Than đá là một nguồn năng lượng và vật liệu công nghiệp quan trọng trên toàn cầu. Nó tạo ra 35,4% điện năng, sản xuất 10.434 TWh vào năm 2023, chủ yếu ở các quốc gia như Trung Quốc và Ấn Độ. Nó cung cấp nhiên liệu cho 90% sản xuất xi măng, tiêu thụ 330 triệu tấn mỗi năm, và là yếu tố chính trong sản xuất than cốc để luyện sắt. Khí hóa than tạo ra khí tổng hợp cho các hóa chất, trong khi các sản phẩm chuyên dụng như than hoạt tính và sợi carbon phục vụ nhiều ứng dụng đa dạng. Hãy khám phá thêm để tìm hiểu những thông tin sâu hơn về các công dụng rộng lớn của than đá.

Sản Xuất Điện

Mặc dù vai trò của than đá trong năng lượng toàn cầu đang thay đổi, nó vẫn là một nền tảng của sản xuất điện trên toàn thế giới. Vào năm 2023, than đá chiếm 35,4% sản lượng điện toàn cầu, tạo ra kỷ lục 10.434 TWh, với các quốc gia như Trung Quốc (60% điện năng) và Ấn Độ (73%) phụ thuộc rất lớn vào nó. Các nhà máy điện than hoạt động dựa trên chu trình Rankine, chuyển đổi năng lượng hóa học từ than nghiền thành năng lượng nhiệt bằng cách đun nóng nước để tạo ra hơi nước áp suất cao ở nhiệt độ lên tới 1200°C. Hơi nước này làm quay tua-bin, chuyển đổi năng lượng nhiệt thành năng lượng cơ học, sau đó các máy phát điện chuyển đổi thành điện năng thông qua cảm ứng điện từ. Ngoài ra, các nhà máy điện than đóng góp đáng kể vào lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu, thải ra khoảng 12 tỷ tấn khí carbon dioxide mỗi năm. Quá trình này bao gồm việc đốt than nghiền trộn với không khí nóng để đảm bảo đốt cháy hoàn toàn trong lò đốt của nồi hơi để đạt hiệu suất tối đa.

Mặc dù chiếm ưu thế, hiệu suất năng lượng vẫn là một thách thức, vì các quá trình chuyển đổi gây ra tổn thất qua nhiệt và âm thanh. Các sáng kiến như công nghệ thu giữ carbon đang được nghiên cứu để giảm thiểu tác động môi trường trong khi vẫn duy trì sản lượng. Điện năng được tăng lên điện áp cao để truyền tải qua lưới điện, mặc dù một phần điện năng bị tiêu thụ nội bộ cho hoạt động của nhà máy, ảnh hưởng thêm đến hiệu suất tổng thể.

Ứng dụng công nghiệp

Than đá đóng vai trò là một nguồn tài nguyên quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp ngoài sản xuất điện, hỗ trợ các quy trình sản xuất và hóa học chủ chốt. Trong Quy trình sản xuất xi măng, than đá là nguồn năng lượng chính, cung cấp khoảng 90% năng lượng cho các nhà máy xi măng toàn cầu. Khoảng 450 gram than đá được tiêu thụ cho mỗi 900 gram xi măng sản xuất, dùng để đốt nóng lò nung đến 1450°C để tạo clinker, trong khi tro than được sử dụng như một chất pozzolan trong hỗn hợp. Ngành công nghiệp xi măng chiếm khoảng 4% lượng tiêu thụ than đá toàn cầu, tương đương với 330 triệu tấn mỗi năm.

Ngoài ra, than đá hỗ trợ sản xuất Nhiên liệu khí hóa thông qua việc chuyển đổi thành khí tổng hợp (syngas), bao gồm carbon monoxide, hydro và các loại khí khác. Khí tổng hợp này được sử dụng làm nguyên liệu cho các hóa chất như methanol và amoniac, và có thể được xử lý thành khí tự nhiên tổng hợp hoặc hydro cho các ứng dụng công nghiệp. Khí hóa cũng mang lại một giải pháp sạch hơn bằng cách cho phép loại bỏ chất ô nhiễm trước khi đốt và thu hồi CO2.

Sản xuất Coke

Quá trình sản xuất than cốc biến đổi các loại than luyện kim đặc biệt thành một vật liệu công nghiệp quan trọng thông qua phương pháp gia nhiệt có kiểm soát được gọi là quá trình cốc hóa. Quá trình này bao gồm việc nung nóng than bitum ít tro, ít lưu huỳnh trong Lò Cốc ở nhiệt độ 1.000-1.100°C mà không có oxy trong thời gian 14-36 giờ. Được sắp xếp thành các dãy gồm 10-100 đơn vị lót gạch chịu lửa, các lò này hỗ trợ quá trình chưng cất phá hủy, loại bỏ các chất dễ bay hơi và tạo ra một sản phẩm cứng, xốp, có hàm lượng carbon cao (khoảng 90%), rất cần thiết cho việc nấu chảy quặng sắt trong các lò cao.

Trước khi cốc hóa, than được nghiền nhỏ, trộn lẫn và nạp vào lò để tối ưu hóa độ bền và kiểm soát sự giãn nở. Quá trình này cũng chú trọng đến Thu hồi phụ phẩm, thu giữ các hợp chất có giá trị như khí lò cốc, nhựa than, amoniac và các loại dầu nhẹ. Các phụ phẩm này được xử lý để làm nhiên liệu hoặc nguyên liệu hóa học, nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất than cốc. Phương pháp hệ thống này đảm bảo than cốc đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt cho các ứng dụng công nghiệp.

Sản Phẩm Than Chuyên Dụng

Các ứng dụng đa dạng của than đá vượt ra ngoài việc sản xuất năng lượng truyền thống, bao gồm một loạt sản phẩm chuyên dụng quan trọng đối với các ngành công nghiệp hiện đại. Các vật liệu có nguồn gốc từ than như than hoạt tính, với độ xốp vi mô cao, là rất cần thiết cho các bộ lọc làm sạch nước và không khí cũng như máy lọc máu thận. Khí hóa than tạo ra khí tổng hợp (syngas), một tiền chất cho các hóa chất như metanol, amoniac và urê, trong khi nhựa than tinh chế sản xuất ra các hợp chất như benzen và phenol.

Ngoài ra, than đá còn được sử dụng làm nguyên liệu cho các vật liệu tiên tiến, bao gồm sợi carbon, được sử dụng trong các ứng dụng nhẹ và có độ bền cao trong xây dựng và hàng không vũ trụ. Nghiên cứu về Ứng dụng Ống Nano Carbon và Graphene từ than đá khám phá tiềm năng của chúng trong điện tử và công nghệ nano nhờ các đặc tính cấu trúc độc đáo. Than đá cũng hỗ trợ sản xuất kim loại silic cho silicones và silanes, được sử dụng trong chất bôi trơn và mỹ phẩm, đồng thời cung cấp năng lượng cho các quá trình công nghiệp như sản xuất xi măng và nhôm. Những sản phẩm chuyên dụng này nhấn mạnh vai trò không thể thiếu của than đá trong các lĩnh vực công nghệ cao đa dạng.