Лекция №5 5.1 Структура углей Структуру углей рассматривают
advertisement
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 nCAlkC Alk P2 nCArCAr P3 nCAlkC Ar P4 nHAlkC P5 nHArC 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
