Полукоксовый газ, полученный в процессе термической переработки углей, по составу сходен с природным газом, но в настоящее время в промышленности Украины не получается и не используется.
Имеющиеся в литературе данные по составу полукоксового газа различных углей не передают особенности выделения летучих продуктов при термической деструкции сернистых углей, каковыми являются угли Донбасса.
При сжигании и коксовании сернистых углей происходят выбросы вредных газов – это происходит потому что концентрация сероводорода настолько мала, что не позволяет его собрать и квалифицировано использовать.
Цель работы – оптимизация процесса полукоксования малометаморфизованных сернистых углей и оценка возможностей использования полукоксового газа в качестве топлива, сырья для химической промышленности или дополнительного источника для получения сероводорода.
В результате пиролиза ископаемых углей при температуре не выше 550 °С без доступа воздуха образуются следующие продукты: нелетучий остаток (полукокс), смола, вода (влага угля и пирогенетическая вода) и полукоксовый газ. В зависимости от условий нагревания, наряду с первичными процессами термической деструкции могут происходить вторичные реакции, которые влияют на состав продуктов пиролиза. Чтобы уменьшить эти нежелательные процессы, необходимо четко определить температуру, соответствующую максимальной скорости термического разложения органической массы угля. Оптимальную температуру для получения первичных продуктов полукоксования определяли методом дериватографиии (Тмак).
В качестве объекта исследования использовали уголь марки Д шахты Трудовская, пласта К8 с содержанием серы 5,85 %, крупностью < 3 мм.
Полукоксовый газ получали в реторте Фишера по ГОСТу 3168–66
В составе полученного полукоксового газа идентифицировали следующие компоненты: углекислый газ, непредельные углеводороды, кислород, окись углерода, водород, метан и его гомологи, азот и сероводород (см. табл. 2).
Таблица 1 – Выход продуктов полукоксования при конечной температуре нагрева 520 °С
| № опыта | Ср. скорость нагрева, °С/мин | Навеска, г | Масса полукокса, % | Масса смолы, % | Объем газа, % | Масса воды, % |
| 1 | 6,5 | 30 | 59,3 | 10,3 | 17,8 | 12,6 |
| 2 | 6,5 | 30 | 65 | 11,33 | 13,34 | 10,33 |
| 3 | 16,5 | 30 | 67 | 14,76 | 8,24 | 10 |
Для анализа газа использовали установку ВТИ (Всесоюзного теплотехнического института). Определение содержания таких компонентов анализируемого газа, как: CnHm, O2 и CO, суммы кислотных газов проводили путем их избирательного поглощения соответствующими поглотительными растворами. H2, CnH2n+2 анализировали путем фракционированного сжигания над окисью меди при разных температурах. При этом процентное содержание компонентов определяли путем замера сокращения объема анализируемой пробы газа при последовательно проводимых операциях поглощения или сжигания.
Таблица 2 – Результаты анализа полукоксового газа исследуемого угля
| Выход продуктов полукоксования | Состав газа, % об. | ||
| 1 проба | 2 проба | 3 проба | |
| СО2, Н2S | 13,93 | 25,62 | 28,6 |
| CnHm | 3,69 | 14,53 | 4,13 |
| CO | 12,5 | 11 | 9,36 |
| H2 | 4,52 | 14,53 | 7,92 |
| CH4, CnH2n+2 | 65,35 | 34,32 | 49,99 |
Как видно из таблицы 1, скорость нагрева влияет на степень конверсии органической массы угля в жидкие и газообразные продукты, а также на состав газа. С увеличением скорости нагревания выход жидких продуктов растет за счет соответствующего снижения количества полученного газа, подсмольной воды и полукокса.
При увеличении конечной температуры нагрева количество полукоксового газа увеличивается, изменяется его состав. Проведение пиролиза при Тмак = 405 °С приводит к увеличению в газе количества наиболее ценных компонентов – водорода и непредельных углеводородов – в 3,2 и 3,9 раз соответственно. Кроме того, этот газ может служить сырьем для получения сероводорода, так как концентраия последнего возрастает до 28 %.