Сторінка
2

Піроліз твердих горючих копалин

Здатність вугілля (і його сумішей) при звичайних умовах коксування в камерних печах утворювати кусковий кокс з певними фізико-хімічними властивостями, що задовольняють промисловим вимогам по міцності і крупності, називається коксівністю. З цього слідує, що все коксівне вугілля одночасно спікливе, але не все спікливе вугілля одночасно коксівне. З всього кам'яного спікливого вугілля тільки вугілля марки К -- коксівне. Коксівністю володіють і промислові суміші вугілля різних марок (вугільні шихти). Коксівність поняття багато в чому технологічне; воно значною мірою залежить від технологічних умов підготовки і коксування вугілля. Тому коксівність вугілля оцінити тільки одним яким-небудь методом неможливо. Для цього потрібне застосування комплексу методів, здатних охарактеризувати всі сторони коксоутворення, особливо процесів спікання вугілля і розтріскування напівкоксу при перетворенні його в кокс.

У процесі піролізу при постійному нагріванні у вугіллі відбуваються істотні зміни. Спочатку при температурах до 125-1600С випаровується волога, а потім починається розкладання органічної маси. По мірі протікання процесу видаляються кисень, водень і азот, а твердий залишок збагачується вуглецем. На початкових стадіях при температурах до 200 0С кисень виділяється в основному у вигляді діоксиду вуглецю і пірогенетичної води за рахунок відщеплення функційних груп, що супроводжуєтьсяться реакціями конденсації радикалів, що залишаються.

Азот палива виділяється у вигляді аміаку, інших азотистих сполук і у вільному стані. Кисень палива також починає переходити в феноли, жирні кислоти і інші кисеньвмісткі речовини.

При піролізі бурого вугілля в інтервалі температур 200-350 0С відбувається плавне зменшення твердого залишку, виділення пари і газів збільшується усього на 6-7 %. Зона від 350 до 450 0С характеризується підвищенням швидкості виходу парагазової фази і більш різким зменшенням виходу твердого залишку. У температурному інтервалі 450-550 0С відбуваються невеликі зміни виходу як твердого залишку, так і парагазової суміші.

Кількість і склад продуктів піролізу залежать від розміру частинок вугілля, швидкості і кінцевої температури нагрівання.

При збільшенні розміру частинок вугілля дещо меншає вихід смоли напівкоксування і підвищується кількість пірогенетичної води і газу, що пов'язано з наявністю різниці температур між зовнішньою поверхнею і центром частинки, пропорційній теплопровідності і розміру частинок. Процес піролізу всередині частинки відстає у часі від більш нагрітих периферійних дільниць. Леткі продукти, що утворюються всередині частинки, дифундують до її поверхні, проходять зони підвищення температури і зазнають повторних термічних перетворень.

Визначальний вплив на вихід і склад продуктів піролізу має кінцева температура, до якої нагрівають вугілля. Підвищення кінцевої температури приводить спочатку до зростання (в зоні напівкоксування ), а потім до зниження виходу смоли, збільшення виходу газу і зниження виходу твердого залишку.

Нарівні з температурою на вихід продуктів напівкоксування істотно впливає швидкість нагрівання вугілля. При швидкісному напівкоксуванні за рахунок зменшення виходу газу, пірогенетичної води і напівкоксу зростає вихід рідких продуктів. Це пояснюється тим, що при швидкому нагріванні вугілля смола відразу ж покидає частинки у вигляді пари, не зазнаючи повторних перетворень. При повільному проведенні процесу середні і важкі фракції смоли, проходячи через периферійні ділянки вугільних частинок, розкладаються з утворенням додаткової кількості легкокиплячих фракцій і газу або конденсуючись взаємодіють з твердою фазою. Тверді продукти, що утворюються при конденсації важких фракцій смоли, поліпшують якість напівкоксу, істотно збільшуючи його міцність.

Стадії термічного розкладання:

а) сушка протікає при кімнатній температурі, інтенсифікується по мірі підвищення температури нагрівання і практично закінчується при 105-110 0С;

б)110-200 0С - виділення гігроскопічної і колоїдно-пов'язаної вологи, а також оклюдованих газів, початок термічної деструкції торфу і бурого вугілля;

в)200-(300-350) 0С - термічна підготовка. Утворюються газоподібні продукти термічної деструкції (СО2, СО, N2), відбувається відщеплення термічно нестійких кисеньвмістких груп;

г)300-500 0С - напівкоксування. Посилення термічної деструкції органічної маси вугілля з інтенсивним виділенням газів і парів, а також зі спікливого вугілля рідкої фази (продукти - напівкокс, первинний газ, смола);

д) 550-800 0С - середньотемпературне коксування. Посилення процесів деструкції з одночасною інтенсифікацією процесів синтезу (продукти - кокс, газ, смола);

е) 900-1100 0С - високотемпературне коксування з переважанням процесів синтезу (продукти - кокс, газ, смола).

Продукти напівкоксування

Склад і вихід продуктів напівкоксування залежить від вигляду ТГК, ступеня вуглефікації і температури піролізу (таблиця 2.15).

У процесі напівкоксування ТГК зазнають складних перетворень, що супроводяться перерозподілом хімічних елементів органічної маси, між твердими, рідкими і газоподібними продуктами. Характер цього переросподілу залежить від природи і ступеня метаморфізму ТГК, що видно з таблиці 2.16.

Таким чином, найбільш "рухливими" елементами у вугіллі є водень і кисень, причому найбільш велика інтенсивність виділення цих елементів у сапропелітів, а у гумусового вугілля вона знижується із зростанням ступеня вуглефікації.

Таблиця 2.15 - Вихід продуктів напівкоксування (% на суху масу)