Для реализации процессов комплексной рациональной переработки низкокачественных углей весьма перспективным является процесс полукоксования, позволяющий получать облагороженное твердое топливо, калорийный газ и ценные жидкие продукты. Учитывая состояние современной сырьевой базы Украины, а именно, дефицит хорошо спекающихся углей, преобладание сернистых углей, необходимо разрабатывать новые подходы при составлении угольных шихт, используя различные добавки химических веществ.
Цель работы – выяснить механизм влияния органических добавок на процессы термической переработки углей и шихт с высоким содержанием сернистых компонентов, а также на выход и состав химических продуктов полукоксования.
В качестве объектов исследования использовали изометаморфные пары газовых и жирных углей Донецкого бассейна близкого петрографического состава, но разных генетических типов по восстановленности (тип а и в). Из данных пар углей была составлена двухкомпонентная шихта с оптимизированным соотношением компонентов Га/Жв=50/50 %, в которую вводили различные органические добавки: 3– 5 % пенополистирола (ППС), динитрил азобисизомасляной кислоты (ДАК), каменноугольного пека. Для достижения поставленной цели применяли следующие методы исследования: стандартное полукоксование с определением выхода продуктов, технический и элементный анализ топлив, количественный анализ полукоксового газа.
Установлено, что при введении 3 % ДАК в угольную шихту увеличивается выход полукокса – с 71,6 % у эталонной шихты (без ДАК) до 75,1 % у шихты с добавкой. Кроме того, наблюдается образование значительного количества Н2S (4,74 %), что свидетельствует об обессеривании твердого остатка и переходе серы в газовую фазу. Добавка ДАК также способствует увеличению выхода пирогенетической воды и снижению выхода парогазовых продуктов. Образование значительного количества СО (15,06 %) и СН4 (84,84 %) в полукоксовом газе достигается при использовании угольной шихты с добавкой 3 % ППС, что позволяет получать высококалорийный газ с довольно высокой теплотой сгорания. При введении 5 % ППС в угольную шихту наблюдается наибольший выход смолы – 12,5 %, а также увеличение количества пирогенетической воды. Добавка пека в количестве 5% позволяет увеличить содержание Н2 в газе до 93,54 %, повысить выход полукокса, пирогенетической воды за счет резкого уменьшения количества полукоксового газа и смолы.
Таким образом, полученные результаты подтверждают радикальный характер термодеструкции исследуемых угольных шихт, поскольку ДАК является инициатором радикальной полимеризации. При введении пека в угольную шихту увеличивается количество жидких нелетучих продуктов на стадии пластического состояния, а также повышаются их адгезионные свойства к поверхности угольных зерен. В результате этого интенсифицируются реакции поликонденсации в твердой фазе. При использовании ППС наблюдается увеличение выхода смолообразных продуктов, что может свидетельствовать об увеличении спекающей способности угольных шихт.