Kul

Bøger om Kul

Kul er en let brændbart sort eller brunlig-sort sedimentbjergarter normalt forekommende i rock strata i lag eller venerne kaldet kullag. Jo hårdere former, såsom antracit kul, Kan betragtes som metamorfe bjergarter på grund af senere eksponering for forhøjet temperatur og tryk. Kul er sammensat primært af kulstof sammen med forskellige andele af andre elementer, først og fremmest svovl, hydrogen, ilt og nitrogen.

Kul begynder som lag af plantemateriale akkumuleres i bunden af et vandområde. For at processen kan fortsætte anlægget sagen skal beskyttes mod bionedbrydning og oxidation, Normalt ved mudder eller surt vand. Den brede lavvandede hav af Carboniferous periode forudsat at sådanne betingelser. Denne fanget atmosfærisk kulstof i jorden i umådelige tørv moser at til sidst blev dækket over og dybt begravet af sedimenter, hvorefter de forvandlede til kul. Over tid, kemiske og fysiske egenskaber af anlægget fortsat (menes at hovedsagelig har været bregneBeslægtede arter tiden foer mere moderne anlæg og træ arter) blev ændret ved geologisk indsats for at skabe et solidt materiale.

Kul, en fossilt brændsel, Er den største kilde til energi til elproduktion på verdensplan, samt en af verdens største menneskeskabte kilder til kuldioxid emissioner. Gross kuldioxidemissionerne fra kul brug er lidt mere end dem fra råolie og om den dobbelte mængde fra naturgas.[1] Kul er der udvindes af jorden ved minedriftEnten under jorden eller i åbne miner.

Typer Formodes omtrentlige position proto-kontinenter mod slutningen af Carboniferous periode; Den lyseblå repræsenterer lavvandede hav, hvor mange af nutidens kulforekomster findes, i modsætning til dybere vand, der gav anledning til olie-bærende sten stammer fra marine arter. Iskapperne var kendt for at være meget store, sænke vandstanden udstrakt ved at låse op oceaniske farvande i fast is, men hvor stort iskapper blev er et spørgsmål om forhandling.

Som geologiske processer anvendes pres til døde biotiske materiale over tid, under passende forhold er det omdannes successivt til

• Tørv, Anses for at være en prækursor af kul, har industriel betydning som brændsel i nogle regioner, f.eks, Irland og Finland. I sin tørret form, er tørv en meget effektiv absorberende for brændstof og olieudslip på land og vand
• Brunkul, Også kaldet brunkul, er den laveste rang af kul og næsten udelukkende bruges som brændstof til elproduktion. Jet er en kompakt form af brunkul, der nogle gange poleret og har været anvendt som en ornamental sten siden Jernalder
• Sub-bituminøst kul, Hvis egenskaber strækker sig fra dem, brunkul til de af bituminøse kul anvendes primært som brændstof til damp-elproduktion. Desuden er det en vigtig kilde til lys aromatiske kulbrinter for de kemisk syntese industrien.
• Bituminøse kul, Tæt mineral, sort, men undertiden mørkt brun, ofte med veldefinerede bånd af lyse og kedeligt materiale, der hovedsagelig anvendes som brændstof i damp-elproduktion, med betydelige mængder også bruges til varme og el applikationer i produktionen og at gøre koks
• Dampkul er en klasse mellem bituminøse kul og antracit, når vid udstrækning anvendes som brændstof til damplokomotiver. I denne specielle brug er det også kendt som sea-kul i USA[2] Små dampkul (tør lille damp nødder eller DSSN) blev anvendt som brændsel til husholdningsbrug opvarmning af vand
• Antracit, Den højeste rang, en hårdere, blank, sort kul, der anvendes primært til bolig-og erhvervsejendomme rumopvarmning. Det kan opdeles yderligere i metamorphically ændret bituminøse kul og forstenede olie, Fra indskud i Pennsylvania
• Graphite, Til et teknisk højeste rang, men vanskelige antænde og er ikke så almindeligt anvendt som brændsel: det er oftest bruges i blyanter, og når pulverform, som smøremiddel.

Klassificeringen af kul er generelt baseret på indholdet af flygtige stoffer. Men den nøjagtige klassificering varierer mellem landene. Ifølge den tyske klassifikation er kul klassificeres som følger

Indholdsfortegnelse 1 Tidlig brug 2 Bruger i dag 3 Kul som brændsel 4 Forkoksning og anvendelse af koks 5 Forgasning 6 Fortætning 7 Raffineret kul 8 Kulturel skik 9 Kul som en vare, der handles 10 Miljøvirkninger 11 Økonomiske aspekter

Tidlig brug

Den tidligste anerkendte anvendelse er fra Shenyang område 4000 f.Kr., hvor Neolitiske indbyggere var begyndt carving ornamenter fra ældre brunkul, men det var først i Han-dynastiet (206 f.Kr.-220 e.Kr.), at kul også blev benyttet til brændstof. Outcrop brunkul blev anvendt i Storbritannien i løbet af Bronzealder (2000-3000 år BC), Hvor det er blevet opdaget som en del af sammensætningen af begravelse bål.[4][5] I Roman Britain, Med undtagelse af to moderne områder, "det Romerne var at udnytte kullene i alle de store distrikter i England og Wales ved udgangen af det andet århundrede e.Kr. ".[6] Beviser for handel med kul (dateret til ca AD 200) er blevet fundet på indre havn af Heronbridge, Nær Chester, Og i Fenlands af East Anglia, Hvor kul fra Midlands blev transporteret via Bil Dyke til brug i tørre korn.[7] Kul slagger er blevet fundet i den ildsteder af villaer og militære forter, Især i Northumberland, Dateret til omkring år 400. I den vestlige del af England moderne forfattere beskrev spekulerer i en permanent fyrfadet for kul på de alter Minerva på Aquae Sulis (Moderne Bad), Selv om faktisk let tilgængelige overflade kul fra, hvad der blev Somerset distriktet var i almindelig brug i ganske ringe boliger lokalt.[8] Bevis for kul brug for jern-arbejder i byen i den romerske periode er blevet fundet.[9]

Der er ingen beviser for, at produktet var af stor betydning i Storbritannien før Højmiddelalderen, Efter ca AD 1000.[10] Mineral kul kom til blive omtalt som "seacoal," sandsynligvis fordi det kom til mange steder i det østlige England, herunder LondonAd søvejen, men oprindelsen af ordet synes at allerede eksisterede dette, bliver brugt til kul er faldet fra de udsatte kullag på klipper over kysten eller vaskes ud af vandet kul søm outcrops.[10] (Se Industrielle processer nedenfor for moderne anvendelser af begrebet.) Disse let tilgængelige kilder var i vid udstrækning blevet udtømt (eller ikke kunne imødekomme den stigende efterspørgsel) af det 13. århundrede, da underjordisk minedrift fra skafter eller adits blev udviklet.[4] I 1257-1259 kul fra Newcastle blev sendt til London for smede og kalk-brændere bygning Westminster Abbey.[10] I London er der stadig en Seacoal Lane og en Newcastle Lane (fra kul-shipping by Newcastle), Hvor i det syttende århundrede kul blev losset i kajer langs River Fleet.[11] Et andet navn var "pitcoal", fordi den kom fra miner. Det var dog udviklingen af den Industrielle Revolution , der førte til omfattende anvendelse af kul, som dampmaskine overtog fra vandmølle.

Bruger i dag

Kul jernbane biler Kulfyrede kraftværker levere 49% af forbrugt elektricitet i USA. Dette er den Castle Gate Plant nær Helper, Utah.

Kul som brændsel

Yderligere oplysninger: Elproduktion, Ren kulteknologi, Kul elektricitet, Og Global opvarmning

Kul bruges primært som en solid brændstof til at producere el og varme ved forbrænding. World kulforbruget var omkring 6.743.786 tusind short tons i 2006[12] og ventes at stige 48% til 9.980 millioner short tons i 2030.[13] Kina produceret 2.380 millioner tons i 2006. Indien produceret omkring 447.300 tusind tons i 2006. 68.7% af Kinas el kommer fra kul. USA forbruger ca 14% af verdens samlede brug 90% af det for elproduktion.[14]

Når kul anvendes til elproduktion, Er det normalt pulveriseres og derefter forbrændes (brændt) i en ovn med en kedel. Ovnen varme konverterer kedel vand til damp, Som derefter bruges til at spinde vindmøller som igen generatorer og skabe elektricitet. Den termodynamisk effektivitet af denne proces er blevet forbedret med tiden. Simple cyklus dampturbiner har toppet ud med nogle af de mest avancerede nå omkring 35% termodynamiske effektivitet for hele processen. Øget forbrændingstemperaturen kan øge denne effektivitet yderligere.[15] Gamle kulkraftværker, især "hævdvundne" planter, er betydeligt mindre effektive og producerer højere niveauer af spildvarmen. Ca. 40% af verdens elektricitet kommer fra kul,[16] og ca 49% af USA's elektricitet kommer fra kul.[17]

Fremkomsten af superkritisk turbine Begrebet envisions kører en kedel ved ekstremt høje temperaturer og tryk, med forventede effektivitetsgevinster på 46%, med yderligere teoretiserede stigninger i temperatur og tryk måske resulterer i endnu højere effektivitet.[18]

Andre effektive måder at bruge kul kombineret varme og kraft kraftvarmeproduktion og en MHD topping cyklus.

Ca. 40% af verdens elproduktion bruger kul. De samlede kendte indskud erstattes af de nuværende teknologier, herunder stærkt forurenende, energibesparende typer indhold af kul (dvs. brunkul, bituminøse), er tilstrækkeligt for mange år. Imidlertid er forbruget stigende, og maksimal produktion vil kunne nås inden årtier (se World kulreserverneNedenfor).

En mere energieffektiv måde at bruge kul til el-produktion vil ske via fast-oxid brændselsceller eller smeltet-carbonat brændselsceller (Eller enhver oxygen ion baseret transport brændselsceller , der ikke diskriminerer mellem brændstoffer, så længe de forbruger ilt), som vil være i stand til at få 60% -85% kombineret effektivitet (direkte el + spildvarme dampturbine).[redigér] I øjeblikket disse brændselscelleteknologi kan kun behandle gasformige brændstoffer, og de er også følsomme over for svovl forgiftning, spørgsmål, som der først skal udarbejdes inden storstilet kommerciel succes er muligt med kul. For så vidt angår gasformige brændstoffer gå, en idé er pulveriseret kul i en gas carrier, såsom kvælstof. En anden mulighed er kulforgasning med vand, som kan sænke brændselscelle spænding ved at indføre ilt til brændstof side af elektrolytten, men kan også i høj grad forenkle kulstofbinding. Imidlertid har denne teknologi været kritiseret for at være ineffektiv, langsom, risikabelt og dyrt, mens intet gør de samlede emissioner fra minedrift, forarbejdning og forbrænding.[19] En anden effektiv og ren måde at kulfyring i en form for kul-vand gylle brændstof (CWS) var godt udviklet i Rusland (siden Sovjetunionen tid). CWS reducerer emissionen redde brændværdi af kul.

Forkoksning og anvendelse af koks

Uddybende artikel: Koks (brændsel) Coke ovn ved røgfrit brændsel anlæg, Wales

Koks er et solidt kulstofholdige rest afledt af lav massefylde, lav-svovl bituminøse kul, hvorfra de flygtige bestanddele fordrevet af bagning i en ovn uden ilt ved temperaturer så høje som 1.000 ° C (1.832 ° F), således at det faste kulstof og resterende aske er smeltet sammen. Metallurgical koks anvendes som brændstof, og som en reduktionsmiddel i smeltning jern malm i en højovn. Produktet er for rig på opløst kulstof, og skal behandles yderligere, således at stål. Den koks skal være stærk nok til at modstå vægten af overjord i højovne, hvilket er grunden til kokskul er så vigtig i forbindelse med stål ved den konventionelle rute. Men den alternative rute til, er direkte reduceret jern, Hvor enhver kulstofholdige brændstoffer kan bruges til at lave svamp eller pelletised jern. Koks fra kul er grå, hård og porøs og har en brændværdi på 24,8 mio Btu / ton (29,6 MJ / kg). Nogle cokemaking processer producere værdifulde biprodukter, der omfatter stenkulstjære, ammoniak, Lette olier, og "kulgas".

Jordoliekoks er de faste restprodukter, i olieraffinering, Der ligner koks, men indeholder for mange urenheder at være nyttig i metalindustrien.

Ethanol produktion

Reaktionen af kul og naturgas blev brugt af en tysk fabrikant for Buna gummi: Chemische Werke Hüls på Marl, Tyskland, Og AVCO Corp i USA. Derfor flere henvisninger havde beskrevet både Huls Arc-processen og AVCO roterende bue reaktoren.[20][21] Begge reaktorer er af cylindrisk form og har en roterende lysbue. Den katode er på cylinder akse, mens anode er på omkredsen. Som metangas forudsat det højeste udbytte, så er det tvunget med kul pulver i en vortex passerer gennem den elektriske bue for få millisekunder.

Huls Arc Process[22] produceret en blanding af acetylen og ethylen gasser. Reaktionen betingelser kan varieres til at bestemme den nødvendige vare. Øget Specific Energy Requirement (SER) begunstiger acetylen produktion og lavere SER er for ethylen:

Enthalpi Skift til Ethylen:[23] = 127,34 kJ / mol, mens den for acetylen: = 301,4 kJ / mol. Som følge heraf er de seneste produktionsprocesser ved hjælp af konventionelle opvarmning i stedet for elektrisk bue.

Hydrering af ethylen gas fremstille ethanol er den vigtigste proces for produktion af ethanol. Dampfasen processen er den foretrukne[24] i hvilke ethylen og damp passere over en katalysator. Et af de mest anerkendte katalysatorer er kiselgur imprægneret med fosforsyre.

Forgasning

Uddybende artikler: Kulforgasning og Underjordisk forgasning af kul

Kulforgasning kan bruges til at producere syngas, En blanding af kulilte (CO) og brint (H2) Gas. Denne syntesegas kan derefter omregnes til transporten brændstoffer som benzin og diesel gennem Fischer-Tropsch proces. Denne teknologi er i øjeblikket anvendes af Sasol kemisk virksomhed med Sydafrika at gøre benzin fra kul og naturgas. Alternativt kan brint fra forgasning kan anvendes til forskellige formål såsom strømforsyning en brintøkonomi, Hvilket gør ammoniak eller opgradering fossile brændstoffer.

Under forgasning er kul blandet med ilt og damp (vanddamp), Mens også opvarmet og tryk. Under reaktionen, ilt og vand molekyler oxiderer kul ind kulilte (CO), samtidig frigiver hydrogen (H2) Gas. Denne proces har været gennemført i både kulminearbejdere og i kul raffinaderier.

   (Kul) + O2 + H2O → H2 + CO

Hvis raffinaderi ønsker at producere benzin, er syngas indsamles på denne tilstand og dirigeres til en Fischer-Tropsch reaktion. Hvis brint er den ønskede endelige produkt, dog syntesegasbaserede tilføres vand gas skift reaktion hvor mere brint er befriet.

   CO + H2O → CO2 + H2

Høje priser på olie og naturgas fører til øget interesse for "BTU Conversion" teknologier såsom forgasning, Methanation og fortætning. Den Syntetiske brændstoffer Corporation var en amerikansk statsfinansieret selskab etableret i 1980 for at skabe et marked for alternativer til importerede fossile brændstoffer (såsom kul forgasning). Selskabsskat blev indstillet i 1985.

I fortiden, var omdannes kul at gøre kulgas, Som blev rørledninger til kunderne at brænde for belysning, opvarmning og madlavning. På nuværende tidspunkt er det sikrere naturgas, der anvendes i stedet.

Fortætning

Uddybende artikel: Kullikvefaktion

Kul kan også konverteres til flydende brændstoffer såsom benzin eller diesel af flere forskellige processer. I direkte fortætning processer, er kul enten hydrogenerede eller forkullede. Hydrogenering processer er Bergius proces,[25] SRC-I og SRC-II (Solvent Raffineret Coal) processer og NUS Corporation hydrogenering proces.[26][27] I processen med lav temperatur forkoksningKul er coked ved temperaturer mellem 680 ° F (360 ° C) og 1.380 ° F (750 ° C). Disse temperaturer optimere produktionen af stenkulstjærer rigere i lettere kulbrinter end normalt stenkulstjære. Den stenkulstjære derefter yderligere forarbejdes til brændsel. Alternativt kan kul omdannes til en gas først, og derefter i en væske, ved hjælp af Fischer-Tropsch proces. En oversigt over kullikvefaktion og dets fremtidige potentiale er til rådighed.[28]

Kullikvefaktion metoder indebærer kuldioxid (CO2) Emissioner i konverteringsprocessen. Hvis kullikvefaktion sker uden ansat enten kulstofopsamling og-lagring teknologier eller biomasse blanding, resultatet er livscyklus drivhusgasser fodspor, som generelt er større end dem udgivet i udvinding og raffinering af flydende brændstof produktion fra råolie. Hvis CCS-teknologier er beskæftiget, kan nedsættelser af 5-12% skal nås i CTL planter og op til 75% reduktion kan opnås ved samtidig gasifying kul med kommercielt vist niveau af biomasse (30% biomasse i vægt) i CBTL planter.[29] For de fleste fremtidige syntetisk brændstof projekter, Kuldioxidbindingsteknologier Der foreslås for at undgå at slippe det ud i atmosfæren. Sequestration vil dog tilføje til produktionsomkostningerne. I øjeblikket alle amerikanske og mindst én af de kinesiske syntetisk brændstof projekter,[30] omfatter binding i deres proces design.

Raffineret kul

Uddybende artikel: Raffineret kul

Raffineret kul er et produkt af en kul-opgradering teknologi, der fjerner fugt og visse forurenende stoffer fra lavere rang kul som subbituminøst og brunkul (brun) kul. Det er en form af flere pre-forbrænding behandlinger og processer til kul, der ændrer kul egenskaber, før det bliver brændt. Målene for pre-forbrænding kulteknologier er at øge effektiviteten og reducere emissionerne, når kul er brændt. Afhængigt af situationen, kan pre-forbrænding teknologien anvendes i stedet for eller som supplement til efterbrænding teknologier til kontrol af emissioner fra kul-drevne kedler. [edit] Industrielle processer

Fintmalet bituminøse kul, der er kendt i denne ansøgning som sea kul, Er en bestanddel af støbesand. Mens det smeltede metal er i skimmel kul brænder langsomt og frigiver reduktion af drivhusgasser på tryk og så forhindrer metal i at trænge gennem porerne i sandet. Det er også indeholdt i skimmel vask, En pasta eller væske med samme funktion anvendes til formen før støbning.[31] Sea kul kan blandes med ler foring (den "bod"), der anvendes til bunden af en kuplen ovn. Ved opvarmning af kul nedbrydes og bod bliver lidt smuldrende lette processen med at bryde åbne huller for at trykke på smeltet metal.[32]

Kulturel skik

Kul er det officielle statslige mineral af Kentucky og officielle statslige rock af Utah. Både Amerikanske stater har en historisk forbindelse til kulindustrien.

Nogle kulturer forsvarer, at børn, der opfører sig dårligt, vil kun modtage en klump kul fra Santa Claus til jul i deres strømper i stedet for gaver.

Det er også almindeligt og heldig i Skotland for at give kul som en gave på nytårsdag. Det sker som en del af First-fod og repræsenterer varme for det kommende år.

Kul som en vare, der handles

Prisen på kul steg fra omkring 30,00 dollar per short ton i 2000 til omkring $ 150,00 per short ton i september 2008. I oktober 2008 havde prisen pr short ton faldet til 111,50 dollar.[33]

I Nordamerika, Centralamerika Appalachian kul futureskontrakter er i øjeblikket handles på New York Mercantile Exchange (Handel symbol QL). Samhandelsordningen enhed er 1.550 short tons (1.410 t) for hver kontrakt, og er noteret i dollar og cent per ton. Da kul er det vigtigste brændstof til produktion af elektricitet i USA, kul futures give kulproducenter og el industri et vigtigt redskab for sikringsinstrumenter og risikostyring.[34]

Ud over de NYMEX kontrakten, IntercontinentalExchange (ICE) har den europæiske (Rotterdam) og South African (Richards Bay) kul futures til rådighed for handel. Samhandelsordningen enhed for disse kontrakter er 5.000 tons (5.500 short tons), og er også citeret i dollar og cent per ton.[35]

Miljøvirkninger

Uddybende artikel: Miljømæssige virkninger af kul Luftfotografi af Kingston Fossil Plant kul flyveaske gylle omrĺdet taget dagen efter begivenheden

Der er en række negative miljømæssige virkninger af kulminedrift og afbrænding, specielt i kraftværker herunder:

• Generering af hundreder af millioner af tons affald, herunder flyveaske, bundaske, røggas desulfurization slam, som indeholder kviksølv, uran, thorium, arsen, Og andre tungmetaller
• Syreregn fra høje svovl kul
• Interferens med grundvand og grundvandsspejlet niveauer
• Forurening af jord og vandveje og ødelæggelse af boliger fra flyveaske udslip såsom Kingston Fossil Plant kul flyveaske gylle spill
• Virkningerne af vandforbrug på strømme af floder og heraf følgende konsekvenser for andre brug af jorden
• Støv gener
• Nedsynkning over tunneler, undertiden skadelig infrastruktur
• Kulfyrede kraftværker uden en effektiv flyveaske fange er en af de største kilder til menneske-forårsaget baggrundsstråling eksponering
• Kulfyrede kraftværker forkorte næsten 24.000 menneskeliv om året i USA, herunder 2.800 fra lungekræft[36]
• Kulfyrede kraftværker udleder kviksølv, selen og arsen, som er skadelige for menneskers sundhed og miljøet[37]
• Frigivelse af kuldioxid, en drivhusgasser, Der forårsager klimaændringer og global opvarmning i henhold til IPCC. Kul er den største bidragyder til menneskeskabte forøgelse af CO2 i luften[38]

Økonomiske aspekter

Kullikvefaktion er en af de modhold teknologier, der potentielt kan begrænse eskalerende oliepriser og afbøde virkningerne af transport energimangel, som vil opstå under peak oil. Dette er betinget af fortætning produktionskapaciteten bliver store nok til at mætte den meget store og voksende efterspørgsel efter råolie. Skøn over omkostningerne til fremstilling af flydende brændstoffer fra kul tyder på, at indenlandske amerikanske produktion af brændstof fra kul bliver omkostningseffektive med olie prissat på omkring 35 dollar per tønde,[39] (Break-even omkostninger). Med oliepriser så lavt som omkring $ 40 per tønde i USA som i december 2008, flydende kul mistet noget af sin økonomiske lokke i USA, men vil sandsynligvis blive re-vitaliseret, svarende til olie sand projekter med en oliepris på omkring 70 dollar per tønde.

I Kina, på grund af et stigende behov for væske energi i transportsektoren var kullikvefaktion projekter prioriteres højt, selv i perioder med olie priser under 40 dollar per tønde.[40] Dette skyldes sandsynligvis, at Kina ikke foretrækker at være afhængig af udenlandsk olie, i stedet udnytte sin enorme indenlandske kulreserver. Som oliepriserne var stigende i første halvår af 2009 blev kullikvefaktion projekter i Kina igen boostet, og disse projekter er rentable med en olie tønde pris på $ 40.[41]

Blandt kommercielt modne teknologier, er en fordel for indirekte kullikvefaktion over direkte kullikvefaktion indberettet af Williams og Larson (2003).

Intensiv forskning og projekt udvikling har været gennemført fra 2001. Den World CTL Award ydes til personer, der har bragt fremtrædende bidrag til forståelsen og udviklingen af kullikvefaktion. I 2009 præsentationsceremoni var i Washington, D.C. (USA) på World CTL 2009 Konference (25-27 marts 2009).