تحقیق مقاله سوخت های جامد

مقدمه

مهمترین وقدیمی ترین گروههای سوخت فسیلی ، حالت جامد دارند .این سوخت ها به دسته های مختلفی تقسیم می شوند .درفرم کلی می توان آنها را به دو دسته سوخت های جامد طبیعی وسوخت های جامد مصنوعی یا ساختگی تقسیم کرد [1]. ازمهمترین سوخت های دسته اول چوب، زغال نارس وزغال سنگ وازمهمترین سوخت های گروه دوم زغال چوب وکوک را          می توان نام برد . مهمترین سوخت جامد صنعتی ، زغال سنگ است که از آن به منظورهای مختلف وخصوصاً در صنایع تولید آهن وفولاد استفاده می شود. ازابتدای پیدایش صنعت ،           زغال سنگ منبع مهمی برای تولید انرژی بوده است . هرچند از اوایل دهه 1930 م. با دستیابی به نفت وبعد از آن گاز طبیعی به عنوان دو منبع مهم انرژی ، زغال سنگ جای خود را به این سوختها داد ، اما هنوز دربرخی از کشورها ، مهمترین منبع انرژی ، زغال سنگ است . ازطریق مقایسه میزان منابع انرژی موجود درجهان وسرعت مصرف سوخت های فسیلی می توان پیش بینی کرد که بشر بار دیگر درآینده ، به زغال سنگ روی خواهد آورد.

مزایای سوخت های جامد به این شرح است :

برای ذخیره سازی به مخزن خاصی نیازنداردودرواقع هرسطح صافی برای این کارمناسب است.

 درمقاسیه با نفت خام ، دارای هیدروژن کمتری است وازاین رو ارزش حرارتی خالص آن بیشتر از نفت است .

 مقدار گوگرد موجود درآن بطور متوسط از نفت کمتر است واز این رو آلودگی وخوردگی کمتری را سبب می شود.

 خاکستر زغال سنگ عاری از ترکیبات وانادیوم است ودر نتیجه سبب خوردگی داغ تأسیسات نمی شود .

 اندازه دانه های آن را می توان به دلخواه تغییر داد ولذا در جاهای مختلف قابل استفاده است .

دراین فصل به معرفی اجمالی برخی از گروه های مهم سوخت های جامد می پردازیم .

- زغال سنگ

زغال سنگ مهمترین سوخت جامد صنعتی است که برای تولید انرژی الکتریکی ، احیای فلزات به روش سنتی یا احیای مستقیم ، تولید گاز ، ساختمان سیمان وقند ، ساخت مواد شیمیایی وتولید حرارت مصرف می شود [1و2 ]. زغال سنگ معمولاً بطور لایه ا ی درپوسته زمین ذخیره شده است . این ماده ازبقایای گیاهان مدفون شده درزیر رسوبات نواحی مردابی وباتلاق ها درزمان های گذشته بوجود آمده است [1] . فعالیت های شیمیایی باکتری ها وفشارهای کوهزایی ، این رسوبات را به زغال سنگ تبدیل کرده است . روی تمامی زغال سنگ های جهان ، صرفنظر اززمان تشکیل، تنه وساقه گیاهان بصورت فسیل دیده می شود. مدفون شدن بقایای گیاهان ونرسیدن اکسیژن به آنها، شرط اولیه واساسی تبدیل  مواد آلی به جامدات فسیلی است .محل های تشکیل زغال سنگ        « تورب زا ر» نامید می شود . درباره  نحوه مدفون شدن مواد گیاهی درزیر زمین وتشکیل مناطق تورب زار دو نظریه وجود دارد [1و2] . برطبق نظریه اول یا نظریه برجا ، محل پیدایش زغال سنگ دقیقاً همان جایی است که گیاهان درآنجا رشد کرده ومدفون شده اند. تمامی رگه های باارزش زغال سنگ ازاین نوع است . نظریه دوم یا نظریه نابرجا براین اساس است که مواد گیاهی ، قبل از رسوب کردن ومدفون شدن دراثر جریان آب رودخانه ها ازجایی به جای دیگر منتقل شده ودر محل هایی  تجمع کرده اند. این زغال ها محتوی درصد زیادی از کانی های مختلف هستند و به همین جهت استفاده از آنها فعلاً مقرون به صرفه نیست. در مناطق تورب زار، فشار و دما به حدی نیست که ساختار سنگ های همراه را تغییر دهد و تنها تورب را به زغال سنگ قهوه ا ی و سپس درخشان تبدیل می کند. زغال سنگ های ایران مربوط به دوره ژوراسیک (حدود 181 میلیون سال پیش) ودوره کرتاسه (حدود 135 میلیون سال پیش) هستند [2 و 3].

- انواع زغال سنگ

صرفنظر از تأثیرات ناشی از اندازه و مقدار خاکستر یا دیگر ناخالصی های موجود در زغال سنگ، اساساً تقسیم بندی گروه های مختلف زغال سنگ بر مبنای کیفیت ماده زغال انجام می گیرد [1]. از نظر ترکیب شیمیایی، انواع زغال سنگ را با همدیگر مقایسه کرد [4].  

اکنون به اختصار به شرح گروه های زغال سنگ می پردازیم.

الف) زغال سنگ لیگنایت (قهوه ا ی)

لیگنایت از جوان ترین زغال سنگ هاست و رنگ قهوه ا ی متمایل به سیاه دارد. این زغال، مرحله انتقال زغال نارس (لیف) را به زغال سنگ نشان می دهدو الیافی شبیه به چوب دارد. این              زغال سنگ پایین ترین درجه زغال سنگ های خالص است و معمولاًدر حالت خشک و بدون خاکستر دارای حدود 60 تا 75 درصد کربن و نزدیک به 20 تا 25 درصد اکسیژن  است . این زغال معمولاً حاوی موادی مانند خاکستر، رطوبت گوگرد و مواد فرار فراوان است و در حالت خشک شده در هوا حدود 15 تا 20 درصد رطوبت دارد. به طور کلی میزان کربن لیگنایت بیشتر و هیدروژن آن کمتر از چوب است. ارزش حرارتی لیگنایت معادل 5/12 تا 5/13 مگاژول بر گیلوگرم است که به علت کوچکی ، استفاده از لیگنایت در صنعت ذوب فلزات را ناممکن             می سازد. علاوه بر این وجود مقدار زیادی رطوبت و گوگرد در بعضی از انواع ، ارزش حرارتی لیگنایت را بازهم کوچکتر می کند.

لیگنایت جسمی است نمگیر که با شعله ا ی بلند و دوزا می سوزد. انتقال آن در مسیر طولانی میسر نیست و در اثر انبار کردن خرد می شود و ممکن است شعله ور گردد. با حرارت دادن لیگنایت در نبود هوا می توان موادی نظیر گاز، کوک، بنزین، روغن های سنگین و آمونیاک به دست آورد. از زغال قهوه ا ی در صنایع برق و شیمی می توان استفاده کرد.

ب) زغال سنگ بیتومینه (قیردار)

بیتومینه به رنگ سیاه یا خاکستری تیره است و ظاهری راه راه دارد. وزن مخصوص آن از زغال سنگ قهوه ای بیشتر و در حدود 3/1 تا 5/1 است. این زغال سنگ 75 تا 85 درصد کربن دارد و مواد فرار آن کمتر از لیگنایت است. خاکستر زغال سنگ قیردار 5 تا 10 درصد و رطوبت آن بین 5 تا 8 درصد متغیر است. حد پایین ارزش حرارتی بیتومینه از انواع دیگر زغال سنگ بیشتر و بین

9/20 تا 2/27 مگاژول بر کیلوگرم است.

بیتومینه از لیگنایت فشرده تر است و در حمل و نقل کمتر خرد می شود و به ندرت مشتعل              می گردد. به هنگام سوختن شعله زرد رنگ دارد و بوی قیر می دهد. مصرف این زغال از سایر انواع بیشتر است و در تهیه سوخت های گازی و مایع ، تولید انرژی الکتریکی، و تهیه کوک متالورژی بکار می رود. این زغال بر حسب خاصیت کوک شوندگی ، به سه دسته قابل تقسیم است : کوک شو ، نیمه کوک شو و کوک نشو .

نوع کوک شو (چرب شعله کوتاه) ، در برابر حرارت فوری نرم شده و حالت خمیری به خود          می گیرد. در حدود 900 درجه سانتی گراد  مواد فرار خود را از دست می دهد و پس از سرد شدن به جسم سخت و سیاه رنگی به نام کوک تبدیل می شود. نوع کوک نشو (چرب شعله بلند) به سهولت مشتعل می گردد و بدون اینکه به حالت خمیری در آید ، باقیمانده پودر مانندی بر جای می گذارد. زغال هایی که ویژگی آنها حد میانی لیگنایت و بیتومینه است ، زغال های زیر بیتومینه (نیمه قیردار) نامیده می شوند. این زغال ها رطوبت و مواد فرار زیادی دارند و خاصیت کوک شدن ندارند . گونه خشک و بی خاکستر آنها 75 تا 83 درصد کربن و 10 تا 20 درصد اکسیژن دارد.

ج) زغال سنگ آنتراسیت (درخشان)

آنتراسیت قدیمی ترین نوع زغال سنگ است . این زغال از سایر انواع زغال سنگ سخت تر و محکم تر بوده و رنگی سیاه با جلای ویژه دارد و در اثر مالش دست را کمی سیاه می کند. میزان کربن ثابت زغال درخشان از سایر انواع زغال سنگ زیادتر بوده و بیش از 93 درصد است. مواد فرار آن نیز معمولاً از 6 درصد کوچکتر است. زغال درخشان خاصیت کوک شوندگی ندارد و پس از احتراق به شکل پودر در می آید. ارزش حرارتی این زغال به طور متوسط حدود 9/20 تا 8/28 مگاژول بر کیلوگرم است. این زغال سنگ به سختی مشتعل می شود و به علت کوچکی مواد فرار ، شعله ا ی کوتاه و متمایل به آبی دارد و به آرامی می سوزد. به همین علت زغال درخشان برای مصارف خانگی مناسب بوده و به هنگام انبار کردن نیز خرد نشده و خودبه خود مشتعل نمی شود .زغال سنگ هایی که از نظر ویژگی در حد واسط بین بیتومینه و آنتراسیت ، نیمه آنتراسیت نامیده می شوند. این زغال ها بین 90 تا 93 درصد کربن، 10 تا 20 درصد مواد فرار و          2 تا 4 درصد اکسیژن دارند. برخی از انواع نیمه آنتراسیت ها قابلیت کوک شوندگی دارند. این زغال ها را با نام های نیمه بیتومینه ، لاغر ، قیردار خشک و زغال مولد بخار نیز می خوانند.

- خواص فیزیکی زغال سنگ

انواع مختلف زغال سنگ خواص فیزیکی متفاوتی دارند. برخی از این خواص نظیر تخلخل در مطالعات مربوط به نحوه تشکیل زغال سنگ مورد استفاده قرار می گیرند . برخی دیگر نظیر وزن مخصوص، حین استفاده ویژگی خود را آشکار می کنند.