А.В. Бондаренко, В.А. Сафин, О.Н. Турчанина//
Различие в составе смол полукоксования углей разных генетических типов.//
Сборник докладов 4-й Международной научной конференции аспирантов и студентов
"Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" – Донецк: ДонНТУ, 12-14
апрeля 2005 г.
А.В. Бондаренко, В.A. Сафин, О.Н. Турчанина
Донецкий
национальный технический университет,
Институт физико-органической химии и углехимии НАН Украины
Принадлежность углей к разным генетическим типам по восстановленности
при равной
степени метаморфизма отражает условия их формирования на стадии диагенеза и влияет на технологические свойства, такие как:
коксуемость, активность к окислению,
гидрированию и др. Угли восстановленного типа - в, как правило, характеризуются повышенным содержанием серы и золы, в сравнении
с изометаморфными углями слабовосстановленного
типа -а.
Высокосернистые угли типа -в, преобладают в Донецком бассейне. Однако
широкое их использование в энергетике и коксовании сопряжено с целым рядом
проблем технологического и экологического характера. Перспективным методом
переработки таких углей является низкотемпературная деструкция, для
усовершенствования которой предлагается использовать методы
химической обработки.
"Одним из
основных продуктов этой переработки является смола полукоксования. Исследование химического состава смолы и его
изменения в зависимости от состава исходного угля имеет важное значение
при выборе эффективной технологической схемы переработки топлив и для управления
процессом с целью увеличения выхода более ценных
продуктов.
В настоящей
работе представлены результаты исследования химического состава смолы полукоксования бурых (4, 4') и жирных
каменных углей (5, 5' ), характеристика которых представлена в табл.1 .
Полукоксование
образцов проводили в стандартной реторте Фишера до и после их
химической обработки. Обработку исходных углей проводили 1%-ми растворами ДАК
(динитрил азобисизомасляной кислоты C8H12N4 и поглотительного масла (ПМ-продукт дистилляции каменноугольной смолы) в эфире непосредственно перед
термообработкой с последующей сушкой в течение 24 часов
при комнатной температуре.
Химический
анализ жидких продуктов полукоксования заключался в определении их группового состава. Асфалътены выделяли как
вещества, нерастворимые в петролейном эфире, но растворимые в бензоле.
Растворимые в петролейном эфире масла (мальтены)
обрабатывали 10% -ной H2SO4, 13%-ной NaHCO3 и 10%-ной NaOH для получения органических оснований, карбоновых кислот, фенолов и нейтральных
масел
Установлено, что
исследованные сернистые угли дают более высокий выход смолы полукоксования,
который дополнительно увеличивается при полукоксовании в присутствии химических добавок.
При сопоставлении данных группового анализа смол явно выявляется
зависимость их состава от генетического типа каменных (табл.2) углей.
Выход свободного
углерода и мальтенов, растворимых в петролейном эфире, ниже для сернистых каменных и бурых углей (4', 5' ) по
сравнению с малосернистыми (4, 5), а выход
асфальтенов, образующихся из "нерастворимой" матрицы макромолекул
угля, для них соответственно выше. Следовательно, их структурная ячейка
слишком велика, чтобы раствориться в указанном растворителе.
Таблица 1 - Характеристика исходных углей, мас.%
|
№
|
Месторождение,
шахта, пласт
|
Т
и
п
|
W
|
Ad
|
Vdaf
|
Hdaf
|
Sdt
|
|
4
|
Ирша-Бородинское
|
а
|
10,9
|
8,6
|
46,8
|
4,9
|
0,43
|
|
5
|
Засадько, 14
|
а
|
1,4
|
2,6
|
31,6
|
5,16
|
1,09
|
|
4’
|
Александрийское
|
в
|
7,2
|
П,7
|
55,8
|
6,0
|
4,22
|
|
5’
|
Засадько, k8
|
6
|
0,8
|
2,7
|
31,7
|
5,23
|
2,81
|
Четко виднаа разница в соотношении оснований и кислот для углей разных
типов. При этом экстракты восстановленных каменных
углей содержат больше оснований и фенолов, а экстракты слабо восстановленных
углей – больше кислых соединений.
В отличие от каменноугольных экстрактов, экстракты сернистых бурых углей
характеризуются большим содержанием мальтенов и меньшим
содержанием асфальтенов.
Химическая обработка
способствует увеличению выхода смолы в 1,5-2 раза, выхода асфальтенов – в 5 раз для каменных углей типа a, что согласуется
с образованием более спекшегося полукокса.
Аналогичное действие добавки оказывают при термодеструкции
восстановленных углей, хотя в этом случае оно менее
выражено.
Полукоксование бурых углей в присутствии ДАК и ПМ приводит к
противоположному результату – увеличению содержания
мальтенов и уменьшению содержания асфальтенов в
экстрактах.
Таблица 2 – Состав жидких продуктов полукоксования бурых и коксующихся
углей, (вес. %)
|
№
|
Месторождение, шахта, пласт
|
Тип
|
Выход
смолы
|
Углерод свободный
|
Асфалъ-тены
|
Фенолы
|
|
3
|
Ирша-Бородинское
|
а
|
8,6
|
20,58
|
55,89
|
9,69
|
|
6
|
Засядысо, l4
|
а
|
12,8
|
13,9
|
38,4
|
15,1
|
|
3’
|
Александрийское
|
в
|
14,4
|
4,47
|
22,61
|
5,74
|
|
6'
|
Засядько, k8
|
в
|
16,3
|
12,8
|
69,46
|
17,0
|
Тaким образом, полученные данные показывают, что жидкие продукты полукоксования
представляют собой сложную гетерогенную смесь различных соединений. Соотношение отдельных компонентов зависит как от стадии
углефикации таки от генетического типа
по воссташвленности.
Предложенные в работе методы химической модификации, способствуют активизации
процессов спекания (окускования) каменных углей.