PALIWA STAŁĘ KOPALNE
1. Wymienić produkty powstające w wyniku spalania i koksowania węgli kamiennych.
Spalanie węgla: C, CO, CO2, SO2, H2O
Koksowanie węgla (odgazowanie wysokotemperaturowe):
- koks: wielkopiecowy, odlewniczy, przemysłowo-opałowy(75-76%);
- smoła koksownicza (2,5-4,5%);
- gaz koksowniczy (12-18%);
- benzol (0,8-1,4%);
- produkty towarzyszące; amoniak (0,2-0,4%), woda pirogeniczna;
- pył koksowy (przy suchym chłodzeniu koksu)
2. Wymień niepożądane składniki węgla kamiennego i podaj sposoby ich usuwania -
Do niepożądanych składników węgla kamiennego zalicza się związki siarki, wilgoć i popiół.
Popiół można usunąć na wiele sposobów, m.in. flotacja powierzchniowa, pianowa, olejowa; wzbogacanie magnetyczne i elektrostatyczne; wzbogacanie ręczne
Usuwanie siarki:
a) Fizyczne (flotacja węgla od pirytu z zastosowaniem depresorów pirytu, np. szkło wodne, wapno
b) Chemiczne (metoda termiczna, proces bezpośredniego uwodornienia, technika fluidyzacyjna dla ziarn bardzo drobnych, ługowanie w r-rach wodnych, ługowanie stopionymi alkaliami, metody niskotemperaturowe z udziałem CCl4)
c) Biologiczne (wykorzystanie bakterii, które w rezultacie doprowadzają do powstania odpadowego kwasu siarkowego - ciąg utleniania S-2--->S0--->S+6)
3. Określ charakter 5 podstawowych parametrów przyjętych w polskiej normie klasyfikacyjnej „Węgiel kamienny. Typy”
1. Części lotne (Vdaf) są to lotne produkty rozkładu paliwa stałego przy ogrzewaniu go bez dostępu powietrza w warunkach ustalonych normą
2. Zdolność spiekania - Rogi Indeks (RI) jest to jedna z właściwości węgla, która podczas jego odgazowania sprzyja tworzeniu koksu
3. Wskaźniki dylatometryczne (dylatacji i kontrakcji) służą do oceny przydatności węgla do koksowania
4. Wskaźnik wolnego wydymania (SI)- przez powolne wydymanie określamy zwiększenie objętości plastycznej masy węgla poddanego szybkiemu ogrzewaniu w taki sposób, aby roztopiony węgiel mógł się swobodnie rozszerzać
5.Ciepło spalania paliwa stałego jest to ilość ciepła wydzielająca się przy całkowitym spaleniu paliwa stałego w bombie kalorymetrycznej, w atmosferze tlenu, w odniesieniu do temp. 25C, na jednostkę paliwa
Wykonanie powyższych oznaczeń pozwala na określenie typu węgla. 12-18%);- 12-18%);
4. Wymień produkty otrzymywane w procesach niskotemperaturowego odgazowania i zgazowania węgla kamiennego
Odgazowanie w niższych temperaturach:- gaz komunalny;- smoła gazownicza;- stały karbonizat;- benzol;- siarczan amonu
Zgazowanie węgla:- gaz powietrzny, gaz powietrzno-wodny, wodny, wodno-tlenowy ciśnieniowy, metan
Odpady: smoła generatowa oraz stała substancja mineralna
5. Na czym polega koksowanie mieszanek węglowych
mieszanka węglowa - mieszanka węgli o odpowiednim typie i stopniu rozdrobienia, częściowo pozbawiona balastów (popiołu, siarki)
Koksowanie (odgazowanie wysokotemperaturowe) realizowane jest w bateriach koksowniczych (w systemie zsypowym lub ubijanym) i przerywane jest po określonym czasie koksowania, gdy temp. w osi wsadu (w tzw. szwie smołowym), osiąga 980-1000C. Najważniejszym produktem jest koks, który może być bardzo dobrej jakości - koks wielkopiecowy i koks odlewniczy lub otrzymywany ze słabszych mieszanek węglowych i przeznaczony na cele grzewcze-koks przemysłowo-opałowy
6. Zaproponuj usuwanie substancji balastowych z węgla kamiennego
W metodach wzbogacania węgla (usuwanie popiołu) wykorzystuje się różnice własności fizycznych węgla i domieszek mineralnych:
a) gęstość (masę właściwą) przy opadaniu w wodzie, cieczach ciężkich lub powietrzu
b) zwilżalność wodą (flotacja: powierzchniowa, pianowa, olejowa)
c) przenikalność magnetyczną (wzbogacanie magnetyczne)
d) wielkość i kształt kawałków (wzbogacanie magnetyczne i elektrostatyczne)
e) wygląd kawałków (zabarwienie połysk) - wzbogacanie ręczne
Usuwanie siarki (pw)
7. Jakie typy węgli spiekają się dobrze a jakie w ogóle lub słabo?
W ogóle nie spiekają się:- węgiel antracytowy, antracyt, metaantracyt
Słabo spiekają się:- węgiel brunatny, płomienny, gazowo-płomienny, chudy i semikoksowy (do mieszanek)
Dobrze spiekają się:- węgiel gazowy, gazowo-koksowy, metakoksowy, ortokoksowy
8. Opisz przebieg wysokotemperaturowej pirolizy węgli kamiennych
9. Wymień naturalne i sztuczne paliwa stałe
Naturalne paliwa stałe
Podział ze względu na pochodzenie (genezę):- humolity ( torf, węgiel brunatny, węgiel kamienny, antracyt);- sapropelity - łupki bitumiczne
Sztuczne paliwa stałe:- koks: wielkopiecowy, odlewniczy, przemysłowo-opałowy, sadza, karbonizat
10. Węgiel kamienny, surowiec chemiczny czy energetyczny?
Węgiel kamienny jest bardzo ważnym surowcem przemysłowym- z jednej strony jest nośnikiem energii i poprzez spalanie otrzymujemy energie cieplną i/lub parę wodną, z drugiej strony jest interesującą substancja z punktu widzenia technologii chemicznej. Wykorzystywany jest do wielu procesów produkcyjnych, w których otrzymuje się m.in. gaz(generatory, wodny, syntezowy), półkoks, smoła wytlewna, koks, gaz koksowniczy, paliwa płynne, oleje (napędowe, opałowe) i inne. Z punktu widzenia chemicznej różnorodności z pewnością węgiel jest surowcem chemicznym, wiele z wymienionych powyżej produktów staje się dalej surowcami. Pomimo tego w Polsce węgiel jest surowcem energetycznym, ponieważ większość wydobytego węgla jest spalana (a koksownictwo również przerabia znaczną ilość rocznego wydobycia).
11. Wykazać różnice pomiędzy węglem - pierwiastkiem C a węglem kamiennym
Węgiel C jest jednym z najważniejszych pierwiastków występujących w kuli ziemskiej. Wolny pierwiastek C występuje w bardzo małych ilościach głownie w formie dwóch krystalicznych odmian alotropowych: diamentu i grafitu, natomiast w stanie związanym C występuje w węglanach (np. CaCO3, MgCO3) oraz jako CO2 w atmosferze i wodzie morskiej w postaci różnorodnych związków organicznych oraz w gazie ziemnym, ropie naftowej i w węglu kamiennym.
Węgiel kamienny jest to węgiel kopalny zawierający 75-91% pierwiastka C (antracyt 96%). Jest to surowiec energetyczny i chemiczny i służy m.in. do otrzymywania półkoksu i koksu, smoły, benzyny, gazów przemysłowych i in.
12. Schemat zmian stopnia metamorfizmu w procesie uwęglania materiału roślinnego.
W fazie biochemicznej dochodziło do rozkładu substancji roślinnej dzięki hydrolizie (rozkład substancji chemicznych, organicznych i nieorganicznych, pod wpływem wody) i procesowi utleniania i udziałowi bakterii i grzybów. W ten sposób dochodziło do wzbogacenia materiału roślinnego w węgiel. Na skutek procesów erozyjnych i górotwórczych nałożyły się wierzchnie warstwy geologiczne. Na przykrytą skałami osadowymi biomasę po pewnym czasie zaczęło oddziaływać ciśnienie i temperatura. Rozpoczął się proces, który w konsekwencji doprowadził do usunięcia z niej gazów i skoncentrowania pierwiastka węgla (uwęglanie). W zależności od zawartości w danej kopalinie węgielnej pierwiastka węgla wyróżnia się poszczególne gatunki węgla: torf, węgiel brunatny, węgiel kamienny, antracyt i szungit. Z biomasy najpierw powstał torf. Na skutek dalszego uwęglania torf przekształcił się w węgiel brunatny, następnie w węgiel kamienny, którego najstarszą i najbardziej uwęgloną formą jest antracyt
13. Węgiel kamienny surowiec chemiczny czy energetyczny? Odpowiedz uzasadnij (2)
SUROWIEC CHEMICZNY:
· Woda pogazowa => siarczan amonu (nawóz sztuczny)
· Benzol => benzen, toluen, ksyleny
· Olej lekki => benzen, toluen, ksyleny
· Olej karbolowy => fenol, krezole, naftalen
· Olej naftalenowy, antracenowy, chryzenowy => naftalen, antracen, fluoren
· Pak => węglowodory aromatyczne
SUROWIEC ENERGETYCZNY:
· Gaz koksowniczy
· Koks
· Paliwa ciekłe
14. Wymień naturalne i sztuczne paliwa stałe.(2)
Paliwa stałe:
- naturalne: - torf - nie pali się, 90% wody
- łupki bitumiczne - daje ropę naftową, węglową z częsci (masy) organicznej
- węgiel kamienny
- węgiel brunatny
- antracyt
- grafit, diament
- sztuczne: - koks
- karbonizat
- sadza
15. Podaj typy węgli kamiennych wg polskiej normy; omów hierarchię ważności parametrów klasyfikujących.(3)
Węgiel płomienny, gazowo-płomienny, gazowy, gazowo-koksowy, orto-koksowy, meta-koksowy, semi-koksowy, chudy, antracytowy, Antracyt, Metaantracyt
16. Jakie związki siarki spotykamy najczęściej w węglu kamiennym (2)
SIARKA CAŁKOWITA
nieorganiczna (pirytowa (Piryt FeS2, Markasyt FeS2) siarczanowa (Gips CaSO4*2H2O, Baryt BaSO4), elem.
Siarka organiczna tiole -SH, dwusiarczki -S-S-, związki heterocykliczne typu tiofenu
Przedstaw wydajności procesu wysokotemperaturowego koksowania
Koks (73-77; średnio 75-76)
Smoła koksownicza (2,5-4,5;)
Gaz koksowniczy (12-18;)
Benzol (0,8-1,4; bliżej 1)
Woda pirogeniczna (powstała wskutek reakcji termicznych 3-5%)
Amoniak (0,2 - 0,4%)