CC BY
19
© С.А. Эпштейн, В.И. Минаев, Д.Л. Широчин,
О.В. Барабанова, 2005
УДК 622.3:622.74
С.А. Эпштейн, В.И. Минаев, Д.Л. Широчин, О.В. Барабанова
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА УГЛЕЙ ПРИ ТЕРМОПОДГОТОВКЕ
Семинар № 19
ш Ж редварительная термообработка
-Ц. углей является важным этапом их подготовки для дальнейшего использования. Многочисленные работы в этом направлении показали высокую эффективность предварительной термоподготовки углей для улучшения техникоэкономических показателей процессов слоевого коксования угольных шихт и сжигания. В самом общем случае, цель предварительной термоподготовки углей -это придание им новых свойств для более эффективного дальнейшего использования.
В современной технике термоподготовки углей используют технологические схемы и аппараты различных конструкций. Они различаются условиями подачи сырья, режимами термообработки, а также гранулометрическим составом углей. Условно, можно выделить 2 группы процессов термоподготовки, различающихся по условиям нагрева: быстрый нагрев угля до 200-300 °С и медленный нагрев при этих же температурах. Анализ литературных данных позволил нам установить, что условия нагрева и состав углей оказывают существенное влияние на термопластические характеристики углей и качество кокса из них. В связи с этим представляют интерес исследования влияния условий предварительной термообработки на структурные параметры и свойства углей различного состава.
Ранее [1] было показано, что при температурной обработке углей до темпера-
туры 150-250 °С, происходит заметное изменение термопластических свойств углей, выхода и свойств экстрактов, структуры коксовых остатков и т.д. Существенное влияние оказывает как температура обработки, так и условия нагрева.
В настоящей работе исследовали каменные угли Донецкого и Кузнецкого бассейнов, различающиеся по стадии метаморфизма, исходному растительному материалу, палеогеографической и фациаль-ной обстановке. В целом, настоящая коллекция представляет фрагмент каменноугольной стадии метаморфизма от длиннопламенных до жирных углей включительно, на котором наиболее ярко проявляются отличия физико-химических и других свойств углей.
Предварительную термообработку углей проводили в инертной среде при температуре 200 °С в течение 2 часов. Исследовали набухание исходных и термообработанных углей в диметилформамиде (ДМФА), выход продуктов карбонизации, структуру и свойства полученных коксов. Исследование набухания углей в ДМФА было проведено ранее [2-4], показана взаимосвязь между степенью набухания углей, их термопластическими свойствами и структурой образующегося кокса [5].
Предварительная термообработка углей при 200 °С значительно изменяет характер взаимодействия углей с ДМФА.
Таблица 1
Характеристика углей
Уголь Тип Бассейн, Технический состав, Элементный состав, мас.% £ £ <х У, мм Мацеральный состав,
№ шахта, мае. % об.%
пласт Wa А* С1" Н1" Н/С о1" ■ Vt I Ь
1 а Кузнецкий
ш. Байдаевс- 3.1 6.5 39.4 81.88 5.41 2.37 0.22 0,79 10.12 0.72 8 85 14 1
кая пл.32
2 а Кузнецкий
ш. Абашевс- 2.3 4.1 38.7 83.68 5.62 2.62 0.75 0.80 7.33 0.81 25 85 13 2
кая пл.24
3 а Донецкий
ш. Петровс- 2.4 2.3 33.5 85.01 5.14 1.81 0.91 0.72 7.13 0.93 8 90 3 7
кого ПЛ.Ь7
4 а Донецкий
ш. Кураховс- 8,40 5,83 36,24 79,30 5,07 1,92 0,98 0,77 12,73 0,64 0 94 2 4
кая Пл.14
5 в Кузнецкий
ш. Абашеве- 2.4 4.3 39.3 83.50 5.66 2.46 0.57 0.81 7.81 0.77 18 86 12 2
кая пл.26а
6 в Кузнецкий ш. Западная пл.3 1.7 11.4 39.8 84.59 5.70 2.46 0.77 0.81 6.48 0.79 30 88 9 3
7 в Донецкий
ш. Комсомо- 1.5 3.9 36.4 84.04 5.44 1.43 2.42 0.78 6.67 0.83 32 88 9 3
лец пл.ш26
8 в Донецкий
ш. Курахов- 4,90 8,61 41 76,09 5,22 1,55 5,80 0,82 11,34 0,49 0 84 10 6
ская пл.121
Таблица 3
Упругопластические характеристики исходных углей (А) и термообработанных (Б) после взаимодействия сДМФА
Уголь, А Б
№ число твердости Иго кгс/мм2 количество отпечатков с трещинами, % тип отпечатка число твердости, И20 кгс/мм2 количество отпечатков с трещинами, % тип отпечатка
1 17.2 0 Пластичный 22.9 0 Пластичный
2 20.1 6 » 23.1 0 »
3 19.0 0 » 21.7 0 »
4 17.7 0 » 25.7 0 »
5 22.8 18 Пластично-хрупкий 16.9 9 »
6 35.8 91 Хрупкий 27.2 56 Хрупко-пластичный
7 33.2 100 » 29.1 75 »
8 20.6 0 Пластичный 29.1 0 Пластичный
Таблица 2
Влияние термообработки на количество удержанного растворителя (ЛМ) и экстрагируемых продуктов (Э) при взаимодействии углей с ДМФА
Уголь. № Исходные угли Угли после термообработки Степень изменения, ДМ
Выход экстракта Э, мае. % Количество удержанного растворителя ДМ. мае. % Выход экстракта Э. мае. % Количество удержанного растворителя ДМ. мае. %
1 3.7 9.7 3.5 10.6 0.08
2 3.8 4.5 2.8 11.4 0.61
3 3.1 10.9 2.3 15.1 0.29
4 2.6 6.7 2.1 12.8 0.48
5 4.1 4.3 3.4 11.9 0.64
6 1.1 0 1.5 3.9 1.00
7 3.5 0 1.9 3.0 1.00
8 6.3 5.0 3.6 17.2 0.71
Рис. 1. Оптическая текстура кокса из угля 2 (Ш) и предварительно термообработанного при 200 0Сугля 2 (О)
Для всех исследованных углей, включая длиннопламенные, термообработка приводит к заметному увеличению степени набухания (табл. 2), уменьшению выхода экстрагируемых продуктов, снижению микротвердости и микрохрупкости набухших углей. Изменение параметров набухания для восстановленных углей происходит в большей степени. Эти данные хорошо согласуется с результатами исследования реакционной способности углей разной восстановленно-сти по выходу ДМФА-экстракта в зависи-
Рис. 2. Оптическая текстура кокса из угля 6 (Щ) и предварительно термообработанного при 200 0Сугля 6 (О)
мости от температуры предварительной термообработки углей (диапазон температур составлял 150-350 °С с шагом 25 °С, термообработку проводили в инертной среде в течение 20 мин). Было показано, что реакционная способность углей при термообработке увеличивается с разной скоростью для углей разных генетических типов по восстановленное™. Рассчитанные по выходу ДМФА-экстрактов коэффициенты сшивания для исходных и
Таблица 3
Упругопластические характеристики исходных углей (А) и термообработанных (Б) после
термообработанных углей показали, что термообработка углей приводит к дополнительному сшиванию структуры их вещества. При этом, определяя в исходных и термообработанных углях содержание функциональных кислородсодержащих групп, пришли к выводу, что оно возрастает. Это дает основание полагать, что такая термообработка приводит к усилению степени связанности структурных ассо-циатов. Различное содержание кислорода в органической массе углей разных генетических типов по степени восстановлен-ности, определяет их реакционную способность в процессах предварительной термообработки.
Увеличение степени сшивания органического вещества витринитов исследованных углей приводит к ухудшению их вязко-пластических свойств при нагревании [1, 4], увеличению выхода кокса и снижению индекса его оптической текстуры [6, 7] (рис. 1-2). Эти изменения в условиях медленного нагрева наиболее существенны для углей восстановленного генетического типа.
----------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Эпштейн С.А., Малъкова В.В., Тайц Е.М. Рогайлин М.И. Кокс и химия.1988. №6. С.9
2. Эпштейн С.А., Супруненко О.И., Барабанова О.В. ХТТ. 2004. № 3, с. 18.
3. Эпштейн С.А., Супруненко О.И., Барабанова О.В. ХТТ. 2005. № 1, с.21.
4. Aipshtein S.A. Proc. of the 9th ICCS, 7-12 September, 1997, Essen, V.2, p.829.
5. Aipshtein S.A., Suprunenko O.I., Sakurovs R. Proc. of the 11th ICCS, September 30-Octobre 5, 2001, San Francisco, CA.
6. Aipshtein S.A., Suprununko O.I. The Fourth Symposium “Catalytic and Thermochemical Conversions of Natural Organic Polymers”. Krasnoyarsk, Russia, May 30 - June 3, 2000, 317.
7. Aipshtein S.A., Suprununko O.I. Proc.Eurocarbon'98. Strasbourg.France. July 1998. s.204.
Коротко об авторок
Эпштейн С.А., Минаев В.И., Широчин Д.Л., Барабанова О.В. - МГТУ.
