Таким чином, механічна дія на вугілля повинна впливати і на його переробку в ті чи інші продукти. У роботах показано вплив вібраційного диспергування вугілля на процес його екстракції. Показано, що частка речовин, які екстрагуються із подрібненого вугілля, значно більша ніж із природного вугілля. При цьому змінюється також і якісний склад речовин. В роботах показана позитивна дія механічного диспергування бурого вугілля на вихід гумінових кислот. Показано, що із подрібненої вуглецево-лужної суміші на основі бурого вугілля Олександрійського родовища вихід гумінових кислот збільшується із 62,2 до 85,3%. Механічну обробку вугілля можна також використовувати як підготовчий етап при гідрогенізації. Показано, що інтенсивне подрібнення вугілля із пастоутворювачем підвищує глибину перетворень органічної складової вугілля в рідкі продукти при деструктивній гідрогенізації.
Мета роботи – вивчити вплив механічного диспергування бурого вугілля Олександрійського родовища на його піроліз. Для досліджень використовували буре вугілля із Морозівського розрізу – із зольністю 9,8% і вологістю 20%. Механічну обробку вугілля здійснювали у вібраційному подрібнювачі типу 75Т-ДРМ Теплогірського заводу вібраційного обладнання. Перед завантаженням у подрібнювач вугілля дробилося до крупності 40 мм на лабораторній щоковій дробарці. Тривалість механохімічної активації вугілля у подрібнювачі – 3 хв. Маса проби – 100 г. Крупність одержуваного подрібненого вугілля – 100 мкм.
Піроліз досліджуваних проб вугілля проводили в автоклаві об’ємом 0,5 л. В автоклав завантажували пробу вугілля в кількості 80 г, з допомогою вакуумного насоса відкачували повітря і нагрівали до 800 °С із швидкістю 10-12 °С/хв. з наступною витримкою при 800 °С 30 хв. Парогазову суміш пропускали через систему холодильників, де її розділяли на рідкі продукти і газ. Після закінчення процесу заміряли об’єм газу, а також кількість рідких і твердих продуктів, які утворилися із проб вугілля при піролізі. Якісний і кількісний склад газової суміші вивчали з допомогою хроматографії. Вплив механічного диспергування бурого вугілля на його хімічний функційний склад вивчали з допомогою ІЧ-спектроскопії. ІЧ-спектри записані на спектрометрі “Specord-75IR”.
Рис. – ІЧ-спектри проб вихідного та подрібненого вугілля:1 – вихідне вугілля; 2 – подрібнене вугілля
На рис.1 приведені ІЧ-спектри вихідного і подрібнено бурого вугілля. В ІЧ-спектрах вихідного і подрібненого бурого вугілля можна бачити наступні відмінності. Так, в ІЧ-спектрі вихідного вугілля присутнє дуже інтенсивне, слабороздільне поглинання в області 1750-1600 см-1, яке обумовлене коливаннями карбоксильної групи і коливаннями С=С зв’язку в бензольному кільці. В ІЧ-спектрі подрібненого вугілля поглинання при 1750-1600 см-1 значно звужується і зміщується в область низькохвильових чисел. Це свідчить про те, що при механічній обробці бурого вугілля значна частка карбоксильних груп змінюється при механодеструкції, яка однак не впливає на бензольні кільця (поглинання при 1600 см-1) та хіноїдні групи (поглинання при 1620 см-1). Поряд з цим, в ІЧ-спектрі подрібненого вугілля інтенсивність смуг поглинання при 2915 та 2845 см-1 значно менша, ніж в ІЧ-спектрі вихідного вугілля. Це свідчить про те, що при механічній обробці вугілля відбувається також механодеструкція аліфатичних структур. Значні відмінності в ІЧ-спектрах помічено також в області 800-600 см-1, які характеризують заміщення в бензольному кільці.
Таким чином, механічна дія на буре вугілля приводить до значних змін у складі функційних груп вугілля. Такі зміни можуть значно впливати як на піроліз бурого вугілля, так і на кількісний вихід і якісний склад утворюваних при цьому продуктів. В табл.1 приведені результати досліджень піролізу зразків із бурого вугілля. Дані табл.1 показують, що механічне стирання бурого вугілля впливає на його термодеструкцію. При цьому глибина деструкції органічної маси (ОМВ) подрібненого вугілля збільшується, в основному, за рахунок збільшення рідких речовин. Так, вихід рідких продуктів із подрібненого вугілля складає 22,3% від органічної маси вугілля, що на 5,3% (абс.), або на 31% (відн.) більше, чим їх утворюється із вихідного вугілля.
|
Дослідна проба |
Вихід продуктів піролізу |
|||||||||
Рідких |
Газу |
Твердого залишку |
||||||||
|
% на суху пробу |
% на ОМВ |
кг/т сухої проби |
кг/т ОМВ |
% на суху пробу |
% на ОМВ |
м3/т сухої проби |
м3/т ОМВ |
% на суху пробу |
кг/т сухої проби | |
|
Вихідне буре вугілля, після подрібнення на щоковій дробарці |
15,6 |
17,4 |
156 |
174 |
29,6 |
29,9 |
220 |
245 |
57,3 |
573 |
|
Буре вугілля, після стирання |
20,1 |
22,3 |
201 |
223 |
26,6 |
29,6 |
256 |
285 |
53,4 |
533 |
Кількість ОМВ, яка при піролізі перетворюється на газ, практично однакова як для вихідного, так і для подрібненого вугілля і складає близько 30%. Проте, об’єм газу, який утворюється із подрібненого вугілля, більший, ніж із вихідного. В перерахунку на 1 т органічної маси вугілля, об’єм газової суміші, який може утворитися при піролізі подрібненого вугілля, складає 285 м3, що на 40 м3 або на 16% більше, чим при тих же умовах із вихідного вугілля.
Виходячи з цього можна припустити, що механічна активація бурого вугілля справляє вплив і на якісний склад газової суміші, яка утворюється при його піролізі.
|
Дослідна проба |
Склад газових сумішей |
|||||||
|
Н2 |
СО |
СО2 |
СН4 |
С2Н6 |
С2Н4 |
С3Н8 |
С4Н10 |
|
|
Вихідне буре вугілля, після подрібнення на щоковій дробарці |
3,7 |
12,1 |
44,2 |
25,0 |
7,0 |
- |
4,0 |
4,0 |
|
Буре вугілля, після стирання |
14,2 |
17,0 |
30,4 |
22,5 |
6,1 |
3,4 |
3,1 |
3,5 |
В табл.2 приведені результати досліджень якісного складу газових сумішей, які утворюються при піролізі дослідних проб бурого вугілля. Дані табл.2 показують, що механічне стирання бурого вугілля впливає на якісний склад газу піролізу. Так, в газовій суміші із подрібненого вугілля збільшується кількість водню та моноксиду вуглецю, а кількість діоксиду водню та вуглеводнів зменшується. Поряд з цим, в газовій суміші з’являються ненасичені вуглеводні.
Таким чином, тонке подрібнення бурого вугілля приводить до змін його функціонально-групового складу, а саме до зменшенням карбоксильних, карбонільних і аліфатичних груп. Ці зміни, в свою чергу, впливають на процес піролізу вугілля, що проявляється в кількісному виході і якісному складі продуктів.