유연탄

Bituminous coal
유연탄

역청탄 또는 흑탄은 역청 또는 아스팔트라고 불리는 타르 같은 물질을 함유하고 있는 석탄의 한 종류이다.색상은 검은색 또는 때로는 어두운 갈색일 수 있습니다. 종종 솔기 안에 밝고 칙칙한 소재의 명확한 띠가 있습니다.그것은 전형적으로 딱딱하지만 부서지기 쉽다.질은 갈탄이나 아질탄보다는 높지만 무연탄보다는 낮다.그것은 석탄의 가장 풍부한 등급으로, 전 세계에서 발견되는 퇴적물로, 종종 석탄기의 바위에서 발견됩니다.역청탄은 85°C(185°F) 이상으로 가열될 수 있을 정도로 깊이 묻혀 있는 역청탄으로 형성됩니다.

유연탄은 주로 발전 및 철강 산업에 사용됩니다.철(코킹 석탄 또는 야금 석탄)을 제련하는 데 적합한 역청탄은 유황 및 인 함량이 낮아야 합니다.난방과 발전에 사용되는 유연탄(열탄)의 다른 등급보다 가격이 비싸다.

석탄 채굴 산업 내에서, 이러한 종류의 석탄은 지하 폭발을 일으킬 수 있는 위험한 가스 혼합물인 연소암프를 가장 많이 방출하는 것으로 알려져 있다.유연탄을 추출하려면 세심한 가스 모니터링, 양호한 환기 및 신중한 현장 관리가 수반되는 최고의 안전 절차가 필요합니다.

특성.

역청탄(미국 켄터키주 중부 펜실베니아주 파이크빌 포메이션)

역청탄은 석탄에 존재하는 탄소의 양과 종류,[1] 그리고 연소 시 발생하는 에너지의 양에 따라 결정되는 특정 등급의 석탄입니다.유연탄보다 계급은 높지만 [2]무연탄보다는 계급이 낮다.유연탄은 [2][1]석탄의 가장 풍부한 등급이다.

석탄 등급은 석탄의 몇 가지 특성에 기초한다.고정 탄소 함량은 수분, 회분, 휘발성 물질이 아닌 석탄의 비율을 나타냅니다.건조하고 미네랄 물질이 없는 기준으로 평가할 때, 고정 탄소 함량은 휘발성 유기물이 [3]아닌 석탄의 비율이다.응집탄은 열을 가하면 부드러워지는 석탄으로,[4] 단단하고 회색의 다공질 코크스를 형성하여 파쇄에 저항합니다.유리반사율은 석탄의 평균 유리 입자의 연마 표면이 얼마나 반사되는지를 나타내는 척도이다.이 값은 탄소가 얼마나 많이 깊은 [5]매몰의 열과 압력으로 방향족 형태로 응축되었는지에 따라 결정됩니다.

미국에서 유연탄은 연소에서 최소 10,500 Btu/lb(24,400 kJ/kg)의 에너지를 생성하는 응집탄으로 정의되며(습하고 미네랄 물질이 없는 기준), 고정 탄소 함량이 86% 미만(건성 미네랄 물질 무함유 기준)이다.고정탄소 함량이 높은 석탄은 무연탄으로 분류되며, 10,500Btu/lb(24,400kJ/kg) 미만의 응집탄 또는 11,500Btu/lb(26,700kJ/kg) 미만의 비응집탄은 아질량탄으로 [6]분류된다.국제시장에서 유연탄은 0.5~1.9의 유리반사율을 가진 석탄으로 정의된다.또한 등급[7] 분류에 대한 점검으로 미국 석탄에 대한 유리한 반사율을 정기적으로 측정한다.

역청탄은 짙은 갈색에서 검은색,[2] [8]단단하지만 부서지기 [9]쉽다.그것은 보통 밝은 소재와 어두운 [8]소재의 얇은 띠로 구성되어 있다.유연탄은 화학조성은 다르지만 탄소 84.4%, 수소 5.4%, 산소 6.7%, 질소 1.7%, 유황 1.8%가 중량 [10]기준이다.그것의 뱅크 밀도(채광 중 분해되기 전 석탄층의 밀도)는 약 1346 kg/m3(84 lb/ft3)인 반면, 그것의 부피 밀도는 최대 8333 kg/m(52 lb/ft3)[11]이다.역청탄은 연소와 함께 연소되어 연소 [12]중에 부드럽고 부풀어 오르는 특징이 있습니다.그것은 [7]가열될 때 유연하고 끈적끈적한 덩어리를 형성하는 이러한 경향에서 이름을 얻었는데,[7] 이것은 석탄에 역청(미네랄 타르)의 존재를 반영한다.

대부분의 응집탄은 역청 등급이지만 역청탄은 [6]응집되지 않는다.비응집 역청탄은 캔넬탄과 습두탄을 포함한다.이것들은 띠가 없고 반사되지 않으며 원추형 골절과 함께 깨집니다.두 가지 모두 부식된 목질 조직으로 구성된 대부분의 역청탄과는 대조적으로 사포라이트이다.통조림 석탄은 대부분 식물 포자로 구성되어 있고, 늪지 석탄은 대부분 비포자 조류 [13]잔해로 구성되어 있습니다.

서브랭크

미국에서는 유연탄은 그 발열량과 고정 탄소 함량에 따라 다시 하위 등급으로 분류된다.

ASTM 유연탄 분류[14]
학급 그룹. 고정 탄소 %
건조, 미네랄 프리		 휘발성 물질 %
건조, 미네랄 프리		 발열량 MJ/kg
촉촉하고 미네랄 프리
역청 저휘발성 78–86 14–22
중간 휘발성 69–78 22–31
고휘발성 A 69 미만 31 이상 32.6 이상
고휘발성 B 30.2–32.6
고휘발성 C 26.7–30.2

유연탄은 고정 탄소 함량에 따라 고·중·저휘발성 구분으로 구분되며, 저휘발성 유연탄은 에너지 함량에 따라 세분화된다.

유연탄의 ISO 분류는 유리한 반사율에 [5]기초한다.이 분류는 중간 등급 석탄(약 역청탄에 상당)을 4개의 하위 등급으로 나눈다.순위 상승의 순서는 다음과 같습니다.[15]

  • 중간 D: 0.5~0.6의 유리한 반사율.ASTM 고휘발성 C 역청 또는 역청 A에 거의 대응합니다.
  • 중간 C: 0.6~1.0의 유리한 반사율.ASTM 고휘발성 C에서 고휘발성 B 역량에 거의 대응합니다.
  • 배지 B : 1.0~1.4의 유리 반사율.ASTM 고휘발성 A~중휘발성 역청량에 거의 대응합니다.
  • 중간 A: 1.4~2.0의 유리한 반사율.ASTM 저휘발성 역청량에 거의 대응합니다.

사용하다

유연탄은 주로 발전 및 철강 제조에 사용됩니다.

코킹 석탄

1차 코크스탄
주요 기사:코크스(연료)

코킹 석탄(금속 석탄 또는 "금속 석탄")은 강철 제조에 사용됩니다.좋은 코킹 석탄은 응집성이 뛰어나고 탄소 함량이 높으며 유황, 인, 회분 함량이 낮아야 한다.최고의 미혼합 코크스 석탄은 고품질의 중휘발성 유연탄입니다.[16]그러나 필요한 특성을 모두 갖춘 단일 석탄은 드물기 때문에 코킹 석탄은 보통 고휘발성 유연탄과 중휘발성 및 저휘발성 유연탄을 [17]혼합한 것입니다.

스미싱 석탄은 가능한 한 재와 유황이 없는 최고 품질의 역청탄으로 [11]대장장이가 사용하는 코크스를 제조하는 데 사용됩니다.

코킹 석탄은 에너지 생산에 사용되는 석탄보다 가격이 높다.2020년 현재 미국의 코킹 석탄은 쇼트톤당 약 127달러에 판매되고 있으며, 이에 비해 유연탄은 쇼트톤당 50.05달러에 판매되고 있다.코크스 석탄 비용은 전력에 사용되는 석탄 비용의 약 3.5배입니다(석탄 하위 등급인 아질산 석탄과 갈탄, 비코크스 유연탄 포함).[18]

열탄

라즈푸라 화력발전소

야금탄으로서 필요한 품질이 부족한 역청탄은 열탄으로서 등급 매겨진다.이것은 주로 [19][20]전력 생산에 사용됩니다.이상적인 열탄은 쉽게 점화되지만 열 [11]함량이 높습니다.

활성탄

유연탄은 활성탄 생산에 사용된다.석탄은 먼저 코크되어 휘발성 물질을 제거한 다음 그것을 활성화하기 위해 수증기를 처리한다.유연탄에서 생성된 코크스를 활성화하는 화학적 과정도 조사되었다.[21]

기원.

현대의 이탄 형성 늪인 옥케페노키 늪

석탄의 다른 등급과 마찬가지로 유연탄은 부패할 수 있는 것보다 더 빨리 매장된 죽은 식물 물질의 두꺼운 축적에서 형성됩니다.이것은 보통 떨어지는 식물 파편이 고인 물에 잠기는 이탄 늪에서 발생한다.고인 물은 산소를 배제하고 산성 환경을 조성하며 부패를 늦춘다.죽은 식물 재료는 [22]이탄으로 변환됩니다.

이탄은 원래 식물의 [23]목질 조직을 구성하는 셀룰로오스, 헤미셀룰로스, 리그닌의 혼합물이다.리그닌은 탄소 54%, 수소 6%, 산소 30%의 중량조성을 가지고 있으며, 셀룰로오스는 탄소 44%, 수소 6%, 산소 49%의 중량조성을 가지고 있다.역청탄은 탄소 84.4%, 수소 5.4%, 산소 6.7%, 질소 1.7%, 황 1.8%로 구성되어 있다.[10]이것은 석탄화 과정에서 일어나는 화학적 작용이 탄소를 [24]남기면서 산소와 수소의 대부분을 제거한다는 것을 의미한다.

석탄화 과정에서 성숙된 석탄은 탄소 함량이 증가하고 수소와 휘발성이 감소하며 발열량이 증가하며 더 어둡고 [25]광택이 난다.화학적 변화로는 탈수, 탈탄산화, 탈탄산 등이 있다.석탄이 역청 단계에 이르렀을 때는 대부분의 탈수 및 탈탄화가 이미 이루어졌으며 역청탄의 숙성은 [26]탈탄으로 특징지어진다.역류 등급의 석탄화 과정에서 석탄은 최대 발열량에 근접하여 휘발성 [27]함량의 대부분을 잃기 시작합니다.

탄화가 진행됨에 따라 지방족 화합물(탄소 원자의 사슬이 특징인 탄소 화합물)이 방향족 화합물(탄소 원자의 고리 특징인 탄소 화합물)로 대체되고 방향족 고리가 다방향족 화합물(탄소 원자의 고리)[28]로 융합되기 시작한다.그 구조는 흑연의 구조 요소인 그래핀과 점점 더 닮아간다.이는 석탄 [5]등급 평가에 사용되는 유리 반사율의 증가를 수반한다.

석탄화 과정에서 매몰 압력은 석탄으로 전환될 때 원래의 이탄 부피를 30배 감소시킨다.[29] 그러나 성숙 석탄의 등급 상승은 대부분 석탄이 도달하는 최고 온도를 반영한다.최대 압력, 원래의 식물 재료의 특성, 매몰 기간 등은 거의 [25]중요하지 않습니다.유연탄의 성숙 온도 범위는 85~235°C(185~455°F)[30][31]입니다.유연탄을 특징짓는 역청은 석유원암에서 석유가 형성되는 것과 거의 동일한 조건에서 형성된다.역청화는 중저휘발성 유연탄에서 메탄 피크 발생을 수반한다.이것은 이 유연탄들을 "가스가 많은" 석탄으로 만들고, 메탄 폭발에 대한 예방 조치를 취해야 합니다.석탄이 약 235°C(455°F) 이상의 온도에 도달하면 역청이 분해(탈염)[32]되고 석탄이 무연탄으로 성숙합니다.

발생 및 생산

석탄 퇴적물은 전 세계에 널리 분포되어 있으며, 데본기(약 3억 6천만 년 전에서 4억 2천만 년 전)[33]부터 불과 몇 백만 년 [34]전의 네오겐 퇴적물까지 나이가 다양합니다.그러나 전체 석탄층의 90%가 석탄기와 페름기에 퇴적되었으며,[35] 이는 지구 지질 역사의 2%에 불과하다.석탄기 후기(펜실바니아)[36][37]와 페름기 시대에 지구의 열대 육지 대부분을 덮고 있던 석탄의 광대한 퇴적물이 석탄 숲이라고 불리는 습지에 형성되었다.유연탄은 주로 [2][38]석탄기를 띤다.

미국에서 대부분의 역청탄은 1억년에서 3억년 [39]사이이다.펜실베이니아 시대의 유연탄 광대한 매장량이 북미 애팔래치아주와 내륙주에서 발견됩니다.채광은 지표면과 지하 갱도를 통해 이루어진다.역사적으로 애팔래치아 산맥의 울퉁불퉁한 지형에 흩어져 있는 많은 이음매는 소규모 기업의 채굴에 도움이 되었고, 더 서쪽의 넓은 넓이와 완만한 침대는 매우 큰 규모의 작업을 선호합니다.애팔래치아 석탄은 유황 함량이 현저히 낮고 종종 야금 등급인 반면, 내무성 석탄은 [40]유황 함량이 훨씬 높습니다.

석탄기 석탄 지대의 대부분은 유연탄입니다.[41]유연탄은 폴란드와 [43]체코에서[42] 발견되며, 폴란드 천연자원은 폴란드 천연자원 [44]중 가장 중요한 자원 중 하나이다.체코의 퇴적물은 선사시대부터 [43]착취되어 왔다.유럽의 매장량에는 영국의 석탄 생산량의 대부분을 차지하며 대부분 유연탄이다.[45]웨스트필드 석탄 분지는 영국에서 [46]가장 크다.프랑스, 독일, 이탈리아 [47]북부를 포함한 유럽의 많은 지역에서 상당한 양의 유연탄 퇴적물이 발견됩니다.

중국 랴오닝 성 푸순 탄광

석탄 퇴적물은 페름기-트라이아스기 멸종 [48]사건으로 중단되었다가 페름기 후반에 재개되었다.페름기 시대의 광범위한 [49]역청탄 퇴적물은 시베리아, 동아시아, 호주에서 발견된다.여기에는 [50]시베리아의 Minusinsky 석탄 분지, 호주의 [51]Queensland, Bowen, 시드니 분지와 중국의 광범위한 [52]유연탄 매장량이 포함됩니다.

석탄 퇴적량의 두 번째 절정은 백악기에 시작되었지만, 대부분의 석탄은 [49]역청보다는 낮은 등급의 석탄이다.미국에서 백악기 역청탄은 와이오밍, 콜로라도, [53][54]뉴멕시코에서 발생한다.캐나다에서는 앨버타주와 브리티시컬럼비아주의 서부 캐나다 퇴적분지가 서부 내륙 해로의 서쪽 가장자리를 따라 늪에서 형성된 유연탄 주요 퇴적물을 보유하고 있다.이들의 나이는 안개산맥의 최신 쥐라기 또는 가장 이른 백악기부터 [55]게이츠층의 백악기 후기까지 다양합니다.브리티시컬럼비아의 인터몬테인과 인슐라 콜필드에는 백악기 유연탄 [56]매장량도 있다.

2009년 현재 유연탄의 최종 회수 가능한 자원이 가장 많은 국가는 미국 161.6Gt; 인도 99.7Gt; 중국 78.4Gt; 호주 51.3Gt; 남아프리카공화국 38.7Gt; 영국 26.8Gt; 독일 25.2Gt; 콜롬비아 7.8Gt; 인도네시아 7.8Gt이다.

2018년 현재 세계 역청(코킹 석탄 및 기타 역청)의 총 생산량은 6.220Gt입니다.주요 생산국은 중국이며 인도와 미국이 2, [58]3위를 차지하고 있다.

2020년 미국의[59] 유연탄 생산량은 2억3800만 쇼트톤으로 전체 석탄 생산량의 44%를 차지했다.유연탄은 18개 주에서 채굴되지만 웨스트버지니아, 펜실베이니아, 일리노이, 켄터키, 인디애나 주의 5개 주에서 미국 석탄의 [1]74%를 생산한다.

위험과 그 완화

Constantin Meunier의 Buiredamp(1889)는 광산 재해의 여파를 묘사하고 있다.

유연탄이 중저휘발성 아급에서 숙성되면 메탄 피크 발생이 동반된다.이것은 이 유연탄들을 "가스가 많은" 석탄으로 만들고,[60] 메탄 폭발에 대한 예방 조치를 취해야 합니다.이미다졸륨 기반의 이온성 액체 용제는 전 세계 연간 이산화탄소 [61]배출량의 2~3%를 차지하는 자연 연소를 줄일 수 있다.

유연탄은 한때 미국에서 가정 난방에 널리 쓰였다.그러나 유연탄은 상대적으로 더러운 연료이다.1945년부터 1960년 사이에 유연탄 사용이 감소하면서 모든 연령의 최소 1923명의 목숨을 구하고 한 달에 [62]310명의 유아 목숨을 구한 것으로 추정된다.부유법에 의해 유연탄의 품질이 향상되어 유리산염의 비율이 높아져 보다 깨끗한 연소제품을 [63]얻을 수 있다.

유연탄의 메탄으로의 생체 변환은 청정탄 [64]기술로 활발하게 연구되고 있다.

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레퍼런스

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