Fossil energy gov. Education. - Очистка угля

Очистка угля

Уголь является нашим самым распространенным ископаемым топливом. В Соединенных Штатах больше угля, чем у остальной части мира масла. Существует еще достаточно подземного угля в этой стране, чтобы обеспечить энергию для следующего 200 до 300 лет.

Но уголь не является идеальным топливом. Оказались в ловушке , внутри угля следы примесей, как сера и азот. Когда уголь сжигают, эти примеси попадают в воздух.

В то время как плавающие в воздухе, эти вещества могут сочетаться с водяным паром (например, в облаках) и форма капель, которые падают на землю, как слабые формы серной и азотной кислоты – ученые называют это «кислотный дождь».

Есть также крошечные пятнышки полезных ископаемых – в том числе общих загрязнений – смешанные в угле. Эти крошечные частицы не горят и составляют золу, оставленные в камере сгорания угля. Некоторые из крошечных частиц также попадают в газы сгорания и, наряду с водяным паром, образуют дым, который выходит из дымовой трубы завода. Некоторые из этих частиц настолько малы, что 30 из них бок-о-бок будут почти равны ширине человеческого волоса!

Кроме того, уголь, как и все ископаемые топлива, образуется из углерода. Все живые существа – даже люди, – состоят из углерода. (Помните – уголь начинал как живые растения.), Но когда каменный уголь горит, его углерод соединяется с кислородом в воздухе в форме диоксида углерода. Диоксид углерода представляет собой бесцветный газ без запаха, но в атмосфере, он является одним из нескольких газов, которые могут задерживать тепло Земли. Многие ученые считают, что это является причиной повышения температуры Земли, и это потепление может привести к изменению климата Земли (подробнее о «парниковом эффекте»).

Похоже, уголь является грязным топливом, чтобы гореть. Много лет назад это было. Но все изменилось. Особенно в последние 20 лет, ученые разработали способы улавливания загрязняющих веществ в ловушке угля, ведь примеси могут попадать в атмосферу. Сегодня у нас есть технологии, которые могут отфильтровать 99 процентов из крошечных частиц и удалить более 95 процентов кислотных загрязнителей дождя.

У нас также есть новые технологии, которые сокращают выбросы двуокиси углерода при сжигании угля более эффективно.

Многие из этих технологий относятся к семейству энергетических систем, называется «чистые угольные технологии». С середины 1980-х годов, правительство США вложило более $ 3 млрд. в разработку и тестирование этих процессов на электростанциях и заводах по всей стране. Частные компании и правительства штатов были частью этой программы. В самом деле, они внесли более нескольких миллиардов долларов на эти проекты.

Программа чистые угольные технологии

Программа чистые угольные технологии началась в 1985 году, когда Соединенные Штаты и Канада решили, что что-то должно быть сделано по поводу «кислотных дождей», которые, как полагают, повреждают реки, озера, леса и здания в обеих странах. Поскольку многие из загрязняющих веществ, которые формируются «кислотных дождей» прибывают из больших угольных электростанций в США, правительство США взяли на себя инициативу в поиске решения.

Одним из шагов, предпринятых министерством энергетики США, было создание партнерской программы между правительством, несколькими государствами, и частные компании для тестирования новых методов, разработанных учеными, чтобы сделать сжигания угля намного чище. Это стали «программы чистые угольные технологии».

Как сделать уголь чище?

На самом деле есть несколько способов.

Возьмем серу, например. Сера является желтоватым веществом, которое существует в небольших количествах в угле. Уголь можно найти в Огайо, Пенсильвании, Западной Вирджинии и других восточных штатах, сера составляет от 3 до 10 процентов от массы угля.

Некоторые угли найдены в штате Вайоминг, Монтана и других западных штатов (а также некоторых местах на Востоке), сера может быть только 1/100 (менее 1 процента) от массы угля. Тем не менее, важно, чтобы большая часть этой серы была удалена прежде, чем она попадет вверх трубы электростанции.

Один из способов в очистке угля до прибытия на электростанции. Один из способов достижения этой цели является простое дробления угля на мелкие куски и промывке его. Серы, которые находятся в крошечных пятнышках в угле (так называемые «колчеданные серы», потому что в сочетании с железом с образованием сульфата железа пирит, иначе известный как «золото дураков»), могут быть вымыты из угля таким образом. Как правило, в одном процессе промывки куски угля подают в большую емкость с водой, уголь всплывает на поверхность, в то время как примеси серы тонут. Есть объекты по всей стране под названием «уголь обогатительных фабрик», которые чистят уголь таким образом.

Не все серы из угля могут быть удалены так, однако. Некоторые из сер в угле фактически химически связаны с угля молекул углерода, вместо существующих в виде отдельных частиц. Этот тип серы называют «органической серой» и промывка не будет удалять его. Несколько процессов были испытаны для смешивания угля с химическими веществами, которые отделяют серы от молекул угля, но большинство этих процессов оказались слишком дорогими. Ученые до сих пор работают над снижением стоимости этих процессов химической очистки.

Большинство современных электростанций – и все заводы, построенные после 1978 года, – должны иметь специальные установленные устройства, которые очищают серы от сжигания угля газов, перед тем, как газы поднимаются по дымовой трубе. Техническое название для этих устройств «дымовые сероочистки газа», но большинство людей просто называют их «скрубберы» – потому что они «скраб» выпущенные серы из дыма угольных котлов.

Как скрубберы работают?

Большинство скрубберов опираются на очень распространенное вещество, найденное в природе под названием «известняк». Мы буквально горы известняка в этой стране. Когда измельчают и обрабатывают, известняк может быть превращен в вид белого порошка. Известняк можно сделать, чтобы поглотить серные газы при определенных условиях – так же, как губка впитывает воду.

В большинстве скрубберы, известняк (или другого подобного материала, называемого известкового) смешивают с водой и распыляют в уголь сгорания (так называемый «дымовых газов»). Известняк захватывает серы и «тянет» ее из газов. Известняки и серы соединяются друг с другом с образованием влажной пасты (это выглядит как зубная паста). А в некоторых новых скрубберах, сухого порошка. В любом случае, сера улавливается и предотвращается побег в воздух.

Программы чистые угольные технологии программы протестировали несколько новых типов скрубберов, которые оказались более эффективными, более низкой стоимости и более надежные, чем прежних скрубберов. Программы также испытали другие типы устройств, которые распыляют известняк внутри трубки (или «воздуховодов») электростанции поглощая серу загрязняющих веществ.

Стук оксидов азота в наши запасы угля

Азот является наиболее распространенной частью воздуха, которым мы дышим. В самом деле, около 80% воздуха является азот. Обычно атомы азота плавают вокруг соединенные друг с другом, как химический пар. Но когда воздух нагревается – в пламени уголь котла, например, – это атомы азота разваливаются и вступают с кислородом. Это формирует «оксиды азота» – или, как его иногда называют, «Нокс». NOx может быть также образована из атомов азота, который в ловушке внутри угля.

В воздухе, NOx является загрязнителем. Это может привести к смогу, коричневая дымка, вы иногда видите вокруг больших городов. Он также является одним из загрязняющих веществ, которые образуют «кислотные дожди». И он может помочь сформировать то, что называется «приповерхностного озона», другой тип загрязнителей, которые могут сделать воздух темным.

NOx, может быть получено любое топливо, которое горит достаточно горячим. Автомобили, например, производят NOx, когда они сжигают бензин. Но много NOx происходит от угольных электростанций, поэтому в программах чистой угольной технологии разработаны новые способы снижения этого загрязнителя.

Один из лучших способов снижения NOx, чтобы предотвратить его от формирования в первую очередь. Ученые нашли способ сжигать уголь (и другие виды топлива) в горелках, где есть больше топлива, чем воздух в горячих камерах сгорания. В этих условиях большая часть кислорода в воздухе в сочетании с топливом, а не с азотом. Горючая смесь затем отправляется во вторую камеру сгорания, где подобный процесс повторяется, пока все топливо не сжигается.

Эта концепция называется «ступенчатое сжигание», потому что уголь сжигается в несколько этапов. Новое семейство уголь горелки называют «с низким содержанием NOx Горелки» была разработана с использованием этого способа сжигания угля. Эти горелки могут уменьшить количество окиси азота выбрасываемого в воздух более чем на половину. Сегодня, благодаря исследованиям и программам чистые технологии использования угля, примерно 75 процентов всех крупных угольных котлов в США будет использовать эти типы горелок.

Существует также семейство новых технологий, которые работают как «скрубберы» путем очистки NOx из дымовых газов (дыма) угля горелками. Некоторые из этих устройств используются специальные химические вещества, называемые «катализаторы», которые разрушают NOx в экологически чистые газы. Хотя эти устройства являются более дорогими, чем «с низким содержанием NOx Горелки», их можно удалить до 90 процентов загрязняющих веществ NOx.

Но в будущем, может быть, даже более рациональный способ сжигать уголь на электростанции. Или, может быть, может быть так, чтобы не сжечь уголь вообще.