Подготовка к термическому разложению углей с высоким содержанием серы и кислорода

Бутузова Л. Ф., Сафин В. А., Маринов С., Янева Н., Турчанина О. Н., Бутузов Г. Н.

Донецкий Национальный Технический Университет

Академия Наук Болгарии, Институт Органической Химии

Институт Физико-Органической Химии и Углехимии им. Л. М. Литвиненко НАНУ

Источник: GeoLines 22, 2009 - s. 15-19.

Вернуться в библиотеку

Аннотация

Это исследование было проведено для получения более конкретной информации об особенностях химических реакций пиролиза углей с различным содержанием гетероатомов при помощи пары образцов одного и того же пласта (76-88% C DAF) с низким и высоким содержанием серы в параллельных экспериментах. Продукты исследовались стандартными методами химического анализа, ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье, методом экстракции, жидкостной и газовой хроматографии. Результаты показывают, что выход продуктов пиролиза зависит от изменения генетического типа угля. Благодаря высокому содержанию активных кислород- и серу-содержащих групп появляется больше летучих продуктов и замедляются процессы расщепления. Фенольные ОН (и SH) группы принимают участие в образовании эфиров или образовании С-С связей в реакции дегидратации в интервале температур 300-500 ° C. Это связано с высоким содержанием H2O, CO, CO2 в газе и асфальтенов в жидкости и много -O-, S- мостиков в твердых продуктах полукоксования. Результаты пиролиза хорошо коксующихся углей говорят о преимущественном образовании ароматических структур полукокса с полиметиленовыми мостиками и получении газообразных продуктов с высоким содержанием H2 и CH4.

Эксперимент

Были исследованы четыре образца среднего карбона Донецких углей близлежащих пластов одной шахты, но различных генетических типов по восстановленности. По украинской классификации это угли слабовосстановленного и восстановленного типа (ДСТУ 3472-96), которые могут быть подразделены на марки Д (Rг = 0,49-0,71) и Ж (Rг =0.96-1,18). Их пластометрические показатели соответствуют каменным углям по Международной классификации (ЕЭК ООН в Женеве-1998).

В петрографическом составе образцов содержится 80-90% витринита. Отбор проб производили от близлежащих пластов одной шахты, используя такие геологические признаки генетических типов по восстановленности, как наличие известняка в кровле пластов, тонкодисперсного пирита и данные подсчета процентного содержания микролитотипов с тонкодисперсным пиритом. Угли были отнесены к слабовосстановленному или восстановленному типу в зависимости от содержания тонкодисперсного пирита (меньше 20%, или более 40%).

Для реализации поставленной задачи, исследование углей проводили с помощью термических и физико-химических методов анализа. Полукоксование проводили классическим методом в реторте Фишера и пиролиз - в потоке водяного пара.

Состав исходных углей и полукоксов изучали с помощью элементного, технического, петрографического анализа и техникой диффузного отражения (DRIFT). Петрографический состав, исходный и конечный анализ образцов, в том числе общую (Sоб), органическую (Sо), пиритную (Sп) и сульфидную(Sс) серы определяли по стандартным методикам. ИК-спектры твердых образцов записывали на ИК-спектрометре «BioRad» FTS-7 с техникой DRIFT.

Экстракция, колоночная хроматография и газовая хроматография - масс-спектрометрия насыщенных и ароматических углеводородных фракций были использованы для выделения и идентификации жидких продуктов пиролиза. Состав полукоксового газа определяли в аппарате ВТИ.

Выводы

В работе показаны различия в происхождении углей, структуры полукокса и кокса, и микроструктуры в слабовосстановленных и восстановленных образцах и возможность их изменения при предварительной химической обработке.

Полукокс отличается в большей степени числом -S- и -O- и C-H ар групп. Полукоксы восстановленных углей характеризуются большей прочностью межмолекулярных взаимодействий.

Результаты данной работы доказывают, что взаимосвязь структуры угля и генетического типа по восстановленности довольно сильная. Высокое содержание серы и кислорода резко изменяет выход жидких продуктов, ответственных за процессы спекания и коксообразования, выход газообразных продуктов полукоксования.

Результаты, представленные в данной работе доказывают, что в термодеструкции коксующихся углей процессы, связанные с расщеплением эфирных групп, а также изменение способа упаковки ароматических колец с помощью полиметиленовых мостиков имеют большое значение.

Это приводит доказательства того, что существующие системы классификации углей можно улучшить, если тип угля по восстановленности принимается во внимание.

Вернуться в библиотеку