1.석탄의 서론인류의 역사는 에너지자원 이용의 역사와 그 맥을 같이 한다. 인류문명의 발전은 인간이 불을 이용할 수 있게 되면서 본격화되었고, 현대과학기술의 발전과정 또한 불을 이용하여 얻을 수 있는 에너지 양의 증가와 밀접한 관계가 있다. 그 중에서도 특히 석탄은 검은 진주라 불려질 정도로 소중한 에너지 자원이었다.인류가 석탄을 연료로 이용했던 최초의 기록은 기원전 315년경의 문헌에서 석탄을 대장간 연료로 사용했다는 대목이 나온다. 중국에서는 서기 500∼600년대 수나라에서 '석탄'이라는 글자가 나타나 있고 1100년대 송나라시대에는 가정연료로 이용했다는 기록이 있다. 서양에서는 이 보다 좀 늦은 10세기에 발견되어 13세기에 영국의 헨리3세가 채탄허가를 부여한 것으로 기록되어 있다.세계적으로 널리 석탄이 이용되기 시작한 것은 18세기 중엽에 제임스 와트(1736∼1819)가 증기기관을 발명하고 그것이 생산과정에 도입되어 산업혁명을 이룩한 이후부터이다.우리나라의 경우, 석탄을 언제부터 일상생활에 이용하기 시작했는지 추측할 만한 유적이나 유물조차 없고 단지 고문헌 상에 석탄의 부존을 인지한 기록과 탄층의 지표에서 석탄을 채취하여 원시적인 형태로 약간 이용한 듯한 흔적만이 있을 뿐이며, 구한말 개화기에 이르러 대장간 등에서 석탄을 쓴 것으로 나타나 있다.석탄이 가정이나 대장간의 연료 등 원시적인 용도로 쓰이다가 처음으로 동력원으로 사용되기 시작한 것은 1884년 정부에서 조곡등 관용화물을 탁송하기 위하여 화륜선(火輪船)을 운용하면서부터이다. 석탄이 연료로서 본격적으로 이용되기 시작한 것은 가정용 연료인 '연탄'을 제작하여 사용하기 시작한 50년대 초부터이며, 이후 80년대 중반까지 대표적인 대중연료로 각광받았다.소비량 측면에서는 60년대 후반부터 유류대체가 일부 있었지만 정부의 보조금 정책 하에서 국내석탄산업은 대유류 경쟁력을 유지해 나갔으며, 73년과 78년 두차례에 걸친 [석유파동]과 정부의 가격지원 정책으로 80년대까지 주된 난방연료로 사용되어 소비량이은 20%정도인데 반해 국내 무연탄은 거의 40%에 달하고 연료용 이외의 용도로 사용하기 위한 고정탄소 함량은 하한선이 78%인데 반해 국내 석탄은 평균 56.3%로 그 활용범위가 가정연탄용과 발전용 정도로 제한되어 있기 때문이다.이러한 석탄수요의 감소에다 국내 석탄의 부존 열악성으로 인한 생산원가의 상승에 따른 비용부담, 생산성 향상을 앞지르는 임금인상 등으로 정부시책도 드디어 증산정책에서 감산정책으로 바뀌게 되었다. 이후 석탄정책은 석탄산업의 사회적 비중과 소비계층의 특수성 등을 고려하여 비경제탄광은 자율폐광하고 경제탄광은 육성하는 구조정책을 실시해 나가고 있다.1-1 석탄의 생성과 석탄화도석탄-지질시대의 육생식물이나 수생식물이 수중에 퇴적하여 매몰된 후 가열과 가압작용을 받아 변질하여 생성된 흑갈색의 가연성 암석.광택이 있는 것과 광택이 없는 것이 있는데 전자를 휘탄(輝炭), 후자를 암탄(暗炭)이라고 한다. 처음 발견하여 이용한 것은 3000년 전으로 알려져 있으나, BC 315년 그리스의 과학자 테오프라스토스(Theophrastos)의 암석학 저서 중에 “암석 중에는 연소되는 것이 있어 금속을 녹이는 데 사용할 수 있다”고 기재되어 있는 것이 최초의 기록으로 남아 있다.화학적 성질은 공업분석에 의해 수분 ·회분 ·휘발분 ·고정탄소 등을 백분율로 나타내고 원소분석에 의해서 C, H, N, O의 함유량으로 나타낸다. 그러나 석탄의 정의에 대해 탄소분의 함량기준(含量基準)과 성분이나 조직상으로 명확한 학설이 없었으나, 1957년 미국에서 개최된 국제석탄학회에서 그 학문상의 정의를 정립하게 되었다. 이때 석탄 성분 내에 중량으로 50% 이상의 탄소분이 함유되어 있어야 하고, 용적으로는 70% 이상의 탄소분이 함유되어 있어야 석탄으로 규정하도록 결정하였다.이 밖에 조성 ·탄화도 및 품위(品位)에 있어서는 석탄에 따라 각기 특성을 가지는 것으로 정의를 내렸다. 석탄은 탄화도(炭化度)에 따라 탄소분이 60%인 이탄(泥炭), 70%인 아탄(亞炭) 및 갈탄, 80∼902. 석탄화도-식물이 고사(枯死)한 후 땅 속에 묻혀서 차차 갈탄·역청탄(瀝靑炭)·무연탄으로 변해 가는 변질의 정도.변질작용은 궁극적으로는 탄소의 농축작용이라고 할 수 있다. 이 변질의 정도를 나타내는 지표(指標)로서는 석탄을 공업분석하여 얻는 고정탄소·수분·휘발분의 각 함유량, 또는 발열량을 사용한다. 또, 원소분석에 의하여 얻는 탄소함유량, 수소대 탄소원자수의 비, 산소 대 탄소원자수의 비 등도 석탄화도의 지표로서 사용된다.1-2. 석탄의 구조석탄은 주로 탄소로 구성되어 있고, 수소와 산소가 들어 있다. 이 밖에 질소 ·황 ·무기물 등이 들어 있다. 황이 많이 함유되어 있으면 연소할 때 불쾌한 이산화황냄새가 난다. 무기물은 근원식물 자체에서 나온 것이 소량 있으나, 대부분 퇴적될 때나 퇴적 후에 지하수에 의하여 반입된 것이 많다. 석탄의 공업분석에서는 수분 ·회분 ·고정탄소 ·휘발분 및 황의 백분율 함량과 발열량을 칼로리 단위로 측정하게 되어 있다.양질의 석탄은 수분이 적고 고정탄소와 휘발분이 많고 발열량이 6,000∼8,000kcal/kg이며, 갈탄인 경우 휘발분과 고정탄소의 양이 거의 같은 반면 무연탄은 휘발분이 거의 없는 대신 고정탄소의 함유율이 높다. 석탄 분자의 구조는 피츄멘과 후민질 분자구조 연구를 통하여 발전되었다. 따라서, 석탄 분자는 종합 방향고리를 단위체로 한 일종의 고분자로서 탄화도의 진행에 따라 축합도(縮合度)가 증가하여 무연탄에서 흑연이 된다.동일 탄종이라도 산지에 따라 분자구조가 달라지며, 근래에 와서는 X선 ·적외선 ·자외선 ·분광법 ·전기적 방법 ·자기적 방법 ·열분석 및 레소로지 등이 석탄의 각 성분 연구에 많이 활용되고 있다. 단위체는 탄소사슬 등으로 연결되어 있어 저분자체(低分子體)를 감싸는 구조를 하고 있다.1-3. 석탄의 분류, 조성, 성장? 석탄의 분류석탄은 탄화의 정도에 따라 무연탄과 유연탄으로 분류되며, 이와 같은 구분은 육안으로도 가능하다. 그러나, 탄화정도 이외에 다음과 같은 구성물질에 대한 분석치를 중량 %로측정한다. 탄화가 잘된 석탄일수록 휘발분 (volatile matters)은 적게 나타난다. 석탄을 분류하는데 가장 주요한 기준이 되고 있다.회분 : 회분 (ash)은 석탄을 완전히 태운 후에 남는 재로서 원래 식물에 포함되어 있던 타지 않는 물질과, 수목이 퇴적될 때 들어간 자갈, 모래, 진흙 등과 석탄이 생성된 후에 추가된 후 연소되지 않는 2차 적인 물질로 되어 있다.고정탄소 : 석탄 안에 들어 있는 고체상태의 탄소이며, 휘발분과 회분 및 수분을 뺀 나머지가 탄소 분량이 고정탄소 (fixed carbon)이다. 그러나 휘발분 속에도 탄소는 포함되어 있다.유황분 : 석탄이 탈 때에 코를 찌르는 SO2 냄새로 그 존재를 알 수 있다. 유황분 (sulphur)이 너무 많으면 공업용 석탄으로도 적합하지 않다.발열량 : 1 gr의 석탄을 태워서 얻을 수 있는 열량을 칼로리로 나타낸 것으로 대체적으로 석탄의 발열량 (calorific value)은 4,000∼8,000 cal 범위이다. 고정탄소의 함량이 높으면 높을수록 석탄의 발열량은 크다.? 석탄의 조성석유 및 석탄의 원소분석조성원소분석치(D.A.F)%H/C원자수CHONS0.91태평양65.104.9328.420.930.62삼 지81.275.997.821.190.730.89석 장84.856.167.201.780.010.87어 실91.163.972.561.780.530.52미국비스버크84.25.66.91.61.70.80미국 노오스타고다72.64.910.21.11.20.81원 유83~8711~140~20~10~41.76조성성분 순으로 광택이 감소한다. 석탄의 색은 일반적으로 석탄화도가 낮은 것이 갈색, 석탄화도가 진행됨에 따라 흑갈색, 흑색으로 된다. 아탄에서 1.5이고 석탄화가 진행됨에 따라 감소하고 c85%의 석탄에서는 1.25감소치에 달한다. 따라서 석탄화도가 진행됨에 EK라서 증대하고, 90%에서 1.6에 달하고 흑 2.25에 가까워진다.2. 석탄의 건류와 콜타르2-1. 석탄의 건류약 100℃까지:물의 증발. :석탄의 2차 분해가 일어나 수소·일산화탄소 ·벤젠 ·톨루엔 ·나프탈렌 등이 활발히 발생한다2-2 Coal tar석탄을 건류(乾溜)할 때 생성되는 검고 점조(粘稠)한 액상물질(液狀物質). 비중은 1.1∼1.2이다. 저온건류로 얻어지는 저온 타르와 고온건류로 얻어지는 고온 타르가 있는데, 일반적으로 저온 타르를 말한다. 수율(收率)은 석탄의 중량에 대해서 3∼6％이며, 석유와 마찬가지로 공업상 중요한 화학물질을 얻는다. 콜타르의 최초의 용도는 방부제였다. 대항해시대 이래로 범선(帆船)의 용재(用材), 로프의 도장용(塗裝用) 나무타르는 값이 비쌌으므로 17세기 무렵 이미 영국에서는 그 대체품으로 콜타르를 사용하기 시작하였다. 19세기에 들어 도시가스 공업이 일어나 대량의 가스액과 타르가 부산물로 생산되고 방부제로서의 용도만으로는 처리할 수 없게 되자 하천에 방류시켜 심각한 환경오염을 일으켰다. 당시의 사람들은 콜타르를 ＜악마의 물＞이라고 하였는데, 가스회사는 이것을 버리는 비용, 또 그 피해의 배상비용을 계산에 넣어서 가스요금을 책정해야만 하였다. 그런데 1838년 영국 J. 베셀이 크레오소트를 분리하여 목재방부(木材防腐)에 이용하는 것을 고안하자(베셀법), 이것을 계기로 타르의 대규모 증류가 이루어지게 되었다. 당시에는 철도건설이 활발하여 대량의 침목(枕木)이 필요하였다. 그 뒤 타르 속에서 벤젠·톨루엔·나프탈렌·안트라센 등의 유용물질이 독일의 A.W. 호프만 등에 의해 발견되고 염료와 그 밖의 유기화학공업 원료로서 새로운 용도가 개발되자(모브·알리자린 등의 염료는 콜타르의 연구로 합성되었다) 타르 증류공업은 더욱 발전하였다. 한편 합성화학공업의 발달로 염료의 원료로서 벤젠, 화약의 원료로서 페놀(석탄산)이나 톨루엔의 수요가 증가하였기 때문에 석탄가스 중에서 조경유(粗輕油)를 직접 회수하는 방식이 개발되었으며, 19세기 말에는 거의 현재의 방식에 가까운 부산물회수식 코크스로(爐)가 건설되게 되었다. 콜타르는 수백 종의 복잡한 성분을 함유하고 있는데 주요한 분류제h
![[화학공학] 석탄화학공업](https://image4.happycampus.com/Production/thumbnail/2004/10/19/data2958631-0001.jpg)
