6.2. Паливо

До основних видів палива відносять кам'яне вугілля, нафту, природний газ, дрова, торф, горючі сланці, а також продукти пе­реробки цих природних видів палива — кам'яновугільний кокс, деревне вугілля, коксовий газ., продукти переробки нафти (ма-

293

зут, дизельне, реактивне паливо, тощо). В розвинутих країнах на душу населення витрачають до 10т умовного палива (29200 кДж/кг) щорічно.

Нафта є зараз чи ненайважливішим видом палива. її видобу­ток складає в світі — 3,6 млрд. т, а в Україні — 3,8 млн. т. (76 кг на душу населення), що явно недостатньо для внутрішніх потреб. У зв'язку — з нестабільністю ринку нафти є необхідність розши­рити її видобуток.

Резервом для збільшення видобутку нафти в Україні є не-розвідані її поклади в глибинах Дніпровсько-Донецької запади­ни, Передкарпатського прогину, Волинсько-Подільської нафто­газоносної області та Азово-Чорноморського шельфу. Питома теплота згоряння нафти складає 40000 Дж/кг. Нафту добувають з свердловин із яких нафта виходить на поверхню фонтанами.

Кам'яне вугілля є головним видом природного палива. Ви­робництво вугілля в Україні Складає (80...85) млн. т щорічно (а в світі — 4,3 млрд. т). Воно містить 75% вуглецю, (3... 12)% вологи, (2...4)% сірки (головним чином, у складі сірчаного колчедану) і (12...20)% негорючих мінералів, що переходять при горінні в зо­лу. Кам'яне вугілля складає зараз 1/3 загального споживання па­лива. На початку XX століття було 2/3. Питома теплота згорян­ня кам'яного вугілля складає (22000...30000) кДж/кг. Вугілля спа­люють у топках теплових електростанцій, нагрівальних печах, газогенераторах і ін.

Крім того, кам'яне вугілля служить сировиною для одержан­ня коксу, штучного рідкого палива, тощо. Україна має значні за­паси кам'яного вугілля, що дає змогу повністю забезпечити по­треби економіки. Вугілля добувають в підземних копалинах, які мають потужність (товщину) від 0,5доЗ,5м.Ау відкритих на­земних родовищах товщина значно більша.

Кам'яновугільний кокс одержують у результаті теплової об­робки коксового вугілля при температурі (1000... 1100) °С без до­ступу повітря. При коксуванні вугілля одержують крім коксу коксовий газ, смолу і підсмолені води з аміаком.

Кокс уявляє собою міцні, шпаруваті шматки різних розмірів і має колір від блискучого сріблистого до матового темно-сірого. Питома теплота згоряння коксу близько 30000 кДж/кг; містить вологи (2...4)%; мінеральних з'єднань — (7... 13)%, сірки — (0,6...2)%; інше — вуглець. Основна маса коксу випалюється для домнової плавки, і його називають домновим. Для виплавки ча-

294

вуну у вагранках застосовують ливарний кокс зі зниженим вмістом сірки (не більш 1%).

Кращою сировиною для одержання коксу є коксівне вугілля, запаси яких дуже обмежені. Змішуючи різні сорти вугілля, близькі за властивостями до коксових, складають шихту, що за­вантажують у камерну коксову піч.

Сучасна коксова піч уявляє собою камеру, що обігрівається, розміром 14 х 0,4 х 4 м, виконану з вогнетривкої динасової цегли і яка вміщує понад 15т шихти. Камери групуються в коксові ба­тареї. Одна батарея має до 70 камер. Число печей у батареї таке, що при послідовному їхньому завантаженні кокс видається май­же безупинно до закінчення процесу коксування. Гарячий коксо­вий газ, прогріваючи стінку камери, підтримує в ній температуру в межах (1100.. 1200) °С. Вугілля витримують у печі без доступу повітря (14... 17) годин доти, доки воно не спечеться в суцільну масу, яка називається "коксовим тістечком". Леткі продукти кок­сування по газопроводу відводяться для по дальшої переробки.

Готовий кокс, знімають з дверей камер і вивантажують його коксовиштовхувачем у тушильний вагон і відвозять на спеціаль­ну ділянку, де гасять водою чи інертними газами. Леткі продукти коксування, що містяться в коксовому газі, залишають пекти при (1700..800) °С у вигляді парогазової суміші, з якої при послідо­вному охолодженні виділяється кам'яновугільна смола, над-смольна вода, сирий бензол і гази (аміак, сірководень).

З 1 т шихти при коксуванні виходить 730 кг коксу, 30 кг кам'яновугільної смоли, 80 кг надсмольної води, 10 кг бензоль­них вуглеводнів, 3 кг аміаку і 140 кг сухого коксового газу.

Отримані продукти розділяють на фракції; з них багатос­тадійною переробкою одержують кілька сотен органічних речо­вин. Так, кам'яновугільна смола містить понад 300 речовин, при­чому близько (50. ..60%) від маси смоли складають висококиплячі продукти з великою молекулярною масою. Смолу піддають роз­гонці на фракції, з яких потім виділяють індивідуальні речовини, такі як фенол, нафталін, антрацен, піридин і ін.

Залишок після перегонки смоли — пек використовують для виготовлення пластмас, електродів електричних печей, у до­рожнім будівництві.

Надсмольна вода містить розчинений аміак і різні солі амонію, що утворюються в результаті взаємодії аміаку з іншими компонентами коксового газу при його охолодженні. Переробка

295

надсмольної воды полягає у виділенні з неї аміаку при нагріванні її парою і обробці вапняним молоком. Аміак використовується потім для одержання сульфату амонію в сатураторах. Феноли, що містяться в надсмольній воді, відганяються, а потім витяга­ються розчином гідроксиду натрія.

Сирий бензол уявляє собою складну суміш різноманітних індивідуальних хімічних сполук, які застосовувуються у вироб­ництві полімерів, барвників, вибухових речовин, миючих за­собів, лікарських препаратів. Сирий бензол розділяють розгон­кою за температурою кипіння на різні фракції.

Скрапленням називають переведення речовини із газоподібно­го стану в рідинний. Це можливо здійснити при температурах мен­ше критичних. В промисловості це відбувається при температурах нижче -50 °С стисненням газу компресорами з температурною конденсацією в теплообмінниках, що охолоджуються водою або охолоджуючою ропою. Сучасні методи скраплення газів засновані на використанні глибокого охолодження в детандерах.

Скраплений газ. Природний газ містить значну кількість відносно важких вуглеводнів (етан, пропан, бутан, пентан та вищі вуглеводні), які використовуються в якості побутового та моторного палива і сировини для хімічної промисловості. Перша стадія відокремлення важких вуглеводнів від природного газу і перехід їх в скраплений стан проводяться на промислових уста­новках в місцях видобутку газу для попередження ускладнень в магістральних газопроводах. На промислових установках від природного газу відокремлюється приблизно 36% етану, 65% пропану, 74% бутану і 94% пентану та вищих компонентів. Для отримання товарного етану суміш газів, що отримується на про­мислових установках, фракціонується в заводських умовах.

Частина скраплених газів споживається при нафтовидобутку із свердловин зі зниженим тиском в технологіях змішуваного ви­тиснення для підвищення нафтовіддачі пластів. Пропаїї-бутано-ва суміш приблизно в різних обсягах використовується в житло­во-побутовому та комерційному секторах і на транспорті.

Етан споживаєся також для виробництва етилену — основної сировини при виробництві полімерних матеріалів.

Деревне вугілля випалюють із дров у печах при сухій пере­гонці без доступу повітря. Питома теплота згоряння сухих дров різних порід майже однакова і складає близько 20000 кДж/кг. Для обвуглювання достатня температура (400...450) °С. У дерев-

296

ному вугіллі сірки міститься (0,05...0,15)%, непальних з'єднань — (1..3)%; питома теплота згоряння його — 34000 кДж/кг. Деревне вугілля використовується для нагрівання ковальських горнів і при цементації сталі.

Мазутом називають залишок від перегонки нафти, що скла­дає (40..50)% від її маси. Питома теплота згоряння мазуту дуже висока (44000...46000) кДж/кг. Мазутом нагрівають мартенівські, відбивні печі і печі термічних цехів. Мазут використовують та­кож на теплових електростанціях.

Природний газ складається в основному (до 99,9%) з вуглевод­нів: нижча об'ємна теплота згоряння його складає 33000, а в окремих родовищах досягає 65000. Великою превагою природних газів є відсутність у них отрутного окису вуглецю.

Коксовий газ уявляє собою суміш, що містить водень — (50..60)%, метан — (20..35)%, оксид вуглецю СО (II) (4,5...4,7)%, ок­сид вуглецю (ІУ) (вуглекислий газ) — (1,8...4,0)%, азот — (5... 10)% й інші гази, а також водяну пару. При коксуванні 1 т вугілля відходить звичайно (300..320) газу. Об'ємна теплота зго­ряння його досягає 19000. Коксовим газом нагрівають мар­тенівські печі, на ньому працюють двигуни внутрішнього згоряння.