Реферат на тему Современные физико-химические проблемы хранения, добыча, обогащения ископаемых твердых топлив. Экспериментальные методы изучения твердых видов топлив.

Содержание:

Введение 4
1. Твердое топливо и его классификация 5
2. Проблемы и перспективы мировой угольной промышленности 12
3. Проблемы и перспективы переработки, хранения и добычи торфа 15
4. Брикетированное топливо и его основные проблемы физико-химической составляющей 17
5. Методы экспериментального определения теплофизических свойств твердых горючих ископаемых 20
Заключение 23
Список использованной литературы 24

Введение:

Введение

Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные. Для нагрева используется также тепловое действие электрического тока и пылевидное топливо. Некоторые группы топлива, в свою очередь, делятся на две подгруппы, из которых одна представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; другая подгруппа — топливо, которое получается путем переработки естественного топлива; это топливо называется искусственным.
Твердое топливо:
естественное – дрова, каменный уголь, антрацит, торф;
искусственное – древесный уголь, кокс и пылевидное, которое получается из измельченных углей.
Жидкое топливо
естественное – нефть;
искусственное – бензин, керосин, мазут, смола.
естественное – природный газ;
искусственное – генераторный газ, получаемый при газификации различных видов твердого топлива (торфа, дров, каменного угля и др.), коксовальный, доменный, светильный и другие газы.
Все виды топлива состоят из одних и тех же элементов. Разница между видами топлива заключается в том, что эти элементы содержатся в топливе в различных количествах. Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы. К первой группе относятся те элементы, которые горят сами или поддерживают горение. К таким элементам относятся углерод, водород и кислород. Ко второй группе элементов принадлежат те, которые сами не горят и не способствуют горению; к ним относятся азот и вода.

Текст работы:

Согласно прогнозу «Energy Information Administration» (Министерство энергетики США) потребление первичных энергоносителей в мире к 2020 г. возрастет по сравнению с нынешним уровнем на 65 %. Ископаемые виды топлива останутся основными источниками энергии и будут обеспечивать до 80% мирового энергопотребления.
На перспективу до 2020 г. международные эксперты не ожидают существенного снижения роли угля как одного из важнейших энергоносителей. Более того, за счет весьма вероятного сокращения темпов роста потребления нефти и нефтепродуктов и пересмотра отношения к развитию атомной энергетики во многих странах может иметь место некоторый рост его доли в структуре энергопотребления.
При нынешнем уровне потребления его разведанных запасов хватит примерно на 200 лет по сравнению с почти 50 годами для газа и 30 — для нефти.
Ведущими потребителями угля в Азии и мире по-прежнему останутся Китай и Индия. До 2020 г. на долю Китая и Индии будет приходиться 33% прироста мирового энергопотребления и 90 % увеличения использования угля в мире.

Заключение:

Введение

Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные. Для нагрева используется также тепловое действие электрического тока и пылевидное топливо. Некоторые группы топлива, в свою очередь, делятся на две подгруппы, из которых одна представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; другая подгруппа — топливо, которое получается путем переработки естественного топлива; это топливо называется искусственным.
Твердое топливо:
естественное – дрова, каменный уголь, антрацит, торф;
искусственное – древесный уголь, кокс и пылевидное, которое получается из измельченных углей.
Жидкое топливо
естественное – нефть;
искусственное – бензин, керосин, мазут, смола.
естественное – природный газ;
искусственное – генераторный газ, получаемый при газификации различных видов твердого топлива (торфа, дров, каменного угля и др.), коксовальный, доменный, светильный и другие газы.
Все виды топлива состоят из одних и тех же элементов. Разница между видами топлива заключается в том, что эти элементы содержатся в топливе в различных количествах. Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы. К первой группе относятся те элементы, которые горят сами или поддерживают горение. К таким элементам относятся углерод, водород и кислород. Ко второй группе элементов принадлежат те, которые сами не горят и не способствуют горению; к ним относятся азот и вода.

Список литературы:

1. Твердое топливо и его классификация

Твердым топливом называют такое горючее вещество, в состав которых входит по большей части углерод. Среди твердых топлив принято выделять такие вещества как древесина, торф, горючие сланцы, каменный уголь и бурый уголь (Рисунок 1).
Каменный уголь
Каменный уголь – это уголь, который имеет высокую степень обугливания и высшую теплотворную способность, свыше 24 МДж/кг (5700 ккал/кг) имеющий беззольную и влажную основу при коэффициенте отражения витринита в 0,5 и выше [2].
К категории каменных углей относится не классифицированный не осажденный шлам. Каменные угли образовывались в основном в палеозойскую эру, в частности приурочен данный процесс к каменноугольному периоду, что на временном отрезке составляет свыше 3 столетий тому назад.
По химическому составу каменный уголь сроднен с древесиной, в частности преобладание углеродных компонентов, водородных, кислородных, азотных, серных, в том числе вода и летучие вещества, содержащие минеральные примеси в небольших количествах. У минеральных примесей, нет способности, поддерживать горение, а во время пиролиза образуется зола. Каждый вид добываемого угля имеет ряд различий основным, из которых является соотношение компонентного состава, которое оказывает воздействие на характер теплотворной способности. Некоторые органические соединения, которые составляют каменный уголь, отличаются наличием канцерогенных свойств.
Бурый уголь или лигнит
Бурый уголь или лигнит имеет низкую степень обугливания, при сохранении анатомической структуры растительных компонентов, которые входят в его состав. У данного угля имеется наивысшая теплотворная способность менее 24 МДж/кг (5700 ккал/кг) имея как беззольную, так и влажную основу. При коэффициенте отражения витринита меньше 0,5.
Суббитоминозный уголь, или бурый уголь является горючим полезным ископаемым, которое представляет собой ископаемый уголь со 2-й стадией метаморфизма (переходным состоянием между лигнитом и каменным углем), получение которого возможно при воздействии на лигнит или торф.

Рисунок 1. Классификация основных видов твердого топлива

Торф
Торф – относится к органической горной породе, которая содержит в своем составе минеральные вещества (1\2 часть) без учета сухого вещества, образуется она при отмирании и неполном распаде болотной растительности при наличии высокой влажности и в отсутствии доступа воздуха. В естественной среде внешний вид торфа ни что иное, как однородная масса с черным или коричневатым оттенком. Процент естественной влажности колеблется от 86 до 95 [1].
В состав сухого вещества торфа входят: остатки растительного происхождения, продукты распада тканей растений, так называемый гумус – бесклеточная структура аморфного состояния темного цвета минеральные вещества, которые остаются при сгорании торфяной массы, похожие на золу.
Следует отметить, что торфяные месторождения очень различимы между собой, все зависит от растительного покрова, различных условий при произрастании и распаде, иными словами при переходе в торф. [2]
Под видом торфа подразумевают первичную таксономическую единицу классификаций торфов. Вид говорит об исходной группировке растительности и условиях торфообразовании, подразумевает ботанический состав, зольность, содержание гумуса и другие свойства.
Торфяная залежь является закономерным вертикальным напластованием торфов различного происхождения начиная с верхней части, до донной самого торфяника, либо подстилающие озерные отложения. В послеледниковый период – голоцен, произошла закладка большинства торфяных залежей, которые считаются самыми молодыми геологическими отложениями в земной коре, их возраст датируется 10 – 12 тыс. лет.
Торфяная залежь, несмотря на то, что имеет органическое происхождение, как и другая органика в земной коре, но имеет особое отличие от остальных, а именно торфообразовательные процессы происходят постоянно и повседневно. Палеоботанические изыскания позволяют достоверно изучить и воссоздать филогенез различных торфяно-болотных систем, которые видоизменялись, под действием меняющегося климата.
Для торфообразовательного процесса необходимы определенные условия, поэтому торфяные месторождения имеют неравномерное планетарное распределение. Например, в южной части нашей страны наименьший процент заторфованных территорий, что нельзя сказать о средней и северной части России, где торфяных месторождений на порядок выше.
Для образования торфа необходимо, пожалуй, самое главное условие – избыточное присутствие влажности. Вода, которая подпитывает торфяную залежь, отличается друг от друга степенью минерализованности, в частности, атмосферная вода бедна минералами, а грунтовая и речная богата ими же.
Соответственно на растительность торфяника будет сказываться характер подпитывающих вод: если это атмосферные воды, то произрастает олиготрофная растительность, поскольку необходимо богатое минеральное питание, сюда можно отнести сосну, пушицу, сфагновый мох.[3]
Если торф, отлагается за счет верховой растительности, то это называется верховым, низинная – низинный. Подобное название будет иметь и сама торфяная залежь, которая будет основываться на разнице в преобладающем типе торфов.
Болото – это земная поверхность со значительным увлажнением, покрытая торфяной толщей, глубина которой минимум 30 см в неосушенном виде. Если же земная поверхность в неосушенном виде имеет слой торфа меньше, чем 30 см, либо он совсем отсутствует, то такой участок называют заболоченной землей.
Под заболоченностью понимают соотношение всех участков, на которых находятся болота и заболоченные земли к общей площади территории в процентах. А под отношением площадей болот в пределах промышленных залежей к общей поверхности, называют заторфованностью.
До сих пор нет четких разграничений и вопрос считается достаточно спорным, что есть болото и что есть торфяник, в чем отличия болота от заболоченных лугов или лесов. Болота являются природными образованиями, которые возникают вследствие продолжительных увлажнений почвы, за счет застойных вод и растительного покрова с преобладанием болотной растительности и торфонакопление.[4]
Торфяное месторождение является геологическим образованием, которое состоит из напластований видов торфа и характеризуется чрезмерным увлажнением и оригинальной флорой.
Брикетное топливо
Брикетное топливо – это еще одно назначение каменноугольных брикетов. Брикетирование происходит путем спекания угольных или торфяных частиц, под действием температуры и давления, в брикеты правильной формы. Для лучшей спекаемости угольных частиц в угольные брикеты при их производстве добавляют связующие.
Торфяные брикеты – это готовый к сжиганию продукт, изготавливаемый из сырого торфа с добавлением связующих веществ или без них, последующей сушкой и обработкой высоким давлением.
Буроугольные брикеты – изготавливают из бурого угля и лигнита. Их спекание производят под высоким давлением без добавления связующих веществ после предварительного дробления и сушки с образованием брикетов правильной формы.
Кокс
Кокс – это твердый остаток, получаемый путем сухой перегонки каменного угля или лигнита при полном отсутствии доступа воздуха (карбонизация).
Кокс может быть каменноугольным, буроугольным и газовым.
Кокс каменноугольный
Кокс каменноугольный (от нем. Koks и англ. coke) представляет собой серое твердое пористое вещество, которое образуется при коксовании каменных углей, при этом температура нагревания должна составлять 950 — 1100°С, при ограниченном доступе воздуха. В составе кокса порядка 98% углерода, все остальное приходится на серу, водород, азот, кислород. При пористости в 49-53 %, истинной плотности в 1,80-1,95 г/см³, кажущейся плотности ≈ 1 г/см³, насыпной массе 400-500 кг/м³, зольности 9-12 %, выходе летучих веществ около 1 %.
Во время тушения с использованием воды и инертного газа уровень влажности составляет 2-4 % в первом случае и не более 0,5% во втором. Обладает пределом прочности во время сжатия 15-25 МПа, во время среза (основная характеристика устойчивости к истиранию) 6-12 МПа, и теплоте сгорания 29-30 МДж/кг.
Газовый кокс
Газовый кокс является побочным продуктом при переработке углей, который используется в производстве искусственных газов на газовом заводе, а также печной кокс, включающий прочие виды коксовых веществ, которые получаются из каменных углей.
Буроугольный кокс
Буроугольный кокс является твердым продуктом, получение которого сводится к процессу карбонизации буроугольного брикета [5].
Горючий сланец
Горючий сланец – это осадочная порода с высоким содержанием органического вещества (керогена), которое может быть преобразовано в сырую нефть или газ путем нагревания.
Горючий сланец полезное ископаемое из группы твердых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Образование сланцев в основном происходило 450 миллионов лет тому назад на дне моря из растительных и животных остатков.
Горючие сланцы – это порода смешанного обломочного и органогенного происхождения; образуются на дне морей, лагун, озер при одновременном осаждении глинистых частиц, карбонатного вещества и сапропелевого ила с органическими остатками (планктон, высшие растения) в условиях ограниченной циркуляции воды и воздуха. Скопившаяся органическо- минеральная масса постепенно уплотняется и преобразуется в плотную осадочную породу.
Данные породы делятся, в частности, на горючие, глинистые и кристаллические. Ежедневный спектр применения сланцев весьма велик. Например, сланцевые породы используют для производства огнестойкого сырья, в строительстве для внешней отделки, к этой же породе относится и известная всем черепица.
Битуминозные пески
Битуминозные пески – это пески или песчаники (битумы) с высоким содержанием смолистых углеродов, способные выделять нефть при нагревании или других процессах извлечения.
К битуминозным пескам относят и другие виды сырой нефти, а также густых вязких нефтяных продуктов с большой плотностью и вязкостью. Данные битумы или правильнее битуминозные пески не могут быть добыты традиционным способом добычи нефти, т. е. путем естественного фонтанирования или откачки. Причина этого кроется как раз в их плотности и вязкости. Для их добычи стремятся снизить их вязкость с помощью нагревания, содержащих их твердых пород, и тем самым отделить их. Кроме того, применяют и много других специальных способов добычи нефти из битуминозных песков.
Тяжелые виды сырой нефти также относят к категории твердых топлив. Параметром, разграничивающим сырую нефть и битумы, является показатель их вязкости. Если говорит о разграничении сверхтяжелой сырой нефти, тяжелой сырой нефти и другими видами нефти необходимо оценивают их плотность.
Битумы
Битумы – это вещества имеющие вязкости, превышающие 10000 сантипуаз.
Различные виды сырой нефти имеют вязкости меньше или равные 10000 сантипуаз. Эти величины вязкости относятся к измерениям, выполненным при отсутствии газа и первоначальной температуре нефтяного пласта.
Битумы нерастворимы в воде, полностью или частично растворимы в бензоле, хлороформе, сероуглероде и др. органических растворителях; плотностью 0,95-1,50 г/см³.