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"Les recherches theoriques et experimentales des proprietes thermophysiques du charbon au pyrolyse"

Piankov Maksim

Actuellement les entreprises de chimie de coke emettent des hautes exigences a la technologie de fabrication et aux produits de cokefaction. A l’occasion de cela on elabore des nouvelles methodes de prevision de la qualite du coke et de calcul matieres du processus de cokefaction. Avec cela les depenses du gaz de coke a la cokefaction se reduisent et, comme consequence, les ejections des produits de combustion dans l’atmosphere diminuent.
A cette etape du developpement de la technique on suppose l’application a la production des systemes automatises de commande des processus technologiques. Mais pour cela il est necessaire de creer les programmes specialisees et la base des donnees.
Le but de ce travail est l’etude du changement des caracteristiques thermophysiques du charbon mineral a la pyrolyse, telles que la capacite calorifique, la conductibilite calorifique, la conductibilite thermique et la densite.
On suppose qu’a cote des charbons du Donbass qui etaient analises avant, les charbons du Kouzbass qui occuppent aujourd’hui une place considerable au marche charbonnier de l’Ukraine, seront etudies aussi. A present, grace a une large propagation de la micro-electronique, l’elaboration de nouvelles methodes de la realisation de l’experience realisee, est possible.
Les etudes litteraires d’apres cette question ont decouvert qu’a Donbass les questions des charbon mineraux ont ete examinees avant. On a prete une grande attention a la capacite calorifique et aussi a la conductibilite calorifique et thermique.

Degres du metamorphisme

En tout, les matieres de humus se caracterisent par l’augmentation considerable de la conductibilite calorifique avec l’acroissement du stade de metamorphisme: la conductibilite calorifique du charbon mineral est plus haut que celle de la tourbo et la lignite. Quant au charbon mineral, il y a assez de donnees.
Les valeurs du coefficient de conductibilite thermique essuient les moindres oscillations et elles sont mises entre limites (14.17-20.0)*10-8 m2/s.
Sur le dessin 1 on voit la dependance des coefficients de conductibilite calorifique et thermique des charbon de Donetsk du stade de metamorphisme.
Dessin 1 – Dependance des coefficients de la conductibilite calorifique et thermique des charbon mineraux du stade de metamorphisme.

Dessin 1 – Dependance des coefficients de la conductibilite calorifique et thermique des charbon mineraux du stade de metamorphisme.

Avec l’acroissement du stade de metamorphisme du charbon a longue flamme a l’anthracite, leur conductibilite calorifique et leur conductibilite thermique croissent d’une maniere monotone – de 429 a 536 J/(kg*degre) et de 10.28*10-8 m2/s a 17.78*10-8 m2/s conformement a [1].

Densite

La densite influe considerablement conductibilite calorifique et thermique des charbons. D’une part, la conductibilie calorifique superieure correspond toujours aux grandes valeurs de la densite effective, et d’autre part, la diminution de la porosite contribue a l’accroissement de la conductibilite calorifique [1].

Densite de remblai

Pendant le broyage des charbons leur mass de remblai depend du degre de metamorphisme, de l’humidite, de la teneur en cendres, de la composition granulometrique et d’autres facteurs qui influencent conductibilite calorifique et thermique.
Dessin 2 – Conductibilite calorifique et conductibilite thermique du charbon a gaz avec la differente masse de remblai, g/sm3: 1 – 0.686; 2 – 0.725; 3 – 0.820; 4 – 1.01.

Dessin 2 – Conductibilite calorifique et conductibilite thermique du charbon a gaz avec la differente masse de remblai, g/sm3: 1 – 0.686; 2 – 0.725; 3 – 0.820; 4 – 1.01.

On faisait l’etude sur les prises du charbon a gaz avec la densite de remblai 0.686, 0.725, 0.820 et 1.01 g/sm. La derniere etait obtenue par moyen de briquetage precedant de la prise.
Les resultats de determination du coefficient effectif de conductibilite calorifiques sont presentes sur le dessin 2 [7].

Degre de broyage et composition granulometrique

La conductibilite calorifique des charbons broyes est toujours plus basse que celle de la briquette de houille et tant plus du charbon gai. Avec l’augementation de la finesse de mouture le coefficient de conductibilite calorifique du chargement charbonnier augmente.
La diametre moyen des grains n’est pas un seul facteur geometrique qui influence la conductibilite calorofique du chargement charbonnier. La composition granulometrique du chargement n’a pas la moindre valeur.

Humidite

La conductivite thermique des charbons broyes change a mesure de leur humidification originalement; a petit humidification elle augment vite, et puis, ayant atteint le maximum, elle baisse. Cependant, a grande humidification, le croissement de la conductivite calorifique et la densite continuent a croitre. Cela mene au baissement de la conductivite thermique.
Sur le dessin 3 on voit le changement des coefficients effectifs de conductivite calorifique et thermique de la lignite de different humidite (de 0.75 a 12%) a son chauffage jusqu’a 240°C.
Dessin 3 – Influence de l’humidite sur les coefficients effectifs de conductivite calorifique et thermique de la lignite: 1–4 – humidite conformement 12, 8.2, 3, 0.75%

Impuretes minerales

La presence dans les charbons des impuretes minerales exerce son influence sur leur conductivites. Premierement, la conductivite calorifique des inclusions minerales est sensiblement plus haute que celle de masse organique; deuxiemement, avec l’accroissement de la concentration des inclusions la densite du charbon augmente. De ce fait, le croissement de la teneur en cendres des charbon est accompagne de l’augmentation de leur conductivite calorifique.
Dessin 4 – Influence de la teneur en cendres sur la dependance thermique effective du charbon de categorie CA: 1–2 – teneur en cendres conformement 7.7, 25.2%; 3 – impuretes minerales

Dessin 4 – Influence de la teneur en cendres sur la dependance thermique effective du charbon de categorie CA: 1–2 – teneur en cendres conformement 7.7, 25.2%; 3 – impuretes minerales

Sur les dessin 4 at 5 on voit la dependance thermale des coefficients de conductivite calorifique et thermale du concentre du charbon de categorie CA (mine Dzerjinski) (courbe 1), du charbon brut CA (courbe 2) et de la prise des impuretes minerales, isolees a la concentration de ce charbon (courbe 3). On faisait les etudes a l’intervalle de temperature 20-800°C, a la vitesse du chauffage 10°C/min.
Pour le concetrat etudie, la conductivite calorifique a 100°C retarde considerablement de la conductivite calorifique du charbon brut et des impuretes minerales (1.164; 1.292 et 2.107*10-4 Wt/(m*°C) conformement), mais a la temperature 800°C les conductivites effectives du concentrat et du charbon brut coincident pratiquement, et leur difference en comparaison avec la part minerale diminue a 5% (3.84 contre 4.062*10-4 Wt/(m*°C)).

Dessin 5 – Influence de la teneur en cendres sur la temperature de la conductivite thermale du charbon de categorie CA: 1–2 – teneur en cendres conformement 7.7, 25.2%; 3 – impuretes minerales.

Dessin 5 – Influence de la teneur en cendres sur la temperature de la conductivite thermale du charbon de categorie CA: 1–2 – teneur en cendres conformement 7.7, 25.2%; 3 – impuretes minerales.

Comme la conductivite calorifique des cendres constitue ~840 J/(kg*°C) en moyenne, l’augmentation de sa teneur baissie regulierement la conductivite des charbons cendreux aux temperatures jusqu’a 450-500°C (dessin 5).

Changement des parametres thermophysiques du charbon chauffage

Sur le dessin 6 on presente le graphique de la dependance de la conductivite calorifique effective des concentrats des charbons du Donbass de la temperature. Dans la gamme de 20 a 300°C on observe le croissement lineaire de la conductivite calorifique pour toutes les prises des charbons etudies. Les valeurs absolues de la conductivite calorifique dans cet intervalle des temperatures diminuent de 1152 a 930 J/(kg*°C) a la temperature 20°C et de 1777 a 1408 J/(kg*°C) a 300°C avec le croissement du degre de metamorphisme.
Dessin 6 – Dependance de la conductivite calorifique effective des concentrats des charbons de la temperature: 1 – charbon a longu flamme; 2 – charbon a gaz; 3 – charbon gras; 4 – charbon a coke; 5 – charbon agglutinant; 6 – charbon maigre; 7 – demi-anthracite; 8 – anthracite.

Dessin 6 – Dependance de la conductivite calorifique effective des concentrats des charbons de la temperature: 1 – charbon a longu flamme; 2 – charbon a gaz; 3 – charbon gras; 4 – charbon a coke; 5 – charbon agglutinant; 6 – charbon maigre; 7 – demi-anthracite; 8 – anthracite.

Avec le commencement du processus de pyrolyse accompagne des effects calorifiques endothermiques et exothermiques, sur les courbes de la capacite calorifique effective des charbons du charbon a longue flamme au charbon a coke on observe le maximum endothermique a 425-427°C et le minimum exothermique a 470-515°C.
Avec le chauffage suivant la capacite calorifique effective des charbons croit considerablement – jusqu’a 2602-3113 J/(kg*°C) a 570-580°C, apres quoi elle diminue brusquement, en atteinant le minimum aux temperatures de 825°C pour le charbon a longue flamme, a 875°C pour les charbons maigres.
D’apres les donnees, la plus grande capacite calorifique de la mass de coke se voit en etat plastique.
La dependance generale du coefficient de la conductivite calorifique peut etre presentee en forme de graphique (dessin 7) [2].
Dessin 7 – Aspect general de la dependance du coefficient de la conductivite calorifique des charbons de la temperature.

Dessin 7 – Aspect general de la dependance du coefficient de la conductivite calorifique des charbons de la temperature.

La conductivite calorifique veritable ce qui n’est pas la fonetion des effets calorifiques, change pour tous les charbons a la courbe avec le minimum exprime (dessin 8). Jusqu’a 700°C elle croit proportionnellement a la temperature.

Dessin 8 – Dependance thermique des coefficients reels conductivites calorifique et thermales des concentrats des charbons du Donbass.

Dessin 8 – Dependance thermique des coefficients reels conductivites calorifique et thermales des concentrats des charbons du Donbass.

Pour les charbons du Kouzbass le caractere du changement de la conductivite thermale effective est analogie au meme changement pour les charbons du Donbass (dessin 9). A la temperature 130-150°C on voit le minimum, comme le changement de la conductivite calorifique s’explique evidemment par l’elimination de l’humidite.

Dessin 9 – Dependance thermale du coefficient effectif la conductivite thermale des concentrats des charbons du Donbass

Dessin 9 – Dependance thermale du coefficient effectif la conductivite thermale des concentrats des charbons du Donbass

Dans ce travail on planifie d’etudier la capacite calorifique des charbons comme le plus important parametre technologique a l’installation.
On a fait les etudes fondamentals, on a elabore les methodologies de determination des parametres thermophysiques des charbons et on a envisage les facteurs qui influencent ces parametres. Puisque les dernieres donnees datent des annees 70, une question se pose sur leur authencite, puisque ces charbons sont termines et les nouveaux peuvent etre differents.

Rezyume

References

Compte rendu des recherches

DonNTU

Page des magistres