1598005355-8175385b9c8404424807f40ff9c50b0a (811200), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Несмотря на то что уголь изучается и промышленно используется уже в течение нескольких столетий, до сих пор по строению его органической части у исследователей разные мнения. Наибольшее распространение получила теория, согласно которой органическое вещество угля — это сложный трехмерный полимер нерегулярного строения, кольчатые фрагменты которого соединены между собой «мостиками» из алифатических цепочек, эфирных групп или их комбинаций.
Макромолекулы угля состоят из тру'пп конденсированных ароматических колец, число которых внутри группы изменяется от одное до нескольких единиц, Угли средней стадий метаморфнзма включают в среднем трехкольчатые системы [66[ В конце 1970-х годов А, А. Кричко были обобщены представления о строении органического вещества угля как о самоассоцнированном мультимере с трехмерной пространственной структурой [67[. В соответствии с этой концепцией органическая масса угля представляет собой набор макромолекул и олигомеров различного состава, соединенных между собой связями невалентного характера, среди которых основную роль играют электронодонорно-акцепторные взанмодснствия, включая водородные связи.
Отдельные структурные блоки могут обладать разным набором участков, проявляющих электронодонорные и электроноакцепторные свойства. Относительно непрочные валентно-химические связи типа связей в эфирных и метилсновых «мостиках» также характерны для углей, но они находятся внутре объединенных в мультимер структурных единиц. Для выбора технологических процессов получения синтетических топлив из угля и их интенсификации важным является анализ состава сырья, Известны два вида анализа угля, направленные на определение его приближенного и элементного составов. Состав обычно приводится в расчете на рабочую или сухую массу угля, а также может даваться исходя из безвольной и безводной массы, т.
е. на, так называемую, органическую массу угля (ОМУ) [66]. При приближенном анализе низшую теплоту сгорания угля определяют экспериментально. При известном элементном составе ее рассчитывают по формуле Д. И, Менделеева: Я»»=4,19[8!С» — 246Н» — 26(О" — 5») — бту»), где Я,» — низшая теплота сгорания, МДж(кг; С», Н', О', 5» — содержание элементов в рабочей массе топлива, % (масс.) (считается, что весь кислород связан с водородом угля).
Высшую теплоту сгорания угля вычисляют по формуле: Я',=Я' +25(9Н»-~-тУ»), где 1У» — содержание влаги в рабочей массе топлива, % (масс.]. Во многих странах мира разработаны различные классификации углей. В Советском Союзе все угли подразделяют в зависимости от стадии их метаморфизма на три вида (так называемая бассейновая классификация): бурые, каменные и антрациты.
Бурые угли относятся к самой низкой стадии метаморфизма, и по составу и свойствам они занимают промежуточное положение между торфом и каменными углями. Бурые угли разделяют на группы и подгруппы в зависимости от содержания влаги в рабочей массе топлива, теплоты сгорания и выхода первичной смолы [68]. 5 — 459 Таблица 3.3. Характеристика торфа и углей Состав органической части я (масс.) теплота сто.
ранна )иа горючую массу), Мдж)иг Содержание влаги, )масс.) Топливо с ~ н ~ олн Торф Бурый уголь Каменный уголь Антрацит 55 — 60 5,5 — 6,0 34,5 — 39,0 20,9 — 23,8 67 — 78 5,0 — 6,5 17,0 — 28,0 25,9 — 31,0 80 — 91 4 5 — б 0 4 5 — !5 0 31 0 — 36 4 96 2,0 2,0 33,9 — 35,1 85 — 90 18 — 55 4 — 15 3 — 5 Каменные угли представляют собой следующую после бурых углей стадию превращения исходного растительного материала.
Они отличаются от бурых углей большей твердостью, повышенной теплотой сгорания, пониженным выходом летучих веществ (9 — 45%) и невысокой рабочей влажностью (4 — 15%), а также пониженным содержанием водорода и кислорода при повышенном содержании углерода. По технологическому признаку каменные угли подразделяют на следующие марки: длиннопламенные (Д), газовые (Г), жирные (Ж), коксовые (К), отощснные спекающиеся (ОС), слабоспекающиеся (СС) и тощие (Т).
В некоторых бассейнах выделяют также угли газовые жирные (ГЖ), коксовые жирные (КЖ) и коксовые (К2). Угли названных марок различаются по выходу летучих (Ч), содержанию золы [А) н другим показателям. Антрациты — наиболее метаморфизированные угли, и граница между ними и каменными углями определяется выходом летучих веществ — менее 8% (масс.) и теплотой сгорания— выше 33,9 МДж/кг, Вследствие высокого содержания углерода ожижение антрацита гидрогенизацией сго практически невозможно, а газификация затруднена, т.
е. этот вид угля непригоден в качестве сырья для производства моторных топлив. Сравнительная характеристика различных видов торфа и углей приведена в табл. 3.3 168). В 1956 г. была создана Международная классификация, в соответствии с которой угли подразделяют на 11 классов в зависимости от выхода летучих веществ на горючую массу (а при их количестве )33% — по теплоте сгорания влажного беззольного угля).
Каждый класс делится на группы по показателю спекаемости, а каждая группа — на семь подгрупп, различающихся коксуемостью. По классификации США АЗТМ, применяемой и в ряде других стран, угли в зависимости от стадии метаморфизма и состава подразделяют на четыре класса: антрациты, битуминозные, суббитуминозные и лигниты. Основными классификационными параметрами при этом служат содержание углерода на сухой обеззоленный уголь, выход летучих веществ и теплота сгорания угля с естественной пластовой влажностью 1681. Действующие сегодня классификации рассматривают уголь в основном как энергетическое топливо, поэтому в них недостаточно отражены свойства, важные для процессов химико-технологической переработки.
В настоящее время во многих странах ведутся исследования по разработке методов однозначной оценки пригодности любого угля для различных направлений его технологического использования, в том числе и для переработки в моторные топлива. В Советском Союзе в последние годы завершена разработка такой единой классификации углей на основе их генетических и технологических параметров (ГОСТ 25543 — 82). По этой классификации петрографический состав угля выражается содержанием фюзинизированных микрокомпонентов (гОК). Стадия метаморфизма определяется по показателю отражения витринита (Во), а степень восстановленности выражается комплексным показателем: для бурых углей — по выходу смолы полукоксования, а для каменных углей — по выходу летучих веществ и спекаемости.
Каждый из классификационных параметров отражает те нли иные особенности вещественного состава и молекулярной структуры углей. Все процессы переработки угля в жидкие топлива, разрабатываемые в настоящее время, можно разделить на три группы: пиролиз (полукоксование) с получением жидкой углеводородной фракции и твердого карбонизированного остатка; прямое гндрогенизационное ожижение; газификация угля с последующей переработкой синтез-газа в жидкие топлива.
Первые две группы процессов относятся к методам разложения, а третья группа — к синтезу. Пиролиз угля Пиролиз — разложение органического вещества угля путем его нагревания в отсутствие воздуха и других окислителей, сопровождается перераспределением водорода между образующимися летучими (газообразными и жидкими) продуктами и углеродистым твердым остатком. Этот метод является наиболее старым и простым способом получения жидких продуктов и газов нз углей. В настоящее время пиролизом получают в промышленных масштабах кокс и различные производные каменноугольной смолы (в начале 1940-х годов смолы пиролиза применялись в Германии для получения моторных топлив).
В зависимости от конечной температуры нагрева угля различают низкотемпературное цолукоксование (480 — 600 С), среднетемнературное коксование (600 — 900'С) и высокотемпературный пиролиз (выше 900'С). Для промышленных процессов коксования угля, в котэрых обычно используется медлен- 67 ное нагревание, целевым продуктом служит кокс, а выход жидких продуктов не превышает 5 — 8% (масс.). При пиролизе углей, как правило, получают четыре основных продукта: кокс или полукокс, смолу, состоящую преимущественно из сложных жидких углеводородов, газы и водсмольную воду. Их соотношения определяются условиями ведения процесса. Потенциальный выход жидких продуктов (смолы) при пиролизе углей и горючих сланцев может быть оценен методом Фишера (так называемый ретортный метод), который позволяет сопоставить данные для различных видов сырья.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
