Kul

Kul  er et fast fossilt brændsel , en mellemform for kul med hensyn til kulstofindhold mellem brunkul og antracit .

Historie

Kul har været kendt siden oldtiden. Den første omtale af det er forbundet med Aristoteles (4. århundrede f.Kr.) [1] . Et par årtier senere skrev hans elev Theophrastus af Eres i sin Treatise on Stone:

"... Disse fossile stoffer kaldes antracit (eller kul) ... de blinker og brænder som trækul ..." [2]

De gamle romere udvindede kul til opvarmning i det nuværende Storbritannien . I det 1. århundrede f.Kr e. i den kinesiske provins Yunnan blev kul opvarmet uden luftadgang og koks blev opnået [3] .

Karakteristika

Tæt race af sort, nogle gange grå-sort farve. Harpiks eller metallisk glans. Det organiske stof i kul indeholder 75-92% kulstof , 2,5-5,7% brint , 1,5-15% oxygen . Indeholder 2-48% flygtige stoffer. Luftfugtighed 1-12%. Den højere brændværdi i forhold til den tørre askefri tilstand er 30,5–36,8 MJ/kg. Stenkul hører til Humolitterne ; sapropelitter og humitosapropelitter er til stede i form af linser og små lag.

Dannelsen af ​​kul er karakteristisk for næsten alle geologiske systemer - fra Devon til Neogen (inklusive); det blev aktivt dannet i Carbon , Perm , Jura . Kul forekommer i form af sømme og linseformede aflejringer af forskellige tykkelser (fra snesevis af centimeter til flere titusinder og hundreder af meter) i forskellige dybder (fra udspring til 2500 m og dybere).

Kul er kendetegnet ved en neutral sammensætning af den organiske masse. Det reagerer ikke med svage alkalier, hverken under normale forhold eller under tryk. Bitumen af ​​stenkul, i modsætning til brunkul , er hovedsageligt repræsenteret af forbindelser med aromatisk struktur. Fedtsyrer og estere blev ikke fundet i kul , kun få forbindelser med paraffinstruktur blev fundet . Kulstof er ikke-ferromagnetisk (diamagnetisk), mineralske urenheder er karakteriseret ved paramagnetiske egenskaber. Den magnetiske modtagelighed af kul øges med deres metamorfose stadium . Med hensyn til dets termiske egenskaber nærmer kul sig varmeisolatorer.

De vigtigste teknologiske egenskaber af kul, som bestemmer dets værdi: kage- og koksevne . Standardsintringsindekset er hornindekset (RI) og tykkelsen af ​​plastlaget i apparatet fra L. M. Sapozhnikov .

Uddannelse

Kul dannes af tørv (et nedbrydningsprodukt af organiske planterester), flyttes til en dybde og udsættes for ændringer ( metamorfose ) der under forhold med højt tryk af de omgivende klipper i jordskorpen og relativt høj temperatur. Det var tidligere antaget, at kul udelukkende dannes som et resultat af fysiske og kemiske processer, men ifølge data offentliggjort i 2021 er den mest sandsynlige hovedvej for omdannelse af planterester ( brunkul ) til kul methanogenese af termofile mikroorganismer, i især Metthermicoccus shengliensis [4] [5] .

Når det kulholdige lag nedsænkes til en dybde under forhold med stigende tryk og temperatur, sker der en konsekvent transformation af den organiske masse, en ændring i dens kemiske sammensætning, fysiske egenskaber og molekylære struktur. Alle disse transformationer omtales som " regional kulmetamorfose". På det sidste (højeste) stadium af metamorfosen bliver kul til antracit med en udtalt krystalstruktur af grafit . Ud over regional metamorfose finder nogle gange (mindre ofte) transformationer sted under påvirkning af varme fra magmatiske bjergarter placeret ved siden af ​​kulbærende lag (overliggende eller underliggende dem) - termisk metamorfose , såvel som direkte i kullag - kontaktmetamorfose . En stigning i graden af ​​metamorfose i kuls organiske stof spores af en konsekvent stigning i det relative indhold af kulstof og et fald i indholdet af ilt og brint. Udbyttet af flygtige stoffer reduceres konsekvent (fra 50 til 8% i form af tør askefri tilstand), forbrændingsvarmen, evnen til at sintre og kulets fysiske egenskaber ændres også. Især ændres glans, reflektionsevne, bulkdensitet af kul og andre egenskaber lineært. Andre vigtige fysiske egenskaber (porøsitet, tæthed, sammenklumpning, forbrændingsvarme, elastiske egenskaber osv.) ændres i henhold til udtalte parabolske eller blandede love.

Som et optisk kriterium for kulmetamorfistadiet anvendes refleksionsindekset; det bruges også i petroleumsgeologi til at fastslå stadiet af katogene transformationer af det sedimentære lag. Refleksionsevnen i olienedsænkning (R0) stiger konsekvent fra 0,5-0,65% for klasse D-kul til 2-2,5% for grade T-kul.

Densiteten og porøsiteten af ​​kul afhænger af den petrografiske sammensætning, mængden og arten af ​​mineralske urenheder og graden af ​​metamorfose. Komponenterne i fusinitgruppen er karakteriseret ved den højeste tæthed (1300-1500 kg / m³) , ​​​​den mindste (1280-1300 kg / m³) - af vitrinitgruppen . Ændringen i tæthed med en stigning i graden af ​​metamorfose sker i en parabolsk lov med en inversion i overgangszonen til fedtgruppen; i lav-aske manifestationer falder det fra kulklasse D til grade Zh i gennemsnit fra 1370 til 1280 kg/m³ og stiger derefter sekventielt for kulklasse T op til 1340 kg/m³.

Den totale porøsitet af kul ændres også i henhold til ekstreme love; for Donetsk kulkvalitet D er den 14–22 %, kulkvalitet K 4–8 % og stiger (tilsyneladende på grund af løsning) op til 10–15 % for kulkvalitet T. Porer i kul er opdelt i makroporer (gennemsnitlig diameter 500 × 10 − 10 m) og mikroporer (5-15×10 −10 m). Mellemrummet er optaget af mesoporer. Porøsiteten falder med stigende metamorfose. Endogen (udviklet under dannelsen af ​​kul) frakturering, som estimeres ved antallet af sprækker for hver 5 cm skinnende kul, afhænger af kulmetamorfosens stadie: det øges til 12 sprækker under overgangen af ​​brunkul til lang flamme kul og har maksimalt 35-60 for kokskul og aftager successivt til 12-15 revner i overgangen til antracit. Underordnede af det samme ændringsmønster i kuls elastiske egenskaber er Youngs modul , Poissons forhold, forskydnings- (forskydnings-) modul, ultralydshastighed . Den mekaniske styrke af kul er karakteriseret ved dets knusbarhed, skørhed og hårdhed samt midlertidig trykstyrke.

Klassifikation, typer

Kul er opdelt i skinnende, halvblank, halvmat, mat. Som regel er skinnende kultyper lavaske på grund af det lave indhold af mineralske urenheder.

Blandt strukturerne af det organiske stof af kul skelnes der 4 typer (telinit, posttelinit, precolinit og colinite), som er successive stadier af en enkelt nedbrydningsproces af ligniner  - cellulosevæv . Til de genetiske grupper af kul, ud over disse fire typer, er leuptinit kul yderligere inkluderet. Hver af de fem genetiske grupper efter typen af ​​stof af kulmikrokomponenter er opdelt i tilsvarende klasser.

Der er mange typer kulklassifikationer: efter materialesammensætning, petrografisk sammensætning, genetisk, kemisk-teknologisk, industriel og blandet. Genetiske klassifikationer karakteriserer betingelserne for akkumulering af kul, reelt og petrografisk - dets materielle og petrografiske sammensætning, kemiske og teknologiske - den kemiske sammensætning af kul, processerne til dannelse og industriel forarbejdning, industriel - teknologisk gruppering af kultyper afhængigt af kravene af industrien . Klassifikationer af kul i sømme bruges til at karakterisere kulforekomster .

Industriel klassificering af kul

Den industrielle klassificering af stenkul i de enkelte lande er baseret på forskellige parametre for kuls egenskaber og sammensætning: i USA klassificeres stenkul efter forbrændingsvarmen, indholdet af fast kulstof og det relative indhold af flygtige stoffer, i Japan  - i henhold til forbrændingsvarmen, de såkaldte brændstofkoefficienter og styrken af ​​koks, eller manglende evne til koks. I USSR i 1954 fungerede den såkaldte Donetsk-klassifikation udviklet i 1930 af V.S. Krym som den vigtigste industrielle klassifikation. Det kaldes undertiden "branded", og samtidig er det genetisk, da ændringerne i kuls egenskaber taget som grundlag afspejler deres forbindelse med den genetiske udvikling af kuls organiske stof.

Indskud

Stenkul er koncentreret i Donetsk-kulbassinet og i Lvov-Volyn-kulbassinet (Ukraine); Karaganda (Kasakhstan); Pechorsky , South Yakutsk , Minusinsk , Bureinsky , Tungussky , Lensky , Taimyrsky (Rusland); Appalachian , Pennsylvania (Nordamerika), Nedre Rhin-Westfalen ( Ruhr  - Tyskland); Øvre Schlesien , Ostrava-Karvinsky (Tjekkiet og Polen); Shanxi -bassinet (Kina), South Welsh -bassinet (Storbritannien).

Blandt de største kulbassiner, hvis industrielle udvikling begyndte i det 18.-19. århundrede, fremhæves Central England, Sydwales, Skotland og Newcastle (Storbritannien); Westfalske (Ruhr) og Saarbrücken-bassiner (Tyskland); forekomster af Belgien og Nordfrankrig; bassiner i Saint-Etienne (Frankrig); Schlesien (Polen); Donetsk-bassinet (Ukraine).

Internationalt marked

I 2017 [7] var kul nummer 16 blandt de mest handlede råvarer på det globale udenlandske marked. Omsætningen blev anslået til 122 milliarder amerikanske dollars.

• Førende eksportører (eksport og import i parentes i milliarder dollars ):
  1. Australien 39 % (47)
  2. Indonesien 16 % (18,9)
  3. Rusland 13 % (16,1)
  4. USA 8,7 % (10,6)
  5. Colombia 6,3 % (7,63)
  6. Sydafrika 5,1 % (6,23)
  7. Canada 4,6 % (5,66)
• Hovedimportører
  1. Japan 16 % (19,5)
  2. Indien 16 % (19,4)
  3. Kina 15 % (17,8)
  4. Sydkorea 11 % (13,3)

Brug

Stenkul bruges som et teknologisk, energiteknologisk og energiråmateriale til fremstilling af koks og halvkoks i forbindelse med produktion af en lang række kemiske produkter fra dem ( naphthalen , phenol , beg , og så videre) , på grundlag af hvilke der opnås gødning , plast , syntetiske fibre , lak , maling og så videre.

En af de mest lovende anvendelser af kul er fortætning ( kulhydrogenering ) for at producere flydende brændstof. Der findes forskellige ordninger for ikke-energianvendelse af stenkul baseret på termokemiske, kemiske og anden forarbejdning med henblik på fuldt integreret anvendelse og sikring af miljøbeskyttelse.

Se også

• kulindustrien
• kul koks

Noter

1. ↑ Aristoteles. Meteorologi // Værker. T. 3. - M .: Thought, 1981. - S. 441-558
2. ↑ Naumov L. S. I koksets kredsløb. / L. S. Naumov, L. D. Sobolev. - M .: Metallurgi, 1984. - 96 s.
3. ↑ Kharlampovich G. D. Sort brød af metallurgi. / G. D. Kharlampovich, A. A. Kaufman - M .: Metallurgy, 1983. - 160 s.
4. ↑ Strekopytov, V. Mikroorganismer spillede en nøglerolle i dannelsen af ​​kul // Elementer. - 2021. - 26. november.
5. ↑ Lloyd, MK Methoxyl stabile isotopiske begrænsninger på oprindelsen og grænserne for kullejemethan: [ eng. ]  / MK Lloyd, E. Trembath-Reichert, KS Dawson … [ et al. ] // Videnskab : tidsskrift. - 2021. - Bd. 374, nr. 6569.—S. 894–897. - doi : 10.1126/science.abg0241 .
6. ↑ BP Statistisk gennemgang af verdensenergi juni 2007  . Hentet 2. april 2008. Arkiveret fra originalen 6. februar 2009.
7. ↑ International Coal Trade af OEC Handbook . Hentet 11. juni 2019. Arkiveret fra originalen 2. april 2019. (ubestemt)

Litteratur

• Smirnov V. A., Sergeev P. V., Beletsky V. S. Kulberigelsesteknologi. Tutorial. - Donetsk: Eastern Publishing House, 2011. - 476 s.
• Beletsky V. S. Kul i den moderne verden og Ukraine // Donets. Ros. Videnskabelig t-i dem. Shevchenko. Vol. 3: Kemi, tekniske videnskaber, geovidenskab, medicin og psykologi. - Donetsk, 2003. - S. 58-66.
• Stenkul // Teknisk encyklopædi. Bind 9. - M . : Sovjetisk Encyklopædi, 1929. - Stb. 606-633.