Лекция №5 5.1 Структура углей Структуру углей рассматривают

реклама
Лекция №5
Структура углей
5.1
Структуру углей рассматривают на молекулярном и надмолекулярном уровне
организации.
Молекулярная структура – устойчивое образование, объединенное химическими
связями. Является носителем химических свойств угля.
Надмолекулярная структура – пространственная форма, которую приобретают
макромолекулы и их ассоциаты, объединенные физическими силами. Является носителем
химических свойств угля.
Модель угля
5.1.1
Модель угля содержит следующие структурные фрагменты:
Ari, Arj – ароматика;
СAi, СAj – циклоалканы (нафтены);
Хi, Хj – функциональные группы (–COOH, –OH, –NH2);
Ri, Rj – алкильные заместители (С1 – Cn);
Mi, Mj – мостиковые структуры (–(СH2)n–, –O–, –NH–, –S– и т.д.)
Расчет свойств угля
5.1.2
Рассмотренная выше модель угля позволяет применить аддитивный подход к
расчету свойств угля:
С  C Alk  C Ar 

H  H Alk  H Ar 
число атомов С и H, связанные в ароматические и алифатические
структуры
PHC  P1  nCAlkC Alk  P2  nCArCAr  P3  nCAlkC Ar  P4  nHAlkC  P5  nHArC
PHC  свойства угля без учета функциональных групп;
n  число связей;
Pi  вклад в свойство PHC связи данного типа.
1
Данный подход позволяет количественно прогнозировать физико-химические и
технологические свойства угля разной стадии метаморфизма, если известны их
элементный состав и структура
5.2
Технический анализ угля
Все угли состоят из двух частей: органической и минеральной. Минеральную часть
можно рассматривать как источник ценного минерального сырья, в частности редких и
рассеянных элементов.
Технический анализ позволяет определить направление переработки ТГИ: в качестве
энергетического топлива или как химического сырья. Под техническим анализом
понимают определение показателей, предусмотренных техническими требованиями на
качество углей: влажность, зольность, выход летучих веществ, спекаемость,
теплоту сгоранияю. В некоторых случаях в техническом анализе определяют
составляющие элементного состава: углерод, водород и др.
По результатам технического анализа угли подвергаются классификации и
определяется направление их использования.
5.2.1
Определение влажности
Молекулы воды связаны с поверхностью угля силами разной природы (адсорбция на
поверхности и в порах, гидратирование полярных групп, вхождение в состав
кристаллогидратов минеральной части угля).
Поэтому различают разные значения влажности в зависимости от способа удаления
влаги:
Wt (общая влага) – определяется при высушивании угля до постоянной массы при
0
150 С;
Wex (внешняя влага) – определяется при высушивании угля до постоянной массы
при комнатной температуре;
Wh (связанная или гигроскопичная влага) – влага, оставшаяся в угле после удаления
Wex
Wt  Wex  Wh
5.2.2
Определение зольности
В ТГИ содержится значительное количество минеральных примесей (2…50%), о
содержании которых судят по количеству золы, оставшейся после сжигания навески угля
в открытом тигле в муфельной печи при t=8500C. Зола на 95% состоит из оксидов Al, Fe,
Ca, Mg, Na, Si, K, соединений P, Mn, Ba, Ti, Sb и других элементов
При сжигании ТГИ минеральные примеси окисляются или разлагаются по след.
реакциям:
MnCO3  MnO  CO2
4 FeS2  11O2  2 Fe2O3  8SO2
4 FeO  O2  2 Fe2O3
2
5.2.3
Выход летучих веществ
Летучие вещества – это паро- и газообразные продукты, выделяющиеся при разложении
органического вещества ТГИ в бескислородных условиях при t=900±50C.
Эта характеристика важна для определения термической устойчивости углей и является
показателем способности к коксованию:
V daf  27...30%  способны к коксованию
Выход летучих веществ падает в ряду гумусовых с ростом степени углефикации.
Выход летучих веществ является одним из показателей большинства классификаций
углей (в том числе и международной).
5.2.4
Определение спекаемости
Спекаемость является важным показателем коксуемости углей. Основное
требование при коксовании – переход угля в пластическое состояние. Наибольшей
спекаемостью обладают угли средней стадии метаморфизма (марок Ж, ЖК, К, ОС). Их
доля должна составлять не менее 70% в составе шихты для коксования.
Таблица – Марки углей Донбасса
Уголь
Длиннопламенный
Газовый
Газовый жирный
Жирный
Коксовый
Отощенно-спекающийся
Тощий
Антрацит
Марка
Vdaf, % масс.
Среднее содержание Сdaf, %
>37
>35
35-27
35-27
27-18
22-14
17-9
<8
76-88
Д
Г
ГЖ
Ж
К
ОС
Т
А
84-90
84-90
87-92
89-94
90-95
91-96
Методы определения спекаемости:
1) Основанные на характеристике нелетучего остатка (королька) по Грей-Кингу.
Проводят коксование образца угля в стандартных условиях, затем сравнивают
полученный остаток с эталонным образцом.
2) Основанные на способности угля спекать инертные добавки. Образец спекают с
инертной добавкой (антрацит) и проверяют на истирание получившегося тв. остатка в
барабане Рога. Прочность равна индексу Рога (отношение разрушенных частиц образца к
общему количеству частиц).
3) Пластометрический метод Сапожникова-Базилевича. Основан на измерении
толщины пластического слоя у и усадки шихты. Чем больше толщина пластического слоя
y, тем выше спекающая способность угля. Обычно y=15-25 мм.
3
5.3 Классификация углей
Выделяют следующие классификации углей:
5.3.1
Генетическая – в зависимости от характера исходного растительного
материала и условий его превращения
Таблица – Генетическая классификация ТГИ
Происхождение
Стадии углеобразования
Торфяная
Буроугольная
Каменноугольная
Антрацитовая
Гумиты
торфы
Бурые угли
Каменные угли
Липтобиолиты
Продукты
превращения
смол, восков,
пыльцы
сапропели
янтарь
кеннели
антрациты
-
Сапропелиты
Кеннели, богхеды, кеннель-богхеды
Донецкие
сапропелиты
антрацитовой
стадии
5.3.2
Промышленная – разделение углей на марки по показателям,
характеризующим их основные энергетические и технологические свойства ( систематика
каменных углей по величине Vdaf).
5.3.2
Промышленно-генетическая – сочетает технологические свойства угля с их
генетическими особенностями (# разделение углей на виды по величине
среднего показателя отражения витринита R0, теплоты сгорания на влажное
беззольное состояние Qsdaf и выхода летучих веществ Vdaf).
Таблица – Подразделение углей на виды
Вид угля
R0 , %
Qsdaf , МДж/кг
Vdaf, % масс.
Бурый уголь
Каменный уголь
Антрацит
≥0,60
0,40-2,39
≥2,40
<24
≥24
-
≥9
<9
4
Скачать