СОКАРБОНИЗАЦИЯ УГЛЕЙ РАЗНЫХ ТИПОВ ПО ВОССТАНОВЛЕННОСТИ

Бондалетова В.А., Маковский Р.В., Сафин В.А., Бутузова Л.Ф.
Донецкий национальный технический университет

Источник: Збірка доповідей другої регіональної конференції «Комплексне використання надр» - Донецьк: ДонНТУ, - 2009. - 112 с. (с. 35-40)

Важнейшим показателем качества углей является содержание гетероатомов, прежде всего кислорода и серы. Содержание кислорода в углях меняется в процессе диагенеза и метаморфизма. Прямой связи между содержанием азота, серы и степенью углефикации не было замечено [1].

В работе [2] Л.Я. Кизильштейн показал, что варьирование сернистости угольных пластов по площади определяется палеогеографическими условиями древнего торфонакопления и не зависит от степени метаморфизма (марочного состава) углей.

В Донецком бассейне из 1009 шахтопластов 734 (около 73%) сложены углями восстановленного типа с содержанием серы >1,5% [3]. Значительную долю запасов каменных углей Украины составляют угли низких стадий метаморфизма, в том числе длиннопламенные с повышенным содержанием серы [4].

Для определения оптимальных путей их технологического использования важно установить взаимосвязь между содержанием серы и важнейшими свойствами твердых топлив.

Имеются данные [4], что донецкие угли восстановленного типа ("в") отличаются более высоким содержанием общей и пиритной серы по сравнению со слабовосстановленными углями ("а") независимо от стадии метаморфизма.

К восстановленным отнесены угли с более высоким содержанием водорода, повышенным выходом летучих веществ, лучшей спекаемостью и растворимостью в органических растворителях, но с пониженной плотностью вещества витринита на всех стадиях углефикации. Особенности распределения серы в зависимости от степени восстановленности выявляются в случае высокосернистых углей. При переходе от маловосстановленных углей к восстановленным увеличивается доля алифатических структур и снижается степень ароматичности [5].

Более восстановленный уголь всегда образует большее количество жидкоподвижных продуктов, чем менее восстановленный. В жидких нелетучих составляющих менее восстановленного угля уменьшается содержание карбидов, но увеличивается содержание карбенов при практически неизменяющихся количествах мальтенов и асфальтенов в сравнении с витринитом более восстановленного угля. При этом выход летучих веществ из жидких нелетучих составляющих выше, а содержание в них углерода ниже у маловосстановленного угля, что указывает на его меньшую термоустойчивость и меньшую молекулярную массу жидких нелетучих составляющих, выделяющихся из пластической массы этого угля.

Целью настоящей работы является поиск рационального состава угольных шихт на основе углей разных генетических типов по восстановленности.

Исследование выхода жидких, газообразных и твердых продуктов пиролиза проводили методом термофильтрации. Сущность данного метода, предназначенного для изучения спекающихся углей, заключается в том, что по мере образования жидкие нелетучие составляющие пластической массы угля отделяются от твердого продукта. Технологическое оформление процесса состоит в том, что образующаяся пластическая система испытуемого спекающегося угля фильтруется через металлическую сетку под действием центробежных сил, во много раз интенсифицирующих реологический процесс спекания. При наложении центробежного поля жидкие нелетучие составляющие пластической массы, обладающие высокой текучестью, принудительно проходят через слой угля и затем через фильтровальную сетку в приемник, а образующиеся твердые (большой вязкости) остатки термической деструкции углей (газы и пары) под собственным давлением по мере образования удаляются из загрузочного патрона в атмосферу [6].

В литературе еще недостаточно освещен вопрос о влиянии паро- и газообразных продуктов термической деструкции углей на процессы формирования пластической массы и образование структуры кокса в камере коксования.

Для исследования использовали каменные угли Донецкого бассейна шахты Центральная (пласт k₇, марка Га), Димитрова (пласт l₁, марка Гв), Засядько (пласт l₄, марка Жа и пласт k₈, марка Жв). Результаты исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Выход продуктов из различных марок углей

По полученным данным видно, что комбинация марок Жв и Га является оптимальной, наблюдается наибольший выход жидкоподвижных продуктов. Далее в лабораторных условиях были составлены и проанализированы различные варианты вышеуказанной шихты, отличающиеся соотношением углей марки Жв и Га с целью установления оптимального состава. Полученные результаты представлены в таблице 2. В таблице 3 представлен теоретический выход продуктов, рассчитанный по правилу аддитивности.

Таблица 2 – Выход продуктов при различных соотношениях марок Жв и Га

Таблица 3 – Теоретический выход продуктов, рассчитанный по правилу аддитивности

Представим на графиках зависимость выхода продуктов от соотношения марок.

Рисунок 1 – Зависимость выхода жидкоподвижных продуктов от соотношения марок

Рисунок 2 – Зависимость выхода твердого остатка от соотношения марок

Рисунок 3 – Зависимость выхода парогазовой фазы от соотношения марок

По полученным данным можно сделать следующие выводы:

- наблюдается взаимодействие компонентов шихты, которое имеет минимум при соотношении 50:50 и максимум при 40:60;

- для шихт, содержащих более 50% угля Жв, взаимодействие приводит к снижению выхода жидкоподвижных продуктов за счет увеличения выхода твердого остатка по сравнению с теоретически рассчитанным;

- для шихт, содержащих менее 50% угля Жв, взаимодействие приводит к снижению выхода жидкоподвижных продуктов, но в большей мере за счет увеличения выхода газообразных продуктов.

Следовательно, оптимальной является шихта с соотношением компонентов Жв:Га=50:50. При данном соотношении:

- выход продуктов близок к выходу, полученному при соотношении 70:30;

- серы в коксе будет значительно меньше, так как высока доля малосернистого угля Га.

Полученные данные показывают необходимость разработки новых технических условий на составление шихт для коксования.

Литература

1. Бутузова Л.Ф., Турчанина О.Н., Збыковский Е.И., Бутузов Г.Н. Статистические характеристики состава и свойств низкометаморфизованных углей Донбасса разных генетических типов // Углехимический журнал. – 2003. - №3-4. – с.7-12.
2. Кизильштейн Л.Я. Сернистость углей и метаморфизм // ХТТ. – 1973. - №6. – с. 3-9.
3. Маценко Г.П. Микрокристаллические включения пирита как петрографический показатель типов по восстановленности донецких углей // ХТТ. – 1983. - №1. – с. 13-19.
4. Юровский А.З. Сера каменных углей. – М.: Издательство Академии наук, 1960.
5. Энштейн С.А., Супруненко О.И., Барабанова О.В. Вещественный состав и реакционная способность витринитов каменных углей разной степени восстановленности // Химия твердого топлива. – 2005. - №1. – с. 22–35.
6. Бирюков Ю.В. Термическая деструкция спекающихся углей. – М.: Металлургия, 1980. – 120 с.