При все возрастающих ценах на каменный уголь, на уголь древесный, на торф и иные природные теплоносители, все актуальнее становится вопрос утилизации отходов производства (или добычи) оных.
Так, например, при производстве древесного угля, максимальный выход годного из 1 тонны сухой древесины, составляет порядка 350..360 килограммов угля.
При этом, потребителям нужен крупный (а точнее, калиброванный) уголь, мелочь, которой при производстве получается очень много, потребителям не нужна. Девать такую мелочь некуда, а она, из-за высокой хрупкости угля древесного, образуется в боль?их количествах, причем, при каждом перемещении угля.
?спользовать ее можно в нескольких направлениях - например, перемалывать до однородной мелкой фракции, и делать таблетки.
Можно активировать эту мелочь и получать карбюризатор.
А можно делать брикеты.
В Санкт-Петербурге и области сейчас работают несколько предприятий, выпускающих угольные брикеты. Готовая продукция у них различается - одни делают “колбаски”, другие - “поду?ечки”, третьи - “брикеты” (иначе и не назове?ь).
В следущих заметках производители и их брикеты будут освещены подробнее.
Древесный уголь классифицирован в системе стандартов (ГОСТ).
Требования к древесному углю изложены в ГОСТ 7657-84, основные параметры изложены в нижеследующей таблице:
ГОСТ 7657-84
DIN 51749
Наименование показателя
Норма для марки
марка “A”
марка “Б”
марка “В”
Выс?ий сорт
1-ый сорт
1-ый сорт
2-ой сорт
Кажущаяся плотность,
г/см3, не менее
0.37
0.37
не нормируется
не нормируется
Массовая доля золы,
%, не более
2.5
3.0
2.5
3.0
4.0
6.0
Массовая доля нелетучего углерода,
%, не менее
90
78
88
77
67
78
Массовая доля воды,
%, не более
6
6
6
6
6
8
Массовая доля угля с
зернами в местах погрузки, %, не более
Часто задаваемый в поисковых системах вопрос - “что такое древесный уголь?”.
Свободная мульти-авторская энциклопедия “Википедия” определяет древесный уголь следующим образом:
Древе́сный уголь — микропористый высокоуглеродистый продукт, образующийся при пиролизе древесины без доступа воздуха. Применяется в производстве кристаллического кремния, сероуглерода, черных и цветных металлов, активного угля и т. д., а также как топливо в быту (удельная теплота сгорания 31,5-34 МДж/кг).
В старину древесный уголь более всего требовался в кузнях, в плавильных печах, медицине. ?зготавливали его много в деревнях и продавали в городе. Существовала целая индустрия производства древесного угля. Технология очень простая, но важен был опыт. Особым образом складывалась куча из поленьев, размером со стог сена, засыпалась дерном и поджигалась. Выход угля - 25-30%. В настоящее время опыт такой технологии утерян. «(Специалисты эту технологию не утеряли, но она крайне экологически грязная и применяется с ограничениями в развивающихся странах)»
В старой литературе встречаются схемы железной печки на колесах, состоящей из боль?ой загрузочной бочки и неболь?ой топки. Выход - 60%. «(Максимальный выход в расчете на массу абсолютно сухой древесины составляет 36%!) Выход зависит от режима, породы и степени прокалки.»
Более простой вариант (дачный) - загрузочная яма с топочным приямком. Яма закрывается железным листом. «Это опасный вариант. Он может привести к взрыву в неумелых руках. К тому же, он экологически грязный.»
Химическая энциклопедия гласит:
ДРЕВЕСНЫЙ УГОЛЬ, макропористый высокоуглеродистый продукт, получаемый пиролизом древесины без доступа воздуха. Структура и св-ва угля определяются т-рой пиролиза. Пром. древесный уголь, получаемый при конечной т-ре 450-550 °С, - аморфный высокомолекулярный продукт, включающий алифатические и ароматические структуры; состав: 80-92% С, 4,0-4,8% Н, 5-15% О. древесный уголь содержит также 1-3% минер. примесей, гл. обр. карбонатов и оксидов К, Na, Ca, Mg, Si, Al, Fe. Кажущаяся плотность елового угля составляет 0,26, осинового - 0,29, соснового - 0,30, березового - 0,38 г/см3; истинная плотность древесный уголь 1,43 г/см3; пористость 75-80%; уд. теплоемкость 0,69 и 1,21 кДж/(кг.К) соотв. при 24 и 560 °С; теплопроводность 0,058 Вт/(м.К), теплота сгорания 31500-34000 кДж/кг, уд. электрич. сопротивление 0,8.108 0,5.102 Ом.см. древесный уголь обладает парамагнитными свойствами, обусловленными присутствием стабилизирующих макрорадикалов (парамагнитных центров ПМЦ) - высокореакционноспособных концевых радикалов Rк* и менее реакционноспособных срединных радикалов Rcp*, макс. концентрации к-рых достигаются соотв. при 550 и 325 °С. При термообработке древесный уголь (400-900 °С) без доступа воздуха в результате реакций Rк + RH : RкH + Rcр*, Rср* : Rк + CO + CО2 + H2 + СmНn и R* + R* : R-R происходит уплотнение его структуры, сопровождаемое убылью массы (до 18%) и выделением смеси газов, содержащей (в % по объему) от 12,7 до 0,7 СО, от 8,5 до 4,5 СО2, от 36,5 до 67,5 Н2, от 45,0 до 24,0 углеводородов (преимущественно, СН4). Снижаются доля алифатических структур, водорода (до 1,5%), кислорода (до 4,5%), концентрация ПМЦ (до 1,7.1018 спин/г), удельное электрическое сопротивление (до 0,5 Ом.см). Повы?аются доля ароматических структур и углерода (до 95%), степень кристалличности, истинная плотность (до 1,97 г/см3). Присутствие макрорадикалов обусловливает высокую реакционную способность древесного угля по отно?ению к кислороду. Так, свежеприготовленный древесный уголь при 30-90 °С за 1 ч хемосорбирует из воздуха 0,5-2% (от массы угля) кислорода; одновременно из угля выделяются низкомол. продукты, гл. обр. вода (0,3-1,5%). На воздухе развивается цепной разветвл. процесс автоокисления древесный уголь: Rк* + О2 : RкOO*; RкOO* + RH : RкOOH + Rср*, Rср* + О2 : RсрОО*, RсрОО* + RH : RcpOOH + Rсp*, RcpOOH + RH : RO* + R* + H2O и R* + R* : R-R. В результате может произойти самовозгорание древесный уголь, если к.-л. из параметров процесса (концентрация ПМЦ, т-ра, концентрация О2 и геом. размеры массы угля) превысит нек-рую критич. величину. Чтобы избежать этого, древесный уголь стабилизируют, выдерживая слой угля высотой не более 60 мм при 50-80°С не менее 10 мин, т. е. в условиях, когда ни один из параметров не превы?ает критическую величину, древесный уголь получают пиролизом древесины в стальных вертикальных непрерывно действующих ретортах производительностью 100-2200 кг/ч, а также в различных печах. Выход древесного угля в пересчете на нелетучий углерод составляет 21-25% от безводной древесины.
Каменный уголь — осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Боль?инство залежей каменного угля было образовано в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300-350 миллионов лет тому назад.
По химическому составу каменный уголь представляет собой смесь высокомолекулярных ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с неболь?ими количествами минеральных примесей.Таковые примеси при сжигании угля образуют золу. ?скопаемые угли отличаются друг от друга соотно?ением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.
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. Боль?инство промы?ленных 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. ?деальная обстановка для этого создается в болотах, где стоячая вода, обеденная кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разру?ения. На определенной стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальней?ую 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 толщи осадков мощностью 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 боль?ей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.
Способ добычи угля зависит от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом, если глубина залегания угольного пласта не превы?ает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда при все боль?ем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с боль?их глубин используются ?ахты. Самые глубокие ?ахты на территории Российской Федерации добывают уголь с уровня чуть более 1200 метров.
В угленосных отложениях наряду с углем содержатся многие виды георесурсов, обладающих потребительской значимостью. К ним относятся вмещающие породы как сырье для стройиндустрии, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в том числе ценные металлы и их соединения. Например, некоторые угли обогащены германием.
В общем случае, для того, чтобы получить из древесины уголь, пригодный для дальнейшего использования, требуется прожечь древесину без доступа кислорода. Такой процесс называется “пиролиз“.
Существует множество различных установок и конструкций для этого процесса.
Самая простая конструкция - ведро с крышкой. В металлическое ведро закладывают измельченную древесину, плотно закрывают крышкой, и затем прокаливают на костре. Древесина, нагреваясь, выделяет смолы и летучие (часто, горючие) газы. Поэтому следует предусмотреть их отвод.
Также желательно отводить выделяемые смолы, чтобы полученный уголь не плавал в них.
По замыслу авторов, блог должен быть посвящен узкоспециальной теме - различным видам угля, способам производства угля, сферы применения угля, а также его переработке, побочных продуктах, проверке качества и т.д. и т.п.
В дальнейшем предполагается тематическая рассылка для подписчиков, создание форума для обсуждения насущных проблем угольной отрасли, возможных путей решения этих проблем.
