Than đá là gì ? Ứng dụng của than đá

Than đá là gì ? Ứng dụng của than đá

Than đá là gì ? Than đá là một loại đá trầm tích có màu nâu đen hoặc đen và thường xuất hiện ở các tầng đá gồm nhiều lớp hoặc mạch mỏ.

Thành phần chính của than là cacbon, ngoài ra còn một số nguyên tố khác như nitơ, lưu huỳnh, oxi, hidro… Chúng thường tồn tại ở trong các tầng đá hay các lớp khoáng chất nằm sâu trong lòng đất. Than đá được đốt cháy để tạo ra nhiệt lượng, đây là nguồn năng lượng chính cung cấp cho nhà máy nhiệt điện.

Đặc điểm của than đá

+ Màu sắc chính là đen tuy nhiên tùy theo mỏ than mà màu sắc sẽ có sự pha thêm như: nâu, ánh bạc, vàng, xỉn…

+ Than đá có độ cứng cao và nặng, tỷ lệ Cacbon lên đến 75 – 95% và đồng thời chúng chỉ có 5 – 6% độ ẩm. Nhiệt lượng cháy cao vào khoảng 5500 – 7500 kcal / kg (kilo calo trên kilogram)

+ Hình dáng của than sẽ phụ thuộc vào tuổi than, ngày nay hình dáng của than còn phụ thuộc vào cách chế biến, cách khai thác và máy móc mà con người sử dụng trong quá trình khai thác mà hình dáng của than là khác nhau.

Tính chất của than đá

+ Độ cứng: Tùy vào nguồn gốc xuất xứ mỏ than đá mà chúng có độ cứng khác nhau, than càng ít tạp chất thì độ cứng càng cao.

+ Độ ẩm (%): Độ ẩm của than đá chính là hàm nước còn sót lại trong nhiên liệu, độ ẩm càng cao thì giá trị sinh nhiệt càng thấp.

+ Xỉ than: Tỉ lệ tro có trong than có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cháy của than có thể kể đến như: Làm giảm nhiệt trị của than, gây bám bẩn cho các về mặt ống hấp thu nhiệt, bám bẩn làm giảm khả năng truyền nhiệt đi ra.

+ Chất bốc: Là hiện tượng các chất khí trong than bị phân hủy nhiệt như khí: Hydro, Cacbuahydro, Cacbonoxit, Cacbonic… trong than tỷ lệ chất bốc càng nhiều thì khi đốt sẽ càng hao than.

+ Nhiệt trị Q (Cal/g): Là nhiệt lượng tỏa ra khi chúng ta đốt cháy hoàn toàn 1kg than, Nhiệt trị càng cao than càng cháy tốt và ngược lại nhiệt trị càng thấp khả năng cháy của than cũng giảm dần.

Than đá có nguồn gốc từ đâu?

Than đá là một dạng nhiên liệu hóa thạch có nguồn gốc từ thực vật bị chôn vùi dưới áp lực và nhiệt độ cao tử vỏ Trái Đất. Chúng trải qua nhiều giai đoạn biến đổi qua hàng triệu năm để hình thành nên các mỏ than đá như hiện nay.  Đầu tiên chúng phân hủy thành than bùn dưới tác dụng của vi sinh vật trong môi trường kỵ khí. Tiếp theo dần chuyển hóa thành than nâu hay còn gọi là than non (lignit), và thành than bán bitum, sau đó thành than bitum hoàn chỉnh (bituminous coal). Cuối cùng là biến đổi thành than đá (anthracite). Quá trình biến đổi này là quá trình phức tạp của cả sự biến đổi về sinh học và của cả địa chất.

Ứng dụng của than đá

Than đá là nhiên liệu đốt cung cấp năng lượng

Đây được coi là ứng dụng quan trọng nhất của than đá. Than đá đã được sử dụng từ rất lâu đời để cung cấp nhiệt lượng giúp sưởi ấm, rèn các công cụ trong lao động sản xuất, vận hành các động cơ hơi nước trong tàu thủy, xe lửa ngày xưa… Ngày nay, than đá được sử dụng chủ yếu để làm nhiên liệu đốt cho quá trình sản xuất nhiệt điện. Than sẽ được nghiền nhỏ và đốt trong các lò hơi. Nhiệt lượng cung cấp sẽ đun nóng nước và chuyển thành thể hơi. Sau đó các hơi nước sẽ làm quay các tuabin trong các máy phát điện để sản xuất ra điện. Khoảng 40% lượng điện năng trên toàn thế giới đến từ nguồn nhiên liệu than đá.

Hiện nay, do lượng than đá ngày càng cạn kiệt nên việc sử dụng than đá để sản xuất nhiệt điện cũng cần được cải thiện. Thay vì đốt trực tiếp than đá để tạo ra nhiệt lượng cung cấp cho lò hơi thì các nhà máy sẽ sử dụng chu trình khí hóa tích hợp (IGCG) để tăng hiệu suất và giảm chi phí. Khi đó than đá sẽ được khí hóa để tạo ra khí than đá (coal gasification) và đốt chính coal gasification trong tuabin khí để sản xuất điện.

Sản xuất khí tổng hợp

Than đá được sử dụng để tổng hợp hỗn hợp khí gồm CO và H2. Các loại khí đó được sử dụng chính trong các tuabin khí để sản xuất điện. Bên cạnh đó từ các khí hóa than còn dùng để sản xuất các loại nhiên liệu như xăng, dầu diesel thông qua quá trình Fischer-Tropsch hoặc sản xuất nhiều hợp chất hóa học khác như metanol, axit axetic, formaldehyde, khí amoniac,…

Trong quá trình khí hóa, than trộn lẫn với khí oxy và hơi nước, được đun nóng và điều chỉnh áp suất. Sản phẩm thu được sau phản ứng gồm khí carbon monoxide (CO) và khí hydro (H2).

3C + O2 + H2O ⟶ H2 + 3 CO

CO + H2O ⟶ CO2 + H2.

Than đá tinh chế

Than đá tinh chế là loại than đã được loại bỏ độ ẩm và các thành phần độc hại, gây ô nhiễm môi trường. Sử dụng than đá đã qua tinh chế giúp tăng hiệu suất đốt cháy, đồng thời giảm phát thải khí độc hại trong quá trình đốt than.

Sử dụng trong công nghiệp luyện kim

Than đá khi sử dụng trong công nghệ luyện kim là loại than cốc. Đây là dạng than bitum ít lưu huỳnh, chúng được sản xuất từ than đá được nung trong điều kiện không có oxy ở nhiệt độ cao tới 1000 độ C, để đẩy các thành phần dễ bay hơi và nung nóng chảy cùng với cacbon. Than luyện kim được sử dụng làm nhiên liệu và làm chất khử trong quặng sắt nấu chảy trong lò luyện kim để tạo ra các vật liệu như gang, thép. Ngoài ra trong quá trình nung nóng chảy kim loại trong khuôn, than đá được đốt cháy để giải phóng khí làm giảm áp suất, ngăn không cho kim loại xâm nhập vào những khoảng trống của cát. Ngoài luyện sắt thì than cốc còn được ứng dụng trong luyện kim nhiều kim loại khác như đồng, nhôm…

Các ứng dụng khác của than đá 

• Than đá là một nguyên liệu quan trọng trong sản xuất nhiều chất hóa học khác. Phương pháp sản xuất chính của các sản phẩm này là khí hóa than để sản xuất khí tổng hợp. Các hóa chất chính được sản xuất ra từ khí tổng hợp bao gồm: methanol, hydro và carbon monoxide, olefin, axit axetic, formaldehyde, amoniac….
• Than đá tham gia sản xuất xi măng, chất dẻo, sợi nhân tạo.
• Than đá dùng để sản xuất các sản phẩm có khả năng hấp thụ các chất độc; được dùng nhiều trong các máy lọc nước, mặt nạ phòng độc.
• Dùng trong lĩnh vực điêu khắc, hội họa…