Факультет: Экологии и Химической Технологии
Кафедра: Химическая Технология Топлива
Специальность: Химическая Технология Топлива

Введение

Согласно классификации различных материалов по их брикетирующей способности Л.А. Лурье, материалы, брикетируемые с присадкой связующего органического происхождения (каменные угли, антрациты, коксовая мелочь и некоторые руды) относятся к группе Б – отходы, брикетируемые с присадкой связующих веществ, подгруппе Е [1, стр.9].

Угли относятся к высокомолекулярным соединениям, образованным в результате глубоких реакций конденсации различных химических группировок, входящих в состав отмерших растений. Основу структурных звеньев макромолекул угля составляют конденсированные ядра, имеющие боковые цепи. Степень конденсированности ядер возрастает в процессе углефикации. Она максимальная у антрацитов. Боковые связи, содержащие основную массу азота, кислорода и серы, определяют реакционную способность углей. Их число закономерно уменьшается от бурых углей к антрациту.

В петрографическом отношении угли – это смесь различных микропетрографических компонентов. Они представляют собой видимые только под микроскопом образования, возникшие в результате превращения растительных тканей в условиях анаэробного разложения в процессе метаморфизма. Углефикация (метаморфизм) тесно связана с горно-геологическими процессами изменения растительного вещества в условиях его накопления, обводненности, активности химических реакций, давления и температуры.

Особое влияние на процессы структурообразования брикетов оказывают витринит и фюзенит. Содержание витринита в углях составляет 60-80%, иногда 90%. Оно закономерно увеличивается от бурых углей к антрацитам с одновременным изменением основных свойств. В малометаморфизированных углях витринит характеризуется максимальным (до 40%) выходом летучих веществ. В углях средней степени метаморфизма ему присущи минимальна ( 1-3%). Минеральные вещества этого микрокомпонента представлены соединениями натрия, калия, кальция и других щелочноземельных металлов. В витрините содержится до 5-6% водорода, около 17% кислорода и более 78% углерода.

Содержание фюзинита в углях составляет не более 5-10%, но иногда достигает 60% и более. Фюзинит снижает брикетирующую способность углей и ухудшает горение брикетов. Он почти не спекается. Обладает низкой поверхностной активностью. Полностью изотропен. Температурные воздействия не изменяют его структуры. Фюзинит легко истирается в сажистый порошок, состоящий из летучих веществ (8-12%) и минеральных примесей (88-92%). Содержание водорода, кислорода и углерода в нем соответственно составляет 3, 6 и 90% [1, стр. 10].

Актуальность работы

Процессы получения брикетов принципиально не новы, однако, получение брикетов в конкретных технологических условиях является востребованным решением. В условиях топливно-энергетической базы государства Ирак имеет место накопление нефтяного пека, как невостребованных отходов переработки нефти. Возможность использования нефтяного пека совместно с углем и добавок нефти в качестве связующего для получения брикетов, может привести к использованию отходов переработки нефти и угля в виде топливных брикетов.

Научная значимость

Научная значимость состоит в использования отходов нефтехимического производства в качестве связующего вещества при частичном брикетировании угольной шихты перед коксованием и получении кокса c необходимыми качественными показателями.

Практическая ценность результатов работы

Практическая ценность результатов работы состоит в использовании накопленых в государстве Ирак отходов нефтехимической промышленности для получения брикетированного угольного топлива, что расширит рынки и объемы сбыта и угля и отходов переработки нефтей. Также будет осуществлена практическая проверка возможности использования нефтяного связующего для получения угольных брикетов с целью их последующего использования, как полупродукта для получения кокса. Решение экологичеких задач, которые возникают при накоплении остатков нефтехимической промышленности Ирака.

Литературный обзор

В ДонНТУ не проводились исследования по применению нефтяных связующих для получения угольных брикетов. Это обусловлено тем, что в ДонНТУ исторически сложилась направленность на переработку угля, которая возможна и без применения связующих как таковых [2], если идет речь о получении брикетов, а остатки нефтепереработки - мазуты, дегти и др. используются для сжигания та тепловых электростанциях либо перерабатываются в более низкомолекулярные вещества [3-5]. В свою очередь не находило применение брикетирования угля для нужд населения Украины, т.к. в данном случае применялся рядовой уголь либо природный газ.

В промышленных условиях метод брикетирования шихты применяется в ФРГ (без связующего) и особенно широко в Японии (со связующим) [6, c. 12-13].

Процессы брикетирования угля, оборудование для их реализации и условия проведения процесса изложены в патентах RU2123029, RU2181752, US5658357, US6626966, US4093425, US4169711, US4352720, US 4478601, US4787913, RU2068442, RU2205204, с использованием продуктов переработки нефти в работах [7-10].

Далее приведены требования, на которые необходимо акцентировать внимание в процессе исследования условий получения угольных брикетов и в производственной практике.

Требования к углям

К основным физическим свойствам углей, которые должны быть учтены при брикетировании, относят:

  1. Пористость, определяющую гигроскопичность углей их характер диффузии связующих. Угольные поры по среднему диаметру и внутренней поверхности делят на макро- и микропоры. Указанные параметры для макропор соответственно равны 5*10-8 м и 1 м2/г, для микропор – (5 – 15) * 10-10 м и 200 м2/г;

  2. Дробимость, определяющую способность углей сопротивляться разрушению под действием дробящих тел. Коэффициент дробимости устанавливают как отношение размеров кусков до и после дробления. Для углей различных марок он колеблется от 0,4 до 0,95;

  3. Хрупкость – способность углей разрушаться от механических воздействий, исключающих прямое действие дробящих тел. По ней оценивают поведение угля при прессовании;

  4. Смачиваемость характеризует интенсивность растекания связующих по угольной поверхности [1, стр. 12].

Требования к связующим

Вещества, способные соединять разобщенные твердые тела и сохранять их прочный контакт в условиях значительных внешних воздействий, называются связующими (клеями, адгезивами).

Связующие могут быть органического и неорганического происхождения. Связующие вещества должны удовлетворять следующим требованиям:

  1. Иметь высокую поверхностную активность, максимально смачивать твердую поверхность материала, обеспечивая прочную связь;

  2. Быть устойчивыми к атмосферным осадкам, температуре, действию солнечных лучей, окислению и т.п.;

  3. Не разрушать структуру субстрата в готовом брикете;

  4. Иметь эластические и пластические свойства;

  5. Обладать высокой прочностью, но не быть жестче склеиваемого материала. В противном случае внешняя нагрузка может привести к разрушению соединения из-за неравномерной концентрации напряжений;

  6. Не допускать возникновения в отвердевшем связующем высоких внутренних напряжений, способных к разрушению клеевого соединения;

  7. Иметь высокую скорость отвердения;

  8. Не содержать летучих соединений, имеющих токсическое действие на организм человека;

  9. Содержать достаточную долю спекающихся компонентов, обеспечивающих термическую стойкость брикетов при горении;

  10. Обеспечивать полную теплоустойчивость брикетов при повышенных летних и низких зимних температурах;

  11. Иметь высокую теплоту сгорания и малый выход летучих веществ;

  12. Обладать низкой температурой воспламенения;

  13. Быть недефицитными и дешевыми;

  14. Отличаться стойкостью при хранении, хорошо транспортироваться [1, стр. 18].

Практические результаты

На основании результатов экспериментов можно утверждать следующее:

  1. Нефтяные связующие обладают лучшими связующими качествами, чем кислая смолка или фусы как вторичные продукты коксохимического производства.

  2. Оптимальное содержание связующего соответствует 8-10%;

  3. Рекомендуемый интервал между получением брикетов и их использованием (приложению к ним внешних нагрузок) находится в пределах 1-1,5 суток.

К моменту написания данного реферата исследования не завершены.

Литература

  1. Елишевич А.Т. Брикетирование полезных ископаемых. – К.: Одесса: Лыбидь, 1990. – 296 с.
  2. US patent №2824790. Douglas H.G., Charles J., Kaye A., Briquetting of coal. 02.08.1954
  3. В. А. Золотухин, Новая технология для переработки тяжелой нефти и осадков нефтеперерабатывающих производств.// Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2004, № 10. - С. 8 – 11.
  4. Патент № 2078116 РФ. Кладов А.Ф. Способ крекинга нефти и нефтепродуктов и установка для его осуществления. 27.04.1997
  5. Патент № 2149886 РФ. Селиванов Н.И. Способ и устройство для резонансного возбуждения жидкостей и способ и установка для фракционирования углеводородных жидкостей. 20.01.2002
  6. Дюканов А.Г., Васильев Ю.С., Гречко Ю.И., Никитина Т.Е. Брикетирование угольных шихт перед коксованием и перспективы его совершенствования // Кокс и химия. 1990. №6. С 12-13
  7. Петрова Л.А., Латышев В.Г., Буренина О.Н. Получение бытовых топливных брикетов с использованием нефтяных связующих Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск
  8. Патент № RU2186823 РФ Салтанов А.В., Павлович Л.Б., Пьянков Б.Ф., Калинина А.В., Гайниева Г.Р. Способ подготовки угольной шихты к коксованию. 10.08.2002
  9. US patent № 5916826 Donald H. Pelletizing and briquetting of coal fines using binders produced by liquefaction of biomass. 06.29.1999
  10. Патент № 2109797 РФ Лабинов С.Д, Ставцев А.Ф., Дорочинская Г. С., Потопаев А. А., Состав для брикетированого топлива, 27.04.1998
© 2009 Копирайт ДонНТУ Абд мохаммад Щакир

ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ