Уголь: бурый, каменный, древесный, их виды и использование. Откуда на земле столько нефти,газа,угля? (1 фото) Как получается каменный уголь

Вопрос этот поначалу может показаться наивным. Каждый прилежный школьник скажет не задумываясь: уголь — вещество растительного происхождения, «продукт преобразования высших и низших растений» (Советский энциклопедический словарь всех изданий). Ни в одном учебнике, ни в одной популярной книжке эта истина не подвергается сомнению. В школе нас твердо убеждали в цепочке: «растения — торф — бурый уголь — каменный уголь — антрацит»... Что ж, давайте рассмотрим хрестоматийную теорию углеобразования попристальнее.

Итак, в некоем застойном водоеме гниет органическое вещество. Постепенно из растительной массы образуется торф. Погружаясь все глубже, покрываясь наносами, он уплотняется и в результате сложных химических процессов, насыщаясь углеродом, превращается в уголь. На малую нагрузку наносов торф практически не реагирует, но под мощным давлением, обезвоживаясь и уплотняясь, его объем может уменьшаться многократно — что-то подобное происходит при прессовании торфяных брикетов.

Ничего нового, точно так везде и пишут. Однако теперь обратим внимание на следующее обстоятельство. Торфяная залежь окружена осадочными породами, испытывающими те же вертикальные нагрузки, что и торф. Только степень их уплотнения не идет ни в какое сравнение со степенью уплотнения торфа: пески почти не сокращаются в объеме, а глины могут терять всего лишь до 20—30 % исходного объема или немногим более. Поэтому ясно, что кровля над торфяной залежью по мере ее уплотнения и превращения в уголь будет прогибаться и над пластом «новоиспеченного» угля образуется провальная сундучная складка.

Размеры таких складок должны быть весьма солидны: если из метрового пласта торфа получается десятисантиметровый пласт угля, то амплитуда прогиба складки составит около 90 см. Столь же простые расчеты показывают: для угольных пластов и слоев любой мощности и состава размеры ожидаемых складок столь велики, что не заметить их было бы невозможно — амплитуда провала всегда будет превышать мощность самого пласта. Однако вот незадача: нм не приходилось ни видеть таких складок, ни читать о них в какой-либо научной публикации, как отечественной, так и зарубежной. Кровля над углями везде лежит спокойно.

Это означает только одно: материнское вещество углей либо совсем не сокращалось в объеме, либо сокращалось столь же незначительно, как и окружающие его породы. А следовательно, это вещество никак не могло быть торфом. Кстати, к точно такому же выводу приводит и обратный ход анализа. Если с помощью карандаша и бумаги попытаться восстановить исходную позицию разрезов на момент, когда торф еще не превратился в уголь, можно убедиться: такая задача не имеет решения, разрез построить невозможно. Любой может убедиться: одновозрастные пласты придется разорвать и поместить на разных высотах —при этом пластов не хватит, появятся несуразные изгибы и пустоты, которых на самом деле не бывает и быть не может.

Никакое, даже очень резонное единичное замечание или исследование не в силах отменить устоявшихся научных взглядов, особенно если им не одна сотня лет. Поэтому, поговорим еще немножко про усадку торфа. Подсчитано, что при образовании бурого угля коэффициент этой усадки составляет в среднем 5—10, иногда 20, а при образовании каменных углей и антрацитов — и того больше. Поскольку на торф действует вертикальная нагрузка, пласт как бы сплющивается. Мы уже сказали, что из метрового пласта торфа может получиться пласт бурого угля мощностью в один дециметр. Так что же получается: уникальный угольный пласт Хэт-Крик в Канаде, мощностью около 450 м, породил торфяной пласт толщиной 2 - 4 км?

Конечно, никому не возбраняется предположить, что в древнейшие времена, когда многое на Земле, как считают, было «больше», торфяники могли достигать таких циклопических размеров, однако решительно никаких данных в пользу этого нет. Мощность торфяных слоев на практике измеряется метрами, но никогда - десятками, не говоря уже о сотнях. Академик Д. В. Наливкин называл этот парадокс загадочным.

Самое большое количество ископаемых углей образовалось в конце палеозойской эры, в так называемый пермский период 235 - 285 миллионов лет назад. Для тех, кто верит учебникам, это странно, и вот почему. В роскошных чехословацких подарочных альбомах Аугусты и Буриана можно видеть красочные картинки, изображающие густые, непроходимые хвощево-папоротниковые леса, покрывавшие нашу планету в предшествовавшую пермской карбоновую эпоху. Даже термин есть: «каменноугольный лес». Однако до сих пор никто толком не ответил на вопрос, почему этот лес, несмотря на свое название, не дал такого количества углей, как засушливая и растительно бедная пермь.

Попытаемся развеять одно удивление другим. В тот же наиболее щедрый на угли пермский период в тех же угольных регионах зародились залежи каменных и калийных солей. Там, где много соли, ничего не растет или растет с большим трудом (вспомните солончаки — разновидность пустыни). Поэтому уголь и соль принято считать антиподами, антагонистами. Там, где уголь, соли делать нечего, ее там никогда не ищут - но... то и дело находят! Многие крупные угольные месторождения — в Донбассе, Днепровском бассейне, в восточной Германии — буквально сидят на соляных куполах. В пермское время (и этого никто не оспаривает) произошло самое мощное в геологической истории Земли накопление каменных солей. Принята такая схема: иссушающий зной, испаряется вода лагун и заливов, и соли осаждаются из рассолов, подобно тому, как это происходит на Кара-Богаз-Голе. Где уж тут взяться ботанической пышности. А угли тем не менее взялись!

До сих пор неясно, каким образом и при каких условиях торф может превратиться в уголь. Обычно говорят, что торф, медленно погружаясь в глубь Земли, последовательно попадает в области возрастающих температур и давлений, где и преобразуется в уголь: при относительно низких температурах - в бурый, при более высоких - в каменный и антрациты. Однако эксперименты в автоклавах были безуспешны: торф нагревали до: всевозможных температур, создавали разные давления, выдерживали при этих условиях сколь угодно долго, но никакого угля, даже бурого, получить не удалось.

В связи с этим высказывают разные предположения: диапазон предполагаемых температур для образования бурого угля колеблется-де, при различной длительности процесса, от 20 до 300 °С, а для антрацитов от 190 до 600 °С. Однако известно, что при нагреве торфа и вмещающих его пород до 300 °С и выше он превратился бы в конечном итоге не в уголь, а в совершенно особые породы - роговики, чего в действительности нет, а все ископаемые угли представляют собой смесь веществ, не носящих на себе никаких следов воздействия высоких температур. К тому же по некоторым вполне тривиальным признакам можно с уверенностью утверждать, что угли многих месторождений никогда не находились на больших глубинах. Что же касается продолжительности углеобразова-тельного процесса, то известно, что угли Подмосковья, одни из древнейших в мире, до сих пор остаются бурыми, а среди многих молодых месторождений встречаются антрациты.

Другой повод для сомнений. Торфяные болота , родоначальники будущих угольных бассейнов, должны бы возникать на обширных равнинах, расположенных вдали от гор, чтобы медленно текущие реки не могли донести сюда обломки горных пород (их называют терригенным материалом). В противном случае торф будет заилен и чистого угля из него уж никак не получится. При этом обязателен и строго стабильный тектонический режим: дно болот должно погружаться достаточно медленно и плавно, чтобы освобождающийся объем успевал заполниться органикой.

Однако изучение угленосных районов показывает, что угольные месторождения сплошь и рядом возникали в межгорных впадинах и предгорных прогибах, вблизи фронта растущих гор, в узких щелевидных долинах — словом, в местах, где терригенный материал накапливается как раз весьма интенсивно, и где торфяники, следовательно, могут быть не только заилены, но и совершенно уничтожены бурными горными потоками. Именно в таких малоподходящих (по теории) условиях встречаются мощные угольные пласты, достигающие 50—80 м.

Нужно большое количество времени, чтобы торф превратился в каменный уголь. Торф постепенно накапливается в болоте. Болото же в свою очередь зарастает все большими слоями растений. На глубине торф все время меняется. Сложные химические соединения, которые находятся в растениях, распадаются на более простые. Частично они растворяются и уносятся с водой, частично переходят в газообразное состояние: углекислый и метан. Важную роль при образовании угля играют бактерии и всевозможные грибки, населяющие все . Они способствуют разложению растительной ткани. В процессе таких изменений торфа в нем со временем начинает накапливаться наиболее стойкое вещество - углерод. Со врменем торф углерода в торфе становится все больше и больше.

Накопление углерода в торфе происходит без доступа кислорода, иначе углерод, соединяясь с кислородом, превратился бы полностью в углекислый газ и улетучился. Образующие слои торфа вначале изолируются от кислорода воздуха покрывающей их водой, затем вновь возникающими слоями торфа.

Так постепенно идет процесс превращении торфа в . Различают несколько основных видов ископаемого угля: лигнит, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, богхед и др.

Наиболее похож на торф лигнит - рыхлый уголь бурого цвета, не очень давнего происхождения. В нем ясно видны остатки растений, главным образом древесины (откуда и самое название «лигнит», что означает «деревянный»). Лигнит - это древесный торф. В современных торфяных болотах умеренной полосы торф образуется преимущественно из торфяного мха, осоки, камыша, но в субтропической полосе земного шара, например в лесных болотах Флориды в США, образуется и древесный торф, очень похожий на ископаемый лигнит.

При более сильном разложении и изменении растительных остатков создается бурый уголь . Цвет у него темно-бурый или черный; он крепче лигнита, в нем реже встречаются остатки древесины а разглядеть их труднее. При горении бурый уголь дает больше тепла, чем лигнит, так как он богаче углеродом. Бурый уголь со временем не всегда превращается в каменный. Известно, что бурый уголь Подмосковного бассейна одного и того же возраста, что и каменный уголь на западном склоне Урала (Кизеловский бассейн). Процесс превращения бурого угля в каменный происходит лишь тогда, когда слои бурого угля опускаются в более глубокие горизонты земной коры или происходят процессы горообразования. Для превращения бурого угля в каменный или антрацит нужна очень высокая температура и большое давление в недрах Земли. В каменном угле уже только под микроскопом видны остатки растений; он тяжелый, блестит и часто бывает очень крепким. Некоторые сорта каменного угля сами или вместе с другими сортами коксуются, т. е. превращаются в кокс.

Наибольшее количество углерода содержит черный блестящий уголь - антрацит . Найти в нем остатки растений можно только под микроскопом. При сгорании антрацит дает тепла больше, чем все другие сорта угля.

Богхед - плотный черный уголь с раковистой поверхностью излома; при сухой перегонке дает большое количество каменноугольного дегтя - ценного сырья для химической промышленности. Богхед образуется из водорослей и сапропеля.

Чем дольше уголь лежит в земных пластах или же чем сильнее он подвергается давлению и действию глубинного жара, тем больше в нем углерода. В антраците около 95% углерода, в буром угле - около 70%, а в торфе от 50 до 65%. В болото, где первоначально накапливается торф, обычно вместе с водой попадают глина, песок и различные растворенные вещества. Они образуют минеральные примеси в торфе, которые потом остаются и в угле. Эти примеси нередко дают прослои, разделяющие пласт угля на несколько слоев. Примесь загрязняет уголь и затрудняет его разработку.

При сжигании угля все минеральные примеси остаются в виде золы. Чем лучше уголь, тем меньше в нем должно быть золы. В хороших сортах угля ее всего несколько процентов, но иногда количество золы достигает 30-40%. Если золы больше 60%, то уголь вообще не горит и не годится на топливо.

Угольные пласты бывают разные не только по своему составу, но и по строению. Иногда весь пласт во всю толщину состоит из чистого угля. Значит, он образовался в торфяном болоте, куда почти не попадала вода, загрязненная глиной и песком. Такой уголь можно сразу сжигать. Чаще же пласты угля чередуются с глинистыми или песчаными прослойками. Такие пласты угля называются сложными. В них, например, на пласт в 1м мощностью приходится нередко 10-15 прослоев глины по нескольку сантиметров толщиной каждый, а на долю чистого угля приходится всего 60- 70 см; при этом уголь может быть очень хорошего качества. Чтобы получить из угля топливо с малым содержанием посторонних примесей, уголь обогащают. Из шахты породу сразу отправляют на обогатительную фабрику. Там добытую в шахте породу в особых машинах дробят на мелкие куски, а затем отделяют от угля все глинистые комочки. Глина всегда тяжелее угля, поэтому смесь угля с глиной промывают струей воды. Силу струи выбирают такую, чтобы она выносила уголь, а более тяжелая глина оставалась бы внизу. Затем воду с углем пропускают через частую решетку. Вода стекает, и уголь, уже чистый, лишенный глинистых частичек, собирается на поверхности решетки. Такой уголь называется обогащенным. Золы останется в нем совсем немного. Случается, что зола в угле оказывается не вредной примесью, а полезным ископаемым. Так, например, тонкая, глинистая муть, приносимая в болото ручьями и речками, нередко образует прослои ценной огнеупорной глины. Ее специально разрабатывают или собирают золу, остающуюся после сгорания угля, а затем используют для изготовления фарфоровой посуды и других изделий. Иногда в золе угля находят

Применение его настолько многофункционально, что порой просто диву даешься. В такие моменты, невольно закрадывается сомнение, а в голове звучит вполне логический вопрос: «Что? Это все уголь?!». Все привыкли считать уголь всего лишь горючим материалом, но, на самом деле, спектр применения его настолько широк, что кажется просто невероятным.

Образование и происхождение пластов каменного угля

Появление каменного угля на Земле относится к далекой Палеозойской эре, когда планета находилась еще в стадии развития и имела совершенно чуждый для нас вид. Формирование пластов каменного угля началось примерно 360.000.000 лет назад. Происходило это в основном в донных отложениях доисторических водоемов, где миллионы лет накапливались органические материалы.

Проще говоря, уголь - это останки тел гигантских животных, стволов деревьев и прочих живых организмов, погружавшихся на дно, истлевавших и прессовавшихся под толщей воды. Процесс формирования залежей довольно длительный, и для образования угольного пласта требуется как минимум 40.000.000 лет.

Добыча каменного угля

Люди очень давно поняли, насколько важен и незаменим и применение же его смогли оценить и приспособить с таким размахом относительно недавно. Масштабная разработка месторождений угля началась лишь в XVI-XVII вв. в Англии, а добытый материал использовался в основном для выплавки чугуна, необходимого для изготовления пушек. Но добыча его по нынешним меркам была столь ничтожна, что промышленной ее никак нельзя назвать.

Крупномасштабная добыча началась только ближе к середине XIX в., когда развивающейся индустриализации стал просто необходим каменный уголь. Применение его, впрочем, в то время ограничивалось исключительно сжиганием. Сейчас во всем мире работают сотни тысяч шахт, в день добывающих больше, чем за несколько лет в XIX в.

Разновидности каменного угля

Залежи пластов угля могут достигать глубины нескольких километров, уходящих в толщу земли, но не всегда и не везде, потому как он и по содержанию, и по внешнему виду неоднороден.

Различают 3 основных вида этого ископаемого: антрацитный, бурый уголь, а также торф, который очень отдаленно напоминает уголь.

Антрацит самое древнее образование на планете подобного рода, средний возраст этого вида составляет 280.000.000 лет. Он очень твердый, имеет высокую плотность, а содержание в нем углерода составляет 96-98%.

Твердость и плотность относительно невелика так же, как и содержание в нем углерода. Он имеет нестойкую, рыхлую структуру и к тому же перенасыщен водой, содержание которой в нем может доходить до 20%.

Торф тоже относят к разновидности угля, но еще не сформировавшегося, поэтому к каменному углю он не имеет никакого отношения.

Свойства каменного угля

Сейчас уже трудно себе представить другой материал более полезный и практичный, чем каменный уголь, основные свойства и применение которого заслуживают высочайшей оценки. Благодаря содержащимся в нем веществам и соединениям, он стал просто незаменимым во всех сферах современной жизни.

Составляющая каменного угля выглядит таким образом:

Все эти компоненты и делают каменный уголь, применение и использование которого является таким многофункциональным. Летучие вещества, содержащиеся в угле, обеспечивают быстрое воспламенение с последующим достижением высоких температур. Содержание влаги упрощает переработку каменного угля, калорийность делает его использование незаменимым в фармацевтике и косметологии, зола сама по себе является ценным минеральным материалом.

Применение каменного угля в современном мире

Различно применение полезных ископаемых. Каменный уголь изначально был только источником тепла, потом энергии (превращал воду в пар) теперь же в этом плане возможности угля просто неограниченны.

Тепловую энергию от сжигания угля преобразовывают в электрическую, из него изготавливают коксохимическую продукцию и извлекают жидкое топливо. Каменный уголь - единственная порода, в которой в виде примесей содержатся такие редкие металлы, как германий и галлий. Из него добывают перерабатываемый потом в бензол, из которого выделяют кумароновую смолу, идущую на изготовление всевозможных красок, лаков, линолеума и резины. Из каменного угля получают фенолы и пиридиновые основания. При переработке находит каменный уголь применение в производстве ванадия, графитов, серы, молибдена, цинка, свинца и еще множества ценных и незаменимых сейчас продуктов.

Антрацит - самый древний из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации.

Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95 % углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800-8350 ккал/кг).

Каменный уголь

Каменный уголь - осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников , хвощей и плаунов , а также первых голосеменных растений). 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, входящие в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами. Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75% до 95%.

Бурый уголь

Бурый уголь - твердый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа , содержит 65-70 % углерода , имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей. Используется как местное топливо, а также как химическое сырье.

Образование угля

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах , начиная с девонского периода , накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет.

Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах , где стоячая вода, обеднённая кислородом , препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определённой стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий . Так возникает торф - исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.

Под давлением наслоений осадков толщиной в 1 километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения 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 более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.

Доказанные запасы угля

Уголь в России

Виды угля

В России в зависимости от стадии метаморфизма различают: бурые угли , каменные угли , антрациты и графиты . Интересно, что в западных странах имеет место несколько иная классификация: соответственно, лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты.

1. Бурые угли. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое кол-во летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.
2. Каменные угли. Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания. Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются. Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 километров.
3. Антрациты. Почти целиком (96 %) состоят из углерода. Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров. Используются в основном в химической промышленности

История добычи угля в России

Становление угольной промышленности в России относится к первой четверти XIX в., когда уже были открыты основные угольные бассейны.

Динамику объёмов добычи ископаемого угля в Российской империи можно посмотреть .

Запасы угля в России

В России сосредоточено 5,5 %(почему такая разница с процентом доказанных запасов угля на 2006 год?-потому что большая часть не пригодна к разработке-Сибирь и вечная мерзлота) мировых запасов угля, что составляет более 200 млрд тонн. Из них 70 % приходится на запасы бурого угля.

• В 2004 году в России было добыто 283 млн тонн угля. 76,1 млн тонн было отправлено на экспорт.
• В 2005 году в России было добыто 298 млн тонн угля. 79,61 млн тонн было отправлено на экспорт.

В России в 2004 году имелся дефицит коксующихся углей марок «Ж» и «К» в размере не менее 10 млн тонн (оценка ВУХИН), что связано с выбытием добывающих мощностей в Воркуте и Кузбассе.

Крупнейшие перспективные месторождения

Эльгинское месторождение (Саха). Принадлежит ОАО «Мечел ». Наиболее перспективный объект для открытой разработки - находится на юго-востоке Республики Саха (Якутия) в 415 км к востоку от города Нерюнгри. Площадь месторождения 246 км². Месторождение представляет собой пологую брахисинклинальную асимметричную складку. Угленосны отложения верхней юры и нижнего мела. Основные угольные пласты приурочены к отложениям нерюнгринской (6 пластов мощностью 0,7-17 м) и ундыктанской (18 пластов мощностью также 0,7-17 м) свит. Большая часть ресурсов угля сосредоточена в четырёх пластах y4, y5, н15, н16 обычно сложного строения. Угли в основном полублестящие линзовидно-полосчатые с очень высоким содержанием наиболее ценного компонента - витринита (78-98 %). По степени метаморфизма угли относятся к III (жирной) стадии. Марка угля Ж, группа 2Ж. Угли средне- и высокозольные (15-24 %), малосернистые (0,2 %), малофосфористые (0,01 %), хорошо спекающиеся (Y = 28-37 мм), с высокой теплотой сгорания (28 МДж/кг). Эльгинский уголь можно обогатить до высших мировых стандартов и получить экспортный коксующийся уголь высокого качества. Месторождение представлено мощными (до 17 метров) пологими пластами с перекрывающими отложениями небольшой мощности (коэффициент вскрыши - около 3 куб м на тонну рядового угля), что очень выгодно для организации добычи открытым способом.

Элегестское месторождение (Тыва) обладает запасами около 1 млрд т коксующегося угля дефицитной марки «Ж» (общий объём запасов оценивается в 20 млрд т). 80 % запасов находится в одном пласте толщиной 6,4 м (лучшие шахты Кузбасса работают в пластах толщиной 2-3 м, в Воркуте уголь добывают из пластов тоньше 1 м). После выхода на проектную мощность к 2012 году на Элегесте ожидается -добыча 12 млн т угля ежегодно. Лицензия на разработку элегестских углей принадлежит Енисейской промышленной компании, которая входит в структуру «Объединенной промышленной корпорации» (ОПК). Правительственная комиссия по инвестиционным проектам РФ 22 марта 2007 года одобрила реализацию проектов по строительству железнодорожной линии «Кызыл-Курагино» в увязке с освоением минерально-сырьевой базы Республики Тува.

Крупнейшие российские производители угля

Газификация угля

Данное направление утилизации угля связано с его так называемым "неэнергетическим" использованием. Речь идёт о переработке угля в другие виды топлива (например, в горючий газ, среднетемпературный кокс и др.), предшествующей или сопутствующей получению из него тепловой энергии. Например, в Германии в годы Второй мировой войны технологии газификации угля активно применялись для производства моторного топлива. В ЮАР на заводе SASOL с использованием технологии слоевой газификации под давлением, первые разработки которой были также выполнены в Германии в 30-40-е годы XX века, в настоящее время из бурого угля производится более 100 наименований продукции. (Данный процесс газификации известен также под названием "способ Lurgi".)

В СССР технологии газификации угля в частности активно разрабатывались в Научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте по проблемам развития Канско-Ачинского угольного бассейна (КАТЭКНИИуголь) с целью повышения эффективности использования канско-ачинских бурых углей. Сотрудниками института был разработан ряд уникальных технологий переработки низкозольных бурых и каменных углей. Данные угли могут быть подвержены энерготехнологической переработке в такие ценные продукты, как среднетемпературный кокс , способный служить заменителем классическому коксу в ряде металлургических процессов, горючий газ , пригодный, например, для сжигания в газовых котлах в качестве заменителя природного газа, и синтез-газ , который может использоваться при производстве синтетических углеводородных топлив. Сжигание топлив, получаемых в результате энерготехнологической переработки угля, даёт существенный выигрыш в показателях вредных выбросов относительно сжигания исходного угля.

После развала СССР КАТЭКНИИуголь был ликвидирован, а сотрудники института, занимавшиеся разработкой технологий газификации угля, создали собственное предприятие. В 1996 году был построен завод по переработке угля в сорбент и горючий газ в г. Красноярске (Красноярский край, Россия). В основу завода легла запатентованная технология слоевой газификации угля с обращённым дутьём (или обращённый процесс слоевой газификации угля). Этот завод работает и в настоящее время. Ввиду исключительно низких (по сравнению с традиционными технологиями сжигания угля) показателей вредных выбросов он свободно располагается неподалёку от центра города. В дальнейшем на основе этой же технологии был построен также демонстрационный завод по производству бытовых брикетов в Монголии (2008 г.).

Следует отметить некоторые характерные отличия технологии слоевой газификации угля с обращённым дутьём от прямого процесса газификации, одна из разновидностей которого (газификация под давлением) используется на заводе SASOL в ЮАР. Производимый в обращённом процессе горючий газ, в отличие от прямого процесса, не содержит продуктов пиролиза угля, поэтому в обращённом процессе не требуются сложные и дорогостоящие системы газоочистки. Кроме того, в обращённом процессе возможно организовать неполную газификацию (карбонизацию) угля. При этом производятся сразу два полезных продукта: среднетемпературный кокс (карбонизат) и горючий газ. Преимуществом прямого процесса газификации, с другой стороны, является его более высокая производительность. В период наиболее активного развития технологий газификации угля (первая половина XX века) это обусловило практически полное отсутствие интереса к обращённому процессу слоевой газификации угля. Однако в настоящее время рыночная конъюнктура такова, что стоимость одного только среднетемпературного кокса, производимого в обращённом процессе газификации угля (при карбонизации), позволяет компенсировать все затраты на его производство. Попутный продукт - горючий газ, пригодный для сжигания в газовых котлах с целью получения тепловой и/или электрической энергии, - в этом случае имеет условно нулевую себестоимость. Это обстоятельство обеспечивает высокую инвестиционную привлекательность данной технологии.

Ещё одной известной технологией газификации бурого угля, является энерготехнологическая переработка угля в среднетемпературный кокс и тепловую энергию в установке с псевдоожиженным (кипящим) слоем топлива. Важным преимуществом данной технологии является возможность её реализации путём реконструкции типовых угольных котлов. При этом сохраняется на прежнем уровне производительность котла по тепловой энергии. Подобный проект реконструкции типового котла реализован, например, на разрезе "Берёзовский" (Красноярский край, Россия). В сравнении с технологией слоевой газификации угля энерготехнологическая переработка угля в среднетемпературный кокс в псевдоожиженном слое отличается существенно более высокой (в 15-20 раз выше) производительностью.

В данной статье представлена информация об одной интересной осадочной породе, являющейся источником большого экономического значения. Эта удивительная по истории своего возникновения порода называется "каменный уголь". Образование его довольно любопытно. Следует отметить, что, несмотря на то, что порода эта составляет менее одного процента всех существующих на земле осадочных пород, она имеет большое значение во многих сферах жизни людей.

Общая информация

Каким образом формировался каменный уголь? Образование его включает в себя многие процессы, происходящие в природе.

Появился каменный уголь на Земле примерно 350 млн лет назад. Если объяснить по-простому, произошло это следующим образом. Стволы деревьев, падая в воду с прочей растительностью, постепенно образовывали огромные слои органической неразложившейся массы. Ограниченный доступ кислорода не давал разложиться и сгнить этому месиву, которое постепенно под своим весом погружалось все глубже. В течение длительного времени и в связи со смещением пластов земной коры эти слои ушли на значительную глубину, где под воздействием повышенных температур и большого давления произошло преобразование данной массы в уголь.

Ниже более подробно рассмотрим, как появился каменный уголь, образование которого очень интересно и любопытно.

Виды угля

На современных угольных месторождениях мира добывают разные виды каменного угля:

1. Антрациты. Это самые твердые сорта, добываемые с больших глубин и имеющие самую большую температуру сгорания.

2. Каменный уголь. Многие его сорта добываются открытым способом и в шахтах. Данный вид самый распространенный в сферах деятельности человека.

3. Бурый уголь. Это самый молодой вид, образовавшийся из остатков торфа и обладающий самой низкой температурой сгорания.

Все перечисленные формы каменного угля залегают пластами, а места их скопления называют угольными бассейнами.

Теории происхождения угля

Что такое каменный уголь? Проще говоря, данная осадочная порода представляет собой накопленные, со временем уплотненные и переработанные растения.

Существуют две теории, более популярной из которых является та, которой придерживаются многие геологи. Она заключается в следующем: растения, из которых состоит каменный уголь, скапливались в больших торфяных или пресноводных болотах в течение многих тысяч лет. Данная теория предполагает рост растительности в месте обнаружения пород и имеет название "автохтонная".

Другая теория основывается на том, что угольные пласты накопились из перенесенных из других мест растений, которые и отложились на новом участке в условиях затопления. Иными словами, уголь произошел из перенесенного растительного мусора. Вторая теория называется аллохтонной.

В обоих случаях источник образования каменного угля - растения.

Почему этот камень горит?

Основной химический элемент в угле, обладающий полезными свойствами, - углерод.

В зависимости от условий образования, процессов и возраста пластов каждое месторождение каменного угля содержит свой определенный процент углерода. Данный показатель и определяет качество природного топлива, поскольку уровень теплоотдачи связан напрямую с количеством окисляемого в процессе горения углерода. Чем выше теплота сгорания данной породы, тем она наиболее пригодна в качестве источника тепла и энергии.

Что такое каменный уголь для людей всего мира? В первую очередь это самое лучшее топливо, пригодное для разных сфер жизнедеятельности.

Об окаменелостях в угле

Виды растений ископаемых, обнаруживаемых в угле, не подтверждают автохтонную теорию происхождения. Почему? Например, деревья плауны и папоротники гигантские, характерные для угольных отложений Пенсильвании, могли произрастать в болотистых условиях, в то время как другие ископаемые растения того же бассейна (хвойное дерево или гигантский хвощ и пр.) предпочитали более просушенные почвы, а не болотистые места. Выходит, что они были перенесены каким-то образом в эти места.

Как появился каменный уголь? Образование в природе его удивительно. В угле часто встречаются и морские ископаемые: моллюски, рыбы и брахиоподы (или плеченогие). В пластах угля также встречаются угольные шарики (округлые скомканные массы прекрасно сохранившихся ископаемых растений и животных, в том числе и морских). Например, маленький морской червь кольчатый обычно обнаруживается прикрепленным к растениям в углях Северной Америки и Европы. Относятся они к каменноугольному периоду.

Залегание в угольных осадочных породах морских животных вперемежку с неморскими растениями говорит о том, что смешались они в процессе перемещения. Удивительные и длительные процессы происходили в природе, прежде чем окончательно сформировался каменный уголь. Образование его именно таким образом подтверждает аллохтонную теорию.

Удивительные находки

Наиболее интересные находки в слоях угля - это стволы деревьев, вертикально залегающих. Они часто пересекают огромные толщи пород перпендикулярно к напластованию угля. Деревья в таком вертикальном положении нередко встречаются в пластах, связанных с угольными отложениями, а чуть реже - в самом угле. Многие придерживаются мнения о перемещении и стволов деревьев.

Удивительным является то, что осадочные породы должны были настолько быстро накапливаться, чтобы покрыть эти деревья до того, как они испортились (сгнили) и упали.

Вот такая довольно интересная история формирования породы под названием каменный уголь. Образование в недрах земли подобных слоев является поводом для дальнейших исследований в поисках ответов на многочисленные вопросы.

Откуда глыбы в угле?

Впечатляющей внешней особенностью угля является содержание в нем огромных глыб. Эти крупные глыбы на протяжении уже более ста лет обнаруживаются в угольных пластах многих месторождений. Средний вес 40 глыб, собранных в месторождении угля Западной Вирджинии, составлял около 12 фунтов, а крупнейший - 161 фунт. Причем многие из них представляли собой метаморфическую или вулканическую породу.

Исследователь Прайс предположил, что они могли перенестись в месторождение каменного угля в Вирджинии издалека, вплетаясь в корни деревьев. И данное заключение тоже поддерживает аллохтонную модель образования угля.

Заключение

Множество исследований доказывают истинность именно аллохтонной теории формирования каменного угля: наличие останков наземных и морских животных и растений подразумевает их перемещение.

Также исследования доказали, что метаморфизм данной породы не требует длительного времени (миллионы лет) воздействия давления и тепла - он может образоваться и в результате быстрого нагревания. А вертикально расположенные в угольных осадках деревья подтверждают довольно быстрое накопление остатков растительности.