در مطلب قبلی راجع به گرافیت پرسولفور و کاربرد های آن صحبت کردیم، در این مطلب به زغال سنگ می پردازیم. زغال سنگ را می‌توان به جرات بزرگ ترین و مهم‌ترین منبع سوخت فسیلی در جهان دانست. اغلب صنایع و نیروگاه‌های بزرگ برای ادامه فعالیت‌های خود به زغال سنگ نیاز دارند. زغال سنگ حرارتی یکی از رایج‌ترین انواع زغال سنگ‌هاست که ویژگی‌های خاصی دارد. امروزه از این نوع زغال سنگ استفاده‌های بسیار زیادی می‌شود. اما روش‌های تولید زغال سنگ حرارتی کدامند؟ در ادامه مطلب قصد داریم به تشریح فرایند تولید این نوع زغال سنگ بپردازیم.
زغال سنگ حرارتی چیست؟
برای شناخت فرایند و روش‌های تولید زغال سنگ حرارتی، آشنایی با تعریف این نوع زغال سنگ ضروری است. زغال سنگ‌های حرارتی یکی از انواع زغال سنگ‌ها هستند که خواص و کاربردهای خاص خود را دارند. از زغال سنگ‌های حرارتی در بسیاری از صنایع استفاده می‌شود. زغال سنگ حرارتی درصد کربن پایین‌تری نسبت به زغال سنگ دارد. یکی از اصلی‌ترین دلایل ارزان‌تر بودن زغال سنگ حرارتی همین موضوع است.
زغال سنگ حرارتی از نظر ظاهری تفاوت زیادی با زغال سنگ معمولی ندارد. با این حال مقاومت بیشتری نسبت به آن دارد. از زغال سنگ‌های حرارتی در کنار زغال سنگ بخار، برای ایجاد بخار مورد نیاز حرکت توربین‌ها استفاده می‌کنند. به این ترتیب زغال سنگ حرارتی در برق تولیدشده از توربین و انتقال آن به شبکه برق شهری نقش تعیین‌کننده‌ای دارد.
نقش زغال سنگ در تولید برق چیست؟
در فرایند تولید برق، زغال سنگ حرارتی را به صورت پودر درمی‌آورند. این ماده در دیگ بخار می‌سوزد. بخار تولیدشده از این فرایند به حرکت توربین برای تولید برق کمک می‌کند.
چگونه کیفیت زغال سنگ را تشخیص دهیم؟
امروزه تولید زغال سنگ حرارتی و سایر انواع زغال سنگ‌ها توسط کارخانه‌های زیادی انجام می‌شود. به همین دلیل شاید تشخیص کیفیت زغال سنگ کار دشواری به‌نظر برسد. برای تشخیص کیفیت انواع زغال سنگ، عوامل زیادی را می‌توان بررسی کرد. برخی از مهم‌ترین این عوامل، عبارتند از:
- اعماق دفن
- قیمت زغال سنگ
- نوع پوشش گیاهی زغال سنگ
- مدت زمان تشکیل زغال سنگ
- تعیین فشار و دمای زغال سنگ
بررسی فرایندهای بیوشیمیایی تولید زغال سنگ حرارتی
به طور کلی مواد گیاهی، مثل زغال سنگ حرارتی از 3 عنصر اصلی هیدروژن، اکسیژن و کربن ساخته می‌شوند. البته ممکن است برخی عناصر فرعی مثل نیتروژن هم در تشکیل زغال سنگ نقش داشته باشند. با سوختن یک ماده آلی که شامل هیدروژن، کربن و اکسیژن است، دی اکسید کربن و آب تولید می‌شود. اگر همین فرایند در شرایطی که اکسیژن کم باشد اتفاق بیفتد، سوختن ناقص انجام می‌شود. به این ترتیب اکسیژن و هیدروژن از سلولز حذف می‌شوند. البته بخشی از کربن هم از بین می‌رود و ماده سیاهی به نام زغال باقی می‌ماند.
وقتی مواد گیاهی توسط میکروارگانیسم‌ها و باکتری‌ها اکسید می‌شوند، تخریب آنها هم آغاز می‌شود. این فرایند به دو عامل نوع قارچ یا باکتری تخریب‌کننده گیاه و میزان مقاومت قسمت‌های مختلف گیاه در شرایط محیطی مختلف بستگی دارد.
یکی از محصولاتی که پیش‌ترکیب زغال سنگ هم محسوب می‌شود، پیت است که از تبدیل سلولز به لیگنیت و زغال سنگ قیری به دست می‌آید. در واقع پیت از تخریب مواد گیاهی درست می‌شود. احتمالا در گذشته رشد گیاهان و احتمال تبدیل آنها به زغال سنگ حرارتی و پیت بسیار بیشتر از امروز بود.
فرایندهای ژئوشیمیایی تولید زغال سنگ حرارتی
در فرایندهای ژئوشیمیایی، پیت به انواع زغال سنگ تبدیل می‌شود.این فرایند طی سالیان طولانی و در اثر فشار و دمای زیاد انجام می‌شود. فرایند تبدیل پیت به زغال سنگ با کاهش میزان رطوبت هیدروژن، اکسیژن و ... انجام می‌شود. البته در این فرایند درصد گوگرد، کربن و ... هم افزایش پیدا می‌کند.
در فرایند ژئوشیمیایی تولید زغال سنگ حرارتی، عوامل ژئولوژیکی زیادی دخالت دارند. برخی از این عوامل عبارتند از زمان، فشار، حرارت، ترکیب و ساختار گیاه، دگرگونی ساختار، حرارت ناخواسته محیطی، شرایط محیطی و ... . در مورد عامل زمان باید گفت که هر چقدر زمان ذخیره‌سازی زغال سنگ طولانی‌تر باشد، زغال سنگ حرارتی کامل‌تری به‌وجود خواهد آمد.
منظور از پیرولیز زغال سنگ چیست؟
همانطور که می‌دانید، زغال سنگ‌ها و به خصوص زغال سنگ حرارتی در اثر گرما تجزیه می‌شوند. این زغال سنگ‌ها با توجه به شرایط تجزیه، یعنی دما و فشار به مواد مختلفی تبدیل خواهند شد. به همین دلیل از نظر کاربرد در صنایع مختلف بسیار حائز اهمیت هستند.
اغلب زغال سنگ‌ها در دمای 100 درجه سانتی‌گراد رطوبت خود را از دست می‌دهند. این زغال سنگ‌ها در دمای 400 درجه سانتی‌گراد هم تجزیه می‌شوند. با افزایش دما، محصولات زیادی ازجمله قطران زغال سنگ به دست می‌آید.
قطران زغال سنگ حاوی ترکیبات زیادی از جمله تولوئن، بنزن، نفتالین، گزیلن و ... است. وقتی دما تا 900 درجه سانتی‌گراد افزایش پیدا کند، قطران زغال سنگ هم تجزیه می‌شود. به طور کلی در این فرایند پیرولیز زغال سنگ، کک، کربن فعال، دوده، گرانیت و سایر مواد ساختمانی به دست می‌آید. فرایند پیرولیز 70 درصد زغال سنگ و 5 درصد قطران درست می‌کند.
بررسی مهم‌ترین کاربردهای زغال سنگ حرارتی
بعد از بررسی فرایند تولید زغال سنگ حرارتی، نوبت به معرفی کاربردهای این ماده می‌رسد. به طور کلی زغال سنگ‌ها، یکی از پرکاربردترین محصولات یا سوخت‌های تجدیدناپذیر در جهان محسوب می‌شوند. مهم‌ترین کاربرد زغال سنگ حرارتی در تولید برق نیروگاه‌های مولد برق است. همانطور که اشاره کردیم، زغال سنگ به تولید بخار و حرکت توربین‌های برق کمک زیادی می‌کند.
از زغال سنگ در برخی کشورها به عنوان سوخت خانگی هم استفاده می‌شود. همچنین در کشتی‌ها و قطارها هم از زغال سنگ استفاده می‌کنند. آمارها نشان می‌دهند که نزدیک به 90 درصد زغال سنگ‌های جهان، برای تولید انرژی و گرما مورد استفاده قرار می‌گیرند.
وقتی زغال سنگ می‌سوزد، محصولات یا فراورده‌های جانبی زیادی مثل زغال کک، گازهای سوختنی، قطران و ... تشکیل می‌شوند. در بسیاری از کشورهای جهان، محصولات جانبی زغال سنگ حرارتی هم مورد استفاده قرار می‌گیرند. گازهای سوختنی حاصل از زغال سنگ در سوخت شهری استفاده می‌شوند.
برای استفاده از گازهای سوختنی، زغال سنگ را با جریانی از بخار اکسیژن و آب مجاور می‌کنند. این فرایند در فشار 20 تا 30 اتمسفر انجام می‌شود. در این فرایند بخشی از زغال سنگ حرارتی به مونوکسید کربن و هیدروژن تبدیل می‌شود. فراورده‌های گازی به دست آمده را به متیل الکل تبدیل می‌کنند. به این صورت که آنها را در مجاورت کاتالیزور آهن به هیدروکربن یا روی قرار می‌دهند.
از زغال سنگ حرارتی در تهیه مواد آلی و غیرآلی هم استفاده می‌کنند. برای کاربرد زغال سنگ در تولید مواد آلی و غیرآلی از تقطیر قطران در فرایند پیرولیز زغال سنگ حرارتی استفاده می‌کنند.
منظور از بریکت زغال سنگ حرارتی و آسیاب آن چیست؟
یکی دیگر از اصطلاحات پرکاربرد در صنعت متالورژی، بریکت زغال سنگ است. معمولا بریکت‌ها را آسیاب می‌کنند. هدف از آسیاب کردن آنها پودرسازی و همگن‌سازی مواد اولیه تشکیل زغال سنگ است. بریکت‌های قالب‌گیری شده در طرح و ابعاد مختلف تولید می‌شوند.
تولید زغال سنگ حرارتی با استفاده از بریکت‌ها انجام می‌شود. بریکت‌های زغال سنگ بعد از حذف رطوبت، برای بسته‌بندی آماده می‌شوند.
خطرات استفاده از زغال سنگ برای محیط زیست
در این که استفاده از زغال سنگ برای زندگی بشر و تامین انرژی چقدر سودمند و مفید است شکی وجود ندارد. با این حال نگرانی‌های زیادی در مورد تاثیر مخرب زغال سنگ روی محیط زیست وجود دارد. دلیل این امر افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از مصرف بیش از حد زغال سنگ است. افزایش متان و مونوکسیدکربن این نگرانی‌ها را تشدید کرده است.
از سوخت بیش از حد کک، دی اکسید کربن بسیار زیادی حاصل می‌شود که می‌تواند آثار زیان‌باری برای محیط زیست داشته باشد. برای جلوگیری از میزان آسیب ناشی از زغال سنگ به محیط زیست، اصول و استانداردهای خاصی برای تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان زغال سنگ طراحی شده‌اند. به این ترتیب باید استانداردهای لازم در این راستا کاملا رعایت شوند.
خطرات ناشی از کار در معادن زغال سنگ حرارتی
قطعا همه ما می‌دانیم که کار در معادن، سخت‌ترین شغل دنیا محسوب می‌شود. کارگران معادن سختی زیادی را برای استخراج زغال سنگ تحمل می‌کنند. یکی از این سختی‌ها مواجهه با گاز متان است که در معادن زغال سنگ وجود دارد. وقتی گاز متان بین 5 تا 15 درصد با اکسیژن ترکیب شود، منجر به انفجار خواهد شد. کنترل گاز متان در معادن زغال سنگ حرارتی اهمیت فوق‌العاده زیادی دارد. برخی گازهای دیگر از جمله دی اکسید گوگرد، مونوکسید کربن و ... هم در معادن زغال سنگ وجود دارند که بسیار خطرناک و مسموم‌کننده هستند. برای جلوگیری از خطرات احتمالی در معادن زغال سنگ از دستگاه مخصوصی استفاده می‌شود. به این ترتیب خطرات ناشی از انتشار گازهای سمی زغال سنگ به حداقل می‌رسد.
کلام پایانی
زغال سنگ حرارتی یکی از انواع زغال سنگ‌هاست که کاربردهای خاصی دارد. این نوع زغال سنگ از نظر ظاهری شباهت زیادی به زغال سنگ معمولی دارد، اما ویژگی‌های آن متفاوت است. فرایند تولید زغال سنگ حرارتی در این مطلب شرح داده شد. مهم‌ترین کاربرد زغال سنگ حرارتی در تولید برق است. به این شکل که زغال سنگ به تولید بخار و حرکت توربین مولد برق کمک زیادی می‌کند. امروزه استفاده از زغال سنگ‌ها با توجه به آسیب‌های محیط زیستی زیادی که دارند با تردید مواجه شده است.
