Άνθρακας: καφέ, σκληρός, κάρβουνο, είδη και χρήσεις τους. Από πού προέρχονται τόσο πολύ πετρέλαιο, φυσικό αέριο και άνθρακας στη γη; (1 φωτογραφία) Πώς γίνεται ο άνθρακας

Αυτή η ερώτηση μπορεί να φαίνεται αφελής στην αρχή. Κάθε επιμελής μαθητής θα πει χωρίς δισταγμό: ο άνθρακας είναι μια ουσία φυτικής προέλευσης, «προϊόν της μεταμόρφωσης ανώτερων και κατώτερων φυτών» (Σοβιετική εγκυκλοπαιδικό λεξικόόλες οι δημοσιεύσεις). Ούτε ένα εγχειρίδιο ή ένα δημοφιλές βιβλίο δεν αμφισβητεί αυτήν την αλήθεια. Στο σχολείο ήμασταν ακράδαντα πεπεισμένοι για την αλυσίδα: «φυτά - τύρφη - καφές άνθρακας - λιθάνθρακας - ανθρακίτης»... Λοιπόν, ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στη θεωρία του σχολικού βιβλίου για το σχηματισμό άνθρακα.

Έτσι, σε κάποια λιμνάζουσα δεξαμενή σαπίζει οργανική ύλη. Από τη φυτική μάζα σχηματίζεται σταδιακά η τύρφη. Καθώς βυθίζεται όλο και πιο βαθιά, καλυμμένο με ίζημα, γίνεται πιο πυκνό και, ως αποτέλεσμα πολύπλοκων χημικών διεργασιών, κορεσμένο με άνθρακα και μετατρέπεται σε άνθρακα. Η τύρφη πρακτικά δεν αντιδρά σε ένα μικρό φορτίο ιζήματος, αλλά υπό ισχυρή πίεση, αφυδάτωση και συμπίεση, ο όγκος της μπορεί να μειωθεί πολλές φορές - κάτι παρόμοιο συμβαίνει όταν πιέζετε μπρικέτες τύρφης.

Τίποτα καινούργιο, αυτό ακριβώς γράφουν παντού. Ωστόσο, ας προσέξουμε τώρα την εξής περίσταση. Το κοίτασμα τύρφης περιβάλλεται από ιζηματογενή πετρώματα που υφίστανται τα ίδια κατακόρυφα φορτία με την τύρφη. Μόνο ο βαθμός συμπίεσης τους δεν μπορεί να συγκριθεί με τον βαθμό συμπίεσης της τύρφης: η άμμος σχεδόν δεν συρρικνώνεται σε όγκο και οι άργιλοι μπορούν να χάσουν μόνο έως και 20-30% του αρχικού όγκου ή λίγο περισσότερο. Ως εκ τούτου, είναι σαφές ότι η οροφή πάνω από το κοίτασμα τύρφης, καθώς συμπιέζεται και μετατρέπεται σε άνθρακα, θα κρεμάσει και θα σχηματιστεί μια πτύχωση στο στήθος πάνω από το στρώμα του «νεοκομμένου» άνθρακα.

Οι διαστάσεις τέτοιων πτυχών πρέπει να είναι αρκετά σημαντικές: εάν ληφθεί ένα στρώμα άνθρακα δέκα εκατοστών από ένα στρώμα τύρφης μήκους ενός μέτρου, τότε το πλάτος της απόκλισης πτυχής θα είναι περίπου 90 cm. Εξίσου απλοί υπολογισμοί δείχνουν: για ραφές άνθρακα και στρώματα οποιουδήποτε πάχους και σύνθεσης, οι διαστάσεις των αναμενόμενων πτυχών είναι τόσο μεγάλες που είναι αδύνατο να τις παρατηρήσετε - το πλάτος της αστοχίας θα υπερβαίνει πάντα το πάχος του ίδιου του σχηματισμού. Ωστόσο, εδώ είναι το πρόβλημα: ούτε έχουμε δει τέτοιες πτυχές ούτε έχουμε διαβάσει για αυτές σε καμία επιστημονική δημοσίευση, τόσο στην εγχώρια όσο και στο εξωτερικό. Η στέγη πάνω από τα κάρβουνα απλώνεται ήρεμα παντού.

Αυτό σημαίνει μόνο ένα πράγμα: το μητρικό υλικό των κάρβουνων είτε δεν μειώθηκε καθόλου σε όγκο, είτε μειώθηκε τόσο λίγο όσο τα γύρω πετρώματα. Και επομένως, αυτή η ουσία δεν θα μπορούσε να είναι τύρφη. Παρεμπιπτόντως, η αντίστροφη πορεία της ανάλυσης οδηγεί ακριβώς στο ίδιο συμπέρασμα. Εάν, με τη βοήθεια μολυβιού και χαρτιού, προσπαθήσετε να επαναφέρετε την αρχική θέση των τεμαχίων τη στιγμή που η τύρφη δεν είχε ακόμη μετατραπεί σε άνθρακα, μπορείτε να πειστείτε ότι ένα τέτοιο πρόβλημα δεν έχει λύση, είναι αδύνατο να κατασκευάστε μια τομή. Ο καθένας μπορεί να πειστεί: στρώματα της ίδιας ηλικίας θα πρέπει να σχιστούν και να τοποθετηθούν σε διαφορετικά ύψη - σε αυτήν την περίπτωση δεν θα υπάρχουν αρκετά στρώματα, θα εμφανιστούν άβολες στροφές και κενά, που στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν και δεν μπορούν να υπάρχουν.

Καμία παρατήρηση ή μελέτη, έστω και πολύ λογική, δεν μπορεί να ακυρώσει το καθιερωμένο επιστημονικές απόψεις, ειδικά αν είναι άνω των εκατό ετών. Επομένως, ας μιλήσουμε λίγο περισσότερο για τη συρρίκνωση της τύρφης. Υπολογίζεται ότι κατά τον σχηματισμό του καφέ άνθρακα, ο συντελεστής αυτής της συρρίκνωσης είναι κατά μέσο όρο 5-10, μερικές φορές 20, και κατά το σχηματισμό κάρβουνων και ανθρακιτών - ακόμη περισσότερο. Δεδομένου ότι ένα κατακόρυφο φορτίο δρα στην τύρφη, το στρώμα φαίνεται να είναι πεπλατυσμένο. Έχουμε ήδη πει ότι ένα στρώμα τύρφης πάχους ενός μέτρου μπορεί να παράγει ένα στρώμα καφέ άνθρακα πάχους ενός δεκατόμετρου. Τι συμβαίνει λοιπόν: η μοναδική ραφή άνθρακα Hat Creek στον Καναδά, πάχους περίπου 450 m, δημιούργησε ένα στρώμα τύρφης πάχους 2 - 4 km;

Φυσικά, κανείς δεν απαγορεύεται να υποθέσει ότι σε ΑΡΧΑΙΑ χρονιαΌταν πολλά πράγματα στη Γη πιστευόταν ότι ήταν «μεγαλύτερα», οι τύρφηδες μπορούσαν να φτάσουν σε τέτοια κυκλώπεια μεγέθη, αλλά δεν υπάρχουν απολύτως στοιχεία που να το υποστηρίζουν. Το πάχος των στρωμάτων τύρφης στην πράξη μετριέται σε μέτρα, αλλά ποτέ σε δεκάδες, πόσο μάλλον σε εκατοντάδες. Ο ακαδημαϊκός D.V. Nalivkin αποκάλεσε αυτό το παράδοξο μυστηριώδες.

Το περισσότερο ένας μεγάλος αριθμός απόαπολιθωμένα κάρβουνα σχηματίστηκαν στο τέλος Παλαιοζωική εποχή, στη λεγόμενη Πέρμια περίοδο 235 - 285 εκατομμύρια χρόνια πριν. Για όσους πιστεύουν στα σχολικά βιβλία, αυτό είναι περίεργο, και να γιατί. Στα πολυτελή τσεχοσλοβακικά άλμπουμ δώρων της Augusta και του Burian, μπορείτε να δείτε πολύχρωμες εικόνες που απεικονίζουν τα πυκνά, αδιαπέραστα δάση με αλογοουρά που κάλυπταν τον πλανήτη μας στην εποχή του ανθρακοφόρου πριν από την Πέρμια. Υπάρχει ακόμη και ένας όρος: «ανθρακοδάσος». Ωστόσο, μέχρι τώρα κανείς δεν έχει απαντήσει πραγματικά στο ερώτημα γιατί αυτό το δάσος, παρά το όνομά του, δεν παρήγαγε τόσο πολύ άνθρακα όσο το άνυδρο και φτωχό σε φυτά Permian.

Ας προσπαθήσουμε να διαλύσουμε τη μια έκπληξη με την άλλη. Κατά την ίδια περίοδο της Πέρμιας, τα πιο γενναιόδωρα με κάρβουνα, στις ίδιες περιοχές άνθρακα, κοιτάσματα λίθων και άλατα καλίου. Όπου υπάρχει πολύ αλάτι, τίποτα δεν φυτρώνει ή μεγαλώνει με μεγάλη δυσκολία (θυμηθείτε αλυκές - ένα είδος ερήμου). Ως εκ τούτου, ο άνθρακας και το αλάτι θεωρούνται αντίποδες, ανταγωνιστές. Όπου υπάρχει κάρβουνο, δεν έχει καμία σχέση με το αλάτι, δεν το ψάχνουν ποτέ εκεί - αλλά... κάθε τόσο το βρίσκουν! Πολλά μεγάλα κοιτάσματα άνθρακα βρίσκονται στο Donbass, στη λεκάνη του Δνείπερου ανατολική Γερμανία— κυριολεκτικά κάθεται σε θόλους από αλάτι. Στην εποχή της Πέρμιας (και κανείς δεν το αμφισβητεί αυτό), συνέβη η πιο ισχυρή συσσώρευση αλάτων πετρωμάτων στη γεωλογική ιστορία της Γης. Έχει υιοθετηθεί το ακόλουθο σχήμα: η θερμότητα ξήρανσης, το νερό των λιμνοθαλασσών και των κόλπων εξατμίζεται και τα άλατα καθιζάνουν από τις άλμη, όπως ακριβώς συμβαίνει στο Kara-Bogaz-Gol. Πού μπορούμε να βρούμε βοτανική αίγλη εδώ; Τα κάρβουνα όμως ήρθαν!

Δεν είναι ακόμη σαφές πώς και υπό ποιες συνθήκες η τύρφη μπορεί να μετατραπεί σε άνθρακα. Συνήθως λέγεται ότι η τύρφη, βυθίζοντας αργά στα βάθη της Γης, πέφτει διαδοχικά σε περιοχές αυξανόμενων θερμοκρασιών και πιέσεων, όπου μετατρέπεται σε άνθρακα: σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες- καφέ, σε υψηλότερα επίπεδα - πέτρα και ανθρακί. Ωστόσο, τα πειράματα σε αυτόκλειστα ήταν ανεπιτυχή: η τύρφη θερμάνθηκε σε διάφορες θερμοκρασίες, δημιουργήθηκαν διαφορετικές πιέσεις, διατηρήθηκαν κάτω από αυτές τις συνθήκες για όσο διάστημα ήταν επιθυμητό, ​​αλλά δεν ελήφθη άνθρακας, ούτε καν καφές.

Από αυτή την άποψη, γίνονται διαφορετικές υποθέσεις: το εύρος των αναμενόμενων θερμοκρασιών για το σχηματισμό καφέ άνθρακα ποικίλλει, υποτίθεται, με διαφορετική διάρκεια της διαδικασίας, από 20 έως 300 °C και για τον ανθρακίτη από 190 έως 600 °C. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι όταν η τύρφη και τα πετρώματα υποδοχής θερμάνονταν στους 300 °C και πάνω, τελικά δεν θα μετατρεπόταν σε άνθρακα, αλλά σε εντελώς ειδικά πετρώματα - hornfels, που στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν, και όλα τα απολιθωμένα κάρβουνα είναι μείγμα ουσιών χωρίς ίχνη έκθεσης σε υψηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, με βάση μερικά αρκετά ασήμαντα σημάδια, μπορεί να ειπωθεί με βεβαιότητα ότι οι άνθρακες πολλών κοιτασμάτων δεν έχουν εντοπιστεί ποτέ σε μεγάλα βάθη. Όσον αφορά τη διάρκεια της διαδικασίας σχηματισμού άνθρακα, είναι γνωστό ότι τα κάρβουνα της περιοχής της Μόσχας, από τα παλαιότερα στον κόσμο, παραμένουν ακόμη καφέ και ανάμεσα σε πολλά νεαρά κοιτάσματα υπάρχουν και ανθρακίτες.

Άλλος ένας λόγος αμφιβολίας. Οι βάλτοι τύρφης, οι πρόγονοι των μελλοντικών λεκανών άνθρακα, θα έπρεπε να προκύψουν σε τεράστιες πεδιάδες που βρίσκονται μακριά από τα βουνά, έτσι ώστε τα αργά κινούμενα ποτάμια να μην μπορούν να φέρουν εδώ θραύσματα πετρωμάτων (που ονομάζονται εδαφογενές υλικό). Διαφορετικά, η τύρφη θα είναι ιλύς και δεν θα παραχθεί ποτέ καθαρός άνθρακας από αυτήν. Σε αυτή την περίπτωση, απαιτείται επίσης ένα αυστηρά σταθερό τεκτονικό καθεστώς: ο πυθμένας των βάλτων πρέπει να βυθίζεται αργά και ομαλά, έτσι ώστε ο εκκενωμένος όγκος να έχει χρόνο να γεμίσει με οργανική ύλη.

Ωστόσο, η μελέτη των ανθρακοφόρων περιοχών δείχνει ότι τα κοιτάσματα άνθρακα προέκυψαν συχνά σε ενδοορεινές κοιλότητες και βουνά, κοντά στο μέτωπο αναπτυσσόμενων βουνών, σε στενές κοιλάδες που μοιάζουν με σχισμή - με μια λέξη, σε μέρη όπου συσσωρεύεται πολύ εντατικά εδαφογενή υλικά και όπου οι τυρφώνες, επομένως, μπορούν όχι μόνο να γεμίσουν λάσπη, αλλά και να καταστραφούν ολοσχερώς από τα θυελλώδη ορεινά ρέματα. Σε τέτοιες ακατάλληλες (σύμφωνα με τη θεωρία) συνθήκες εντοπίζονται παχιές ραφές άνθρακα που φτάνουν τα 50-80 m.

Χρειάζεται πολύς χρόνος για να μετατραπεί η τύρφη σε κάρβουνο. Η τύρφη συσσωρεύεται σταδιακά στο βάλτο. Ο βάλτος, με τη σειρά του, είναι κατάφυτος από όλο και μεγαλύτερα στρώματα φυτών. Στο βάθος, η τύρφη αλλάζει συνεχώς. Συγκρότημα χημικές ενώσεις, που βρίσκονται στα φυτά, διασπώνται σε πιο απλά. Διαλύονται εν μέρει και παρασύρονται με νερό και εν μέρει μετατρέπονται σε αέρια κατάσταση: διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο. Σημαντικό ρόλο στον σχηματισμό του άνθρακα παίζουν τα βακτήρια και όλα τα είδη μυκήτων που κατοικούν τα πάντα. Προάγουν την αποσύνθεση του φυτικού ιστού. Στη διαδικασία τέτοιων αλλαγών στην τύρφη, η πιο ανθεκτική ουσία, ο άνθρακας, αρχίζει να συσσωρεύεται σε αυτήν με την πάροδο του χρόνου. Με τον καιρό, ο άνθρακας στην τύρφη γίνεται όλο και περισσότερος.

Η συσσώρευση άνθρακα στην τύρφη συμβαίνει χωρίς πρόσβαση σε οξυγόνο, διαφορετικά ο άνθρακας, σε συνδυασμό με το οξυγόνο, θα μετατρεπόταν πλήρως σε διοξείδιο του άνθρακα και θα εξατμιζόταν. Τα σχηματιζόμενα στρώματα τύρφης απομονώνονται πρώτα από το οξυγόνο του αέρα από το νερό που τα καλύπτει και μετά από τα πρόσφατα αναδυόμενα στρώματα τύρφης.

Έτσι γίνεται σταδιακά η διαδικασία μετατροπής της τύρφης σε τύρφη. Υπάρχουν διάφοροι κύριοι τύποι ορυκτών άνθρακα: λιγνίτης, λιγνίτης, λιθάνθρακας, ανθρακίτης, βαλβίδα κ.λπ.

Τα περισσότερα παρόμοια με την τύρφη λιγνίτης- χαλαρό κάρβουνο καφέ χρώματος, όχι πολύ αρχαίας προέλευσης. Σε αυτό διακρίνονται καθαρά υπολείμματα φυτών, κυρίως ξύλου (εξ ου και η ονομασία «λιγνίτης», που σημαίνει «ξύλινος»). Ο λιγνίτης είναι ξυλώδης τύρφη. Στα σύγχρονα εύκρατα τύρφη, η τύρφη σχηματίζεται κυρίως από τύρφη, σχοινιά και καλάμια, αλλά στην υποτροπική ζώνη του πλανήτη, για παράδειγμα, στους δασικούς βάλτους της Φλόριντα στις ΗΠΑ, σχηματίζεται επίσης ξυλώδης τύρφη, παρόμοια με απολιθωμένο λιγνίτη.

Με ισχυρότερη αποσύνθεση και μεταβολή των φυτικών υπολειμμάτων δημιουργεί λιγνίτης. Το χρώμα του είναι σκούρο καφέ ή μαύρο. Είναι ισχυρότερο από τον λιγνίτη, τα υπολείμματα ξύλου είναι λιγότερο συνηθισμένα σε αυτόν και είναι πιο δύσκολο να τα διακρίνει κανείς. Όταν καίγεται, ο καφές άνθρακας παράγει περισσότερη θερμότητα από τον λιγνίτη, επειδή είναι πιο πλούσιος σε άνθρακα. Ο καφές άνθρακας δεν μετατρέπεται πάντα σε λιθάνθρακα με την πάροδο του χρόνου. Είναι γνωστό ότι ο καφές άνθρακας από τη λεκάνη της Μόσχας είναι της ίδιας ηλικίας με τον σκληρό άνθρακα δυτική πλαγιάΟυράλια (λεκάνη Kizelovsky). Η διαδικασία μετατροπής του λιθάνθρακα σε σκληρό άνθρακα συμβαίνει μόνο όταν στρώματα καφέ άνθρακα κατεβαίνουν σε βαθύτερους ορίζοντες φλοιός της γηςή συμβαίνουν διαδικασίες οικοδόμησης βουνού. Για να μετατραπεί ο καφές άνθρακας σε σκληρό άνθρακα ή ανθρακίτη, χρειάζονται πολύ υψηλές θερμοκρασίες και υψηλή πίεση στα έγκατα της Γης. ΣΕ κάρβουνοΤα υπολείμματα φυτών είναι ορατά μόνο με μικροσκόπιο. είναι βαρύ, γυαλιστερό και συχνά πολύ δυνατό. Μερικοί τύποι άνθρακα οι ίδιοι ή μαζί με άλλες ποικιλίες οπτανθρακοποιούνται, δηλαδή μετατρέπονται σε κοκ.

Ο μαύρος γυαλιστερός άνθρακας περιέχει τη μεγαλύτερη ποσότητα άνθρακα - ανθρακίτης. Μπορείτε να βρείτε υπολείμματα φυτών σε αυτό μόνο στο μικροσκόπιο. Όταν καίγεται, ο ανθρακίτης παράγει περισσότερη θερμότητα από όλους τους άλλους τύπους άνθρακα.

Boghead- πυκνός μαύρος άνθρακας με κονχοειδή επιφάνεια θραύσης. όταν αποστάζεται ξηρά, παράγει μεγάλη ποσότητα λιθανθρακόπισσας - μια πολύτιμη πρώτη ύλη για τη χημική βιομηχανία. Το Boghead σχηματίζεται από φύκια και σαπρόπελο.

Όσο περισσότερο ο άνθρακας βρίσκεται στα στρώματα της γης ή όσο περισσότερο εκτίθεται σε πίεση και βαθιά θερμότητα, τόσο περισσότερο άνθρακα περιέχει. Ο ανθρακίτης περιέχει περίπου 95% άνθρακα, ο καφές άνθρακας περιέχει περίπου 70%, και η τύρφη περιέχει από 50 έως 65%. Στο βάλτο, όπου αρχικά συσσωρεύεται η τύρφη, συνήθως πέφτουν μαζί με το νερό πηλός, άμμος και διάφορες διαλυμένες ουσίες. Σχηματίζουν ορυκτές ακαθαρσίες στην τύρφη, οι οποίες στη συνέχεια παραμένουν στον άνθρακα. Αυτές οι ακαθαρσίες συχνά σχηματίζουν ενδιάμεσα στρώματα που χωρίζουν το στρώμα άνθρακα σε πολλά στρώματα. Η ακαθαρσία μολύνει τον άνθρακα και καθιστά δύσκολη την εξόρυξη.

Όταν καίγεται άνθρακας, όλες οι ορυκτές ακαθαρσίες παραμένουν σε μορφή τέφρας. Όσο καλύτερος είναι ο άνθρακας, τόσο λιγότερη στάχτη θα πρέπει να περιέχει. Σε καλούς τύπους άνθρακα είναι μόνο λίγα τοις εκατό, αλλά μερικές φορές η ποσότητα της τέφρας φτάνει το 30-40%. Εάν η περιεκτικότητα σε τέφρα είναι μεγαλύτερη από 60%, τότε ο άνθρακας δεν καίγεται καθόλου και δεν είναι κατάλληλος για καύσιμο.

Οι ραφές άνθρακα διαφέρουν όχι μόνο στη σύνθεσή τους, αλλά και στη δομή. Μερικές φορές ολόκληρο το πάχος της ραφής αποτελείται από καθαρό άνθρακα. Αυτό σημαίνει ότι σχηματίστηκε σε τύρφη, όπου δεν έμπαινε σχεδόν καθόλου νερό, μολυσμένο με πηλό και άμμο. Τέτοιος άνθρακας μπορεί να καεί αμέσως. Συχνότερα, τα στρώματα άνθρακα εναλλάσσονται με στρώματα αργίλου ή άμμου. Τέτοιες ραφές άνθρακα ονομάζονται σύνθετες. Σε αυτά, για παράδειγμα, ένα στρώμα πάχους 1 m περιέχει συχνά 10-15 στρώματα πηλού, το καθένα πάχος πολλών εκατοστών, ενώ ο καθαρός άνθρακας αντιστοιχεί μόνο σε 60-70 cm. Επιπλέον, ο άνθρακας μπορεί να είναι πολύ καλής ποιότητας. Για να ληφθεί καύσιμο από άνθρακα με χαμηλή περιεκτικότητα σε ξένες ακαθαρσίες, ο άνθρακας εμπλουτίζεται. Ο βράχος από το ορυχείο αποστέλλεται αμέσως στο εργοστάσιο επεξεργασίας. Εκεί, ο βράχος που εξάγεται από το ορυχείο συνθλίβεται σε μικρά κομμάτια σε ειδικά μηχανήματα και στη συνέχεια όλα τα κομμάτια αργίλου διαχωρίζονται από τον άνθρακα. Ο πηλός είναι πάντα βαρύτερος από τον άνθρακα, επομένως το μείγμα άνθρακα και αργίλου πλένεται με ρεύμα νερού. Η δύναμη του πίδακα επιλέγεται έτσι ώστε να παρασύρει τον άνθρακα, ενώ ο βαρύτερος πηλός παραμένει στον πυθμένα. Στη συνέχεια το νερό και το κάρβουνο περνούν από μια λεπτή σχάρα. Το νερό αποστραγγίζεται και το κάρβουνο, ήδη καθαρό και απαλλαγμένο από σωματίδια αργίλου, μαζεύεται στην επιφάνεια της σχάρας. Αυτός ο τύπος άνθρακα ονομάζεται εμπλουτισμένος άνθρακας. Θα μείνει πολύ λίγη στάχτη σε αυτό. Συμβαίνει ότι η στάχτη στον άνθρακα δεν είναι επιβλαβής ακαθαρσία, αλλά ορυκτά. Για παράδειγμα, η λεπτή, αργιλώδης λάσπη που μεταφέρεται σε ένα βάλτο από ρυάκια και ποτάμια σχηματίζει συχνά στρώματα πολύτιμου πυρίμαχου πηλού. Αναπτύσσεται ειδικά ή συλλέγεται η στάχτη που απομένει μετά την καύση του άνθρακα και στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την κατασκευή επιτραπέζιων σκευών πορσελάνης και άλλων προϊόντων. Μερικές φορές ο άνθρακας βρίσκεται στις στάχτες

Η χρήση του είναι τόσο πολυλειτουργική που μερικές φορές απλά εκπλήσσεσαι. Τέτοιες στιγμές μπαίνει άθελά σου η αμφιβολία και στο κεφάλι σου ακούγεται μια απολύτως λογική ερώτηση: «Τι; Είναι όλο αυτό κάρβουνο;» Όλοι συνηθίζουν να θεωρούν τον άνθρακα απλώς ένα εύφλεκτο υλικό, αλλά στην πραγματικότητα, το φάσμα των χρήσεών του είναι τόσο ευρύ που φαίνεται απλά απίστευτο.

Σχηματισμός και προέλευση ραφών άνθρακα

Η εμφάνιση του άνθρακα στη Γη χρονολογείται από τη μακρινή Παλαιοζωική εποχή, όταν ο πλανήτης βρισκόταν ακόμα στο στάδιο της ανάπτυξης και είχε μια εντελώς ξένη εμφάνιση για εμάς. Ο σχηματισμός ραφών άνθρακα ξεκίνησε περίπου πριν από 360.000.000 χρόνια. Αυτό συνέβη κυρίως στα ιζήματα του πυθμένα των προϊστορικών δεξαμενών, όπου συσσωρεύτηκαν οργανικά υλικά για εκατομμύρια χρόνια.

Με απλά λόγια, ο άνθρακας είναι τα υπολείμματα των σωμάτων γιγάντιων ζώων, κορμών δέντρων και άλλων ζωντανών οργανισμών που βυθίστηκαν στον πυθμένα, αποσυντέθηκαν και πιέστηκαν κάτω από τη στήλη του νερού. Η διαδικασία σχηματισμού κοιτασμάτων είναι αρκετά μεγάλη και χρειάζονται τουλάχιστον 40.000.000 χρόνια για να σχηματιστεί μια ραφή άνθρακα.

εξόρυξη άνθρακα

Οι άνθρωποι έχουν καταλάβει από καιρό πόσο σημαντικό και αναντικατάστατο είναι, και η χρήση του μπόρεσε να εκτιμηθεί και να προσαρμοστεί σε τόσο μεγάλη κλίμακα σχετικά πρόσφατα. Η μεγάλη ανάπτυξη των κοιτασμάτων άνθρακα ξεκίνησε μόλις τον 16ο-17ο αιώνα. στην Αγγλία, και το εξορυσσόμενο υλικό χρησιμοποιήθηκε κυρίως για την τήξη χυτοσιδήρου απαραίτητου για την κατασκευή κανονιών. Αλλά η παραγωγή του με τα σημερινά πρότυπα ήταν τόσο ασήμαντη που δεν μπορούσε να ονομαστεί βιομηχανική.

Η μεγάλης κλίμακας εξόρυξη ξεκίνησε μόλις στα μέσα του 19ου αιώνα, όταν η αναπτυσσόμενη εκβιομηχάνιση χρειαζόταν απλώς άνθρακα. Η χρήση του όμως εκείνη την εποχή περιοριζόταν αποκλειστικά στην καύση. Υπάρχουν τώρα εκατοντάδες χιλιάδες ορυχεία που λειτουργούν σε όλο τον κόσμο, τα οποία παράγουν περισσότερα την ημέρα από ό,τι σε αρκετά χρόνια τον 19ο αιώνα.

Τύποι άνθρακα

Οι αποθέσεις των ραφών άνθρακα μπορούν να φτάσουν σε βάθος πολλών χιλιομέτρων, που εκτείνονται στο πάχος της γης, αλλά όχι πάντα και όχι παντού, επειδή είναι τόσο σε περιεχόμενο όσο και σε εμφάνισηετερογενής.

Υπάρχουν 3 κύριοι τύποι αυτού του απολιθώματος: ο ανθρακίτης, ο καφές άνθρακας και η τύρφη, που μοιάζει πολύ αόριστα με τον άνθρακα.

Ο ανθρακίτης είναι ο παλαιότερος σχηματισμός του είδους του στον πλανήτη, ΜΕΣΟΣ ΟΡΟΣ ΗΛΙΚΙΑΣαυτό το είδος είναι 280.000.000 ετών. Είναι πολύ σκληρό, έχει υψηλή πυκνότητα και η περιεκτικότητά του σε άνθρακα είναι 96-98%.

Η σκληρότητα και η πυκνότητα είναι σχετικά χαμηλές, όπως και η περιεκτικότητά του σε άνθρακα. Έχει ασταθή, χαλαρή δομή και είναι επίσης υπερκορεσμένο με νερό, η περιεκτικότητα του οποίου μπορεί να φτάσει έως και το 20%.

Η τύρφη ταξινομείται επίσης ως είδος άνθρακα, αλλά δεν έχει ακόμη σχηματιστεί, επομένως δεν έχει καμία σχέση με τον άνθρακα.

Ιδιότητες του άνθρακα

Τώρα είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς άλλο υλικό πιο χρήσιμο και πρακτικό από τον άνθρακα, οι βασικές ιδιότητες και η εφαρμογή του οποίου αξίζουν τον υψηλότερο έπαινο. Χάρη στις ουσίες και τις ενώσεις που περιέχει, έχει γίνει απλά αναντικατάστατο σε όλους τους τομείς της σύγχρονης ζωής.

Το συστατικό του άνθρακα μοιάζει με αυτό:

Όλα αυτά τα συστατικά παράγουν άνθρακα, η εφαρμογή και η χρήση του οποίου είναι τόσο πολυλειτουργική. Οι πτητικές ουσίες που περιέχονται στον άνθρακα εξασφαλίζουν ταχεία ανάφλεξη και επακόλουθη επίτευξη υψηλών θερμοκρασιών. Η περιεκτικότητα σε υγρασία απλοποιεί την επεξεργασία του άνθρακα, το θερμιδικό του περιεχόμενο το καθιστά απαραίτητο στη φαρμακευτική και την κοσμετολογία, η ίδια η τέφρα είναι ένα πολύτιμο ορυκτό υλικό.

Η χρήση του άνθρακα στον σύγχρονο κόσμο

Οι χρήσεις των ορυκτών ποικίλλουν. Ο άνθρακας αρχικά ήταν μόνο πηγή θερμότητας, μετά ενέργειας (μετέτρεπε το νερό σε ατμό), αλλά τώρα από αυτή την άποψη, οι δυνατότητες του άνθρακα είναι απλώς απεριόριστες.

Η θερμική ενέργεια από την καύση άνθρακα μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια, από αυτόν παράγονται προϊόντα οπτάνθρακα και εξάγεται υγρό καύσιμο. Ο άνθρακας είναι το μόνο πέτρωμα που περιέχει σπάνια μέταλλα όπως το γερμάνιο και το γάλλιο ως ακαθαρσίες. Από αυτό εξάγουν βενζόλιο, το οποίο στη συνέχεια μεταποιείται σε βενζόλιο, από το οποίο εξάγεται η ρητίνη κουμαρόνης, η οποία χρησιμοποιείται για την κατασκευή όλων των ειδών χρωμάτων, βερνικιών, λινοτάπητα και καουτσούκ. Οι φαινόλες και οι βάσεις πυριδίνης λαμβάνονται από τον άνθρακα. Όταν υποβάλλεται σε επεξεργασία, ο άνθρακας χρησιμοποιείται για την παραγωγή βαναδίου, γραφίτη, θείου, μολυβδαινίου, ψευδαργύρου, μολύβδου και πολλών άλλων πολύτιμων και πλέον αναντικατάστατων προϊόντων.

Ο ανθρακίτης είναι ο αρχαιότερος από τα απολιθωμένα κάρβουνα, ο άνθρακας είναι ο μεγαλύτερος υψηλός βαθμόςανθρακοποίηση.

Χαρακτηρίζεται από υψηλή πυκνότητα και λάμψη. Περιέχει 95% άνθρακα. Χρησιμοποιείται ως στερεό καύσιμο υψηλής θερμιδικής αξίας (θερμογόνος δύναμη 6800-8350 kcal/kg).

Κάρβουνο

Κάρβουνο- ιζηματογενές πέτρωμα, το οποίο είναι προϊόν βαθιάς αποσύνθεσης φυτικών υπολειμμάτων (φτέρες δέντρων, αλογοουρές και βρύα, καθώς και τα πρώτα γυμνόσπερμα). Τα περισσότερα κοιτάσματα άνθρακα σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια της Παλαιοζωικής, κυρίως της ανθρακοφόρου περιόδου, περίπου 300-350 εκατομμύρια χρόνια πριν.

Με χημική σύνθεσηο άνθρακας είναι ένα μείγμα πολυκυκλικών αρωματικών ενώσεων υψηλού μοριακού βάρους με υψηλή κλάσμα μάζαςάνθρακα, καθώς και νερό και πτητικές ουσίες με μικρές ποσότητες ορυκτών ακαθαρσιών, που σχηματίζουν τέφρα κατά την καύση άνθρακα. Οι απολιθωμένοι άνθρακας διαφέρουν μεταξύ τους ως προς την αναλογία των συστατικών τους, η οποία καθορίζει τη θερμότητα καύσης τους. Σειρά ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ, που αποτελούν μέρος του άνθρακα, έχουν καρκινογόνες ιδιότητες. Η περιεκτικότητα του άνθρακα σε άνθρακα, ανάλογα με τον τύπο του, κυμαίνεται από 75% έως 95%.

Λιγνίτης

Λιγνίτης- σκληρός απολιθωμένος άνθρακας, που σχηματίζεται από τύρφη, περιέχει 65-70% άνθρακα, έχει καφέ χρώμα, το νεότερο από τα ορυκτά κάρβουνα. Χρησιμοποιείται ως τοπικό καύσιμο αλλά και ως χημική πρώτη ύλη.

Σχηματισμός άνθρακα

Για το σχηματισμό του άνθρακα, είναι απαραίτητη η άφθονη συσσώρευση φυτικής ύλης. Στους αρχαίους τυρφώνες, ξεκινώντας από την εποχή του Ντέβον, συσσωρεύτηκε οργανική ύλη, από την οποία σχηματίστηκαν απολιθωμένα κάρβουνα χωρίς οξυγόνο. Τα περισσότερα εμπορικά κοιτάσματα ορυκτού άνθρακα χρονολογούνται από αυτήν την περίοδο, αν και υπάρχουν και νεότερα κοιτάσματα. Τα παλαιότερα κάρβουνα υπολογίζεται ότι είναι περίπου 350 εκατομμυρίων ετών.

Ο άνθρακας σχηματίζεται όταν το φυτικό υλικό σε αποσύνθεση συσσωρεύεται γρηγορότερα από ότι συμβαίνει η αποσύνθεση των βακτηρίων. Το ιδανικό περιβάλλον για αυτό δημιουργείται σε βάλτους, όπου Ακίνητο νερό, με έλλειψη οξυγόνου, εμποδίζει τη δραστηριότητα των βακτηρίων και έτσι προστατεύει τη φυτική μάζα από την πλήρη καταστροφή. Σε ένα ορισμένο στάδιο της διαδικασίας, τα οξέα που απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εμποδίζουν την περαιτέρω βακτηριακή δραστηριότητα. Έτσι προκύπτει τύρφη- το αρχικό προϊόν για το σχηματισμό άνθρακα. Εάν στη συνέχεια θαφτεί κάτω από άλλα ιζήματα, η τύρφη υφίσταται συμπίεση και, χάνοντας νερό και αέρια, μετατρέπεται σε άνθρακα.

Κάτω από την πίεση στρωμάτων ιζήματος πάχους 1 χιλιομέτρου, ένα στρώμα τύρφης μήκους 20 μέτρων παράγει ένα στρώμα καφέ άνθρακα πάχους 4 μέτρων. Εάν το βάθος ταφής του φυτικού υλικού φτάσει τα 3 χιλιόμετρα, τότε το ίδιο στρώμα τύρφης θα μετατραπεί σε ένα στρώμα άνθρακα πάχους 2 μέτρων. Σε μεγαλύτερα βάθη, περίπου 6 χιλιόμετρα, και σε υψηλότερες θερμοκρασίες, ένα στρώμα τύρφης 20 μέτρων γίνεται ένα στρώμα ανθρακίτη πάχους 1,5 μέτρων.

Αποδεδειγμένα αποθέματα άνθρακα

Άνθρακας στη Ρωσία

Τύποι άνθρακα

Στη Ρωσία, ανάλογα με το στάδιο της μεταμόρφωσης, διακρίνουν: καφέ κάρβουνα, ασφαλτούχους άνθρακα, ανθρακίτες και γραφίτες. Είναι ενδιαφέρον ότι στις δυτικές χώρες υπάρχει μια ελαφρώς διαφορετική ταξινόμηση: αντίστοιχα, λιγνίτες, υποασφαλτούχοι άνθρακες, ασφαλτούχοι άνθρακες, ανθρακίτες και γραφίτες.

1. Καστανά κάρβουνα. Περιέχουν πολύ νερό (43%) και επομένως έχουν χαμηλή θερμιδική αξία. Επιπλέον, περιέχουν μεγάλη ποσότητα πτητικών ουσιών (έως και 50%). Σχηματίζονται από νεκρά οργανικά υπολείμματα υπό πίεση φορτίου και υπό την επίδραση αυξημένης θερμοκρασίας σε βάθη περίπου 1 χιλιομέτρου.
2. Πέτρινα κάρβουνα. Περιέχουν έως και 12% υγρασία (3-4% εσωτερική), επομένως έχουν μεγαλύτερη θερμογόνο δύναμη. Περιέχουν έως και 32% πτητικές ουσίες, λόγω των οποίων αναφλέγονται καλά. Σχηματίζονται από καφέ άνθρακα σε βάθη περίπου 3 χιλιομέτρων.
3. Ανθρακίτες. Σχεδόν εξ ολοκλήρου (96%) αποτελείται από άνθρακα. Έχουν την υψηλότερη θερμότητα καύσης, αλλά δεν αναφλέγονται καλά. Σχηματίζονται από άνθρακα όταν η πίεση και η θερμοκρασία αυξάνονται σε βάθη περίπου 6 χιλιομέτρων. Χρησιμοποιείται κυρίως στη χημική βιομηχανία

Ιστορία της εξόρυξης άνθρακα στη Ρωσία

Θελκτικός βιομηχανία άνθρακαστη Ρωσία χρονολογείται από το πρώτο τέταρτο του 19ου αιώνα, όταν είχαν ήδη ανακαλυφθεί οι κύριες λεκάνες άνθρακα.

Δυναμική των όγκων παραγωγής ορυκτών άνθρακα σε Ρωσική Αυτοκρατορίαμπορείς να δεις .

Αποθέματα άνθρακα στη Ρωσία

Το 5,5% συγκεντρώνεται στη Ρωσία (γιατί υπάρχει τέτοια διαφορά με το ποσοστό των αποδεδειγμένων αποθεμάτων άνθρακα το 2006; - επειδή το μεγαλύτερο μέρος του δεν είναι κατάλληλο για ανάπτυξη - Σιβηρία και μόνιμος παγετός) τα παγκόσμια αποθέματα άνθρακα, που ανέρχονται σε περισσότερους από 200 δισεκατομμύρια τόνους. Από αυτά, το 70% είναι αποθέματα καφέ άνθρακα.

• Το 2004, στη Ρωσία παρήχθησαν 283 εκατομμύρια τόνοι άνθρακα. Εξήχθησαν 76,1 εκατ. τόνοι.
• Το 2005, στη Ρωσία παρήχθησαν 298 εκατομμύρια τόνοι άνθρακα. Εξήχθησαν 79,61 εκατ. τόνοι.

Στη Ρωσία το 2004, υπήρχε έλλειψη ανθρακικού οπτάνθρακα «Zh» και «K» τουλάχιστον 10 εκατομμυρίων τόνων (εκτίμηση VUKHIN), η οποία συνδέθηκε με την απόσυρση των εξορυκτικών ικανοτήτων στη Vorkuta και στο Kuzbass.

Οι μεγαλύτερες υποσχόμενες καταθέσεις

Το πεδίο Elginskoye(Σάκχα). Ανήκει στη Mechel OJSC. Το πιο πολλά υποσχόμενο αντικείμενο για εξόρυξη ανοιχτού λάκκου βρίσκεται στα νοτιοανατολικά της Δημοκρατίας της Σάχα (Γιακουτία), 415 χλμ. ανατολικά της πόλης Neryungri. Η έκταση του αγρού είναι 246 km². Το κοίτασμα είναι μια ήπια κεκλιμένη βραχυσυγκλινική ασύμμετρη πτυχή. Οι αποθέσεις του Ανωτέρου Ιουρασικού και του Κάτω Κρητιδικού είναι ανθρακοφόροι. Οι κύριες ραφές άνθρακα περιορίζονται στις αποθέσεις των σχηματισμών Neryungri (6 ραφές με πάχος 0,7-17 m) και Undyktan (18 ραφές με πάχος επίσης 0,7-17 m). Οι περισσότεροι από τους πόρους άνθρακα συγκεντρώνονται σε τέσσερις ραφές y4, y5, n15, n16 συνήθως πολύπλοκη δομή. Τα κάρβουνα είναι ως επί το πλείστον ημι-γυαλιστερές φακοταινίες με πολύ υψηλή περιεκτικότητα στο πιο πολύτιμο συστατικό - βιτρινίτη (78-98%). Σύμφωνα με το βαθμό μεταμόρφωσης, τα κάρβουνα ανήκουν στο III (λίπος) στάδιο. Ποιότητα άνθρακα Zh, ομάδα 2Zh. Οι άνθρακας είναι μέτριας και υψηλής τέφρας (15-24%), χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο (0,2%), χαμηλής περιεκτικότητας σε φώσφορο (0,01%), καλά πυροσυσσωματωμένοι (Y = 28-37 mm), με υψηλή θερμογόνο δύναμη (28 MJ/kg). Ο άνθρακας Elga μπορεί να εμπλουτιστεί με τα υψηλότερα παγκόσμια πρότυπα και να παράγει εξαγωγικό άνθρακα οπτανθρακοποίησης Υψηλή ποιότητα. Το κοίτασμα αντιπροσωπεύεται από παχιές (έως 17 μέτρα) ραφές με ήπια κλίση με υπερκείμενα ιζήματα χαμηλού πάχους (η αναλογία απογύμνωσης είναι περίπου 3 κυβικά μέτρα ανά τόνο ακατέργαστου άνθρακα), κάτι που είναι πολύ ωφέλιμο για την οργάνωση της εξόρυξης ανοιχτού λάκκου.

Το πεδίο Elegestskoye(Tuva) έχει αποθέματα περίπου 1 δισεκατομμυρίου τόνων άνθρακα οπτανθρακοποίησης της σπάνιας ποιότητας «Zh» (ο συνολικός όγκος των αποθεμάτων υπολογίζεται σε 20 δισεκατομμύρια τόνους). Το 80% των αποθεμάτων βρίσκεται σε μία ραφή πάχους 6,4 m (τα καλύτερα ορυχεία στο Kuzbass λειτουργούν σε ραφές πάχους 2-3 m, στη Vorkuta ο άνθρακας εξορύσσεται από ραφές λεπτότερες από 1 m). Αφού φτάσει στην ικανότητα σχεδιασμού του έως το 2012, η ​​Elegest αναμένεται να παράγει 12 εκατομμύρια τόνους άνθρακα ετησίως. Η άδεια για την ανάπτυξη άνθρακα Elegest ανήκει στην Yenisei Industrial Company, η οποία ανήκει στην United Industrial Corporation (UPK). Στις 22 Μαρτίου 2007, η Κυβερνητική Επιτροπή Επενδυτικών Έργων της Ρωσικής Ομοσπονδίας ενέκρινε την υλοποίηση έργων για την κατασκευή της σιδηροδρομικής γραμμής Kyzyl-Kuragino σε συνδυασμό με την ανάπτυξη της βάσης ορυκτών πόρων της Δημοκρατίας της Τούβα.

Οι μεγαλύτεροι Ρώσοι παραγωγοί άνθρακα

Αεριοποίηση άνθρακα

Αυτή η κατεύθυνση χρήσης του άνθρακα συνδέεται με τη λεγόμενη «μη ενεργειακή» χρήση του. Μιλάμε για την επεξεργασία του άνθρακα σε άλλους τύπους καυσίμων (για παράδειγμα, σε εύφλεκτο αέριο, οπτάνθρακα μέσης θερμοκρασίας κ.λπ.), που προηγείται ή συνοδεύει την παραγωγή θερμικής ενέργειας από αυτό. Για παράδειγμα, στη Γερμανία κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, οι τεχνολογίες αεριοποίησης άνθρακα χρησιμοποιήθηκαν ενεργά για την παραγωγή καυσίμων κινητήρων. Στη Νότια Αφρική, στο εργοστάσιο SASOL, χρησιμοποιώντας τεχνολογία αεριοποίησης σε στρώματα υπό πίεση, οι πρώτες εξελίξεις της οποίας πραγματοποιήθηκαν επίσης στη Γερμανία τη δεκαετία του 30-40 του 20ού αιώνα, πάνω από 100 είδη προϊόντων παράγονται σήμερα από καφέ άνθρακα. ( Αυτή η διαδικασίαΗ αεριοποίηση είναι επίσης γνωστή ως "μέθοδος Lurgi".)

Στην ΕΣΣΔ, οι τεχνολογίες αεριοποίησης άνθρακα, ειδικότερα, αναπτύχθηκαν ενεργά στο Ινστιτούτο Έρευνας και Σχεδιασμού για την Ανάπτυξη της Λεκάνης Άνθρακα Kansk-Achinsk (KATEKNIIugol) προκειμένου να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα της χρήσης καφέ άνθρακα Kansk-Achinsk. Οι υπάλληλοι του ινστιτούτου έχουν αναπτύξει μια σειρά από μοναδικές τεχνολογίες για την επεξεργασία καφέ και σκληρών κάρβουνων χαμηλής τέφρας. Αυτά τα κάρβουνα μπορεί να υπόκεινται σε επεξεργασίας ενεργειακής τεχνολογίαςσε τέτοια πολύτιμα προϊόντα όπως μέτριας θερμοκρασίας κοκ, ικανό να χρησιμεύσει ως υποκατάστατο του κλασικού κωκ σε διάφορες μεταλλουργικές διεργασίες, εύφλεκτο αέριο, κατάλληλο, για παράδειγμα, για καύση σε λέβητες αερίου ως υποκατάστατο του φυσικού αερίου, και αέριο σύνθεσης, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην παραγωγή καυσίμων συνθετικών υδρογονανθράκων. Η καύση των καυσίμων που λαμβάνονται ως αποτέλεσμα της ενεργειακής-τεχνολογικής επεξεργασίας του άνθρακα παρέχει σημαντικό κέρδος στην απόδοση επιβλαβείς εκπομπέςσε σχέση με την καύση του αρχικού άνθρακα.

Μετά την κατάρρευση της ΕΣΣΔ, το KATEKNIIugol εκκαθαρίστηκε και οι υπάλληλοι του ινστιτούτου που συμμετείχαν στην ανάπτυξη τεχνολογιών αεριοποίησης άνθρακα δημιούργησαν τη δική τους επιχείρηση. Το 1996, μια μονάδα επεξεργασίας άνθρακα σε ροφητικό και εύφλεκτο αέριο κατασκευάστηκε στο Krasnoyarsk ( Περιφέρεια Κρασνογιάρσκ, Ρωσία). Το εργοστάσιο βασίζεται σε μια κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τεχνολογία αεριοποίησης πολυεπίπεδου άνθρακα με αντίστροφη έκρηξη (ή αντίστροφη διαδικασία αεριοποίησης με στρώματα άνθρακα). Αυτό το εργοστάσιο λειτουργεί ακόμα και σήμερα. Λόγω των εξαιρετικά χαμηλών (σε σύγκριση με τις παραδοσιακές τεχνολογίες καύσης άνθρακα) εκπομπών επιβλαβών εκπομπών, βρίσκεται ελεύθερα κοντά στο κέντρο της πόλης. Στη συνέχεια, με βάση την ίδια τεχνολογία, κατασκευάστηκε και στη Μογγολία (2008) μια μονάδα επίδειξης για την παραγωγή οικιακών μπρικετών.

Αξίζει να σημειωθούν ορισμένες χαρακτηριστικές διαφορές μεταξύ της τεχνολογίας αεριοποίησης με στρώσεις άνθρακα με αντίστροφη έκρηξη και της διαδικασίας άμεσης αεριοποίησης, μία από τις ποικιλίες της οποίας (αεριοποίηση υπό πίεση) χρησιμοποιείται στο εργοστάσιο SASOL στη Νότια Αφρική. Το εύφλεκτο αέριο που παράγεται στην αντίστροφη διαδικασία, σε αντίθεση με την άμεση διεργασία, δεν περιέχει προϊόντα πυρόλυσης άνθρακα, επομένως, δεν απαιτούνται πολύπλοκα και ακριβά συστήματα καθαρισμού αερίου στην αντίστροφη διαδικασία. Επιπλέον, στην αντίστροφη διαδικασία είναι δυνατό να οργανωθεί η ατελής αεριοποίηση (ανθρακοποίηση) του άνθρακα. Στην περίπτωση αυτή, παράγονται δύο χρήσιμα προϊόντα ταυτόχρονα: οπτάνθρακας μέσης θερμοκρασίας (ανθρακικό) και εύφλεκτο αέριο. Το πλεονέκτημα της διαδικασίας άμεσης αεριοποίησης, από την άλλη πλευρά, είναι η υψηλότερη παραγωγικότητά της. Κατά την περίοδο της πιο ενεργούς ανάπτυξης των τεχνολογιών αεριοποίησης άνθρακα (το πρώτο μισό του 20ου αιώνα), αυτό οδήγησε σε σχεδόν πλήρη έλλειψη ενδιαφέροντος για την αντίστροφη διαδικασία της στρωματοποιημένης αεριοποίησης άνθρακα. Ωστόσο, επί του παρόντος, οι συνθήκες της αγοράς είναι τέτοιες που το κόστος μόνο του οπτάνθρακα μέσης θερμοκρασίας, που παράγεται με την αντίστροφη διαδικασία αεριοποίησης του άνθρακα (ανθρακοποίηση), καθιστά δυνατή την αντιστάθμιση όλων των δαπανών παραγωγής του. Το υποπροϊόν είναι ένα εύφλεκτο αέριο κατάλληλο για καύση σε λέβητες αερίου για να ληφθεί θερμική και/ή ηλεκτρική ενέργεια, - σε αυτή την περίπτωση έχει ένα υπό όρους μηδενικό κόστος. Αυτή η περίσταση διασφαλίζει την υψηλή επενδυτική ελκυστικότητα αυτής της τεχνολογίας.

Μια άλλη πολύ γνωστή τεχνολογία για την αεριοποίηση του καφέ άνθρακα είναι η ενεργειακή-τεχνολογική επεξεργασία του άνθρακα σε οπτάνθρακα μέσης θερμοκρασίας και θερμική ενέργεια σε μια εγκατάσταση με ρευστοποιημένη (βρασμένη) κλίνη καυσίμου. Σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι η δυνατότητα εφαρμογής της με ανακατασκευή τυπικών λεβήτων άνθρακα. Ταυτόχρονα, η θερμική ενεργειακή απόδοση του λέβητα παραμένει στα ίδια επίπεδα. Ένα παρόμοιο έργο για την ανακατασκευή ενός τυπικού λέβητα εφαρμόστηκε, για παράδειγμα, στο ανοιχτό ορυχείο Berezovsky (Εδάφιο Krasnoyarsk, Ρωσία). Σε σύγκριση με την τεχνολογία αεριοποίησης με στρώσεις άνθρακα, η ενεργειακά τεχνολογική επεξεργασία του άνθρακα σε οπτάνθρακα μέσης θερμοκρασίας σε ρευστοποιημένη κλίνη χαρακτηρίζεται από σημαντικά υψηλότερη (15-20 φορές υψηλότερη) παραγωγικότητα.

Αυτό το άρθρο παρέχει πληροφορίες για ένα ενδιαφέρον ιζηματογενές πέτρωμα που είναι πηγή μεγάλης οικονομικής σημασίας. Αυτός ο βράχος, εκπληκτικός στην ιστορία της προέλευσής του, ονομάζεται "κάρβουνο". Η εκπαίδευσή του είναι αρκετά ενδιαφέρουσα. Πρέπει να σημειωθεί ότι, παρά το γεγονός ότι αυτός ο βράχος αποτελεί λιγότερο από το ένα τοις εκατό όλων των ιζηματογενών πετρωμάτων που υπάρχουν στη γη, έχει μεγάλης σημασίαςσε πολλούς τομείς της ζωής των ανθρώπων.

γενικές πληροφορίες

Πώς σχηματίστηκε ο άνθρακας; Ο σχηματισμός του περιλαμβάνει πολλές διεργασίες που συμβαίνουν στη φύση.

Ο άνθρακας εμφανίστηκε στη Γη περίπου πριν από 350 εκατομμύρια χρόνια. Για να το εξηγήσω με απλό τρόπο, συνέβη ως εξής. Οι κορμοί δέντρων, πέφτοντας στο νερό μαζί με άλλη βλάστηση, σχημάτισαν σταδιακά τεράστια στρώματα οργανικής, αδιάσπαστης μάζας. Η περιορισμένη πρόσβαση οξυγόνου δεν επέτρεψε σε αυτό το χάλι να αποσυντεθεί και να σαπίσει, που βαθμιαία βυθιζόταν όλο και πιο βαθιά κάτω από το βάρος του. Για μεγάλο χρονικό διάστημα και λόγω της μετατόπισης των στρωμάτων του φλοιού της γης, αυτά τα στρώματα πήγαν σε σημαντικό βάθος, όπου, υπό την επίδραση των υψηλών θερμοκρασιών και της υψηλής πίεσης, η μάζα αυτή μετατράπηκε σε άνθρακα.

Παρακάτω θα ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο πώς εμφανίστηκε ο άνθρακας, ο σχηματισμός του οποίου είναι πολύ ενδιαφέρον και περίεργος.

Τύποι άνθρακα

Τα σύγχρονα κοιτάσματα άνθρακα σε όλο τον κόσμο παράγουν ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙκάρβουνο:

1. Ανθρακίτης. Αυτές είναι οι πιο σκληρές ποικιλίες, που εξορύσσονται από μεγάλα βάθη και έχουν την υψηλότερη θερμοκρασία καύσης.

2. Άνθρακας. Πολλές από τις ποικιλίες του εξορύσσονται σε ανοιχτούς λάκκους και ορυχεία. Αυτός ο τύπος είναι ο πιο κοινός σε τομείς ανθρώπινης δραστηριότητας.

3. Καφέ άνθρακας. Αυτό είναι το νεότερο είδος, που σχηματίζεται από υπολείμματα τύρφης και έχει τη χαμηλότερη θερμοκρασία καύσης.

Όλες οι αναφερόμενες μορφές άνθρακα βρίσκονται σε στρώματα και τα μέρη όπου συσσωρεύονται ονομάζονται λεκάνες άνθρακα.

Θεωρίες για την προέλευση του άνθρακα

Τι είναι ο άνθρακας; Με απλά λόγια, αυτό το ίζημα συσσωρεύεται, συμπιέζεται και επεξεργάζεται τα φυτά με την πάροδο του χρόνου.

Υπάρχουν δύο θεωρίες, η πιο δημοφιλής από τις οποίες είναι αυτή που ακολουθούν πολλοί γεωλόγοι. Είναι το εξής: τα φυτά που συνθέτουν τον άνθρακα συσσωρεύονται σε μεγάλες τύρφη ή βάλτους γλυκού νερού για πολλές χιλιάδες χρόνια. Αυτή η θεωρία προϋποθέτει την ανάπτυξη της βλάστησης στον τόπο όπου ανακαλύφθηκαν τα πετρώματα και ονομάζεται «αυτόχθονος».

Μια άλλη θεωρία βασίζεται στο γεγονός ότι οι ραφές άνθρακα συσσωρεύτηκαν από φυτά που μεταφέρθηκαν από άλλα μέρη, τα οποία αποτέθηκαν σε μια νέα περιοχή υπό συνθήκες πλημμύρας. Με άλλα λόγια, ο άνθρακας προήλθε από μεταφερόμενα φυτικά υπολείμματα. Η δεύτερη θεωρία ονομάζεται αλλόχθονη.

Και στις δύο περιπτώσεις, η πηγή σχηματισμού άνθρακα είναι τα φυτά.

Γιατί καίγεται αυτή η πέτρα;

Βασικός χημικό στοιχείοστο κάρβουνο, κατέχοντας ευεργετικές ιδιότητες, - άνθρακας.

Ανάλογα με τις συνθήκες σχηματισμού, τις διαδικασίες και την ηλικία των στρωμάτων, κάθε κοίτασμα άνθρακα περιέχει το δικό του ορισμένο ποσοστό άνθρακα. Αυτός ο δείκτης καθορίζει την ποιότητα του φυσικού καυσίμου, καθώς το επίπεδο μεταφοράς θερμότητας σχετίζεται άμεσα με την ποσότητα άνθρακα που οξειδώνεται κατά τη διαδικασία καύσης. Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμογόνος δύναμη ενός συγκεκριμένου πετρώματος, τόσο πιο κατάλληλο είναι ως πηγή θερμότητας και ενέργειας.

Τι είναι ο άνθρακας για τους ανθρώπους σε όλο τον κόσμο; Πρώτα απ 'όλα, αυτό είναι το καλύτερο καύσιμο, κατάλληλο για διάφορους τομείς της ζωής.

Σχετικά με τα απολιθώματα στον άνθρακα

Τα απολιθωμένα φυτικά είδη που βρίσκονται στον άνθρακα δεν υποστηρίζουν την αυτόχθονη θεωρία προέλευσης. Γιατί; Για παράδειγμα, βρύα και γιγάντιες φτέρες, χαρακτηριστικά των κοιτασμάτων άνθρακα της Πενσυλβάνια, θα μπορούσαν να αναπτυχθούν σε βαλτώδεις συνθήκες, ενώ άλλα απολιθωμένα φυτά της ίδιας λεκάνης (κωνοφόρα ή γιγάντια αλογοουρά, κ.λπ.) προτιμούσαν πιο ξηρά εδάφη παρά βαλτώδη μέρη. Αποδεικνύεται ότι με κάποιο τρόπο μεταφέρθηκαν σε αυτά τα μέρη.

Πώς προέκυψε ο άνθρακας; Ο σχηματισμός στη φύση είναι εκπληκτικός. Τα θαλάσσια απολιθώματα όπως τα μαλάκια, τα ψάρια και τα βραχιόποδα (ή βραχιόποδα) είναι επίσης κοινά στον άνθρακα. Στις ραφές άνθρακα υπάρχουν επίσης μπάλες άνθρακα (στρογγυλεμένες, τσαλακωμένες μάζες από τέλεια διατηρημένα απολιθωμένα φυτά και ζώα, συμπεριλαμβανομένων των θαλάσσιων). Για παράδειγμα, το μικρό σκουλήκι της θάλασσας με στεφάνι βρίσκεται συνήθως προσκολλημένο σε φυτά στα κάρβουνα Βόρεια Αμερικήκαι Ευρώπη. Ανήκουν στην ανθρακοφόρο περίοδο.

Η εμφάνιση θαλάσσιων ζώων διάσπαρτων με μη θαλάσσια φυτά σε ιζηματογενή πετρώματα άνθρακα δείχνει ότι αναμίχθηκαν κατά τη διάρκεια της μετακίνησης. Εκπληκτικές και μακροχρόνιες διεργασίες έλαβαν χώρα στη φύση πριν τελικά σχηματιστεί ο άνθρακας. Ο σχηματισμός του με αυτόν τον τρόπο επιβεβαιώνει την αλλόχθονη θεωρία.

Καταπληκτικά ευρήματα

Τα πιο ενδιαφέροντα ευρήματα στα στρώματα άνθρακα είναι κορμοί δέντρων που βρίσκονται κάθετα. Συχνά διασχίζουν τεράστια στρώματα βράχου κάθετα στην στρωμνή του άνθρακα. Τα δέντρα σε αυτή την κατακόρυφη θέση βρίσκονται συχνά σε στρώματα που σχετίζονται με κοιτάσματα άνθρακα και λίγο λιγότερο συχνά στον ίδιο τον άνθρακα. Πολλοί είναι της άποψης για τη μετακίνηση κορμών δέντρων.

Το εκπληκτικό είναι ότι το ίζημα έπρεπε να συσσωρευτεί τόσο γρήγορα για να καλύψει αυτά τα δέντρα προτού αλλοιωθούν (σαπίσουν) και πέσουν.

Αυτο ειναι ομορφο ενδιαφέρουσα ιστορίασχηματισμός ενός βράχου που ονομάζεται άνθρακας. Ο σχηματισμός τέτοιων στρωμάτων στα έγκατα της γης είναι λόγος για περαιτέρω έρευνα για αναζήτηση απαντήσεων σε πολυάριθμα ερωτήματα.

Από πού προέρχονται οι σβώλοι στον άνθρακα;

Ένα εντυπωσιακό εξωτερικό χαρακτηριστικό του άνθρακα είναι ότι περιέχει τεράστιους σβώλους. Αυτά τα μεγάλα τεμάχια έχουν βρεθεί σε ραφές άνθρακα πολλών κοιτασμάτων για περισσότερα από εκατό χρόνια. Το μέσο βάρος 40 σβώλων που συλλέχθηκαν από το ανθρακωρυχείο της Δυτικής Βιρτζίνια ήταν περίπου 12 λίβρες και το μεγαλύτερο ήταν 161 λίβρες. Επιπλέον, πολλά από αυτά ήταν μεταμορφωμένα ή ηφαιστειακά πετρώματα.

Ο ερευνητής Price πρότεινε ότι θα μπορούσαν να είχαν μεταφερθεί στα κοιτάσματα άνθρακα στη Βιρτζίνια από μακριά, πλεγμένα στις ρίζες των δέντρων. Αυτό το συμπέρασμα υποστηρίζει και το αλλόχθονο μοντέλο σχηματισμού άνθρακα.

συμπέρασμα

Πολλές μελέτες αποδεικνύουν την αλήθεια της αλλόχθονης θεωρίας του σχηματισμού άνθρακα: η παρουσία υπολειμμάτων χερσαίων και θαλάσσιων ζώων και φυτών συνεπάγεται την κίνησή τους.

Μελέτες έχουν επίσης αποδείξει ότι η μεταμόρφωση αυτού του βράχου δεν απαιτεί πολύ χρόνο (εκατομμύρια χρόνια) έκθεσης στην πίεση και τη θερμότητα - μπορεί επίσης να σχηματιστεί ως αποτέλεσμα της ταχείας θέρμανσης. Και τα δέντρα που βρίσκονται κατακόρυφα σε ιζήματα άνθρακα επιβεβαιώνουν τη μάλλον γρήγορη συσσώρευση υπολειμμάτων βλάστησης.