ТГИ

Твердые
горючие
ископаемые
Преподаватель
Дучко Мария Александровна,
ассистент кафедры ХТТ
Применение ТГИ
• Топливо.
• Сырье для металлургической и химической
промышленности.
• Сырье для извлечения редких и рассеянных
элементов.
• Гидрогенизация угля (сжижение).
• Газификация – переработка угля в другие
виды топлива.
Классификация горных пород
земной коры по происхождению
• Магматические (базальт, гранит и др.)
• Осадочные (твердые горючие ископаемые
(ТГИ), нефть, песчаники, известняки и др.)
• Метаморфические – образуются из
магматических и осадочных под влиянием
высоких температур и давлений.
Источники ТГИ
Остатки отмерших живых организмов, в
первую очередь растительных.
Исходный растительный материал состоит из:
• белков,
• углеводов,
• липоидов (жиры, воски и смолы),
• лигнина.
Превращение исходного
растительного материала в
процессе углеобразования
Торф – смесь продуктов превращения растительных остатков и
минеральных примесей различного происхождения.
Уголь – это твердая, горючая горная порода, образовавшаяся из
отмерших растений в результате их биохимических, химических и
физических изменений.
Антрацит — самый древний из ископаемых углей, уголь наиболее
высокой степени углефикации.
Диагенез — совокупность процессов преобразования рыхлых осадков в
осадочные горные породы. Происходит в верхних слоях земной коры и
заключается в перекристаллизации осадков, образовании минералов,
конкреций, гидратации или дегидратации (обезвоживании), цементации
осадков и тому подобном.
Метаморфизм — процесс твердофазного минерального и структурного
изменения горных пород под воздействием температуры и давления в
присутствии флюида.
Гумификация – это совокупность процессов превращения исходных
органических веществ в гуминовые кислоты и в фульвокислоты.
Углефикация — природный процесс структурно-молекулярного
преобразования (метаморфизации) органического вещества угля под
влиянием высокого давления и температур.
Литотипы каменного угля
Литотип – это макросккопически различимые части угля,
различающиеся по блеску, цвету, изломы, структуре, наличию
трещин.
Литотип
Внешний вид
Состав
Витрен
Литотип в виде узких
линзообразных прослоек с хорошо
выраженной трещеноватостью
Нацело состоит из
витринита (Vi)
Фюзен
Литотип в виде линз с волокнистой
структурой, матовый или с
шелковатым блеском
Нацело состоит из
инертенита (I)
Кларен
Литотип, образующий пачки или
пласты угля с выраженной
полосчатой структурой, блестящий
Преимущественно
состоит из витринита
(Vi)
Дюрен
Литотип, образующий пачки или
пласты угля , однородный,
плотный, матовый или с масляным
блеском
Преимущественно
состоит из липтинита
(Lt) и инертенита (I)
Элементный состав ТГИ
С, %
Н, %
О+S+N, %
Древесина
50
6
44
Торф
55
6
39
Бурый уголь
70
5
25
Каменный уголь
85
6
9
Антрацит
96
2
2
Групповой состав ТГИ
Под групповым составом ТГИ понимают группы веществ по их
отношению к различным реагентам и растворителям.
Выделяют 5 основные группы веществ
Битумы A, B, C – их
извлекают орг.
растворителями в
экстракторах при t
кипения
(# битумы группы А
извлекают смесью
спирт : бензол = 1 : 1)
Водорастворимые
(ВРВ) и
легкогидролизуемые
(ЛГВ) – извлекают из
торфа холодной
водой и горячей
водой.
Целлюлоза –
извлекают 80% H2SO4
Гуминовые кислоты
– извлекают
раствором щелочей
(чаще всего 0,1 н
NaOH). При этом
получают гуматы
натрия.
Негидролизуемые вещества –
лигнин, кутин, суберин, гумин,
остаточный уголь
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.
Для оценки возможностей и режимов переработки ТГИ (в
качестве энергетического топлива или как химического
сырья) применяют технический анализ.
Технический анализ – это определение показателей,
предусмотренных техническими требованиями на качество
углей: влажность, зольность, выход летучих веществ,
спекаемость и т.д.
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 150 0С
Wex(внешняя влага) - определяется при высушивании угля до
постоянной массы при комнатной t
Wh(связанная или гигроскопичная влага) – влага, оставшаяся в
угле после удаления Wex
Wt  Wex  Wh
Определение
внешней
влаги
Сущность метода заключается в высушивании
пробы при комнатной температуре или в
сушильном шкафу с температурой 105-110°С и
вычислении массовой доли влаги по потере в массе.
m 2  m3
W
100,
m 2  m1
Где
m1–
масса
бюкса,
г;
m2
–
масса
бюкса
с
навеской,
г.
m3 – масса бюкса после высушивания, г.
Результаты вычисляют с точностью до 0,1%.
2. Определение зольности
Зола – это твердый остаток, остающийся после полного сжигания
навески ТГИ при свободном доступе кислорода, представляющий
собой продукт полного окисления и термического превращения
минеральных компонентов углей.
Зольность — массовая доля золы (А, % масс).
Внутренняя зола образована минеральной части материалов,
служивших материнским веществом для данного вида ТГИ.
Внешняя зола делится на:
• первичную золу – привнесенную в ТГИ извне в момент
образования;
• вторичную – образовавшуюся от инфильтрации растворенных в
подземных водах неорганических солей, проникающих в трещины,
поры и между слоями сформировавшегося пласта ТГИ;
• случайную – попавшую в ТГИ в момент добычи из почвы, кровли,
породных прослоек или при погрузке и транспортировке.
Зола на 95% состоит из оксидов Al, Fe, Ca, Mg, Na, Si, K, соединений
P, Mn, Ba, Ti, Sb и других элементов
Балласт – суммарное содержание золы и влаги.
Определение зольности
•Взвешивают 1-2 г пробы в чашке
•В течение 30 мин повышают температуру до 250°С, в течение следующих 30
мин повышают температуру с 250 до 500°С, затем в течение 60 мин с 500 до
(815±10)°С и выдерживают при этой температуре 60 мин.
•После прокаливания чашку вынимают из печи, накрывают крышкой и
охлаждают.
•После охлаждения накрытую крышкой чашку с золой взвешивают с точностью
до 0.1 мг. Вновь прокаливают при (815±10)°С в течение нескольких 15 минут.
Изменение массы не должно превысить1 мг.
A
a
m3  m1 


100,
 m 2  m1 
где
m1 – масса пустой чашки , г;
m2 – масса чашки с пробой, г;
m3 – масса чашки с золой, г.
Полученный средний результат пересчитывают на сухое топливо по формуле:
100
A A 
100  W a
d
a
3. Определение выхода летучих веществ
Летучие вещества – это паро- и газообразные продукты,
выделяющиеся при разложении органического вещества ТГИ в
бескислородных условиях при t=900±50C.
V важен для определения термической устойчивости углей и
является показателем способности к коксованию (V≤30%).
Навеску пробы нагревают без доступа воздуха при температуре
900°С в течение 7 мин. Выход летучих веществ в процентах
рассчитывают по потере массы навески за вычетом потери массы,
обусловленной влажностью пробы.
100   m2  m3 
V 
 Wa ,
m2  m1
a
m1 – масса пустого тигля с крышкой, г;
m2 – масса тигля с крышкой и пробой до испытания, г;
m3 – масса тигля с крышкой и нелетучим остатком после испытания, г;
Определение спекаемости
Спекаемость – это способность образовывать более или менее однородные
монолиты из связанных между собой зерен угля.
Спекаемость является важным показателем при переработке угля в кокс.
Кокс – это твёрдый продукт, получаемый путём прокаливания каменного
угля без доступа воздуха, употребляемый на топливо.
Методы оценки спекаемости:
1. Основанные на характеристике нелетучего остатка
2. Основанные на способности углей спекать инертные примеси
3. Характеризующие пластичность размягченной угольной массы.
Характеристика нелетучего остатка:
•
•
•
•
•
•
•
порошкообразный;
слипшийся – при легком нажиме пальцем рассыпается в порошок;
слабоспекшийся – при легком нажиме пальцем раскалывается на отдельные кусочки;
спекшийся, не сплавленный – для раскалывания на отдельные кусочки необходимо
приложить усилие;
сплавленный, не вспученный – плоская лепешка с серебристым металлическим
блеском поверхности;
сплавленный, вспученный – вспученный нелетучий остаток с серебристым
металлическим блеском поверхности высотой менее 15 мм;
сплавленный, сильно вспученный – вспученный нелетучий остаток с серебристым
металлическим блеском поверхности высотой более 15 мм.
Классификация углей
1. Генетическая – в зависимости от характера исходного растительного
материала и условий его превращения
Стадии углеобразования
Происхож
дение
Торфяная
Буроугольная
Каменноугольн
ая
Антрацитовая
Гумиты
торфы
Бурые угли
Каменные угли
антрациты
янтарь
кеннели
-
Продукты
Липтобиол превращения
иты
смол, восков,
пыльцы
Сапропе
литы
сапропели
Кеннели, богхеды, кеннельбогхеды
Донецкие
сапропелиты
антрацитовой
стадии
Классификация углей
2) Промышленная – разделение углей на марки по показателям,
характеризующим их основные энергетические и технологические
свойства (систематика каменных углей по величине V).
3) 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).
Вид угля
R0, %
≥0,60
Бурый уголь
0,40-2,39
Каменный уголь
Антрацит
≥2,40
Qsdaf , МДж/кг
Vdaf, % масс.
<24
≥24
≥9
-
<9