Giáo trình Hóa học và công nghệ chế biến than

Chia sẻ: Chu Trường | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

225
lượt xem 56
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nguồn nguyên liệu than đá, cấu tạo và thành phần hóa học của than, cấu tạo và thành phần hóa học của than là những nội dung chính trong 3 chương của giáo trình "Hóa học và công nghệ chế biến than". Mời các bạn cùng tham khảo để có thêm tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Hóa học và công nghệ chế biến than

BỘ CÔNG THƯ ƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ ******* GI¸O TR×NH HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THAN Dùng cho sinh viên Đại học chính quy Ngành: Công nghệ kỹ thuật Hóa học (Tài liệu lưu hành nội bộ) 1
NĂM 2015 2
MỤC LỤC 3
MỞ ĐẦU Năng lượng trong thế kỷ 21 đang là vấn đề nóng hổi trên toàn cầu. Khi nguồn nhiên liệu dầu khí và khí đốt được dự báo sẽ cạn kiệt trong vòng 50 đến 60 năm tới, dẫn đến giá dầu, khí ngày một tăng cao và do đó làm cho nhiều nghành sản xuất phụ thuộc nhiều vào nguồn nhiên liệu này phải gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt là các quốc gia nhập khẩu dầu, khí. Việt Nam nằm trong top những nước tiêu thụ năng lượng tương đối lớn so với khu vực và trên thế giới. Nhu cầu điện ngày càng lớn, khả năng cân đối tài chính để khai thác và chế biến 55 ÷ 58 triệu tấn than sau năm 2015 là rất khó khăn. Nhu cầu than riêng cho ngành điện vào năm 2020 với công suất các nhà máy điện than là 36 nghìn MW để sản xuất 154,44 tỷ kWh, sẽ tiêu thụ 67,3 triệu tấn than. Năm 2030, công suất các nhà máy nhiệt điện than là 75.748,8 MW để sản xuất 391,980 tỷ kWh, tiêu thụ tới 171 triệu tấn than. Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch rắn rất có ích trong các ngành công nghiêp. Thành phần chính của than đá là cacbon, ngoài ra còn có các nguyên tố khác như lưu huỳnh. Than đá, là sản phẩm của quá trình biến chất, là các lớp đá có màu đen hoặc đen nâu có thể đốt cháy được. Than đá là nguồn nhiên liệu sản xuất điện năng lớn nhất thế giới, cũng như là nguồn thải khí carbon dioxide lớn nhất, được xem là nguyên nhân hàng đầu gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu. Than đá được khai thác từ các mỏ than lộ thiên hoặc dưới lòng đất. Than đá sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống. Trước đây, than dùng làm nhiên liệu cho máy hơi nước, đầu máy xe lửa. Sau đó, than làm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện, ngành luyện kim. Gần đây than còn dùng cho ngành hóa học tạo ra các sản phẩm như dược phẩm, chất dẻo, sợi nhân tạo. Than chì dùng làm điện cực. Ngoài ra than còn được dùng nhiều trong việc sưởi ấm từ xa xưa nhưng khi cháy chúng tỏa ra rất nhiều khí CO có thể gây ngộ độc nên cần sử dụng trong các lò sưởi chuyên dụng có ống khói dẫn ra ngoài cũng như có các biện pháp an toàn khi sử dụng chúng. Than có tính chất hấp thụ các chất độc vì thế người ta gọi là than hấp thụ hoặc là than hoạt tính có khả năng giữ trên bề mặt các chất khí, chất hơi, chất tan trong dung dịch. Dùng nhiều trong việc máy lọc nước, làm trắng đường, mặt nạ phòng độc... Từ than đá, con người có thể tạo ra hàng nghìn các hợp chất hữu cơ trung gian, là một nguyên liệu vô cùng quan trọng trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ. Hóa học và công nghệ chế biến than là một môn khoa học nghiên cứu về bản chất, nguồn gốc, thành phần cấu tạo và tính chất của than đá và các sản phẩm khi chế biến chúng. Trong giáo trình chuyên ngành này được trình bày những nội dung rất cơ bản và hết sức cần thiết để cung cấp cho sinh viên hệ đại học, cao đẳng 4
ngành công nghệ kỹ thuật hóa học làm tài liệu học tập và tham khảo giúp ích cho quá trình học tập, nghiên cứu khoa học và công tác sau này. 5
Chương 1. NGUỒN NGUYÊN LIỆU THAN ĐÁ 1.1. Nguồn gốc quá trình hình thành than 1.1.1. Khái niệm than đá Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch được hình thành ở các hệ sinh thái đầm lầy nơi xác thực vật được nước và bùn lưu giữ không bị ôxi hóa và phân hủy bởi sinh vật (biodegradation). Thành phần chính của than đá là cacbon, ngoài ra còn có các nguyên tố khác như lưu huỳnh. Than đá, là sản phẩm của quá trình biến chất, là các lớp đá có màu đen hoặc đen nâu có thể đốt cháy được. Than đá là nguồn nhiên liệu sản xuất điện năng lớn nhất thế giới, cũng như là nguồn thải khí carbon dioxide lớn nhất, được xem là nguyên nhân hàng đầu gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu. Than đá được khai thác từ các mỏ than lộ thiên hoặc dưới lòng đất (hầm lò). Thành phần của than đá chủ yếu là cacbon cùng với một số các yếu tố khác, chủ yếu là hydro, lưu huỳnh, oxy và nitơ. Trong suốt lịch sử, than đã được sử dụng như là một nguồn tài nguyên năng lượng, chủ yếu là đốt để sản xuất điện hoặc nhiệt và cũng được sử dụng cho mục đích công nghiệp, chẳng hạn như các kim loại tinh chế. Một nhiên liệu hóa thạch, các loại than khi cây cối chết được chuyển thành than bùn, lần lượt được chuyển đổi thành than non, sau đó là than bitum, và cuối cùng là than đá. Điều này liên quan đến các quá trình sinh học và địa chất diễn ra trong một thời gian dài. Các cơ quan thông tin năng lượng ước tính than dự trữ tại 948 × 109 tấn (860 Gt). Một ước tính cho tài nguyên là 18000 Gt. 1.1.2. Giả thuyết về nguồn gốc thực vật Than hình thành từ sự cacbon hóa cây cối, thực vật. Khi chết, cacbon trong mô của chúng thường tái lưu chuyển vào môi trường khi chúng bị phân hủy. Sự cacbon hóa xảy ra khi vật chất thực vật chết chịu tác động của nhiệt và áp suất trong hàng triệu năm. Những hạng than khác nhau được hình thành do sự phối hợp khác nhau về thời gian, nhiệt độ và áp suất tác động lên vật chất thực vật. Hầu hết than đá trên thế giới được hình thành trong kỷ cacbon từ 286 tới 360 triệu năm trước. Trong thời kỳ này, những khu vực rộng lớn trên bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi rừng già ẩm ướt. Cây chết ngã xuống đầm lầy không phân hủy hoàn toàn mà tích tụ thành những lớp than bùn dày, ẩm ướt. Sau đó, khi đầm lầy bị biển tràn ngập, than bùn bị vùi dưới những lớp trầm tích. Qua những thời kỳ lâu dài, trầm tích phân rã thêm và dần khô và cứng thành than nâu hay linhit. Khi có thêm 6
những lớp trầm tích mới, nhiệt và áp suất tăng cao, biến linhit thành than bitum (hắc ín, nhựa đường). Trong vài trường hợp, áp suất gia tăng biến than bitum thành than antraxit (hay than gầy). Than là một nguồn năng lượng không tái tạo được, vì phải mất hàng triệu năm để hình thành. Năng lượng trong than xuất phát từ năng lượng đã được lưu trữ trong các loài thực vật khổng lồ đã sống hàng trăm triệu năm trước đây trong khu rừng đầm lầy, ngay cả trước khi khủng long xuất hiện. Khi những loài thực vật khổng lồ chết, chúng tích tụ hình thành lớp ở phía dưới các đầm lầy. Nước và bụi bẩn bắt đầu chồng chất lên trên đỉnh của cây đã chết vẫn còn. Qua hàng triệu năm dưới sự tác động của áp suất và nhiệt độ cao sâu trong lòng đất làm biến đổi hóa học và vật lý và đẩy ra oxy hình thành các mỏ than. Cách đây từ 300 đến 350 triệu năm hình thành nên kỷ Cacbon. Một đặc điểm nổi bật của trầm tích của vỏ quả đất trong kỷ này là những tầng chứa than đá rất phổ biến được hình thành ở nhiều nơi trên thế giới như Tây Âu, Bắc Mỹ, Nga, Trung Quốc, v.v… Đây là lần đầu tiên hình thành những mỏ lớn than đá có ý nghĩa kinh tế trong lịch sử Trái Đất. Những tầng chứa than này là nguồn năng lượng chủ yếu cho phát triển công nghiệp ở thế kỷ 19 và ngày nay cũng vẫn còn có ý nghĩa kinh tế quan trọng. Trong kỷ Carbon, ở những khu vực nhiệt đới, xích đạo phổ biến các lớp trầm tích biển nông với sự xen kẽ với những lớp tướng đầm hồ, tam giác châu chứa các vỉa than. Các nhịp trầm tích như vậy lặp đi lặp lại nhiều lần, có khi đạt tới bề dày hàng nhiều nghìn mét. Điều này chứng tỏ trong Carbon ở những nơi này đã có nhiều đợt biển ngập và biển rút, khi biển rút điều kiện đầm hồ, tam giác châu hình thành và là nơi phát triển những khu rừng phong phú thực vật trong môi trường đầm lầy. Khi đó vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ chưa phát triển, do đó gỗ của những thân cây chết được tích lũy và qua thời gian lâu dài vẫn không bị phân hủy nên chất đống lại rồi bị chôn vùi dưới những lớp trầm tích mới. Đó chính là nguồn tạo than đá trong trầm tích hệ Carbon. 7
Hình 1.1. Sự hình thành các lớp trầm tích 8
Hình 1.2. Sự hình thành các lớp than 9
* Sự phát triển rầm rộ của thực vật: Đầu kỷ Carbon thực vật tiếp tục những dạng từ Devon muộn, nhưng sau đó nhanh chóng trở nên phong phú và đa dạng. Lần đầu tiên trong Paleozoi, thực vật trên cạn Carbon phát triển rầm rộ và hình thành những khu rừng thực sự, bao gồm nhiều dạng thân mộc – Dương xỉ, Thạch tùng, Mộc tặc, v.v… Trước hết, nhóm Cây vẩy của ngành Thạch tùng phát triển rất phong phú, thân cây có thể cao tới 3040 m với đường kính gốc đạt tới vài mét. Thân của nhóm thực vật này có những vết sẹo gốc lá sắp xếp hình vẩy, từ đó mà có tên thực vật là Cây vẩy (Lepidophyta – gốc chữ Hy Lạp, lepidos là vẩy, phyta là thực vật). Thân cây không phân cành mà chỉ hình thành một túm nhánh phân đôi ở ngọn tạo thành một cái tán. Do sống trong điều kiện đầm lầy nên chúng có bộ rễ phân nhánh dấu cộng tạo thành hệ rễ mang tên riêng là stigmaria. Các giống điển hình của nhóm Cây vẩy này là Lepidodendron, Sigillaria. Cùng với thực vật Cây vẩy, Dương xỉ thân đốt và Dương xỉ có hạt cũng rất phát triển. Khác với Dương xỉ hiện tại, chúng là những cây cao to, ví dụ các giống Neuropteris, Spheopteris. Ngoài ra còn có nhiều thực vật Thân đốt (Mộc tặc) như Sphenophyllum, Calamites và thực vật hạt trần cổ xưa như Cordaites. Trong các khu rừng ở kỷ Carbon vai trò đầu tiên thuộc thực vật Cây vẩy, sau đó là thực vật Thân đốt (Calamites, Annularia), ngoài ra còn có Dương xỉ có hạt và các đại biểu mới xuất hiện của Tuế (Taeniopteris). Về phân bố địa lý, cũng giống như ở Devon thực vật ở kỷ Carbon sớm mang tính chất đồng nhất trên thế giới và phản ánh điều kiện khí hậu ấm áp. Theo nhà cổ thực vật Nga Krishtofovish, từ kỷ Carbon trung bắt đầu sự phân hóa thành các khu hệ và tỉnh địa lý thực vật thích ứng với những điều kiện khí hậu khác nhau. Khu hệ thực vật nhiệt đới bao trùm Bắc Mỹ, Trung Âu và Nam Âu qua Trung Quốc phát triển đầy đủ các dạng đặc trưng nhất của thực vật kỷ Carbon như Cây vẩy (Lepidodendron, Sigillaria), Dương xỉ có hạt (Neuropteris, Alethopteris), Dương xỉ thân mộc (Cordaites). Hệ thực vật này gồm những cây cao to không có vòng gỗ hàng năm, chứng tỏ không có sự xen kẽ mùa nóng mùa lạnh; cây có lá lớn. Khu hệ Tungusk hay Angara bao trùm Bắc Nga và Bắc Á, thể hiện tính chất ôn đới hoặc thậm chí khí hậu lạnh. Thực vật Cây vẩy mất vai trò chủ chốt và nhường chỗ cho Cordaitales. Trong khu hệ này cũng có mặt Dương xỉ như Pecopteris, Gangamopteris và Dương xỉ có hạt (Neuropteris). Cây có vòng gỗ hàng năm chứng tỏ có sự xen kẽ giữa mùa nóng và mùa lạnh. Khu hệ Gondwana gồm Nam Mỹ, Nam Phi và Australia, cũng gọi là “khu hệ Glossopteris” theo tên dạng thực vật phổ biến của Gondwana – Glossopteris. Trong thành phần thực vật của khu hệ này vắng mặt Cây vẩy, Dương xỉ thân mộc và 10
những dạng khác đặc trưng cho khu hệ nhiệt đới. Trong khi đó, Cordaitales đóng vai trò quan trọng cùng với một số Dương xỉ lá nhỏ. Hình 1.3. Rừng thực vật khổng lồ cổ đại * Hoạt động kiến tạo và cổ địa lý: Hoạt động kiến tạo trong Carbon khá sôi động, đó là kỷ của hoạt động tạo núi Varisci (Hercyni) do sự xô húc các mảng ở bán cầu bắc hiện nay. Đó là sự xô húc Siberia với rìa đông Châu Âu của mảng Laurussia để tạo dãy núi Ural. Kết quả là sự hình thành lục địa Laurasia ở bán cầu bắc, đối trọng với Gondwana ở bán cầu nam. Sự gắn kết các mảng ở Đông Á phức tạp hơn, Siberia nằm ở vĩ độ trung bình (cũng gọi là Angara); Trung Quốc gồm hai khối – Hoa Bắc và Hoa Nam trong kỷ Carbon cùng nằm ở bán cầu bắc, gần xích đạo có lẽ cũng gắn kết với nhau thành một khối (Cathaysia). Song song với những sự kiện vừa nêu là sự xô húc của Laurasia với Gondwana tạo nên dãy núi Hercynid ở Tây Âu và dãy Appalach ở Bắc Mỹ. Đó là xu hướng chung của chuyển động hội tụ hai khối lục địa bắc và nam trong tiến trình thành tạo siêu lục địa Pangea. Tất cả những hoạt động kiến tạo sôi động này và vị trí của của các lục địa trong từng thời kỳ đều đã được minh chứng bằng những tư liệu cổ từ. Từ kỷ Devon hai mảng lục địa Baltica và Laurentia đã gắn liền nhau thành một lục địa thống nhất, như vậy ở bán cầu bắc có hai lục địa lớn là Laurussia (Euramerica) và Siberia cùng với một vài khối nhỏ như Kazakhstania và Hoa Bắc (có thể còn cả Cathaysia), còn ở phía nam vẫn là lục địa khổng lồ Gondwana. Về đại dương, ngoài đại dương Panthalassa (Toàn Đại Dương) cũng xuất hiện các đại dương Paleotethys và Pleionic. Trong kỷ Carbon các hoạt động kiến tạo diễn ra do sự di chuyển hội tụ của các lục địa trên đây. 11
Hoạt động tạo núi Varisci là một quá trình kiến tạo lớn diễn ra vào cuối nguyên đại Paleozoi, bắt đầu từ cuối kỷ Devon qua suốt kỷ Carbon cho đến cuối Permi, gồm đến hàng chục pha, nhưng có ba pha được nhắc đến nhiều là pha Sudet diễn ra ở kỷ Carbon sớm, pha Asturi – Carbon muộn và pha Ural diễn ra ở Permi. Ảnh hưởng của tạo núi Varisci rộng lớn, qua hàng chục pha hoạt động tạo núi này đã tạo nên những vùng núi uốn nếp lớn trên thế giới, gọi là vùng núi uốn nếp Hercynid (cũng gọi là Variscid, nhưng trong tiếng Việt nên viết Hercynid để tránh sự nhầm lẫn với gọi tên khoáng vật ngọc variscit). Trước hết là ở Tây Âu như bán đảo Iberia (Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha), Pháp, Đức, Italia, vùng Balcan và Tây Bắc Châu Phi. Ở Nga là dãy núi Ural và vùng Pamir và Viễn Đông, ở Trung Á, Mông Cổ, Thiên Sơn và Bắc Trung Quốc. Ở Bắc Mỹ hoạt động tạo núi Varisci được gọi tên là tạo núi Alleghen hay tạo núi Appalach, tạo nên dãy núi Appalach chạy dọc theo rìa phía đông bắc Hoa kỳ. Tạo núi Varisci ở Tây Âu, Tây Bắc Phi và Đông Bắc Mỹ là hệ quả của chuyển động hội tụ và xô húc của hai mảng Gondwana và Laurussia. Trong kỷ Carbon muộn diễn ra sự xô húc của Kazakhstania với Siberia, rồi sau đó là xô húc của Nội Mông với Siberia. Pha tạo núi Urali do sự xô húc của phần tây nam mảng Siberia và mảng Kazakhstania. Kết quả của những hoạt động địa chất trên đây dẫn đến diện tích của lục địa tăng lên gấp bội, đồng thời các lục địa cũng được nâng cao hơn. Nếu ở Carbon sớm diện tích các vùng biển nông thềm lục địa khá rộng, thì sang kỷ Carbon muộn với xu thế nâng của các lục địa nên nhiều phần của đại dương bị thu hẹp bớt, trở thành những biển rìa. Điều này được minh chứng bằng sự phổ biến những bất chỉnh hợp trong các tầng đá tuổi kỷ Carbon. Cuối cùng, tất cả những chuyển động tạo núi Varisci dẫn đến sự hình thành siêu lục địa Pangea vào cuối nguyên đại Paleozoi, làm thay đổi bộ mặt của thế giới – toàn bộ thế giới chỉ còn một lục địa bao gồm tất cả các lục địa ta biết ngày nay, bao quanh siêu lục địa Pangea là đại dương không bị chia cắt mà là một đại dương thống nhất – “Toàn Đại Dương” tức là Panthalassa. Trong thiên nhiên than nằm thành từng vỉa giữa các lớp khoáng thạch, giả thuyết được chấp nhận nhiều nhất về nguồn gốc của than đá là: Do sự vận động của các tầng địa chất, thực vật được vùi lấp sâu trong lòng đất cùng với sự hoạt động của vi khuẩn, nhiệt độ và áp suất cao đã biến đổi sâu sắc xác thực vật thành than sau hàn trăm triệu năm. 1.1.3. Quá trình hình thành các loại than 12
A. Than bùn Mặc dù than bùn được sử dụng như một nguồn năng lượng, nó thường không được coi là một than. Nó là vật liệu tiền thân từ đó than có nguồn gốc và quá trình mà than bùn được hình thành được nghiên cứu trong các đầm lầy hiện ở nhiều nơi trên thế giới (ví dụ, trong Okefenokee Swamp of Georgia, Mỹ, và dọc theo bờ biển phía tây nam của New Guinea). Sự hình thành của than bùn được điều khiển bởi một số yếu tố bao gồm: (1) sự phát triển tiến hóa của đời sống thực vật, (2) các điều kiện khí hậu (đủ ấm để duy trì tăng trưởng thực vật và đủ ẩm cho phép phân hủy một phần của nguyên liệu thực vật và bảo tồn những than bùn) và (3) những điều kiện vật chất của khu vực (vị trí địa lý của nó tương đối so với nước biển hoặc các cơ quan khác của nước, tỷ lệ sụt lún hoặc nâng lên, và v.v..). Vùng khí hậu nóng ẩm được cho sản xuất băng rộng của than sáng. Khí hậu ôn đới mát, mặt khác, được cho là để sản xuất than vụn với tương đối ít than sáng. Ban đầu, các khu vực mà một tương lai vỉa than có thể được phát triển phải được nâng lên để tăng trưởng thực vật có thể được thiết lập. Khu vực gần bãi biển hoặc các khu vực thấp trũng ven suối ở đủ ẩm cho than bùn để tạo thành, nhưng đầm lầy cao (một số đầm lầy và vùng đồng hoang) có thể sản xuất than bùn nếu lượng mưa hàng năm vượt quá bốc hơi hàng năm và ít thấm hoặc thoát xảy ra. Dải than bùn dày cần thiết cho sự hình thành than đá phát triển tại các địa điểm nơi các điều kiện sau: chậm, liên tục sụt lún; sự hiện diện của các cấu trúc tự nhiên như con đê, bờ biển, quán bar mà cung cấp cho bảo vệ khỏi tình trạng ngập úng thường xuyên; và một nguồn cung cấp hạn chế đếntrầm tích đó sẽ làm gián đoạn hình thành than bùn. Ở những khu vực nước có thể trở nên khá trì trệ (trừ một số con sông đi qua đầm lầy), và nguyên liệu thực vật có thể tiếp tục tích lũy. Vi sinh vật tấn công các nguyên liệu thực vật và chuyển đổi nó để than bùn. Rất gần với bề mặt nơi oxy là vẫn có sẵn (aerobic, hoặc oxy hóa, điều kiện), sự phân hủy của vật liệu nhà máy sản xuất các sản phẩm chủ yếu là ở dạng khí và chất lỏng. Tuy nhiên, với độ sâu tăng, điều kiện ngày càng trở nên yếm khí (giảm), và nấm mốc và địa y phát triển. Quá trình hình thành than bùnsinh hóa. Nấm không được tìm thấy dưới khoảng 0,5 mét (khoảng 18 inch), và hầu hết các hình thức sống của vi khuẩn đã được loại trừ ở độ sâu dưới 10 mét (khoảng 30 phút). Nếu một trong hai tỷ lệ sụt lún hoặc tỷ lệ của dòng trầm tích tăng mới, than bùn sẽ được chôn cất và ngay sau đó các coalification quá trình địa hóa coalificationbắt đầu. Các chu kỳ có thể được lặp đi lặp lại nhiều lần, trong đó chiếm vỉa than nhiều tìm thấy trong một số lưu vực trầm tích. 13
Một số đặc điểm than được xác định bởi sự kiện xảy ra trong quá trình hình thành than bùnví dụ, tài liệu sử dụng hàng ngày trong than là do vụ cháy đã xảy ra trong thời kỳ khô hạn trong khi than bùn vẫn còn hình thành. Ba yếu tố vật lý lớnthời gian, tăng nhi ệt độ, và tăng áp – có thể ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa than. Trong thí nghiệm than chuẩn bị nhân tạo được ảnh hưởng bởi thời gian thử nghiệm, nhưng trong tự nhiên chiều dài của thời gian là dài hơn đáng kể và hiệu quả tổng thể của thời gian vẫn còn chưa xác định. Lowrank nâu) ở lưu vực sông Moscow đã được gửi trong thời gian Cacbon nhưng than (than không được chôn sâu sắc và không bao giờ đạt đến một cấp bậc cao hơn. Lời giải thích được chấp nhận rộng rãi nhất là sự chuyển hóa than diễn ra để đáp ứng với nhiệt độ ngày càng tăng. Nói chung, nhiệt độ tăng theo chiều sâu. Địa nhiệt gradient này trung bình khoảng 30°C (85°F) cho mỗi cây số, nhưng các dãy gradient từ dưới 10°C (50°F) cho mỗi cây số trong vùng trải lún rất nhanh chóng cho hơn 100°C (212°F) cho mỗi cây số trong lĩnh vực hoạt động địa chất. Đo độ dày lớp phủ trầm tích và hàng ngũ than tương ứng cho thấy rằng nhiệt độ thấp hơn 200°C (390°F) là đủ để sản xuất than antraxit xếp hạng. Hiệu quả của việc gia tăng áp lực do độ sâu chôn cất không được xem là gây sự chuyển hóa than. Trong thực tế, gia tăng áp lực quá tải có thể có tác dụng ngược lại nếu các hợp chất dễ bay hơi như khí methane mà phải thoát ra ngoài trong sự chuyển hóa than được giữ lại. Áp lực lớn trong lòng đất có thể ảnh hưởng đến độ xốp và độ ẩm của than. Than có thể được phân loại theo nhiều cách. Một chế độ phân loại là theo loại than; Các đề án phân loại than hữu ích nhất và được áp dụng rộng rãi đều dựa vào mức độ mà than đã trải qua sự chuyển hóa. Mức độ khác nhau như của sự chuyển hóa than thường được gọi là bậc than (hoặc lớp). Ngoài những giá trị khoa học của các hệ thống phân loại của loại này, việc xác định cấp bậc có một số ứng dụng thực tế. Nhiều tài sản than được một phần được xác định theo cấp bậc, bao gồm cả lượng nhiệt sản sinh trong quá trình đốt cháy, số lượng sản phẩm khí phát hành trên hệ thống sưởi, và sự phù hợp của các loại than cho hóa lỏng hoặc để sản xuất than cốc. Than có chứa cả hai giai đoạn hữu cơ và vô cơ. Sau này gồm có các khoáng chất như thạch anh và các loại đất sét có thể đã được đưa vào bởi nước chảy (hoặc hoạt động gió) hoặc các khoáng chất như pyrit và marcasite hình thành tại chỗ (authigenic). Một số hình thành trong các mô thực vật sống, và những người khác được hình thành sau quá trình hình thành than bùn hoặc than non. Một số khoáng pyrite (và marcasite) có mặt trong spheroids kích cỡ micromét gọi framboid (đặt tên cho hình quả mâm xôi như họ) mà hình thành khá sớm. Framboid là rất khó khăn để loại bỏ bởi quá trình than làm sạch thông thường. 14
Bằng cách tương tự để hạn khoáng sản, nhà thực vật học người Anh Marie Stopes C. đề xuất trong năm 1935, hạn maceral để mô tả các thành phần hữu cơ có trong than. Các từ có nguồn gốc từ tiếng Latinh macerare, có nghĩa là "hành xác". (Tên khoáng sản thường kết thúc bằng "ite." Sự tương ứng kết thúc cho macerals là "inite.") Maceral danh pháp đã được áp dụng khác nhau bởi một số petrologists than của châu Âu người nghiên cứu đánh bóng khối than bằng cách sử dụng phản ánh ánh sáng kính hiển vi (thuật ngữ của họ được dựa trên hình thái học, mối quan hệ thực vật, và dạng hiện) và bởi một số petrologists Bắc Mỹ, những người đã nghiên cứu lát rất mỏng (phần mỏng) than sử dụng kính hiển vi truyền ánh sáng. Hệ thống danh pháp khác nhau đã được sử dụng. B. Kiểu than đá khác Than có thể được phân loại trên cơ sở của sự xuất hiện của họ vĩ mô (thường được gọi là loại đá than, lithotype, hoặc kohlentype). Bốn loại chính được công nhận: Vitrain (Glanzkohle hoặc Charbon brillant), được đặc trưng bởi một ánh đen óng mượt và sáng tác chủ yếu của vitrinite nhóm maceral, trong đó có nguồn gốc từ các mô gỗ của những cây lớn. Vitrain là giòn và có xu hướng phá vỡ thành các mảnh góc cạnh; Vitrain có lẽ đã được hình thành trong điều kiện bề mặt hơi khô hơn lithotypes clarain và durain. Khi bị chôn vùi vào sâu trong đất, chúng bị ứ đọng nước làm ngăn chặn sự phân hủy hoàn toàn của các mô thực vật thân gỗ. Clarain (Glanzstreifenkohle hoặc Charbon bán brillant), trong đó có sự xuất hiện giữa những người vitrain và durain và được đặc trưng bằng cách xen laminae màu đen và sáng (thường ít hơn 1 mm dày). Các lớp sáng được cấu tạo chủ yếu của maceral vitrinite và các lớp màu nhạt của người kia maceral nhóm, liptinite và inertinite. Clarain trưng bày một ánh mượt ít rực rỡ hơn của vitrain. Nó dường như có nguồn gốc trong điều kiện mà xen kẽ giữa những người trong đó durain và vitrain được hình thành. Durain (Mattkohle hoặc Charbon mat), được đặc trưng bởi một khó khăn, kết cấu dạng hạt và sáng tác của nhóm maceral liptinite và inertinite cũng như số lượng tương đối lớn các khoáng chất vô cơ. Durain xảy ra trong lớp hơn 310 mm (khoảng 0,10,4 inch) dày, mặc dù lớp hơn 10 cm (khoảng 4 inch) dày đã được công nhận. Durains thường xỉn đen xám màu tối. Durain được cho là đã được hình thành trong các mỏ than bùn dưới mực nước, nơi chỉ có các thành phần liptinite và inertinite chống phân hủy và nơi có khoáng sản được tích lũy từ vô cơ lắng. Fusain (Faserkohle hoặc Charbon fibreux), mà thường được tìm thấy trong ống kính mượt và dạng sợi rất mỏng, chỉ vài mm dày và dài cm. Hầu hết fusain là cực 15
kỳ mềm mại và dễ dàng sụp đổ vào một, bột sootlike tốt là đất tay. Fusain được cấu tạo chủ yếu của fusinite (mô thực vật thân gỗ thành than) và semifusinite từ inertinite nhóm maceral, đó là giàu carbon và phản chiếu cao. Nó gần giống củi, cả về mặt hóa học và vật lý, và được tin là đã được hình thành trong như than các mỏ than bùn cuốn bởi cháy rừng, bởi hoạt động của nấm tạo ra nhiệt độ cao, hoặc do quá trình oxy hóa dưới bề mặt của than. 1.2. Trữ lượng than trên thế giới Trữ lượng than trên thế giới và các nguồn tài nguyên rất khó đánh giá. Mặc dù một số những khó khăn xuất phát từ việc thiếu các dữ liệu chính xác cho từng quốc gia, hai vấn đề cơ bản làm cho những ước tính này khó khăn và chủ quan. Các vấn đề liên quan đến sự khác biệt đầu tiên trong định nghĩa của các thuật ngữ như trữ lượng đã được kiểm chứng (thường chỉ có những số lượng mà là thu hồi) và các nguồn tài nguyên địa chất (thường tổng số tiền mặt than, có hoặc không thể phục hồi hiện nay). Các khoản dự phòng được chứng minh cho bất kỳ hàng hóa nên cung cấp một ước tính hợp lý chính xác của số tiền đó có thể được thu hồi theo điều kiện vận hành và kinh tế hiện tại. Mỏ than bao gồm một lớp than phải có độ dày tối thiểu (khoảng 0,6 mét; 2 feet) và được chôn dưới một độ sâu tối đa (khoảng 2.000 mét; 6.600 feet) bên dưới bề mặt trái đất. Những giá trị của độ dày và chiều sâu không cố định mà thay đổi với chất lượng than, nhu cầu, sự dễ dàng mà đá nằm phủ có thể được loại bỏ (trong khai thác bề mặt) hoặc một trục chìm để đạt các vỉa than (trong khai thác khoáng sản dưới lòng đất). Sự phát triển của các kỹ thuật khai thác mỏ mới có thể làm tăng lượng than có thể được chiết xuất so với số tiền mà không thể được gỡ bỏ. Vấn đề thứ hai, trong đó liên quan đến việc tính toán trữ lượng, là tỷ lệ mà tại đó một mặt hàng được tiêu thụ. Khi xem xét các dự trữ trên toàn thế giới của than, số năm than rằng sẽ có sẵn có thể quan trọng hơn tổng lượng tài nguyên than. So với mức tiêu thụ hiện nay, trữ lượng than trên thế giới nên kéo dài quá 300500 năm. Một số lượng lớn than thêm là hiện diện trong trái đất nhưng không thể thu hồi được tại thời điểm này. Những tài nguyên này, đôi khi được gọi là "tài nguyên địa chất", thậm chí còn khó khăn hơn để ước tính, nhưng họ được cho là lớn hơn số tiền dự trữ đã được chứng minh nhiều như 15 lần. Bảng 1.1. Trữ lượng than trên thế giới Antraxit và Subbituminous và than Trữ Toàn bộ Quốc gia / khu vực bitum non lượng Đơn vị: triệu tấn % 16
Canada 3471 3.107 6,578 0.7 Mexico 860 351 1.211 0.1 Hoa Kỳ 111.338 135.305 246.643 27.1 Tổng số Bắc Mỹ 115.669 138.763 254.432 28.0 Brazil 10.113 10.113 1.1 Colombia 6.230 381 6611 0.7 Các quốc gia khác tại 1,471 1,698 3.169 0.3 Trung và Nam Mỹ Nam và Trung Mỹ 7701 12.192 19.893 2.2 Bulgaria 4 2,183 2.187 0.2 Cộng hòa Séc 2.094 3.458 5552 0.6 nước Đức 183 6556 6739 0.7 Hy Lạp 3.900 3.900 0.4 Hungary 198 3159 3,357 0.4 Kazakhstan 28.151 3128 31.279 3.4 Ba Lan 14.000 14.000 15 Romania 22 472 494 0.1 Nga 49.088 107.922 157.010 17.3 Thổ Nhĩ Kỳ 278 3,908 4,186 0.5 Ukraina 16.274 17.879 34.153 3.8 Vương quốc Anh 220 220 Các nước châu Âu và Á 1.744 22.274 24.018 2.6 Âu khác Châu Âu và ÁÂu 112.256 174.839 287.095 31.6 Nam Phi 48.750 48.750 5.4 Các nước châu Phi khác 910 174 1.084 0.1 Tổng số châu Phi và 51.502 174 51.676 5.6 Trung Đông Úc 38.600 39.900 78.500 8.6 Trung Quốc 62.200 52.300 114.500 12,6 17
Ấn Độ 90.085 2.360 92.445 10.2 Indonesia 740 4,228 4968 0.5 Pakistan 3.050 3.050 0.3 nước Thái Lan 1,354 1,354 0.1 Việt Nam 150 150 Khác các nước châu Á 97 215 312 Thái Bình Dương Tổng số châu ÁThái 193.256 105.243 298.499 32.8 Bình Dương Tổng số thế giới 478.771 430.293 909.064 100,0 Gần 80 phần trăm tài nguyên than thu hồi trên thế giới được điều khiển bởi bảy quốc gia: Hoa Kỳ (khoảng 27 phần trăm), Nga (khoảng 17 phần trăm), Trung Quốc (khoảng 13 phần trăm), Ấn Độ (khoảng 10 phần trăm), Nam Phi (khoảng 5 phần trăm), Ukraine (khoảng 4 phần trăm), và Kazakhstan (khoảng 3 phần trăm). Toàn th ế gi ới hi ện tiêu th ụ kho ả ng 4 t ỷ t ấ n than hàng năm. M ộ t s ố ngành s ử d ụ ng than làm nguyên li ệ u đầ u vào nh ư : s ả n điệ n, thép và kim lo ạ i, xi măng và các lo ạ i ch ất đ ố t hóa l ỏ ng. Than đóng vai trò chính trong s ản xu ất ra đi ệ n (than đá và than non), các s ả n ph ẩ m thép và kim lo ại (than c ốc). Than đóng vai trò sống còn với sản xuất điện và vai trò này sẽ còn được duy trì trong tương lai. Khoảng 39% lượng điện sản xuất ra trên toàn thế giới là từ nguồn nguyên liệu này và tỷ lệ này sẽ vẫn được duy trì trong tương lai (dự báo cho đến năm 2030). Lượng tiêu thụ than cũng được dự báo sẽ tăng ở mức từ 0.9% đến 1.5% từ nay cho đến năm 2030. Tiêu thụ về than cho nhu cầu trong các lò hơi sẽ tăng khoảng 1.5%/năm trong khi than non, được sử dụng trong sản xuất điện, tăng với mức 1%/năm. Cầu về than cốc, loại than được sử dụng trong công nghiệp thép và kim loại được dự báo tăng với tốc độ 0.9%. Thị trường than lớn nhất là châu Á, chiếm khoảng 54% lượng tiêu thụ toàn thế giới, trong đó nhu cầu chủ yếu đến từ Trung Quốc. Một số nước khác không có nguồn nhiên liệu tự nhiên phải nhập khẩu than cho các nhu cầu về năng lượng và công nghiệp như Nhật Bản, Đài Bắc và Hàn Quốc. 1.3. Tình hình ngành công nghiệp than ở Việt Nam Vi ệ t Nam n ằ m trong top nh ững n ướ c tiêu th ụ năng l ượ ng t ươ ng đố i lớ n so v ớ i khu v ự c và trên th ế gi ới. Nhu c ầu đi ệ n ngày càng l ớ n, kh ả năng cân đ ố i tài chính đ ể khai thác và ch ế bi ến 55 ÷ 58 tri ệ u t ấn than sau năm 2015 là rấ t khó khăn. Nhu c ầu than riêng cho ngành điệ n vào năm 2020 v ớ i công su ấ t 18
các nhà máy đi ệ n than là 36 nghìn MW đ ể s ả n xu ấ t 154,44 t ỷ kWh, s ẽ tiêu th ụ 67,3 tri ệu t ấn than. Năm 2030, công su ấ t các nhà máy nhi ệ t điệ n than là 75.748,8 MW đ ể s ả n xu ấ t 391,980 t ỷ kWh, tiêu th ụ t ớ i 171 tri ệu t ấn than. Than là ngu ồ n nhiên li ệ u chi ến l ượ c ph ụ c v ụ cho các ngành kinh t ế công nghi ệ p. Tr ữ l ượ ng than Vi ệt Nam ở m ức đ ộ trung bình. Hi ện t ạ i ch ỉ m ỏ than Qu ảng Ninh đang khai thác hi ệu qu ả . Than cám 3, cám 4 chi ếm 36,92% t ổng l ượ ng than khai thác. M ỏ than đ ồ ng b ằ ng Sông H ồ ng m ới đang th ự c hi ệ n khai thác th ử nghi ệ m. Hàng năm tậ p đoàn Than và Khoáng s ả n Vi ệt Nam khai thác kho ả ng 40 tri ệu t ấn than ph ục v ụ trong n ướ c và xu ấ t kh ẩ u. 19
Bảng 1.2. Trữ lượng than Đông bắc Cân đối cung cầu về than của kinh tế Việt Nam sẽ thiếu hụt nghiêm trọng trong những năm sắp tới. Việt Nam sẽ phải nhập khẩu than từ Indonexia, Úc... Các doanh nghiệp Việt Nam sẽ phải đối mặt với các vấn đề rất phức tạp như sau : Giá thành than sản xuất trong nước ngày càng giảm và giá thành cao, phối trộn và tận dụng than có chất lượng thấp để sản xuất. Điều đó dẫn đễn những thay đổi về công nghệ đốt và sử dụng than. Than nhập khẩu có tính chất khác hoàn toàn với than antraxit Quảng Ninh do đó các hệ thống tồn chứa, phân phối, nghiền, đốt, thải tro xỉ... đều phải được đánh giá mức độ tương thích khi sử dụng than nhập khẩu. Không chỉ những nước không thể khai thác than mới phải nhập khẩu mà ngay cả các quốc gia khai thác lớn nhất thế giới cũng phải nhập than. Nhu cầu nhập khẩu phục vụ cho dự trữ hay những nguồn than có chất lượng. Than sẽ vẫn đóng vai trò quan trọng, đặc biệt tại các khu vực có tốc độ tăng trưởng cao. Tăng trưởng của thị trường than dành cho đốt lò hơi và than cốc sẽ mạnh nhất tại châu Á, nơi mà nhu cầu về điện, sản xuất thép, sản xuất xe hơi và nhu cầu dân sinh tăng cao theo mức sống ngày càng được cải thiện. Than là nguyên liệu chính để làm chất đốt trong các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam. Tình hình năng lượng điện ở Việt Nam được thống kê như sau: Bảng 1.3. Nhu cầu than trong nước 20