Вугілля та продукти його переробки

Якщо нафта і природний газ є основним джерелом насичених вуглеводнів, то відносно ароматичних вуглеводнів, безсумнівно, перевага належить вугіллю. Це тверде паливо посідає чільне місце в розвитку промисловості органічного синтезу як постачальник хімічної сировини. Його природні запаси набагато перевершують запаси нафти і природного газу. В Україні вугледобування зосереджено в трьох басейнах: Донецькому та Львівсько-Волинському кам’яновугільних басейнах, Дніпровському буровугільному басейні.

Вугілля – це тверда горюча копалина органічного походження, що утворилася з мертвих рослин і планктону в результаті діяльності мікроорганізмів.

Масова частка вільного вуглецю у гірській породі доволі незначна (10 % у кам’яному вугіллі, кілька відсотків у бурому вугіллі). Викопне вугілля складається переважно із складних циклічних органічних сполук, що містять елементи: Карбон, Гідроген, Оксиген, Нітроген, Сульфур, домішки неорганічних речовин (золу) та вологу. Масова частка золи та вологи може досягати 50 % і більше.

Основним способом переробки кам’яного вугілля є коксування. Даним методом із кам’яного вугілля одержують чотири основних продукти: кокс, коксовий газ, кам’яновугільна смола, аміачна вода.

Коксування (або піроліз)– це розклад органічних речовин без доступу повітря при високій температурі.

Цей процес здійснюється на коксохімічних заводах, де вугільна шихта переробляється в спеціальних камерах при температурі 1000-1200 ^оС. Камери відокремлені одна від одної опалювальними простінками, в каналах яких спалюють газоподібне паливо (коксовий або доменний газ) для підтримання високої температури. Кілька десятків таких камер утворюють батарею коксових печей. При нагріванні органічні речовини, що входять до складу кам’яного вугілля, зазнають складних хімічних перетворень, утворюючи леткі продукти, що збираються у газозбірнику. В камерах залишається кокс – твердий пористий матеріал, що складається з вуглецю і золи. Після завершення коксування кокс подають до башти гасіння, де його зрошують водою. Кокс використовують у металургійній промисловості як відновник для добування заліза з руд.

При охолодженні летких продуктів конденсуються кам’яновугільна смола, аміачна вода і залишаються газоподібні речовини – коксовий газ.

З кам’яновугільної смоли, вихід якої невисокий (до 4 %), фракціонуванням добувають велику кількість цінних органічних речовин: бензин і його гомологи, фенол, нафталін, антрацен та інші важливі продукти, які знаходять застосування у виробництві вітамінів, духмяних речовин, стимуляторів росту рослин, гербіцидів, барвників тощо.

Після фракціонування залишається чорна маса – пек, який використовується у шляховому будівництві, для виготовлення електродів, кровельних матеріалів, лаків (пековий лак), незамінних при фарбуванні залізних та дерев’яних конструкцій.

В аміачній воді міститься аміак та солі амонію, їх вилучають із розчину і направляють на виробництво азотних добрив.

Коксовий газ після очищення у своєму складі містить 60 % водню, 25 % метану, 5 % карбон(ІІ) оксиду, 2 % етилену, 4 % азоту, 2 % карбон(VІ) оксид, 2 % інших газів. Він використовується як паливо в промисловості, а також як хімічна сировина. З коксового газу, наприклад, виділяють водень для різних синтезів.

Таким чином, з вугілля, завдяки значній різноманітності його складу, можна добувати незрівнянно ширший асортимент продуктів, ніж з нафти і природного газу.

Не можна не відзначити і негативний вплив коксохімічного виробництва на навколишнє середовище. Так, з однієї коксової печі при звичайному завантаженні шихти в атмосферу надходить 3-5 кг вугільного пилу; 2,2 кг карбон(ІІ) оксиду; 1,6 кг пари кам’яновугільної смоли та масел; 0,57 кг вуглеводнів; під час вивантаження готового коксу – 2,8 кг пилу; 0,6 кг оксидів нітрогену.

Поглинання і випромінювання енергії карбон(VІ) оксидом та іншими речовинами спричиняє парниковий ефект. Отже, можна сказати, що ми живемо в умовах парникового ефекту, і це відповідає нормальному станові атмосфери, комфортному для нас. Проте посилення цього ефекту може мати згубні наслідки, а саме – глобальне підвищення температури й у зв’язку з цим – зміну клімату.

До цього може призвести підвищення концентрації вуглекислого газу за рахунок спалювання горючих речовин. Протягом останніх 100 років у результаті техногенної діяльності людини вміст вуглекислого газу в атмосфері невпинно зростає.

Крім парникового ефекту в результаті переробки і використання горючих корисних копалин атмосфера забруднюється шкідливими речовинами, такими як карбон(ІІ) оксид СО (від неповного згоряння пального у двигунах), сульфур(ІV) оксид SO₂ (утворюється з сірки, що міститься у вугіллі і бензині), метан СН₄ (витік газу), сірководень Н₂S (виділяється під час перегонки нафти), оксиди нітрогену NO, NO₂ (під час високотемпературного горіння) та ін.

Усі ці речовини спричиняють фотохімічний смог (від англ. smoke – курити і fog – туман), кислотні дощі тощо.

Фотохімічний смог утворюється в результаті реакцій, що відбуваються під впливом сонячного світла (фотохімічні реакції). При цьому, крім наявних у повітрі забрудників, додатково утворюються нітроген(ІV) оксид та озон. Останній реагує з вуглеводнями, що виділяються в повітря від неповного згоряння пального. У результаті утворюються сполуки, небезпечні для здоров’я людей і шкідливі для довкілля.

Фотохімічний смог уперше спостерігався в Лос-Анджелесі, де багато сонця та автомобілів.

Крім цього, під час згоряння пального утворюється дим, у якому містяться дрібні частинки вуглецю і твердих вуглеводнів, що не згоріли, а також сполуки кадмію, плюмбуму (свинцю), меркурію (ртуті) та інших елементів, надзвичайно шкідливі для здоров’я.

Завдання для самоконтролю

111. Які основні продукти одержують при коксуванні кам’яного вугілля?

112. Як одержують кокс і де його використовують?

113. Які основні продукти одержують: а) із кам’яновугільної смоли; б) із коксового газу? Які органічні речовини можна одержати із коксового газу?

114. Для добування електроенергії на теплоелектростанції протягом години спалюється 1 т вугілля, в якому вміст сірки за масою становить 2,5 %. Яка маса сульфур(ІV) оксиду потрапить в атмосферу протягом доби?

115. Для поглинання сульфур(ІV) оксиду у промисловості використовують вапно СаО. Яку масу цієї речовини треба взяти, щоб нейтралізувати сульфур(ІV) оксиду, що утвориться за умовою попередньої задачі?

116. Відомо, що газ містить 90 % метану, 5 % етану, 3 % пропану і 2 % азоту. Скільки потрібно повітря (за об’ємом) потрібно, щоб спалити 1 м³ цього газу при нормальних умовах?

ЗМІСТ

§1. Поняття про органічні сполуки. Спільні та відмінні ознаки неорганічних та органічних речовин…………………………………………………………………………………………………. Поняття та класифікація вуглеводнів…………………………………………………………….. §2. Метан……………………………………………………………………………………………….. §3. Гомологи метану…………………………………………………………………………………… §4. Ізомерія насичених вуглеводнів…………………………………………………………………... §5. Теорія хімічної будови органічних речовин……………………………………………………... §6. Визначення молекулярної формули гакуватої речовини……………………………………….. Ненасичені вуглеводні…………………………………………………………………………….. §7. Етиленові вуглеводні……………………………………………………………………………… §8. Ацетиленові вуглеводні…………………………………………………………………………… §9. Діє нові вуглеводні………………………………………………………………………………… §10. Ізомерія ненасичених вуглеводнів………………………………………………………………. §11. Поняття про полімери. Поліетилен……………………………………………………………… §12. Пластмаси…………………………………………………………………………………………. §13. Розв’язування розрахункових задач на виведення формули речовини за продуктами спалювання……………………………………………………………………………………………... §14. Циклічні сполуки…………………………………………………………………………………. §15. Бензен……………………………………………………………………………………………... §16. Поняття про хімічні засоби захисту рослин……………………………………………………. §17. Взаємозв’язок насичених, ненасичених і ароматичних вуглеводнів…………………………. Природні джерела вуглеводнів………………………………………………………………….. §18. Природний та супутні нафтовий гази…………………………………………………………… §19. Нафта……………………………………………………………………………………………… §20. Вугілля та продукти його переробки……………………………………………………………

Стор.