Каменный уголь химические свойства уравнения

Содержание

1. Химические свойства каменного угля

2. Классификация каменного угля

3. Образование каменного угля

4.Запасы каменного угля

Каменный уголь — это осадочная порода.

Химические свойства каменного угля

По химическому составу каменный уголь представляет собой смесь высокомолекулярных ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей. Таковые примеси при сжигании угля образуют золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300—350 миллионов лет тому назад. По химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами. Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75 % до 95 %.

Каменный уголь, твёрдое горючее полезное ископаемое растительного происхождения; разновидность углей ископаемых с более высоким содержанием углерода и большей плотностью, чем у бурого угля. Представляет собой плотную породу чёрного, иногда серо-чёрного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью.

Уголь – это остатки растений, погибших многие миллионы лет назад, гниение которых было прервано в результате прекращения доступа воздуха. Поэтому они не смогли отдать в атмосферу отобранный у нее углерод. Доступ воздуха прекращался особенно резко там, где болота и заболоченные леса опускались в результате тектонических подвижек и изменения климатических условий и покрывались сверху другими веществами. При этом растительные останки превращались под воздействием бактерий и грибов ( углефицировались) в торф и дальше в бурый уголь, каменный уголь, антрацит и графит.

В результате длительного воздействия повышенных температур и давления бурые угли преобразуются в каменные угли, а последние – в антрациты. Необратимый процесс постепенного изменения химического состава, физических и технологических свойств органического вещества на стадии превращения от бурых углей до антрацитов носит название метаморфизма углей.

По своему воздействию на химический состав и физические свойства окисление имеет обратную направленность по сравнению с метаморфизмом:

· уголь утрачивает прочностные свойства и спекаемость;

· в нем возрастает относительное содержание кислорода, снижается количество углерода, увеличивается влажность и зольность, резко снижается теплота сгорания.

Глубина окисления ископаемых углей в зависимости от современного и древнего рельефа, положения зеркала грунтовых вод, характера климатических условий, вещественного состава и метаморфизма колеблется от 0 до 100 метров по вертикали.

При сухой перегонке каменного угля образуются летучие продукты, при охлаждении которых до 25-75 С образуется каменноугольная смола, аммиачная вода и газообразные продукты. Каменноугольная смола подвергается фракционной перегонке, в результате чего получают несколько фракций:

· легкое масло (температура кипения до 170 С) в нем содержится ароматические углеводороды (бензол, толуол, кислоты и др. вещества;

· среднее масло (температура кипения 170-230 С). Это фенолы, нафталин;

· тяжелое масло ( температура кипения 230-270 С). Это нафталин и его гомологи

· антраценовое масло – антрацен, фенатрен и др.

Характерные физические свойства каменного угля:

· содержание углерода (С,%) — 75-97;

· плотность (г/см3) – 1,28-1,53;

· механическая прочность (кг/см2) – 40-300;

· удельная теплоемкость С (Ккал/г град) – 026-032;

· коэффициент преломления света – 1,82-2,04.

Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Угольная и коксохимическая промышленность, отрасли тяжелой промышленности осуществляют переработку каменного угля методом коксования. Коксование- промышленный метод переработки угля путем нагревания до 950-1050 С без доступа воздуха.

Дата добавления: 2015-09-11 ; просмотров: 5 | Нарушение авторских прав

Видео:Химия 55. Свойства каменного угля. Водородное топливо — Академия занимательных наукСкачать

Каменный уголь химические свойства уравнения

Ключевые слова конспекта: Ископаемый уголь (антрацит, каменный уголь, бурый уголь). Коксование. Коксохимическое производство. Кокс. Коксовый газ. Аммиачная вода. Каменноугольная смола. Газификация угля. Водяной газ. Каталитическое гидрирование угля.

Каменный уголь и его разновидности

Наверное, вы догадались, что речь пойдёт о ещё одном полезном ископаемом, которым так богата наша Родина, — каменном угле. Это горная порода, образованная окаменелыми останками доисторических растений.

Уголь стал первым в истории человечества ископаемым топливом. Помимо прямого использования теплоты сгорания угля, человек научился превращать выделяющуюся энергию в механическую работу, а затем и в электрическую энергию. Вплоть до середины прошлого века тепловые электростанции, работающие на ископаемом угле, давали более половины мирового производства электроэнергии. Только с появлением атомной энергетики теплоэлектростанции стали уступать место более эффективным и экологичным способам производства электроэнергии.

Из курса географии вы знаете, что в зависимости от физико-химических свойств различают три вида ископаемых углей: антрацит, каменный уголь и бурый уголь.

Антрацит залегает на больших глубинах — около 6 км. В результате огромного давления расположенных выше почвенных слоёв пласты антрацита приобрели большую плотность и характерный блеск. Содержание углерода в антраците — от 95 % и выше. Теплота сгорания этого вида угля самая высокая, однако загорается он с трудом. Используют антрацит в качестве высокоэффективного топлива, а также для изготовления электродов и получения карбидов металлов.

Каменный уголь залегает на меньших глубинах, содержит больше летучих веществ и влаги. Содержание углерода в каменном угле в зависимости от месторождения составляет от 70 до 95 %. Именно этот вид угля используют как сырьё в коксохимическом производстве. По внешнему виду каменный уголь отличается от антрацита отсутствием характерного блеска.

Бурый уголь имеет наименьшую глубину залегания. Образовывался он при значительно меньших давлениях и температуре, массовая доля углерода в нём менее 70 %, зато много летучих органических веществ, неорганических примесей и влаги. Теплота сгорания бурого угля невелика, однако ценность представляют продукты его переработки. Этот вид угля имеет характерную чёрно-бурую окраску, низкую плотность и рыхлую структуру.

Запасы угля значительно превышают запасы нефти и природного газа, а значит, в недалёком будущем он станет важнейшим природным источником органических соединений и главным углеродным энергоресурсом.

По ресурсам ископаемого угля Россия занимает второе место в мире после США, владея примерно 17 % его мировых запасов. В настоящее время около половины добываемого каменного угля используется в качестве топлива, остальное количество служит сырьём для коксохимического производства.

Переработка каменного угля

Один из основных процессов химической переработки каменного угля — коксование.

Коксование — процесс высокотемпературного нагревания угля без доступа воздуха.

Этот процесс проводят с целью получения важнейшего для металлургической промышленности продукта — кокса. Кроме него, в результате коксования образуются каменноугольная смола, аммиачная вода и коксовый газ (рис. 21). Отрасль чёрной металлургии, занимающуюся переработкой каменного угля методом коксования, называют коксохимическим производством.

При коксовании каменный уголь загружают в коксовую печь и нагревают при 1000 °С в течение 14—15 ч. Кусочки угля превращаются в кокс, представляющий собой практически чистый углерод. Кокс выталкивают из печи, сортируют и отправляют на металлургические заводы для использования в доменном процессе.

Органические вещества, входящие в состав каменного угля, при нагревании постепенно разлагаются с образованием летучих продуктов. Они поступают в специальный сборник, где конденсируются в две несмешивающиеся жидкости: каменноугольную смолу (каменноугольный дёготь) и аммиачную воду. В состав каменноугольной смолы входит около 300 различных соединений, часть из которых выделяют путём фракционной перегонки. Так получают, например, бензол и другие ароматические углеводороды. В аммиачной воде содержатся, естественно в растворённом состоянии, аммиак и другие вещества. На специальной колонне растворённые вещества выделяют и разделяют. Полученный аммиак идёт главным образом на производство азотных удобрений.

Коксовый газ, оставшийся после конденсации, очищают от остатков смол и извлекают из него аммиак. Для этого газ пропускают через раствор серной кислоты, превращая аммиак в сульфат аммония, который используют в качестве азотного удобрения. Из коксового газа выделяют также водород, этилен, бензол и некоторые другие вещества.

Вторым важным направлением переработки каменного угля является его газификация. Измельчённый уголь, или кокс, подаётся в газогенератор, где при высокой температуре соприкасается с перегретым водяным паром. В результате образуется смесь газообразных продуктов, содержащая главным образом водород и оксид углерода(II) — так называемый водяной газ:

Водяной газ можно разделить на компоненты, а можно без разделения использовать для синтеза углеводородов и кислородсодержащих органических соединений.

В последние годы вновь возрос интерес к процессу каталитического гидрирования угля. Для этого процесса может быть использован водород, образующийся в процессе газификации. Реакция между углеродом и водородом при повышенной температуре и давлении приводит к образованию смеси углеводородов, которая используется в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания и является альтернативой продуктам нефтепереработки:

Запасы природного газа, нефти, каменного угля на Земле небезграничны. Все полезные ископаемые относятся к невозобновляемым сырьевым ресурсам. Человечество приходит к необходимости искать альтернативные, в том числе возобновляемые, источники энергии и сырья.

Разве существует сырьё, которое никогда не кончается? Представьте себе, да. Всё большее внимание химиков и технологов привлекают растения. Ежегодно на Земле вырастает миллион миллиардов тонн зелёной растительной массы, а ведь это уникальный источник органических веществ, промышленную переработку которого ещё только предстоит освоить.

Конспект урока по химии «Каменный уголь и его переработка». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 10 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

Видео:Интересные факты про УгольСкачать

Уголь

Видео:Каменный уголь. Фенол | Химия 10 класс #27 | ИнфоурокСкачать

Уголь

1 Характеристика 2 Физические свойства
2.1 Физико-механические свойства

3 Химические свойства 4 Образование угля 5 Классификация углей

5.1 Маркировка угля 5.2 Зарубежные классификации

6 Доказанные запасы угля 7 Угольная промышленность

7.1 Добыча угля 7.2 Потребление угля 7.3 Технологические процессы переработки угля

8 Тематические сайты 9 Сноски

Видео:Образование и использование каменного угляСкачать

Введение

Уголь, Ископаемый уголь ( рус. уголь ископаемые, англ. fossil coal (mineral), нем. fossile Kohle f) — твердая осадочная порода, горючая ископаемое, образованное путем углефикации растительных остатков.

Видео:Образование каменного угляСкачать

1. Характеристика

См.. также Показатели качества угля

Цвет — от бурого до черного. Плотность 0,92-1,7, твердость 1-3. Выделяют гумолиты ( уголь каменный, уголь бурый и антрациты), сапропелиты и сапрогумолиты. Ископаемый уголь — один из наиболее распространенных видов полезных ископаемых, они обнаружены на всех континентах земного шара. Известно около 3000 угольных месторождений и бассейнов. Существуют разные оценки общих мировых запасов ископаемого угля — от 3,7 до 16 и более трлн. т (на 1990 г.). Ископаемый уголь составляет около 87,5% ископаемого топлива Земли. Разведанные запасы угля Всемирным энергетическим конгрессом 1998 г. в млрд. т. у. п. были оценены так: миру — 799,8; Европа — 72,6; Украина — 34,0. В мировом топливно-энергетическом балансе ископаемый уголь составляет около 25%.

Ископаемый уголь — преимущественно черная, блестящая, тускло блестящая, матовая вещество характеризуется различными оттенками цвета и блеска, разной текстурой (землистым, слоистой, монолитной) и структурой (полосатой, штриховой, однородной и др.). И поверхностью излома (зернистой, гладкой, напивраковинною и др.)., различной трищиннистю с плиточное, угловато-комковатой и др.. различиями; редкими включениями вуглефикованих фрагментов различных частей растений; слоями осадочных пород и минеральных включений. В составе ископаемого угля выделяют фитералы (остатки растительного материала) и мацералы (вуглеутворюючи компоненты).

Основные компоненты угля: органическое вещество, минеральные примеси и влага. Масса органического вещества составляет 50-97% от общей массы сухого угля. Химический состав органической части угля включает C, H, O, S, N и др.. химические элементы. Преобладает углерод, на долю которого приходится 60-98% массы угольного вещества. Минеральные примеси рассеяны в органической массе в виде кристаллов, конкреций, тонких слоев и линз. Наиболее распространенные глинистые минералы, содержание их в среднем составляет 60-80% от общей массы неорганического материала. Подчиненное значение имеют карбонаты, сульфиды железа и кварц. В незначительных количествах содержатся сульфиды цветных и редких металлов, фосфаты, сульфаты, соли щелочных металлов. Относительное содержание минеральных примесей в сухом веществе угля колеблется в широких пределах (зольность 50-60%). Влага угля в основном сорбционная, капиллярная и порол, частично влага входит в состав органической массы или содержится в кристаллизационных решетках минералов (пирогенетический влага). Массовая доля суммарной влаги колеблется от 60% в мягких рыхлых до 16% в плотном буром угле, снижаясь до 6-10% в каменном угле и антрацитах. Минимальная влажность (до 4%) имеет середньометаморфизоване каменный уголь. Величина этого показателя — один из основных параметров классификации бурого угля. Высшая теплота сгорания сухого беззольного угля колеблется в пределах (МДж / кг): для бурых 25,5-32,6, для каменных 30,5-36,2 и для антрацитов 35,6 33,9. Низшая теплота сгорания в пересчете на рабочее топливо (МДж / кг): 6,1-18,8 для бурых углей, 22,0-22,5 для каменного угля и 20-26 для антрацитов.

Видео:Классификация углейСкачать

2. Физические свойства

См.. Физические свойства угля

Под физическими свойствами твердых тел понимается их специфическое поведение при воздействии определенных сил и полей. Существует три основных способа воздействия на твердые тела, соответствующие трем основным видам энергии: механический, термический и электромагнитный. Соответственно выделяют три основных группы физических свойств.

Механические свойства связывают механические напряжения и деформации тела, согласно результатам широких исследований механических и реологических свойств твердых тел, выполненных школой академика , можно разделить на упругие, прочностные, реологические и технологические. Кроме того, при воздействии на твердые тела жидкостей или газов оказываются их гидравлические и газодинамические свойства.

В термических относят свойства, которые проявляются в угле под влиянием тепловых полей, а к электромагнитным — свойства, которые проявляются при воздействии на уголь электрических, магнитных полей и электромагнитных колебаний.

В электромагнитных свойств условно можно отнести радиационные, которые проявляются при воздействии на уголь потоков микрочастиц или электромагнитных волн значительной жесткости (рентгеновские, гамма-лучи).

Удельное электросопротивление повышается с переходом от бурого до каменного угля и достигает максимума на средней стадии углефикации (С daf = 87%), а затем уменьшается с ростом степени метаморфизма, составляя в антрацитовОм см.

Окисление угля приводит к значительному снижению его сопротивления при температурах до 100 С, коэффициент анизотропии каменного угля составляет 1,73-2,55, антрацита 2,00-2,55. Немногочисленные исследования показали, что сопротивление целика и порошка угля практически совпадают. Удельное электрическое сопротивление возрастает с увеличением зольности.

Физические свойства угля обусловлены их химическому составу, структуре и надмолекулярной организацией.

2.1. Физико-механические свойства

См.. Физико-механические свойства угля

Основные физико-механические свойства угля:

а) упругость — способность восстанавливать свои первоначальные размеры после снятия нагрузки; б) пластичность — способность сохранять деформацию до предела текучести после снятия нагрузки; в) твердость — способность сопротивляться упругим и пластическим деформациям при местной силовом воздействии на поверхность тела; г) прочность — способность сопротивляться разрушению под действием напряжений; д) хрупкость — способность разрушаться без заметного поглощения энергии; е) дробимости — свойство, которое определяется совокупностью твердости, вязкости и трещиноватости; ж) прочность — условное понятие, которое символизирует совокупность механических свойств и проявляется в различных технологических процессах при добыче и переработке угля.

Видео:Откуда каменный уголь на самом деле ?Скачать

3. Химические свойства

См.. Химические свойства угля

Элементный состав (содержание углерода, водорода, кислорода и азота) является общепринятой характеристикой органической массы угля. По данным элементного состава можно с достаточной степенью точности определить теплоту сгорания, теоретическую температуру горения и состав продуктов горения, выход продуктов термического разложения и степень углефикации. Однако углерод, водород и кислород входят не только в состав органической массы угля, но и минеральных примесей, которые при химическом анализе частично разлагаются. В связи с этим элементный состав определяется не совсем точно и он полностью не отражает истинный состав органической массы, поэтому результаты элементного состава обычно перечисляют на беззольную массу.

Уголь, нагретый до высоких температур без доступа воздуха, разлагается с образованием жидких и газообразных продуктов (в основном углеводородов), называемых летучими веществами. Твердый продукт, возникающий в результате термического разложения угля, называется коксовым остатком или корольком. Содержание и состав летучих веществ зависят от термического воздействия (температуры и продолжительности нагрева). Выход летучих веществ зависит от стадии метаморфизма. Во многих классификациях выход летучих веществ используется как параметр, характеризующий стадию метаморфизма и промышленную марку угля.

Видео:Переработка каменного угля. Видеоурок 10. Химия 10 классСкачать

4. Образование угля

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах накапливалась органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались залежи угля. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относятся к этому периоду, хотя существуют и младшие месторождения. Возраст древнейшего угля оценивается примерно в 350 миллионов лет.

Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальные условия для этого есть в болотах, где стоячая вода обеднена кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определенной стадии процесса, кислоты, которые выделяются в его ходе, предотвращающие дальнейшей деятельности бактерий. Так возникает торф — исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф под действием сжатия теряя воду и газы, преобразуется в уголь.

Под давлением толщи осадков мощностью 1 километр с 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина захоронения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1.5 метра.

В результате движения земной коры, угольные пласты испытывали поднятие и складкообразования. Со временем поднятые части разрушались за счет эрозии, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности.

Видео:АЗН. Химия. Свойства каменного угляСкачать

5. Классификация углей

Антрацит — это ископаемый уголь, что при своем возникновении прогревался глубже, уголь высшей меры углефикации. Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95% углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность ккал / кг). Имеет самую теплоту сгорания, но плохо загорается. Образуется из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров.

Каменный уголь — осадочная порода, которая является продуктом глубокого разложения остатков растений (древесных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, главным образом в каменноугольный период, примерно 300-350 миллионов лет назад. По химическому составу каменный уголь является смесью высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшим количеством минеральных примесей, при сжигании угля образуют золу. Ископаемый уголь отличается соотношением своих компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от сорта, составляет от 75% до 95%. Містить до 12 % вологи (3-4 % внутрішньої), тому має вищу теплоту згоряння порівняно з бурим вугіллям. Містить до 32 % летких речовин, завдяки чому непогано спалахує. Утворюється з бурого вугілля на глибинах бл. 3 кілометрів.

Буре вугілля — тверде викопне вугілля, що утворилося з торфу, містить 65-70 % вуглецю, бурого кольору, наймолодше з викопного вугілля. Використовується як місцеве паливо, а також як хімічна сировина. Містить багато води (43 %), і тому має низьку теплоту згоряння. Кріме того, містить більшу кількість летких речовин (до 50 %). Утворюється з відмерлих органічних решток під тиском навантаження і дією підвищеної температури на глибинах бл. 1 км.

За класифікацією, введеною у 1990 р. (ГОСТ ), передбачено таке віднесення вугілля:

к бурого при середньому показнику відбиття вітриніту Rо менше 0,60 % і вищій теплоті згоряння в перерахунку на вологий беззольний стан (Q saf) менше 24 МДж/кг; к кам’яного вугілля — при середній величині Rо 0,40-2,59 %, Q saf 24 МДж/кг і більше і виході летких речовин в перерахунку на сухий беззольний стан (V daf) 8 % і більше; к антрацитів — при середній величині Rо від 2,20 % і більше і V daf менше за 8 %.

Передбачене визначення наступних генетичних параметрів вугілля:

міри їх метаморфізму (встановлюється за Rо), особливості петрографічного складу — мінімальний сумарний вміст фюзенізованих опіснюючих компонентів — О К, %; максимальна вологоємність на беззольний стан W af max % — для бурого вугілля,
вихід летких речовин V daf, % — для кам’яного вугілля,
V vdaf, см/г — для антрацитів; вихід смол напівкоксування Т skdaf для бурого вугілля,
спікливість за товщиною пластичного шару «Y», мм, і індексу Рога RI для кам’яного вугілля,
анізотропія відбиття витриніту АR,% для антрацитів.

За перерахованими показниками виділено 50 класів вугілля з Rо від 0,20 до 5,0 % і більше, 8 категорій з ОК від 10 до 69 %, 6 типів бурого вугілля з W afmax від 20 до 70 %, 11 — кам’яного з V daf від 48 до 8 % і 4 — антрацитів з V vdaf від 200 до 100 см/г, 4 підтипи бурого вугілля з Т skdaf від 20 до 10 % , 23 — кам’яного за показниками спікливості і 6 — антрацитів за показниками анізотропії відбиття витриніту.

Таблиця Види викопного вугілля

Середній показник відбиття вітриніту R 0,%

Теплота згоряння на вологий беззольний стан Q s ds, МДж/кг

Вихід летких речовин на сухий беззольний стан V daf, %

💡 Видео

Секреты свойств и качаств каменного угляСкачать

Каменный уголь. Его происхождение. Как добывают угольСкачать

Химия. Каменный уголь и его переработка. ТеорияСкачать

Химия. Каменный уголь и его переработка. ПрактикаСкачать

Каменный угольСкачать

Уголь. Коксование каменного угля (10-класс)Скачать

Углерод: химические свойства, аллотропия #углерод #химшкола #неметаллы #егэхимияСкачать

Химия 10 класс (Урок№5 - Природные источники и переработка углеводородов.)Скачать

Коксование каменного угляСкачать

10 класс. Химия. Уголь.Коксование каменного угляСкачать

Химия 9 класс (Урок№19 - Угольная кислота.)Скачать