Из чего сделан активированный уголь?

Интерес к углю угасает. Будущее за углехимией?

В стратегии развития Кемеровской области до 2035 года вновь говорится о глубокой переработке угля. Из чёрного золота сегодня можно сделать многое: лекарства, асфальт, удобрения для растений и др. Но в последние годы угольщики всё яснее дают понять, что добывают топливо на продажу, а не для переработки. О том, почему в Кузбассе до сих пор не развита углехимия корреспонденту «АиФ в Кузбассе» рассказал заместитель директора по научной работе Института углехимии и химического материаловедения Александр Козлов.

От резины до лекарств

Арина Мерлова, «АиФ-Кузбасс»: Александр Петрович, а что вообще понимается под глубокой переработкой угля? Ведь и его сжигание, например, тоже можно назвать переработкой — в чистую энергию.

Александр Козлов: человечество привыкло использовать уголь только как топливо. Так и получается – уголь сожгли, тепло получили. Переработка! Но ведь уголь может дать гораздо больше, чем кажется на первый взгляд.

Тем не менее в Кузбассе на сегодняшний день есть только один комбинат, занимающийся переработкой угля. Он располагается в Новокузнецке. В Кемерове предприятий, которые выпускали бы продукты углехимии, сжижая уголь, газифицируя его, перерабатывая в наноматериалы, нет. К их открытию нужно стремиться, и тогда уголь станет ещё более востребованным: часть угля будет использоваться в химии, отходы обогащения станут топливом для газогенераторов. И даже шлаку найдётся своё место. Например, его можно использовать при строительстве дорог. Абсолютно безотходное производство!

— Где могут пригодиться продукты глубокой переработки?

— Только представьте себе, в результате глубокой переработки угля и техногенных отходов можно получать больше 180 видов химических продуктов. А их, в свою очередь, можно использовать для получения тысяч продуктов смежных отраслей. Цифры ведь колоссальные! Из каменноугольной смолы получают бензол, толуол, нафталин, а уже из них – множество органических веществ. Продукты коксования каменного угля востребованы в металлургии, из них производят высококачественные стали. Из чёрного золота производят гуминовые препараты, а они широко используются в сельском хозяйстве при рекультивации земель, в производстве асфальта, битума, аккумуляторов, керамических изделий, краски, резины, косметических и лекарственных препаратов. Углеродные сорбенты, которые применяют в пищевой, химической, топливно-энергетической, горно-металлургической, нефтегазодобывающей и перерабатывающей отраслях, охране окружающей среды, машиностроении, тоже можно получить из угля всех марок.

Углеродные материалы – это инновационный и дефицитный на мировом рынке товар. Потому в России, а конкретнее, в Кузбассе, такое производство быть должно, обязано. Ведь именно Кузбасс обладает богатейшими запасами угля! Глубокая переработка угля – бизнес очень рентабельный и конкурентоспособный. По крайней мере, опыт зарубежных стран об этом свидетельствует.

Кому нужна переработка?

— О переработке угля в своё время много говорил ещё Аман Тулеев, но преградой всегда были финансы. Понятно, что переработанный уголь стоит дороже, но прежде чем эту переработку начать, нужно ведь и денег немало вложить. Бизнесу это делать не торопится (ведь проще уголь просто продать), да и государство тоже. Ведь разрез – это крупный налогоплательщик, а переработчики, как правило, это много мелких производств. Получается, глубокая переработка угля никому не нужна и будущего у неё нет?

— По результатам исследований международное энергетическое агентство в 2014 году обнаружило, что впервые за последние два десятилетия перерастал расти спрос на уголь. В тот год страны, входящие в ОЭСР, а это 34 страны, уже сократили потребление угля на 47 млн тонн. Китай, который потребляет половину объёма угля, добываемого на всей планете, также сокращает его потребление на электростанциях, чтобы вредные выхлопы не отравляли экологию, но при этом увеличивает его количество для переработки.

Именно потому и нужно в Кузбассе развивать технологии глубокой переработки угля, ведь только тогда у региона будет инновационное развитие.

Технологии, которые надо использовать при переработке угля, действительно требуют больших финансовых затрат, но Россия не должна превращаться в сырьевой придаток. Это же простая математика: продавая сырьё, а затем покупая продукты переработки, мы теряем большие деньги. Стоит осваивать новые наукоёмкие технологии и из сырья делать продукт. Это и есть импортозамещение, о котором говорит Владимир Путин.

Возьмём сорбенты. Организация их производства внутри страны принесёт нам колоссальную экономию! Ведь 75% сорбентов для различных очистных установок сегодня страна закупает за рубежом.

— Что и кто может сделать в области глубокой переработки?

— Для изучения вопросов переработки в Кемерове создан Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН. Такой центр в России первый и уникальный! Именно в Кузбассе мы получили идеальные условия развития углехимии: бизнес принимает решение инвестировать, а наша наука, в свою очередь, сопровождает проекты, занимается различными исследованиями.

Несколько лет назад мы начали комплексное исследование угля Сибири. Создан банк данных о марках угля Кузбасса с полным техническим анализом, с геологической и промысловой характеристикой. Результаты исследований, которые проводят в институте, иногда действительно очень удивляют. К примеру, совместно с аграрными НИИ пришли к выводу, что продукты переработки угля стимулируют всхожесть семян. Также мы разработали технологию, при которой уголь можно превращать в жидкие продукты, поняли, как из каменноугольной смолы изготавливать медицинские препараты. Кстати, из угля можно получать современные противотуберкулёзные препараты!

В воздухе угля прибавится?

— Переработка угля вредна для людей и окружающей среды? Сейчас построят ещё несколько химзаводов в черте Кемерова…

— Новые химические предприятия строят не в черте города, а за городом. Это современный подход. К примеру, одна из обогатительных фабрик Кузбасса построена на трассе Анжеро-Судженск – Кемерово. Предприятия по переработке угля, конечно, относятся к химическому производству, но стоит бояться не самих заводов, а халатного, непродуманного отношения к производству. Современный мир не может обойтись без химических производств, а новейшие технологии позволяют свести к минимуму последствия переработки сырья.

Близость месторождений угля к месту его переработки, контроль качества и себестоимости поставляемого угольного сырья – условие успеха проектов в углехимии. Стоимость некоторых конечных продуктов, которые получают из угля, выше стоимости сырья в десятки, сотни и даже тысячи раз.

Но для развития углехимии нужны существенные инвестиции, рентабельность молодой отрасли пока не ясна. Ясно одно: чтобы Кузнецкий бассейн оставался не только угольной базой, но и стал перспективным регионом, необходимо вводить новые высокопроизводительные угольные предприятия, способные перейти на полную переработку добываемого угля. В Кузбассе ежегодно строятся новые обогатительные фабрики, следующая ступень – строительство экологически чистых предприятий по глубокой переработке угля.

— Какое место занимает углехимия в экономике России?

— В 2014 году Правительство РФ утвердило программу развития угольной промышленности России на период до 2030 года. В неё вошли перспективные проекты в области углехимического производства, в том числе и кузбасские. Запасы нефти и газа являются конечными, а интерес к углю, как материалу, из которого можно получить множество других продуктов, нарастает. Но, к сожалению, в России пока научно-исследовательские работы не инвестируют. Государство недостаточно поддерживает развитие углехимической промышленности. Пока всё развивается слабо. Инновационные возможности углехимических технологий не закладываются в новые проекты, разработки, регламенты и стандарты, потому и идёт отставание промышленных предприятий от современности. Нужно равняться на европейские страны. К примеру, возьмем Бельгию. Она покупает у России уголь и превращает его в широкую гамму самых разнообразных продуктов, стоимость которых выше угля! Стоит понимать, что в современном мире копать и продавать уже просто невыгодно. Пока мы отстаём от наших соседей, хотя все предпосылки для развития имеются.

Досье. Александр Козлов родился в 1974 году в Кемерове. Окончил химико-технологический факультет КузГТУ, специальность «Машины и аппараты химических производств». Кандидат химических наук.

Как на самом деле работает активированный уголь?

Если верить рекламе активированного угля, можно подумать, что он может творить настоящие чудеса. Больше всего он известен как средство от пищевых отравлений. Иногда его используют и для фильтрации воды. Проблема в том, что в последнее время он входит в состав продуктов, где ему, казалось бы, не место – средств для отбеливания зубов, косметики, иногда даже мороженого и гамбургеров.

Активированный уголь и яды

Не хочется вас расстраивать, но, скорее всего, это совсем не волшебный эликсир, каким он выглядит в воображении легковерных наших сограждан.

Активированный уголь из чего делают

Уголь – это чёрного цвета остаток от сжигания богатого углеродом материала – например, дерева, каменного угля или кокосовой кожуры. Чтобы получить активированный уголь из обычного, последний подвергают воздействию тепла, кислорода, иногда кислоты или щёлочи. Происходящие при этом химические реакции перераспределяют атомы углерода, образуя в исходном материале множество крошечных пор. В результате активированный уголь получает просто невероятную площадь поверхности. У одного его грамма она может достигать от 500 до 1500 квадратных метров. Это больше, чем у шара высотой с четырёхэтажный дом!

Это позволяет активированному углю эффективно захватывать некоторые молекулы – с помощью процесса, который называется адсорбция. Обратите внимание, что это не абсорбция, при которой химические вещества удерживаются внутри чего-то – например, вода внутри тряпки. Адсорбция – это когда молекулы прикрепляются к поверхности другого материала. В нашем случае – к углеродным порам. Это происходит благодаря силам Ван-дер-Ваальса – слабому притяжению между незаряженными молекулами. Как правило, в зависимости от того, с какого бока находятся электроны в молекуле, одна её сторона электрически более заряжена, чем другая. Поэтому в момент, когда молекула проходит сквозь крошечные поры активированного угля, силы Ван-дер-Ваальса, несмотря на всю свою слабость, притягивают её к стенкам.

Активированный уголь великолепно собирает молекулы, содержащие углерод, а у большинства ядов они есть. Кроме того, у вредоносных веществ молекулы обычно довольно крупные, что означает более сильные взаимодействия с использованием сил Ван-дер-Ваальса. Благодаря огромной площади поверхности количество задерживаемого яда весьма внушительно. Выполнив свою связывающую миссию, активированный уголь удаляется через пищеварительный тракт, не всасываясь в клетки организма. Именно поэтому отрава лишается возможности распространяться и наносить вред.

В каких случаях пьют активированный уголь

Таким способностям активированного угля, как связывание ядов в живом организме или токсинов на водоочистных сооружениях было посвящено множество исследований. Каких-либо сомнений в том, что он это делает крайне эффективно, нет. Но ведь в народе распространено убеждение, что активированный уголь, точнее его применение довольно широкое: снимает похмелье, отбеливает зубы, помогает от запоров, изжоги, влияет на желчь, убирает газы из кишечника, очищает самогон, а также, и это уже что-то новое, уничтожает загадочные токсины, которые предположительно образуются внутри вашего организма во время жизни.

И вот в этих случаях свидетельств об эффективности действия активированного угля практически нет. У кого-то, может быть, и посветлели зубы в результате их чистки соответствующей зубной пастой, но никаких исследований на эту тему никто не проводил. Способность активированного угля связывать содержащие серу молекулы и помогать тем самым людям, страдающим от газов в кишечнике, не доказана. Изыскания на эту тему проводились, но дали противоречивые результаты. Также ничто пока не говорит о том, что он может поглощать алкоголь и помогать при похмельном синдроме.

Инструкция по применению активированного угля: показания к применению, противопоказания, дозировка и т.д.

Так что давайте остановимся на следующем – активированный уголь можно спокойно принимать вовнутрь, он очень эффективен в тех случаях, которые указаны в инструкции по его применению. Однако ждать от него каких-то чудес не стоит. Им неоткуда взяться в его составе. Так что активированный уголь пользу или вред представляет – решает каждый сам.

  • Каменный уголь. Свойства, добыча и применение каменного угля

    Город призрак без угля. Таковым стал японский Хасима. В 1930-е его признали самым густонаселенным. На крошечном клочке земли уместились 5 000 человек. Все они работали на угольном производстве.

    Остров оказался буквально сложенным из каменного источника энергии. Однако, к 1970-ым запасы угля истощились.

    Уехали все. Остался лишь перерытый остров и постройки на нем. Туристы и японцы зовут Хасиму призраком. Остров наглядно показывает важность каменного угля, невозможность человечества жить без него. Альтернативы нет.

    Есть только попытки ее найти. Поэтому, уделим внимание современному герою, а не туманным перспективам.

    Описание и свойства

    Каменный уголь – это горная порода органического происхождения. Это значит, что камень образован из разложившихся остатков растений, животных. Чтобы они сформировали плотную толщу, требуется постоянное накопление и спрессовывание.

    Подходящие условия на дне водоемов. Там, где есть месторождения каменного угля, когда-то были моря, озера. Отмершие организмы опускались на дно, придавливались толщей воды. Так образовывался торф. Каменный уголь – последствие его дальнейшего сжатия под давлением уже не только воды, но и новых слоев органики.

    Основные запасы каменного угля относятся к эре Палеозоя. С ее окончания минуло 280 000 000 лет. Это эра гигантских растений и динозавров, обилия жизни на планете. Не удивительно, что именно тогда органические отложения накапливались особенно активно.

    Чаще всего, уголь образовывался в болотах. В их водах мало кислорода, что препятствует полному разложению органики.

    Внешне залежи каменного угля напоминают обгоревшую древесину. По химическому составу порода является смесью углеродных ароматических соединений высокомолекулярного типа и летучих веществ с водой.

    Минеральные примеси незначительны. Соотношение компонентов не стабильно. В зависимости от преобладания тех, или иных элементов, выделяют виды каменного угля. К основным относится бурый и антрацитовый.

    Бурая разновидность угля насыщенна водой, а посему, отличается низкой теплотой сгорания. Получается, в качестве топлива порода не годиться, как каменная. И бурый уголь нашел иное применение. Какое?

    Этому будет уделено отдельное внимание. Пока же, разберемся, почему водонасыщенную породу зовут бурой. Причина в цвете.

    Уголь коричневатый, без блеска, рыхлый. С геологической точки зрения массу можно назвать молодой. То есть, в ней не завершены процессы «брожения». Поэтому, у камня низкая плотность, при сгорании образуется много летучих веществ.

    Ископаемый каменный уголь антрацитового типа – полностью сформировался. Он плотнее, тверже, чернее, блестит. Чтобы бурая порода стала такой, требуются 40 000 000 лет. В антраците велика доля углерода – около 98%.

    Естественно, что теплоотдача у черного угля на высоте, а значит, камень можно использовать в качестве топлива.

    Образования каменного угля чаще всего находятся в болоте

    Бурый вид в этой роли используют лишь для обогрева частных домов. Им не нужны рекордные показатели энергии.

    Нужна лишь простота обращения с топливом, а антрацит в этом плане проблематичен. Разжечь черный каменный уголь непросто. Производственники, железнодорожники, приноровились. Трудозатраты стоят того, ведь антрацит не только энергоемок, но и не спекается.

    Каменный уголь – топливо, от сгорания которого остается зола. Из чего она, если органика переходит в энергию? Помните заметку о минеральной примеси? Именно неорганическая составляющая камня и остается на дне печей.

    Немало золы осталось и на китайском месторождении в провинции Люхуангоу. Залежи антрацита там горели без малого 130 лет. Пожар потушили лишь в 2004-ом году. Каждый год сгорали 2 000 000 тонн породы.

    Вот и посчитайте, сколько каменного угля пропало даром. Сырье могло пригодиться не только в качестве топлива.

    Применение каменного угля

    Уголь называют солнечной энергией, заключенной в камень. Энергию можно преобразовывать. Она не обязательно должна быть тепловой.

    Энергию, получаемую при сгорании породы, переводят, к примеру, в электричество. Температура сгорания каменного угля бурого типа чуть не доходит до 2 000 градусов. Дабы получить электричество из антрацита, потребуется уже около 3 000 по шкале Цельсия.

    Каменный уголь применяют в качестве топлива

    Если же говорить о топливной роли угля, он используется не только в чистом виде.

    В лабораториях из органической породы научились получать жидкое и газообразное топливо, а на металлургических заводах уже давно пользуются коксом.

    Он получается при нагреве каменного угля до 1 100 градусов без доступа кислорода. Кокс – бездымное топливо. Важна для металлургов и возможность применения брикетов в роли восстановителей железной руды. Так, кокс пригождается при отливке чугуна.

    Кокс применяют и в качестве разрыхлителя шихты. Так именуют смесь исходных элементов будущего сплава. Будучи разрыхленной коксом, шихта легче переплавляется. Кстати, некоторые компоненты для сплавов тоже получают из антрацита.

    В качестве примесей в нем могут содержаться германий и галлий – металлы редкие и мало где еще встречающиеся.

    Купить уголь стремятся, так же, для производства композиционных материалов углеграфитового толка. Композитами называют массы из нескольких составляющих, с четкой границей между ними.

    Искусственно созданные материалы применяют, к примеру, в авиации. Здесь композиты увеличивают прочность деталей.

    Карбоновые массы выдерживают, как очень высокие, так и низкие температуры, используются в стойках опоры контактных сетей.

    А вообще, композиты прочно вошли уже во все сферы жизни. Железнодорожники устилают ими новые платформы.

    Из наномодифицированного сырья делают опоры строительных конструкций. В медицине с помощью композитов предлагают заполнять сколы на костях и прочие повреждения, не подлежащие металлическому протезированию. Вот какой каменный уголь многоликий и многофункциональный.

    Химики разработали метод получения из угля пластмасс. При этом, не пропадают отходы. Низкосортная фракция прессуется в брикеты.

    Они служат топливом, которое подходит, как для частных домов, так и производственных цехов. В топливных брикетах остается минимум углеводородов. Они, собственно, и есть самок ценное в угле.

    Из него можно получить чистые бензол, толуол, ксилолы, куморановые смолы. Последние, к примеру, служат основой для лакокрасочной продукции и такого материала внутренней отделки помещений, как линолеум.

    Часть углеводородов ароматические. Людям знаком запах нафталина. Но, немногие знают, что производят его из каменного угля.

    В хирургии нафталин служит антисептиком. В домашнем хозяйстве вещество борется с молью. Кроме того, нафталин способен защитить от укусов ряда насекомых. Среди них: мухи, оводы, слепни.

    В общей сложности, уголь каменный в мешках закупают для производства более чем 400-от видов продукции.

    Многие из них – побочные товары, получаемые на коксохимическом производстве. Интересно, что стоимость дополнительных линий, как правило, больше, чем у кокса.

    Если же рассматривать среднюю разницу между каменным углем и товарами из него, она составляет 20-25 раз.

    То есть, производство весьма выгодное, быстро окупается. Поэтому, неудивительно, что ученые ищут все новые и новые технологии переработки осадочной породы. На растущий спрос должно быть предложение. Ознакомимся с ним.

    Добыча каменного угля

    Месторождения угля называют бассейнами. В мире их свыше 3 500. Общая площадь бассейнов – около 15% от суши. Больше всего угля в США.

    Там сосредоточенны 23% от мировых запасов. Каменный уголь в России – это 13% общих запасов. Бронза у Китая. В его недрах сокрыто 11% породы.

    Большинство из них – антрациты. В России соотношение бурого угля к черному примерно одинаково. В США преобладает бурый вид породы, что снижает значение залежей. Не смотря на обилие бурого угля, месторождения США поражают не только объемами, но и масштабами.

    Запасы одного только Аппалачского каменноугольного бассейна составляют 1 600 миллиардов тонн. В самом крупном бассейне России, для сравнения, хранятся лишь 640 миллиардов тонн породы. Речь о Кузнецком месторождении.

    Оно находится в Кемеровской области. Еще пара перспективных бассейнов обнаружены в Якутии и Тыве. В первом регионе залежи назвали Эльгинскими, а во втором – Элегетскими. Месторождения Якутии и Тывы относятся к закрытому типу. То есть, порода находиться не у поверхности, на глубине.

    Нужно строить шахты, штольни, стволы. Это поднимает цену каменного угля. Но, масштабы залежей стоят затрат. Что же касается Кузнецкого бассейна, в нем работают по смешенной системе. Около 70% сырья извлекают с глубин гидравлическим способом.

    30% угля добывают открыто, используя бульдозеры. Их достаточно, если порода залегает у поверхности, а прикрывающие слои рыхлые.

    Открыто уголь добывают и в Китае. Большинство месторождений КНР находятся далеко за пределами городов. Однако, это не помешало одной из залежей доставить неудобства населению страны. Это произошло в 2010-ом.

    Пекин резко увеличил запросы на уголь из Внутренней Монголии. Она считается провинцией КНР. В путь отправилось столько грузовиков с товаром, что 110-е шоссе встало почти на 10 дней. Пробка началась 14-го августа, а рассосалась лишь 25-го.

    Правда, не обошлось и без проведения дорожных работ. Грузовики с углем усугубили ситуацию. 110-е шоссе относится к дорогам государственного значения. Так что, не только уголь в пути задержался, но и прочие контракты оказались под угрозой.

    В интернете можно найти ролики, где водители, ехавшие в августе 2010-го по китайскому шоссе, сообщают, что 100-километровый отрезок преодолевали около 5-ти дней.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *