Каменные угли

Рис. 12.1. Состав химического топлива

Основным элементом всех химических топлив является активный углерод (не карбонатный!), который входит в состав биогенных ископаемых (90%) и живых организмов (10%).

Сера:

1) Сера органических соединений и сульфидов при горении топлива окисляется в токсическое вещество оксид серы (IV) SO₂.

2) Сера, входящая в состав сульфатов (сульфатная сера) остаётся в золе.

Для использования в качестве химического сырья твердого топлива большое значение имеет также содержание в нем летучих веществ, то есть продуктов, которые удаляются из топлива при нагревании его до определенной температуры без доступа воздуха.

В таблице 12.1 приведены состав и теплота сгорания различных видов химического топлива.

Таблица 12.1. – Средний состав химических топлив

Переработка твёрдого топлива

!!! Наиболее ценны для энергетики и для переработки путём коксования спекающиеся угли с максимальным содержанием углерода и минимальным содержанием балласта – золы, влаги и серы.

Каменные угли различной природы являются наиболее распространенным видом твердого ископаемого топлива. Это неоднородные твердые вещества черного или черно-серого цвета, включающие четыре типа макроинградиентов, различающихся по блеску, внешнему виду и составу: блестящий (витрен), полублестящий (кларен), матовый (дюрен) и волнистый (фюзен). Соотношение этих ингредиентов, составляющих органическую массу каменных углей, характеризует их структуру, химический и минералогический состав и обусловливает их многообразие и различие свойств.

В состав органической части каменных углей входят битумы, гуминовые кислоты и остаточный уголь.

Важнейшими характеристиками каменных углей, от которых зависят возможность и эффективность их использования, являются зольность, влажность, сернистость, выход летучих веществ и механические свойства, а для углей, применяемых в качестве сырья для термохимической переработки, также спекаемость и коксуемость.

1. Зольность. Золой называется негорючая часть угля, состоящая из минеральных веществ, содержащихся в топливе. В состав золы входят оксиды алюминия, кремния, железа (III), кальция и магния. Высокая зольность снижает теплоту сгорания угля и ухудшает качество получаемого кокса. Зольность каменных углей колеблется от 3 до 30% и может быть снижена их обогащением. Угли, используемые для коксования, должны иметь зольность не выше 7—7,5%.

2. Влажность. Общая влажность угля складывается из к пешней, образующей капли или пленку на поверхности, и внутренней (пирогенетической), выделяемой в процессе коксования. Влага, являясь балластом, удорожает транспортировку угля, затрудняет подготовку его к коксованию, хранение и дозировку, а также повышает расход тепла на коксование и увеличивает время коксования. Влажность углей, используемых для термохимической переработки, не должна превышать 7%.

3. Сернистость. Сера в каменных углях находится в виде колчеданной, сульфатной и органической. Общее содержание серы в углях колеблется от 0,4 до 8%. Так как в процессе коксования большая часть серы остается в коксе и может при выплавке чугуна переходить в металл, вызывая его красноломкость, уголь необходимо десульфировать обогащением.

4. Выход летучих веществ. Летучими веществами каменного угля называются парообразные и газообразные вещества, выделяющиеся из угля при нагревании его без доступа воздуха при определенной фиксированной температуре. Выход летучих веществ зависит от условий образования, химического состава и степени углефикации угля, а также от температуры, скорости нагревания и выдержки при заданной температуре. С увеличением степени углефикации выход летучих веществ уменьшается. Так, для торфа он составляет около 70%, для бурых углей 65—45%, каменных углей 45-10%, для антрацита менее 10%. Методика выхода летучих веществ стандартизирована. Он определяется нагреванием навески угля при 850°С и выдерживании при этой температуре в течение семи минут.

5. Коксуемость. Это свойство углей рассматривается далее.

6. Спекаемость - характеризуется толщиной образующегося при нагревании пластического слоя. В таблице 2 приведена технологическая классификация углей одного из бассейнов, по которой они делятся на 7 марок (классов).

Таблица 12.2. – Технологическая классификация углей

3.2 Методы высокотемпературной пирогенетической переработки твёрдого топлива

В настоящее время около 60% добываемых ископаемых углей используется:

- для выработки тепловой и электрической энергии;

- 30% для производства металлургического кокса.

Значительная часть ископаемых углей подвергается высокотемпературной или пирогенетической переработке, то есть является химическим сырьём.

Цель такой переработки – получение из угля ценных вторичных продуктов, используемых в качестве топлива и полупродуктов основного органического синтеза.

По назначению и условиям процессы пирогенетической переработки твёрдого топлива подразделяются на три типа: пиролиз, гидрирование и газификация.

1) Пиролизом или сухой перегонкой называется процесс нагревания твёрдого топлива без доступа воздуха с целью получения из него твёрдых, жидких и газообразных продуктов различного назначения.

В зависимости от условий проведения и природы вторичных продуктов различают:

- низкотемпературный пиролиз или полукоксование при температуре 500-580ºС;

- высокотемпературный пиролиз или коксование при 900- 1050ºС.

Процессы гидрирования и газификации ставят целью получение из твердого топлива, соответственно, жидких продуктов, используемых в качестве моторного топлива, и горючих газов. Внедрение этих методов переработки повышает значение твердых топлив и каменных углей в частности в топливном балансе страны.