ایده فرآیند استخراج زغال سنگ از معادن به روش شیمیایی

[عرفان سلیم زاده]

سلام.
میخوام ایده ای رو راجع به استخراج زغال سنگ از معادن که طراحی خودم هست رو اینجا افشا کنم.
البته این کار به این خاطر هست که صرفا این ایده رو برای ادا کردن دینم به کارگران معادن زغال سنگ دادم.
به امید روزی که دیگه شاهد کشته شدن بی دلیل این انسان های شریف در این معادن نباشیم.

همان طور که میدونین زغال سنگ یک سوخت جامد هست و نمیتوان ان را مثل نفت یا گاز از طریق خط لوله جا به جا کرد.
از طرفی همین جامد بودن باعث یه مشکل بزرگ تر میشه. برای استخراج آن باید با بیل و کلنگ به جان دیواره های معادن بیوفتید
تقریبا 2000 هزار سال است که از انسان جهت استخراج زغال سنگ استفاده می شود.در حقیقت اگر زغال سنگ بخواهید راه دیگری ندارید.
هیچ رباتی توانایی انجام خودکار این کار را ندارد و از طرفی هزینه جانی یک ادم زنده کمتر از یک ربات پیشرفته چند میلیون دلاری می باشد.
دیگه بگذریم از بحث امنیت این معادن که همه رو مثل من از دادن چنین طرح هایی پشیمون می کنه.
راه حل چیست؟
در وهله اول مشکل زغال سنگ است!
ببینید ما این زغال رو بعد از استخراج به نیروگاه های تولید برق می بریم و پس از پودر کردن آنرا با هوا ترکیب کرده و محترق می کنیم.
در اخر چرخه ای که معمولا رانکین است اب رو بامحصولات احتراق به جوش میاریم و بخار لازم برای گرداندن یک توربین بخار رو تامین می کنیم.
من از جنبه زیبایی شناسی می گم که این چرخه یکم به دور از شعور و ادعای ما انسان های پر مدعاست!ما راکتور هسته ای ساختیم اخه...
به همین دلیل ایده ای به ذهنم زد و پیگیری کردم.
اگر بتوانیم ماده ای رو پیدا کنیم که فراوان و ارزان باشه و پس از تزریق به معدن بتونه با زغال سنگ یک واکنش برگشت پذیر انجام بده
و محصولات واکنش هم در حالت گازی باشن،
در این صورت میتوانیم در چرخه ای بسته این کربن ها را بدون نیاز به انسان و توسط یک گاز حامل به بیرون از معدن انتقال بدهیم.
در نگاه اول یکم وحشتناکه چون همچین ماده ای رو نمیشه پیدا کرد.
از طرفی خواننده ممکن است فکر کند ما ماده ای میخواهیم که زغال سنگ را به صورت پودر به بیرون انتقال دهد که از دید اهل علم ناممکن است.
می توان این سناریو را به صورتی دیگر اجرا کرد.فکر کنم این بهتره!
اگر بتوان گاز دی اکسید کربن کم فشار و دما بالا را به معدن تزریق کرد طبق اثر لوشاتیه دی اکسید کربن تمایل بسیاری به واکنش با کربن دیواره های معدن خواهد داشت.
در اثر این واکنش مولکول دی اکسیدکربن یک اتم اکسیژن خود را برای بدست اوردن تعادل به کربن موجود در معدن خواهد داد و محصول حاصله دو مولکول مونوکسید کربن خواهند بود.

CO2=CO+O
CO+O+C=2CO

این واکنش،گرماگیر بوده و محصولات نیز به صورت گازی شکل می باشند.
در واقع خروجی معدن به جای زغال سنگ،مونواکسید کربن خواهد بود.
پس از استخراج میتوان این گاز با ارزش را در صنایع مختلف بکار گرفت یا این که با یک پیل سوختی کربنی مستقیم با راندمان 70 درصد ازش برق تولید کرد.
اگر این نیروگاه که هیچ قطعه مکانیکی نداره در کنار معدن ساخته بشه،خروجی معدن زغال سنگ درواقع برق خواهد بود.
در ضمن میتوان دی اکسید کربن مورد نیاز جهت ادامه استخراج مونوکسید کربن از معدن را نیز تولید کرد که هزینه ها را کاهش می دهد.
مزیت این روش عدم بکار گیری از انسان جهت استخراح زغال سنگ و افزایش راندمان استخراج خواهد بود.
همچنین در صورت ریزش معدن نیز جان کسی گرفته نخواهد شد.به صورت 24 ساعته عمل استخراج انجام می شود.
هر سوالی بود مطرح کنین تا به فهم این طرح کمک بشه.
ممنونم
منبع:سایت علمی نخبگان جوان

[حسین متقی]

من شیمیم خیلی ضعیفه ولی اگر تئوریت درست باشه واقعا عالیه
و خیلی راه حل خوبی ارائه کردی
واقعا خسته نباشید
فقط سوالاتی برام پیش اومد
اینکه قسمت فیزیکیش که من یه کوچولو ارادت دارم
چطوری گازی با فشار کم و دمای بالا میخوای تولید کنی که همزمان این دو خاصیت رو داشته باشه و در حجم و مخصوصا جرم بالا تولیدش کنی و بفرستی داخل معدن؟
و سوال دوم اینکه نرخ نفوذ این گاز باید پیش بینی بشه چون معمولا خیلی کم هست تو میتونی 1 لایه ی نازک شاید 1میلیمتر تا 1 سانت از سطح دیواره هارو کربن زدایی کنی(اگر برای این واکنش به کربن در حالت خاص احتیاجی نباشه! و کربن دیواره هارو بتونی جذب واکنشت کنی)
و بعد اگر مثلا تا 1متر هم در دیواره ها نفوذ کنی بعد چی؟
باید باز این کارگرا برن همه ی این جرم دیوار رو که الان 25درصد کمتر شده با مته و بیل و کلنگ بکنن و بیرون بیارن تا مرحله ی بعد شروع بشه؟
تازه همون قبلیهارو هم خودشون کندن!

و اینکه چطوری میخوای گازی که خودت فرستادی داخل رو از گازی که تولید شده جدا کنی؟ و بعد استفاده کنی؟
(راه حلش کمتر کردن تولید از نیازه ولی بالاخره در مرحله ی اول و آخر حتما قاطی میشن این گازها و چطوری جداشون میکنی؟)

ببخشید من خیلی تهاجمی عمل کردم ولی خب به ذهنم همینا رسید!
راستش اطلاعاتم محدوده و اگر اشتباهی تو صحبت هام دیدی بگو
در ضمن از ارزش ایدت کم نشده
واقعا مخم هنگ رد وقتی خوندم
خیلی عالی و جذاب و جسورانه و خیلی خلاقانه بود
من اگه از این اقایون مسئولین دولتی بودم حتما بودجه ی طرحتو تامین میکردم برای آزمایش و تحقیقات در مدل کوچیک
چون ایدت عالیه و اگه روش کار بشه حتی اگه تئوریش اشتباه باشه به خاطر نوع نگاهت به مسئله میتوه مشکلی که مطرحه(جان کارگران) رو حل کنه

[عرفان سلیم زاده]

من شیمیم خیلی ضعیفه ولی اگر تئوریت درست باشه واقعا عالیه
و خیلی راه حل خوبی ارائه کردی
واقعا خسته نباشید
فقط سوالاتی برام پیش اومد
اینکه قسمت فیزیکیش که من یه کوچولو ارادت دارم
چطوری گازی با فشار کم و دمای بالا میخوای تولید کنی که همزمان این دو خاصیت رو داشته باشه و در حجم و مخصوصا جرم بالا تولیدش کنی و بفرستی داخل معدن؟
و سوال دوم اینکه نرخ نفوذ این گاز باید پیش بینی بشه چون معمولا خیلی کم هست تو میتونی 1 لایه ی نازک شاید 1میلیمتر تا 1 سانت از سطح دیواره هارو کربن زدایی کنی(اگر برای این واکنش به کربن در حالت خاص احتیاجی نباشه! و کربن دیواره هارو بتونی جذب واکنشت کنی)
و بعد اگر مثلا تا 1متر هم در دیواره ها نفوذ کنی بعد چی؟
باید باز این کارگرا برن همه ی این جرم دیوار رو که الان 25درصد کمتر شده با مته و بیل و کلنگ بکنن و بیرون بیارن تا مرحله ی بعد شروع بشه؟
تازه همون قبلیهارو هم خودشون کندن!

و اینکه چطوری میخوای گازی که خودت فرستادی داخل رو از گازی که تولید شده جدا کنی؟ و بعد استفاده کنی؟
(راه حلش کمتر کردن تولید از نیازه ولی بالاخره در مرحله ی اول و آخر حتما قاطی میشن این گازها و چطوری جداشون میکنی؟)

ببخشید من خیلی تهاجمی عمل کردم ولی خب به ذهنم همینا رسید!
راستش اطلاعاتم محدوده و اگر اشتباهی تو صحبت هام دیدی بگو
در ضمن از ارزش ایدت کم نشده
واقعا مخم هنگ رد وقتی خوندم
خیلی عالی و جذاب و جسورانه و خیلی خلاقانه بود
من اگه از این اقایون مسئولین دولتی بودم حتما بودجه ی طرحتو تامین میکردم برای آزمایش و تحقیقات در مدل کوچیک
چون ایدت عالیه و اگه روش کار بشه حتی اگه تئوریش اشتباه باشه به خاطر نوع نگاهت به مسئله میتوه مشکلی که مطرحه(جان کارگران) رو حل کنه

سلام ممنون.
1-فضای معدن باید از اتمسفر بیرون ایزوله بشه. اول فشار اتمسفر خود معدن رو پایین میاریم و بعد با کربن دی اکسید تعویض می کنیم..برای داشتن دی اکسید کربن کم فشار با دمای بالا کافیه به جرم کمتری از این گاز انرژی لازم جهت واکنش رو بدیم.
اگر بخوایم در حجم و جرم بالاتری به داخل معدن تزریقش کنیم کافیه نرج جریان رو ببریم بالا.درکل نرج جریان رو با فشار اتمسفر معدن تنظیم می کنیم.
2- این یه مزیت هستش.اگر به صورت یک نواخت از تمام ظرفیت معدن استفاده بشه در طول زمان ظرفیتی که میتونیم از معدن برداشت کنیم هم افزایش پیدا می کنه.
این به خاطر افزایش سطح قابل دسترسی دیواره های معدن می باشد.به کربن خالص احتیاجی نیست هرچند در این معادن کربن گرافیت تقریبا خالصی وجود داره.
3- بستگی به رگه های موجود در معدن داره.را حل من اینه که گاز به ته معدن تزریق بشه و به کمک همرفت از سر معدن گاز مونواکسید کربن گرفته بشه.
گاز دی اکسید کربن در حالت گازی بی اثر به حساب میاد اما مونواکسید کربن در حالت گاز به راحتی میتونه وارد واکنش شیمیایی بشه.
در واقع برای اکثر فرآیند ها نیازی به جدا کردن نیست چون دی اکسید کربن وارد واکنش نمیشه.این گاز فقط میتونه جذب بشه که در دمای بالا این میزان بسیار کم خواهد بود.

.........
ممنونم لطف داری حسین جان.
از این طور طرح ها زیاد استقبال نمیشه چون سرمایه گذاری رو معادن زغال سنگ زیاد نیست.
البته اگر همه سعی کنیم تا این روش به دانشگاه ها و پژوهشکده ها راه پیدا کنه باز یه امیدی میتوان داشت.
امیدوارم حداقل به عنوان یه فرآیند بشه روش حساب باز کرد.
من اسم این فرآیند رو "فرآیند E " میزارم که E نماد easy یا آسان هست.
البته حرف اول نام خودم هم هست عرفان...
موفق باشید

[عرفان سلیم زاده]

برای تولید دی اکسید کربن مورد نیاز معدن بهترین راه استفاده از پیل سوختی هست که اکسیژن مورد نیاز رو از اتمسفر جدا می کنه.
در این حالت برق خوبی هم تولید میشه.
باید روش کار کنم چون تولید ارزان این گاز برای طرح مهمه.

[حسین متقی]

خب
1-معادن 1000تا راه ورود و خروج گازها دارن و نمیشه به راحتی ایزولشون کرد!
تولیداین گاز در این حجم مشکلی نیست چون جرم بالایی نداره ولی مشکل اینه به اندازه ی جرم ورودی به علاوه ی کربن جذب شده خروجی مونوکسید کربن داری
یعنی برای 2تن کربن به دست اوردن باید چه مقدار گاز تزریق کنی؟

2- منظورم این بود که این رگه ها بعضی جاها قطع هم میشن و یا اینکه پراکنده هستند و ممکنه ظریب انتقال کمی داشته باشه خاک برای نفوذ گاز که طبیعیه و جلوی برداشت بیشتر کربن رو میگریه مگه اینکه باز کارگران برن و همه ی قسمتهارو بکنن تا راه نفوذ باز بشه و این یعنی همون کندن سابق ولی اندفه به جای ذغال سنگ خاک رو میکنن تا فقط به ذغالسنگ برسن و بعد بیان بیرون!
یعنی کنده کاری رو شما با این طرح نهایتا(کاملا ذهنی میگم و هیچ منبعی نداره)60 درصد کم میکنی
که خیلی خوبه!
و با کمک چند ربات کاملا حل میشه!

سوال اخر رو کاملا متوجه شدم و قانع شدم

[عرفان سلیم زاده]

خب 1-معادن 1000تا راه ورود و خروج گازها دارن و نمیشه به راحتی ایزولشون کرد! تولیداین گاز در این حجم مشکلی نیست چون جرم بالایی نداره ولی مشکل اینه به اندازه ی جرم ورودی به علاوه ی کربن جذب شده خروجی مونوکسید کربن داری یعنی برای 2تن کربن به دست اوردن باید چه مقدار گاز تزریق کنی؟ 2- منظورم این بود که این رگه ها بعضی جاها قطع هم میشن و یا اینکه پراکنده هستند و ممکنه ظریب انتقال کمی داشته باشه خاک برای نفوذ گاز که طبیعیه و جلوی برداشت بیشتر کربن رو میگریه مگه اینکه باز کارگران برن و همه ی قسمتهارو بکنن تا راه نفوذ باز بشه و این یعنی همون کندن سابق ولی اندفه به جای ذغال سنگ خاک رو میکنن تا فقط به ذغالسنگ برسن و بعد بیان بیرون! یعنی کنده کاری رو شما با این طرح نهایتا(کاملا ذهنی میگم و هیچ منبعی نداره)60 درصد کم میکنی که خیلی خوبه! و با کمک چند ربات کاملا حل میشه! سوال اخر رو کاملا متوجه شدم و قانع شدم

نه خب این مورد واسه معادن عمیق هست.نسبتش 1.5 هست داریم 1 تن دی اکسید کربن میدیم تا 1.5 تن مونوکسید کربن بگیریم.تا زمانی که ظرفیت مورد نیاز رو تامین کنه نیازی نیست وارد معدن بشیم.

[حسین متقی]

نه خب این مورد واسه معادن عمیق هست.نسبتش 1.5 هست داریم 1 تن دی اکسید کربن میدیم تا 1.5 تن مونوکسید کربن بگیریم.تا زمانی که ظرفیت مورد نیاز رو تامین کنه نیازی نیست وارد معدن بشیم.

خب درسته برای اونا هم قانع شدم و منظورتونو فهمیدم
ولی این سوال باز پیش میاد که 1تن گازی که میخواین وارد معدن کنید چه قیمتی داره؟ یا بهتر بگم چقدر انرژی لازمه برای تولیدش؟ و چه انرژی لازم داره تزریقش به داخل معدن؟
و بعد این 1ونیم تن گازی که خارج میشه چقدر انرژی به ما تحویل میده؟
از نظر اقتصادی دارم میسنجم طرح رو!

[عرفان سلیم زاده]

خب درسته برای اونا هم قانع شدم و منظورتونو فهمیدم ولی این سوال باز پیش میاد که 1تن گازی که میخواین وارد معدن کنید چه قیمتی داره؟ یا بهتر بگم چقدر انرژی لازمه برای تولیدش؟ و چه انرژی لازم داره تزریقش به داخل معدن؟ و بعد این 1ونیم تن گازی که خارج میشه چقدر انرژی به ما تحویل میده؟ از نظر اقتصادی دارم میسنجم طرح رو!

سنجیدن این موارد بستگی به محل مورد نظر داره شما دیتاشیت یه معدن رو بدید من حساب می کنم.

[حسین متقی]

سنجیدن این موارد بستگی به محل مورد نظر داره شما دیتاشیت یه معدن رو بدید من حساب می کنم.

البته من اطلاعات چندانی ندارم ولی به طور مثال خودتون 1 نمونه حساب کردین به صورت متوسط که ببینین اقتصادی هست یا نه؟

[A S L A N]

با عرض پوزش خنده داره

دلیل:

زغال یک ماده جامد هست.یعنی در صورتی که بتوانید گاز تولید کنید و گاز را تزریق کنید و همان گاز را برگردانید و بازیابی کنید،(در این صورت)چون سطح تماس جامد با گاز کم هست(عملا صفر است.چون سنگ بستر زغال معمولا نفوذپذیری کافی ندارد)واکنشی صورت نمیگیرد

مونواکسید کربن یک گاز کاملا سمی است و تولید صنعتی اون در محیط ایزوله مجوز ندارد که هیچ،امنیت و صرفه اقتصادی هم ندارد

کمی هم در مورد شیمی صحبت کنم براتون

اگه چیزی از شیمی فیزیک بدونیبد می فهمید که انرژی گیبس که معیار انجام واکنش است برای تبیدیل دی اکسید کربن به کربن و اکسیژن عددی مثبت است.تا اینجا فهمیدیم که این کار خودبخودی نیست و هزینه دارد.برای تخمین هزینه بهتره این واکنش را یک واکنش تعادلی تصور کنید و ثابت واتکنش بنویسید.عددی در حد صفر میشود.یعنی هزینه بالایی دارد.

با همه این تفاسیر سر بحث اصلی برگردیم.یعنی جنبه مهندسی

فرض را بر این میزاریم که یزغال به این روش استخراج شد.یک فضای خالی در زیر زمین ایجاد میشود که اگر نگهداری نشود باعث نشست در سطح زمین میشود و ...

حالا اگه خواستین بیشتر توضیح میدم

- - - به روز رسانی شده - - -

با عرض پوزش خنده داره

دلیل:

زغال یک ماده جامد هست.یعنی در صورتی که بتوانید گاز تولید کنید و گاز را تزریق کنید و همان گاز را برگردانید و بازیابی کنید،(در این صورت)چون سطح تماس جامد با گاز کم هست(عملا صفر است.چون سنگ بستر زغال معمولا نفوذپذیری کافی ندارد)واکنشی صورت نمیگیرد

مونواکسید کربن یک گاز کاملا سمی است و تولید صنعتی اون در محیط ایزوله مجوز ندارد که هیچ،امنیت و صرفه اقتصادی هم ندارد

کمی هم در مورد شیمی صحبت کنم براتون

اگه چیزی از شیمی فیزیک بدونیبد می فهمید که انرژی گیبس که معیار انجام واکنش است برای تبیدیل دی اکسید کربن به کربن و اکسیژن عددی مثبت است.تا اینجا فهمیدیم که این کار خودبخودی نیست و هزینه دارد.برای تخمین هزینه بهتره این واکنش را یک واکنش تعادلی تصور کنید و ثابت واتکنش بنویسید.عددی در حد صفر میشود.یعنی هزینه بالایی دارد.

با همه این تفاسیر سر بحث اصلی برگردیم.یعنی جنبه مهندسی

فرض را بر این میزاریم که یزغال به این روش استخراج شد.یک فضای خالی در زیر زمین ایجاد میشود که اگر نگهداری نشود باعث نشست در سطح زمین میشود و ...

حالا اگه خواستین بیشتر توضیح میدم