Пиролиз твердых горючих ископаемых

кокс.
В процессе пиролиза при постоянном нагревании в угле происходят существенные изменения. Сначала при температурах до 125-1600С испаряется влага, а затем начинается разложение органической массы. По мере протекания процесса удаляются кислород, водород и азот, а твердый остаток обогащается углеродом. На начальных стадиях при температурах до 200 0С кислород выделяется в основном в виде диоксида углерода и пирогенетической воды за счет отщепления функциональных групп, супроводжуетьсяться реакциями конденсации радикалов, остаются.
Азот топлива выделяется в виде аммиака, других азотистых соединений и в свободном состоянии. Кислород топлива также начинает переходить в фенолы, жирные кислоты и другие кисеньвмистки вещества.
При пиролизе бурого угля в интервале температур 200-350 0С происходит плавное уменьшение твердого остатка, выделение паров и газов увеличивается всего на 6-7%. Зона от 350 до 450 0С характеризуется повышением скорости выхода парагазовои фазы и более резким уменьшением выхода твердого остатка. В температурном интервале 450-550 0С происходят небольшие изменения выхода как твердого остатка, так и парагазовои смеси.
Количество и состав продуктов пиролиза зависят от размера частиц угля, скорости и конечной температуры нагрева.
При увеличении размера частиц угля несколько меньше выход смолы полукоксования и повышается количество пирогенетической воды и газа, что связано с наличием разницы температур между наружной поверхностью и центром частицы, пропорциональной теплопроводности и размера частиц.
Вы хотите узнать все о магазине перед покупкой? Читайте отзывы itis ua по ссылке.
Процесс пиролиза внутри частицы отстает во времени от более нагретых периферийных участков. Летучие продукты, образующиеся внутри частицы, диффундируют к ее поверхности, проходят зоны повышение температуры и испытывают повторных термических преобразований.
Определяющее влияние на выход и состав продуктов пиролиза имеет конечная температура, до которой нагревают угля. Повышение конечной температуры приводит сначала к росту (в зоне полукоксования), а затем к снижению выхода смолы, увеличение выхода газа и снижение выхода твердого остатка.
Наряду с температурой на выход продуктов полукоксования существенно влияет скорость нагрева угля. При скоростном полукоксовании за счет уменьшения выхода газа, пирогенетической воды и полукокса растет выход жидких продуктов. Это объясняется тем, что при быстром нагревании угля смола сразу же покидает частицы в виде пара, не испытывая повторных преобразований. При медленном проведении процесса средние и тяжелые фракции смолы, проходя через периферийные участки угольных частиц, разлагаются с образованием дополнительного количества легкокипящих фракций и газа или конденсируясь взаимодействуют с твердой фазой. Твердые продукты, образующиеся при конденсации тяжелых фракций смолы, улучшают качество полукокса, существенно увеличивая его прочность.
стадии термического разложения:
а) сушка протекает при комнатной температуре, интенсифицируется по мере повышения температуры нагрева и практически заканчивается при 105-110 0С;
б) 110-200 0С — выделение гигроскопической и коллоидно-связанной воды, а также окклюдированного газов, начало термической деструкции торфа и бурого угля;
в) 200 (300-350) 0С — термическая подготовка. Образуются газообразные продукты термической деструкции (СО2, СО, N2), происходит отщепление термически нестойких кисеньвмистких групп;
г) 300-500 0С — полукоксования. Усиление термической деструкции органической массы угля с интенсивным выделением газов и паров, а также с спекающихся углей жидкой фазы (продукты — полукокс, первичный газ, смола)
д) 550-800 0С — Среднетемпературная коксования. Усиление процессов деструкции с одновременной интенсификацией процессов синтеза (продукты — кокс, газ, смола)
е) 900-1100 0С — высокотемпературная коксования с преобладанием процессов синтеза (продукты — кокс, газ, смола).
Продукты полукоксования
Состав и выход продуктов полукоксования зависит от вида ТГК, степени углефикации и температуры пиролиза (таблица 2.15).
В процессе полукоксования ТГК испытывают сложных преобразований, сопровождающихся перераспределением химических частей органической массы, между твердыми, жидкими и газообразными продуктами. Характер этого Перераспределение зависит от природы и степени метаморфизма ТГК, что видно из таблицы 2.16.
Таким образом, наиболее «подвижными» элементами в угле является водород и кислород, причем наиболее велика интенсивность выделения этих элементов в сапропелитов, а в гумусовых углей она снижается с ростом степени углефикации.
Таблица 2.15 — Выход продуктов полукоксования (% на сухую массу)
Вид ТГК Полукокс Первичная смола пирогенетической вода Первичный газ
Торф 33,6-50,9 7,7-23,1 14 2-26,8 15,9-31,8
Подмосковный бурый уголь 71,0-76,0 5,5-14,3 2,5-12,6 5,8-21,0
Александрийское бурый уголь 55,4-61,8 10,6-15,8 7,4-9,2 18,3-21,1
Кизеловське
каменный уголь 73,0 16 7 2,5 7,8
Донецкий уголь марки «Д» 70,1-74,3 10,3-18,1 3,1-8,7 10,7-16,5
 — «-» Г «75,8 10,3 3,6 10,3
-» — «К» 84,8 5,8 1,7 7,7
 — «-» ПС "91 , 1 2,4 0,5 6,0
сапропелиты (балхашит) 10,3 65,9 8,4 15,4
липтобиолиты (пирописит) 13,2 68,3 3,8 14 7
Горючий сланец прибалтийский. 52,6-86,4 8,2-34,1 1,8-9,9 2,7-6,1
Горючий сланец волжский 75,6-79,1 9,6-11,6 6 , 4-7,2 4,9-5,7
Горючий сланец прибалтийский. 14,2 * 59,0 * 8,1 * 18,7 *
* на горючую массу
Таблица 2.16 — Количество оставшихся элементов в твердом остатке при 500 0С (% к первоначальному угля)
Вид ТГК С Н N О
Сапропелиты 54-61 21-27 17-32 17-32
Бурый уголь 78-83 36-39 — 14-43
Молодые каменный уголь 75-82 35-60 68-85 10-52
Полукокс. Зольность полукокса выше зольности исходного угля, поскольку минеральные компоненты практически не отлучаются при температуре полукоксования.
Выход летучих веществ с напивкоксузалежить от их выхода из угля, составляя 23-25% от исходного.
Содержание углерода в полукокс всегда выше, чем в начальном угле, причем, чем моложе угля, тем больше возрастает содержание углерода в полукокс. Так, если в угле содержание Сdaf колеблется от 68 до 85%, то в полукокс — от 84,4 до 91,8%. Содержание водорода в угле меняется от 9,15 до 3,86%, а в полукокс — 4,38 — 2,65%, то есть на 5,3 и 1,7%.
Содержание кислорода в полукокс не превышает 5%.
Таким образом, полукокс всегда имеют более близкий элементный состав и более обогащенные углеродом, повышает их качество, как энергетического топлива, поскольку теплота их сгорания (32-35 МДж / кг) значительно выше, чем у исходного молодого угля и торфа .
В зависимости от спекания угля полукокс может быть испеченным или оставаться в кусках и зернах.
Полукокс имеет повышенную пористостью (40-45% против 5-6% в уголь) и соответственно малую насыпную плотность (0,5-0,6 т / м3). Он имеет высокую реакционную способность к СО2, хорошо горит, легко воспламеняется.
Элементарные структурные единицы полукокса отличаются от исходного угля большей степенью конденсации, что позволяет говорить о принципиальное сходство процесса термодеструкции и метаморфизма в природных условиях.
Газ полукоксования. Первичный газ (газ полукоксования) принято называть прямым к конденсации из него пары и улавливания газового бензина и обратным после удаления компонентов первичной смолы и газового бензина. Состав обратной первичного газа зависит от технологических условий процесса, сырья и конструкций печей (таблица 2.17).
Таблица 2.17 — Примерный состав первичных газов (объемные проценты) и теплота их горения
Компоненты газа С сапропелитов С торфов С бурого угля С каменного угля
СО2 + Н2S 23-24 50 -55 10-20 1-7
CO 9-10 17-18 5-15 1-6
CmHn 5-6 3 4 1-2 3-5
O2 — — 0 , 1-3,0 0,1-0,8
H2 10-12 3 4 10-30 10-20
CH4 и гомологи 40-41 10-12 10-25 55-70 < br /> N2 8-9 6-7 10-30 3-10
Qh, МДж / м3 22,2-23,0 9,6-10,0 14,6-18,8 27,2- 33,4
С повышением температуры полукоксования состав первичных газов заметно меняется (таблица 2.18).
Таблица 2.18 — Состав первичных газов с длиннопламенных