شرایط محیطی
۶٫پیرولیز زغال سنگ
تمام انواع زغال سنگ‌ها بر اثر گرما تجزیه می‌شوند و بر حسب نوع آنها و شرایط تجزیه (فشار و دما) ، به مواد گوناگون مفیدی تبدیل می‌شوند که از نظر کاربردهای صنعتی و تجاری اهمیت به‌سزایی دارند. بیشتر انواع زغال‌سنگ‌ها ، در دمای حدود ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد رطوبت خود را از دست می‌دهند و تا دمای ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد تجزیه می‌شوند و مقداری مواد روغنی و گازی شکل تولید می‌شود. با افزایش دما به میزان ۱ تا ۲ درجه سانتی‌گراد در هر دقیقه ، تا دمای ۴۵ درجه سانتی‌گراد بیشترین مقدار محصولات بدست می‌آید که عمدتا شامل قطران زغال سنگ است.
این مواد ، ترکیبات گوناگون آروماتیکی مانند بنزن ، تولوئن ، گزیلن ، فنل‌ها ، نفتالین ، فتانترن) ، آنتراسن و غیره را در بر دارد و به روش تقطیر می‌توان آنها را از یکدیگر جدا کرد، اما اگر دما به ۹۰۰ درجه برسد، قطران خود تجزیه می‌شود و از مقدار محصولات مفید کاسته می‌شود. مواد جامد حاصل از پیرولیز زغال سنگ عمدتا شامل زغال کک (با توان گرمایی پایین و توان گرمایی بالا) ، دوده (برای رنگدانه‌ها) ، گرانیت (برای الکترودها) ، کربن فعال و مواد ساختمانی است. بطور کلی ، در فرایند پیرولیز حدود %۷۰ زغال سنگ به کک و %۵ آن به قطران تبدیل می‌شود.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۷٫کاربردهای مهم زغال سنگ
از زغال سنگ به عنوان سوخت در نیروگاه‌های حرارتی مولد برق ، در تولید بخار توسط توربین‌های بخار در کارخانجات صنعتی ، راه‌آهن و در کشتی‌ها و نیز به صورت سوخت خانگی در برخی از کشورها استفاده می‌شود. تقریبا ۸۷% زغال سنگ جهان برای تولید گرما و دیگر انواع انرژی‌های مربوطه سوزانیده می‌شود. بدیهی است که ضمن سوختن زغال سنگ فرآورده‌های جنبی مانند گازهای سوختنی ، زغال کک و قطران نیز بدست می‌آید. باید توجه داشت که در برخی از کشورهای جهان ، قسمتی از گازهای سوختی شهری از زغال سنگ تهیه می‌شود.برای این منظور ، زغال سنگ را با جریانی از بخار آب و اکسیژن در فشار ۲۰ تا ۳۰ اتمسفر مجاور می‌کنند. در این عمل قسمتی از زغال سنگ در مجاورت با بخار آب و اکسیژن به هیدروژن و منوکسید کربن تبدیل می‌شود. بعد ، این فرآورده‌های گازی را در مجاورت کاتالیزور آهن به هیدروکربن و یا بوسیله کاتالیزور روی و مس به متیل الکل تبدیل می‌کنند. علاوه بر مصارف سوختی ، از زغال سنگ در تهیه بسیاری از مواد مفید و مهم آلی و غیرآلی استفاده می‌شود که عمدتا از تقطیر قطران حاصل از پیرولیز زغال سنگ و یا مواد جامد باقی مانده از عمل پیرولیز تهیه می‌شود.
۸٫خطرات ناشی از معادن زغال سنگ
یکی از عوامل خطرات بهداشتی و جانی که کارکنان صنایع زغال سنگ با آن مواجه هستند، گاز متان است که معمولا در معادن زغال سنگ وجود دارد، زیرا مخلوط ۵ تا ۱۵ درصد آن با هوا انفجار‌آمیز است. از این رو ، مقدار گاز متان در معادن زغال سنگ باید دقیقا کنترل شود. البته علاوه بر متان ، گازهای دیگری مانند منوکسید کربن ، دی‌اکسید گوگرد نیز همراه با آن در معادن زغال سنگ وجود دارند که نه از نظر انفجار بلکه از نظر مسموم کنندگی می‌توانند برای سلامتی کارگران معدن زیان‌آور باشند. برای جلوگیری از خطرات ناشی از این گاز ، معمولا آن را با دستگاه ویژه‌ای از معدن زغال سنگ خارج می‌کنند. اکسیداسیون پیریت در هوا ممکن است به تشکیل اسید سولفوریک منتهی شود که از طریق آبهای جاری وارد منابع ذخیره آب شده و موجب آلودگی آن شود. تنفس گرد و غبار زغال سنگ نیز موجب بروز بیماری پنوموکونیوزیز می‌شود که به بیماری سیاه‌ریه نیز موسوم است. در این بیماری ذرات زغال سنگ ریه‌ها را از لایه سیاه رنگی می‌پوشانند و عمل تنفس را با دشواری روبرو می‌کند.
۲-۴-۱ قیمت زغال‌سنگ
استفاده از قیمت نفت برای تخمین قیمت زغال‌سنگ نیز امری معمول است. از ۲ روش می‌توان به این مفهوم، رابطه نسبت داد:
ارتباط قیمت زغال‌سنگ با نفت توسط یک رابطه: مثلاً قیمت زغال‌سنگ اروپا نسبت به نفت در سال‌های ۱۹۷۷ تا ۱۹۹۰ از رابطه ) پیروی می‌کند:
(Error! No text of specified style in document.‑۱)
تعیین حداقل و حداکثر برای قیمت زغال‌سنگ در ارتباط با قیمت نفت: مانند Error! Reference source not found.، قیمت زغال‌سنگ بین تا قیمت نفت در نواسان است.
ارتباط قیمت نفت و زغال‌سنگ را می‌توان از جنبه‌ای دیگر نیز تحلیل کرد: می‌توان قیمت زغال‌سنگ را به عنوان محدودیتی برای حداقل و حداکثر قیمت نفت درنظر گرفت. از این منظر و با درنظر گرفتن نوسان قیمت زغال‌سنگ بین تا قیمت نفت می‌توان نتیجه گرفت: قیمت نفت نمی‌تواند کمتری از حدی شود که رقابت آن با زغال‌سنگ در شرایطی بسیار نزدیک و سخت اتفاق افتد. این مسأله در نسبت قیمتی نزدیک به ۱ اتفاق می‌افتد. از طرف دیگر قیمت نفت نمی‌تواند از حدی بیشتر شود که مقدار قابل توجهی زغال‌سنگ با حدوداً قیمت نفت در دسترس قرار گیرد. اگر از این مفهوم استفاده کنیم، با فرض رابطه ) و در نظر گرفتن حداقل و حداکثر برای زغال‌سنگ،حداقل و حداکثر قیمت نفت محاسبه می‌شود:
قیمت‌های محاسبه شده می‌توانند به عنوان محدودیتی بر قیمت نفت اعمال شوند. بدین معنی که نفت تنها شاخص تعیین کننده قیمت در بازار رقابتی حامل‌های مختلف انرژی در تحلیل‌های میان مدت و طولانی مدت نخواهد بود.
۲-۵-۲ ماتریس تجارت زغال‌سنگ و گاز
در این ماتریس سهم صادرات مناطق به بازارهای هدف مشخص می‌شود. نمونه‌ای از این ماتریس‌ها برای گاز و زغال‌سنگ از مناطق ویژه به ۴ بازار اصلی دنیا در جدول آمده است.
جدول۲‑۲: ماتریس ساده شده بازگانی صادرات گاز و زغال‌سنگ

در این ماتریس بازار جهانی به ۴ بازار مهم تقسیم شده است: آمریکا (شمالی و جنوبی)، اروپای غربی و آفریقا، اروپای شرقی و کشورهای اتحاد جماهیر شوری سابق و آسیا. سپس سهم تأمین کننده‌گان عمده این بازارها از هر کدام از این بازارها معلوم شده است. در این ماتریس ۱۰ کشور از بزرگ‌ترین صادرکننده‌گان گاز دنیا، حدوداً ۹۵% گاز دنیا را به ۲۲ کشور از بزرگترین واردکنندگان دنیا صادر می‌کنند. صادرات ۸ کشور از بزرگترین صادرکنندگان زغال‌سنگ دنیا به ۲۲ کشور از بزرگترین وارد کننده‌گان نیز ۸۵% بازرگانی زغال‌سنگ دنیا را شامل می‌شود.
برای گاز، بیشتر واردات بازار آمریکا از کانادا و واردات اروپای شرقی از روسیه است. اروپای غربی از طریق ۴ تأمین کننده که هر کدام تقریباً ۲۰% سهم را برعهده دارند تغذیه می‌شود. بازار آسیا (ژاپن) توسط اندونزی و کشورهای خاورمیانه تأمین می‌شود. داده‌ها نشان می‌دهد که حدوداً نیاز هر بازار از کشورهای همان منطقه تأمین می‌شود. در این بازار تنها روسیه و الجزایر به بیش از یک بازار صادرات دارند. امّا بازار زغال‌سنگ تمرکز کمتری در بخش تأمین نسبت به گاز دارد.
استفاده از این اطلاعات و جداول برای تحلیل‌های میان و بلند مدت، عملاً با فرض پایدار بودن اطلاعات ممکن است. از همین فرض برای تخمین صادرات و وضعیت بازار در الگوی پولس استفاده شده است.
۲-۵ منابع زغال سنگ در ایران
کشور ما ایران بدلیل شرایط متنوع زمین شناسی دارای کانسارهای متنوع زغالی است. طبق آخرین آمار حاصله از مرکز آمار ایران، میزان ذخایر قطعی زغال سنگ در کشور در سال ۱۳۸۰ معادل ۳۱۰ میلیون تن برآورد گردیده است. این رقم در سال ۱۳۷۶ برابر ۱۰۳ میلیون تن بوده که متوسط نرخ رشد ذخایر، که نشان از اکتشاف ذخایر جدید دارد، معادل ۳۷ درصد بوده است. تعداد معادن فعال زغال سنگ در کشور که اغلب آنها خصوصی می باشند، ۸۳ معدن گزارش گردیده است. قسمت عمده منابع زغالی ایران در پنج ناحیه یعنی در نواحی ذیل واقع شده است :
I.ناحیه کرمان ـ نای بند (طبس)
II.ناحیه البرز
III.نایه شمال شرق خراسان
IV.کاشان ـ اصفهان
V.مراغه (آذربایجان)
۲-۶ وضعیت تولید زغال سنگ ^[۲۲]
زغال‌سنگ از انرژى‌هاى فسیلى فراوان، ارزان ولى با بازدهى نسبتاً اندک گرمائى به‌حساب مى‌آید میزان انرژى حاصل از سوخت ۸۰/۰ دلار زغال‌سنگ معادل انرژى حاصل از سوخت ۲ دلار نفت است ایران در زمینه استحصال و استخراج مواد معدنی در چند سال اخیر رشد چشمگیری داشته اما در زمینه زغال‌سنگ که پیشینه‌ای۴۰ ساله دارد، به دلایلی این روند ثابت بوده یا رشد محدودی داشته است.با این حال به‌تازگی رییس خانه زغال‌سنگ ایران تاکید کرده زغال‌سنگ نیازمند توجه بیشتر بوده و از ظرفیت قوی برای جایگزینی به جای نفت نیز برخوردار است. در واقع جایگزینی یک ماده معدنی برای تولید انرژی به جای نفت از آن جهت حائز اهمیت است که بسیاری از کارشناسان اقتصادی قرن آینده را قرن جنگ بر سر انرژی پیش‌بینی می‌کنند و معتقدند در شرایطی که می‌توان از سایر مواد برای تولید انرژی استفاده کرد مصرف نفت منطقی نیست. بنابراین با توجه به این موضوع این سوال در ذهن ایجاد می‌شود اگر امکان استفاده از ذخایر زغال‌سنگی برای تولید انرژی در کشور وجود دارد چرا تاکنون استفاده نشده و مورد توجه متولیان قرار نگرفته است. اما در مقابل این اظهار نظر کارشناسان و فعالان حوزه زغال‌سنگ معتقدند ذخایر و نوع زغال‌سنگ کشور به گونه‌ای است که هزینه تمام شده استخراج صرفه اقتصادی لازم برای استفاده از این ماده معدنی در تولید انرژی مورد نیاز کشور را فراهم نمی‌کند به‌گونه‌ای‌که حتی معادن زغال‌سنگ موجود در کشور به جهت همین مشکلات اقتصادی در شرف تعطیلی به سر می‌برند.تولید زغال سنگ خام در ایران سالانه به یک میلیون و ۸۰۰هزار تن می رسد که در کل میزان ذخیره احتمالی زغالسنگ کشور؛ سه میلیارد تن می باشد
۲-۷ مزایا و معایب منابع زغال سنگ
مصرف زغال سنگ در اروپا از دوران انقلاب صنعتی به عنوان منبع اصلی انرژی آغاز شد و تا دهه ۱۹۵۰ بزرگ­ترین سهم را در تأمین انرژی جهان داشت ولی از آن تاریخ به بعد نفت و گاز جایگزین زغال سنگ شد. البته هنوز هم در بعضی از کشورهای جهان مانند چین، زغال سنگ در مقایسه با سایر منابع انرژی مصرف بیش­تری دارد. در این میان در ایران نیز مزایای متعدد استفاده از زغال سنگ حرارتی را به عنوان یک حامل انرژی با پتانسیل بالقوه بالا در کشور مطرح نموده است، که برخی از این مزایا عبارتند از تنوع بخشی سبد انرژی کشور؛ ایجاد اشتغال و سرمایه گذاری در مناطق محروم با توجه به نزدیکی این ذخایر؛ قرار گرفتن این ذخایر در مناطق کویری و کم جمعیت و وجود روش ها و تجهیزات متنوع کاهش و کنترل آلودگی ناشی از استفاده از زغال سنگ در جهان و در نتیجه کاهش عوارض زیست محیطی آن. علاوه بر این مزایا، استفاده از زغال سنگ حرارتی مزایای دیگری در سایر حوزه های انرژی برای کشور دارد که از آن جمله می‌توان به کاهش سرعت مصرف سایر حامل های انرژی در تولید برق، جلوگیری از تخریب جنگل ها برای مصارف حرارتی برخی مناطق مسکونی، ایجاد طرح های اشتغال زایی در حوزه معدن و صنایع وابسته و عمران در مناطق کویری که فاقد استعداد های دامپروری و کشاورزی هستند، اشاره کرد.در ایران اولین تلاش های ناموفق در جهت تولید انرژی الکتریکی از زغالسنگ در سال ۱۳۴۷ با احداث نیروگاه زغالسوز زرند کرمان (دو واحد ۳۰ مگاواتی) شروع شد، (لازم به توضیح است که در آن زمان کل ظرفیت نیروگاهی کشور ۱۰۰۸ مگاوات بوده، و در مجموع این دو واحد در آن زمان حدود ۶ درصد سهم نیروگاهی را تشکیل می داده است، که این سهم برای شروع تولید برق از زغال سنگ بسیار خوب بوده است). اگر چه تاسیسات بکارگیری زغال در این مجموعه به طور کامل نصب گردید ولی از سال ۱۳۵۲ که بهره برداری از نیروگاه آغاز شد به علت عدم تحویل به موقع سوخت و نیروگاه با سوخت دوم یعنی مازوت بهره برداری گردید.
پس از انقلاب نیز تا مدتها تلاش­هایی در جهت احداث نیروگاه­های زغال سنگی به چشم نمی­خورد تا این­که در سال ۱۳۶۸ انجمن مهندسی نفت ایران که بر روی روند مصرف انرژی ایران مطالعاتی را صورت داده بود، به این نتیجه رسید که در صورت ادامه روند مصرف نفت و فراورده­های نفتی در کشور، در عرض کمتر از بیست سال میزان تولید و مصرف نفت در ایران برابر شده و صادرات این ماده استراتژیک قطع خواهد شد. از این رو این نهاد مطالعاتی را به منظور ارائه راهکارهای اجتناب از وقوع این رویداد آغاز کرد و در سال ۱۳۷۴ همزمان با پایان آن، ۳ راهکار اساسی را پیشنهاد داد:

1. 1. کاهش شدت انرژی از طریق اجرای سیاست های قیمتی و غیر قیمتی بهینه سازی

1. 1. ورود گاز طبیعی به سبد انرژی و جایگزینی آن با نفت خام (عمدتا با محور گازرسانی به شهرها برای کاهش مصرف نفت سفید در بخش خانگی)

1. 1. ورود زغال سنگ به سبد انرژی و جایگزینی آن با نفت خام (عمدتا در کارخانجات و صنایع انرژی بر و نیز نیروگاه­ها به منظور کاهش مصرف نفت و گاز مصرفی بخش صنعتی)

مطالعات نشان می­داد که ایران می ­تواند با تکیه بر اکتشافات صورت گرفته بر روی معادن زغال سنگ تا آن زمان، در افق ۱۴۰۰ شمسی، روزانه ۷۵۰ هزار بشکه معادل نفت از انرژی خود را از طریق مصرف زغال سنگ بدست آورد با گذشت زمان، بر اثر اقدامات صورت گرفته از سوی وزارت نفت، شبکه گاز طبیعی در سراسر کشور توسعه یافت و امروزه این حامل انرژی بیش از ۵۵% نیاز اولیه کشور به انرژی را تأمین می­ کند. اما دو پیشنهاد دیگر انجمن مهندسی نفت یعنی کاهش شدت انرژی و ورود زغال سنگ به سبد انرژی کشور هیچ­گاه عملی نشد.
با وجود آن­که وزارت صنایع در طرح­های توسعه­ای تولید فولاد ترکیب سوخت خود را به­ صورت ۵۰ – ۵۰ زغال سنگ و گاز قرار داد، اما ساخت نیروگاه­های زغال­سوز که نیروگاه ۱۱۵۰ مگاواتی طبس به عنوان نخستین واحد آن درنظر گرفته شده و مطالعات امکان سنجی و مناقصات مربوط به احداث آن تا سال ۱۳۷۹ به پایان رسیده بود، هیچ­گاه رنگ واقعیت را به­خود نگرفت.
دلایل عدم ورود زغال سنگ به سبد انرژی ایران را می­توان چنین برشمرد:
عدم تمایل دستگاه­های متقاضی زغال سنگ بویژه وزارت نیرو
وزارت نیرو همواره برای تأمین سوخت مورد نیاز نیروگاه­ها، خود را به وزارت نفت وابسته می­دید و در نقطه مقابل وزارت نفت نیز در راستای تأمین برق مورد نیاز تأسیسات کوچک و نیز آب مورد نیاز واحدها (بخصوص پتروشیمی­ها) نیازمند همکاری وزارت نیرو بود. در این میان وزارت نیرو با احداث نیروگاه­های زغالی، وابستگی جدیدی به وزارت صنایع پیدا می­کرد که این امر چندان مورد رضایت وزیر وقت نبود، چرا که از سوی دیگر وزارت صنایع هنوز اقدامات لازم برای تأمین زغال سنگ مورد نیاز این واحد را صورت نداده بود. (بهره ­برداری از مرحله نخست معدن زغال سنگ طبس در سال ۱۳۸۷ و پس از گذشت حدود ۸ سال از زمان مورد نظر برای تأمین سوخت نیروگاه مورد نظر در طبس، شاهدی بر این مدعاست). به­ طوری که پس از اتمام اقدامات اولیه احداث نیروگاه زغالی طبس در سال ۱۳۷۹، مهندس «بی­طرف» وزیر وقت نیرو با بیان این­که در راستای احداث این نیروگاه «ما {وزارت نیرو} متولی مواد اولیه نیستیم» عدم تأمین سوخت این نیروگاه را دلیل احداث نشدن آن بیان کرد و بدین ترتیب دومین نیروگاه زغالی ایران هم سرنوشتی بهتر از نخستین نمونه آن نیافت.
۲-۷-۱ عدم پتانسیل سنجی دقیق زغال سنگ حرارتی در کشور