकसित किया गया था। हालाँकि, लाभ की कमी के कारण इनका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है।

2017 में, दुनिया की 38% बिजली कोयले से आई, जो 30 साल पहले के बराबर ही थी। ^[66] 2018 में, वैश्विक स्थापित क्षमता 2 TW थी (जिसमें से 1 TW चीन में थी), जो कुल बिजली उत्पादन क्षमता का 30% प्रतिनिधित्व करती थी। सबसे अधिक निर्भर प्रमुख देश दक्षिण अफ्रीका है, जहां 80% से अधिक बिजली कोयले से उत्पन्न होती है।

2013 में कोयले का अधिकतम उपयोग हुआ ^{। [67]} 2018 में कोयले से चलने वाले बिजली स्टेशन का औसत क्षमता कारक 51% था, यानी यह उपलब्ध परिचालन घंटों के लगभग आधे समय तक संचालित होता है।

समीक्षक

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