Реферат по теме выпускной работы

Зміст

ВCТУП

Сьогодні частка нафти і газу в загальному балансі використання первинних енергоресурсів України становить близько 50 %. Пріоритетним енергоресурсом є природний газ, частка якого в енергобалансі за останні роки складає 38-41 %. Україна відноситься до країн з дефіцитом власних природних вуглеводневих ресурсів, задовольняючи потребу в газі за рахунок власного видобутку на 35 % (2010 рік),в нафті – на 12-15 %. У 1991 році споживання газу становило 118,1 млрд.куб.м і країна займала ІІІ місце у світі за рівнем споживання газу, поступаючись тільки США і Росії. Використання природного газу в Україні в 2010 році склало 57,6 млрд.куб.м.[1]

При сучасному рівні цін на газ газифікація вугілля або термічна переробка є для України найбільш економічно вигідним рішенням.

1 АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Напівкоксового газ, отриманий за допомогою термічної переробки, за складом подібний з природним газом і має цінні продукти, але в промисловості не використовується.

Літературні дані по складу напівкоксового газу не передають особливості процесу термічної деструкції сірчистого вугілля, якими є вугілля Донбасу.

У даній науковій роботі вивчені сірчисті вугілля Донбасу марки Д різних генетичних типів за востановлением,в напівкоксового газі цих вугілля присутній ряд цінний продуктів: водень, метан, в тому числі сірководень. При спалюванні і коксуванні сірчистого вугілля відбуваються викиди шкідливих газів – це відбувається тому щоконцентрація цього продукту настільки мала, що не дозволяє його зібрати і кваліфіковано використовувати.

2 МЕТА І ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ

Мета роботи – оптимізація продуктів напівкоксування малометамірфізованних сірчистого вугілля, використання напівкоксового газу і можливостей його подальшого використання в якості палива, сировини для хімічної промисловості та додаткового джерела для отримання сірководню. Для здійснення цієї мети проведено деріватографіческое дослідження вугілля, на підставі якого видно, що температура напівкоксування 550 °С не відповідає максимальній температурі основного розкладання даної марки вугілля. Це відбувається у зв'язку з тим, що ГОСТ на вихід продуктів напівкоксування розрахований не на всі марки вугілля. З метою удосконалення методу проводимо полукоксование з максимальною температурою, отриманої для даного вугілля на деріватограмме.

3 НАПІВКОКСОВИЙ ГАЗ

Напівкоксового газ, первинний газ, горючий газ, що утворюється при напівкоксуванні. Горюча частина газу складається в середньому з 50 % CH4, 20 % H2, близько 8 % ненасичених вуглеводнів (головним чином етилену)[2]. Застосовується як опалювальний газ на установках напівкоксування.

Напівкоксового газ має щільність 0,9 - 2 кг/нм3, містить метан і його гомологи (до 65 мас). Очищений газ, що надходить на обігрів печей називається зворотним. Охолоджений зворотний напівкоксового газ використовується в печах деяких конструкцій для охолодження гарячого напівкоксу. Надлишок напівкоксового газу може бути використаний для органічного синтезу і як комунально–побутове паливо.

Напівкоксового газ може бути використаний для побутового газопостачання, для енергетичних цілей на установках напівкоксування і як газовий теплоносій. Такий газ може бути успішно застосований для синтезів хімічних продуктів.

4 ТЕРМІЧНИЙ АНАЛІЗ

Термічний аналіз заснований на тому, що більшість фізичних і хімічних процесів супроводжуються тепловими ефектами. Такі процеси можна вивчати шляхом вимірювання температури, характеру втрати маси і природи реєстрованих теплових ефектів. Термохімічні перетворення ТГИ в загальному випадку включають три групи процесів. Це насамперед передача теплоти, потім проходження хімічних реакцій, що призводять до утворення нових сполук, і, нарешті, – видалення утворюються рідких і газоподібних продуктів із зони реакції. Всі ці процеси можуть тією чи іншою мірою накладатися один на одного[3, стр.117].

Для знаходження кінетичних параметрів хімічних реакцій необхідно або проводити термічну деструкцію в кінетичної області, для чого потрібно відокремити її від впливу масо–і теплопереносу,або враховувати цей вплив. Тому слід створювати такі експериментальні умови, які забезпечували б протікання термічної деструкції в кінетичної області. Забезпечити такі умови можна, використовуючи установку для комплексного термічного аналізу – дериватограф і спеціальні прийоми роботи[4].

Принципова схема дериватографа

Рисунок 1 – Принципова схема дериватографа

5 ПРАКТИЧНА РОБОТА

У результаті піролізу копалин вугілля при температурі не вище 550 ° С без доступу повітря утворюються наступні продукти: нелеткий залишок (напівкокс), смола, вода (волога вугілля і пірогенетичної вода) і напівкоксового газ. Залежно від умов нагрівання, поряд з первинними процесами термічної деструкції, можуть відбуватися вторинні реакції, які впливають на склад продуктів піролізу. Щоб зменшити ці небажані процеси, необхідно чітко визначити температуру, відповідну максимальній швидкості термічного розкладання органічної маси вугілля. Оптимальну температуру для отримання первинних продуктів напівкоксування визначали методом Дериватограф (Тмак).

Деріватограмма

Рисунок 2 – Деріватограмма

Визначення виходу продуктів напівкоксування та отримання напівкоксового газу проводили в реторті Фішера при кінцевій температурі нагріву 520 °С за ГОСТом 3168–66 при температурі Тмак = 405 °С для досліджуваного вугілля (рис.3). В якості об'єкта дослідження використовували низькоякісне вугілля марки Д шахти Трудовська, пласта К8 з вмістом сірки 5,85 %, крупністю < 3 мм.

Вихід продуктів полукосованія

Рисунок 3 – Вихід продуктів полукосованія

5.1 Аналіз напівкоксового газу

Для аналізу газу використовували установку ВТІ (Всесоюзного теплотехнічного інституту)[5] (рис. 4). Визначення вмісту таких компонентів аналізованого газу, як: CnHm, O2 і CO,суми кислотних газів проводили шляхом їх виборчого поглинання відповідними поглинаючими розчинами. H 2, CnH2n+2 аналізували шляхом фракціонованого спалювання над окисом міді при різних температурах. При цьому процентний вміст компонентів визначали шляхом заміру скорочення обсягу аналізованої проби газу при послідовно проведених операціях поглинання або спалювання.

Газоаналізатор ВТІ

Рисунок 4 – Газоаналізатор ВТІ

Як видно з малюнка 5, у складі отриманого напівкоксового газу ідентифікували наступні компоненти: вуглекислий газ, ненасичені вуглеводні, кисень, окис вуглецю, водень, метан і його гомологи, азот і сірководень.

При збільшенні кінцевої температури нагріву кількість напівкоксового газу збільшується, змінюється його склад. Проведення піролізу при Тмак = 405 °С призводить до збільшення в газі кількості найбільш цінних компонентів – водню і ненасичених вуглеводнів – в 3,2 і 3,9 разів відповідно. Крім того, цей газ може служити сировиною для отримання сірководню,так як концентрація останнього зростає до 28 %.

Склад напівкоксового газу

Рисунок 5 – Склад напівкоксового газу

5.2 Газова хроматографія

Газова хроматографія – хроматографія, в якій рухома фаза знаходиться в стані газу або пари – інертний газ (газ–носій). Нерухомою фазою (НЖФ) є високомолекулярна рідина,закріплена на пористий носій або на стінки довгою капілярної трубки.

Газова хроматографія – універсальний метод розділення сумішей різноманітних речовин, що випаровуються без розкладання. [6, стр.3]. При цьому компоненти суміші, що розділяється переміщаються по хроматографічної колонці з потоком газу–носія. У міру руху суміш, що розділяється багаторазово розподіляється між газом–носієм (рухомою фазою) і нелетучей нерухомій рідкої фазою,нанесеної на інертний матеріал (твердий носій) яким заповнена колонка. Принцип поділу – неоднакове спорідненість речовин до летючої рухомийфазі і стаціонарній фазі в колонці. Компоненти суміші селективно затримуються останньої, оскільки розчинність їх у цій фазі різна,і таким чином розділяються (компонентів з більшою розчинністю потрібен більший час для виходу з рідкої фази, ніж компонентів з меншою розчинністю). Потім речовини виходять з колонки і реєструються детектором. Сигнал детектора записується у вигляді хроматограми автоматичним потенціометром (самописцем) або ж реєструється комп'ютером.

Хроматографія один з найбільш поширених фізико–хімічних методів дослідження. Хроматографічні методи широко використовуються в хімії та біохімії, знаходять застосування в хімічній, нафтохімічній,металургійної, фармацевтичної, харчової та інших галузях промисловості. З підвищенням екологічних вимог до середовища проживання,продуктам харчування, ліків природно знаходять своє відображення в дослідженні охорони навколишнього середовища та медицині, а також в інших галузях науки і промисловості. Коло розв'язуваних завдань і практичне використання хроматографії безперервно розширюється.

Принципова схема газового хроматографа [6, стр.4]

Газовий хроматограф являє собою прилад, що використовує принцип хроматографії в системах газ – адсорбент або газ – рідина. У апаратурно оформленні це сукупність декількох самостійних, паралельно функціонуючих систем: джерело газу–носія і блок підготовки газів, випарник,термостат колонок і самі хроматографічні колонки, детектор, система реєстрації та обробки даних. Типова блок–схема газового хроматографа зображена на малюнку 6.

Система підготовки газів служить для установки, стабілізації та очищення потоків газу–носія і додаткових газів. Вона включає блок регулювання витрат газів, забезпечує очищення, подачу і стабілізацію швидкості і витрати газу–носія в колонку, а також інших газів, необхідних для роботи детектора, наприклад, повітря і водню для полум'яно – іонізаціоннго детектора. Система дозування дозволяє вводити в потік газу–носія певну кількість аналізованої суміші в газоподібному або рідкому стані. Являє собою пристрій з самоуплотняющейся гумової мембраною або кран–дозатор. Пристрій введення проби необхідно термостатувати при температурі, рівній температурі колонки або вище на 20 – 30 °С.

Рисунок 5 – Принципова схема газового хроматографа

Система детектування перетворює відповідні зміни фізичних або фізико–хімічних властивостей бінарних сумішей(компонент – газ–носій в порівнянні з чистим газом носієм) в електричний сигнал.Величина сигналу залежить як від природи компонента, так і від змісту його в аналізованої суміші.

Система термостатування служить для установки і підтримування робочих температур термостатів колонок (до 350 °С),випарника, детектора і інших вузлів хроматографа. Система реєстрації перетворює зміни фізико–хімічних параметрів в електричний сигнал,величина і форма якого реєструються на стрічці самописця або в сучасному варіанті – на моніторі комп'ютера. Прилад повинен бути забезпечений відповідним електрометричним підсилювачем, забезпечує отримання на виході електричного сигналу, пропорційного концентрації що визначається компонента в газі–носії, що виходить з колонки.

Система інструментальної обробки даних дозволяє вести управління експериментом і обробку результатів у діалоговому режимі.За допомогою комп'ютерних програм, що мають алгоритм розпізнавання і сформованих банків даних, можна вирішувати завдання розшифровки складних хроматограмм та кількісного визначення компонентів. Розглянута схема типова для звичайного газового хроматографа, використовуваного в кількісному аналізі, однак газовий хроматограф може мати набагато більш складну схему, що містить кількаколонок і детекторів,включає автоматичні пристрої для підготовки й дозування проби.

Висновки

Більш висока концентрації вуглекислого газу і водню у складі первинних газів і одночасно зниження в них концентрації СО в порівнянні з газом стандартного напівкоксування свідчить про те, що відбуваються вторинні процеси по реакції:

CO + H2O → CO2 + H2

Виходячи з отриманих даних, можна зробити висновок, що основним недоліком методу напівкоксування за ГОСТом є фіксована температура проведення піролізу, яка за даними Дериватограф, не відповідає температурі максимуму швидкості розкладання найменш стійких компонентів зброї масового знищення (Тмак). Отже, метод не може бути поширений на вугілля усього ряду метаморфізму. Крім того, отримані результати показують що стандартне полукоксованиене дозволяє отримувати первинні продукти розкладання вугілля, так як температура процесу для нізкометамерфізованних вугілля завищена. З практичної точки зору проведення напівкоксування при оптимальній температурі, встановленої за деріватограмме, дозволяє збільшити вихід цінних рідких і газоподібних продуктів, які можуть служити сировиною для хімічної промисловості та енергетики.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення:Грудень 2013. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список джерел

  1. Мировые запасы природного газа,автор статьи – Александр Долгих 2010г. [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://dolgikh.com/index/0-39
  2. Большая советская энциклопедия: В 30 т. – М.: «Советская энциклопедия», 1969–1978.[электронный ресурс].–Режим доступа:http://slovari.yandex.ru/~книги/БСЭ/Полукоксовый%20газ/
  3. Химические вещества из угля. Под редакцией И.В. Калечица – М.:Химия, 1980, 616с.[электронный ресурс].–Режим доступа:http://www.twirpx.com/file/144764/
  4. Кафтанов С.В. (ред.) Общая химическая технология топлива,Учебное пособие для вузов. – Москва–Ленинград, ГХИ НКТП СССР, 1941. – 770 с.[электронный ресурс].–Режим доступа:http://www.twirpx.com/file/942348/
  5. Газоанализатор ВТИ–2, инструкция по эксплуатации, Москва – 1965.[электронный ресурс].–Режим доступа:http://www.ngpedia.ru/cgi-bin/getimg.exe?usid=205&num=0
  6. Н.И.Царев, В.И.Царев, И.Б.Катраков. Практическая газовая хроматография: Учебно–методическое пособие для студентов химического факультета по спецкурсу «Газохроматографические методы анализа». — Барнаул: Изд–во Алт. ун–та, 2000. − 156 с.[электронный ресурс].–Режим доступа:http://www.chem.asu.ru/org/crom/chrom.pdf
  7. Стаскевич Н. Л. – Справочник по сжиженным углеводородным газам, 1986г., 543 стр.
  8. Методические указания к лабораторному практикуму «Исследование технологических показателей твердых горючих ископаемых», Донецк ДПИ - 1985.