ДонНТУ   Портал магістрів

Оксак Микита Максимович

Факультет екології та хімічної технології

Кафедра хімічної технології палива

Спеціальність Хімічна технологія природних енергоносіїв та вуглецевих матеріалів

Використання органічних домішок до вугільної шихти, які впливають на якість металургійного коксу

Науковий керівник: к.х.н., проф. Бутузова Людмила Федірівна

Резюме Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• Актуальність теми
• Мета і задачі дослідження та заплановані результати
• Об'єкт дослідження
• Метод термофільтраціонного центрифугування
• Опис антрацену
• Експериментальна частина
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

При оцінці ролі органічних добавок в процесах спікання вугілля слід мати на увазі, що вона може бути неоднозначною, тому що, по-перше, властивості різних органічних добавок можуть бути найрізноманітнішими, а по-друге, вугілля різного ступеня метаморфізму, до яких вводять різні добавки, також дуже різні за спікливості. При цьому одні з добавок можуть вступати в хімічну взаємодію з продуктами первинної деструкції вугілля і тим самим докорінно впливати на процеси формування вугільної пластичної маси, роблячи її більш-менш текучої, реакционноспособной, отверждающей.

Органічна добавка впливає на характеристичні показники утворюється вугільної пластичної маси, проте в першому випадку її вплив більш глибоке. Воно не тільки зачіпає пластичні властивості, а й вносить істотний внесок у формування молекулярної структури отверждающей пластичної маси, роблячи її більш-менш графітіруемой. У другому випадку добавка практично не впливає на молекулярну структуру твердого залишку термічної деструкції, а лише підвищує або знижує його міцність. Іншими словами, добавка в цьому випадку виконує роль додаткового кількості у вугільній пластичній масі. Якщо його і так достатньо, то вона може знизити міцність твердого залишку, і навпаки.

Коксування є найбільш великомасштабної галуззю термічної переробки вугілля. Вугілля повинні мати цілу низку певних властивостей, серед яких головне - спекаемость. Неодмінною умовою спікливості вугілля є їх здатність переходити при нагріванні в пластичний стан. Таким властивістю більшою мірою мають найбільш дефіцитні вугілля середньої стадії метаморфізму [9].

Актуальність теми

Обмежена можливість застосування газового вугілля в шихті коксохімічних заводів, що виробляють металургійний кокс, пов'язана з тим, що вони при слоевом коксовании обумовлюють утворення мікротріщин в коксі, істотно знижують його міцність, тому газове вугілля використовуються, в основному, як енергетичне і комунально-побутове паливо.

Щоб розширити сировинну базу коксування, розробляються нові процеси підготовки та коксування шихт з підвищеним вмістом газового вугілля.

Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою цієї роботи є оцінка впливу добавки антрацену, як одного з найважливіших компонентів кам'яновугільної смоли, на формування пластичного шару газового вугілля за даними термоцетріфугірованія.

Для досягнення поставленої мети будуть зважаться наступні завдання:оцінити вплив антрацену на вихід рідких нелетких продуктів (РНП).

Об'єкт дослідження

Об'єктом дослідження є жирні  (Ж) і газові  (Г) вугілля.

Метод термофільтраціонного центрифугування

Метод термофільтраціонного центрифугування орієнтований на поглиблене вивчення механізму процесів спікання і коксоутворення вугілля. Цей метод є єдиним, за допомогою якого можна виділити пластичну масу до початку вторинних перетворень, вивчити її склад, властивості і оцінити чинники, які, головним чином, впливають на процес коксоутворення.

Опис методу термофільтраціонного центрифугування

Суть методу полягає в нагріванні вугілля в завантажувальному патроні трубчастої електропечі центрифуги з паралельним відфільтровування рідкорухомих продуктів термічної деструкції в момент їх утворення під дією відцентрової сили. Одночасно з виходом рідких нелетких продуктів (РНП), кількість і склад яких визначає властивості пластичної маси, визначають вихід надсеточного твердого залишку (НС) і парогазових (Г) летючих продуктів термічної деструкції.

Термофільтраціонное центрифугування проводили в апараті ХПІ по ГОСТ 17621-89. Піч трубчаста з електричним обігрівом забезпечує нагрівання проби вугілля зі швидкістю до 100 ° С в хвилину в інтервалі температур від 20 до 600 °С.

Для визначення виходу рідкорухомих продуктів готували навішення вугілля масою 6 ± 0,01 г, що складається з двох окремих частин - класу 1 - 3 мм і 0 - 1 мм, за змістом цих класів у вихідній повітряно-сухої пробі вугілля. Для вугілля із застосуванням добавки також готували навішення вугілля і добавки 6 ± 0,01 г, що складається з трьох окремих частин - класу 1 - 3 мм, 0 - 1 мм і добавки.

Вихід рідкорухомих продуктів визначали ваговим методом. Твердий залишок відокремлювали від вкладиша і азбестового прокладки і також зважували. Вихід парогазової фази визначали за різницею між масою вихідної навішування вугілля і сумою мас рідкорухомих продуктів і твердого залишку [10].

1 - кріпильна стійка; 2 - електродвигун; 3 - муфта; 4 - корпус підшипників; 5 - кожух центрифуги; 6 - резервна електропіч; 7 - струмознімач; 8 - кріплення тахометра; 9 - тахометр; 10 - контакти термопари; 11 - підведення електричного струму; 12 - ковзаючі контакти; 13 - власники печі; 14 - електропіч; 15 - дверцята; 16 - контакти електродвигуна; 17 - опорна плита.

[10].

Одним з основних умов реалізації процесу спікання є зародження і розвиток надмолекулярних утворень (мезофази) в пластичній масі, їх структурування і подальше затвердіння.[1].Доменний кокс хорошої якості повинен мати властивість анізотропії, яке формується на стадії пластичного стану вугілля через освіту мезофази[3]. Жидкокристаллическая мезофаза - проміжна фаза речовини, що виникає в процесі піролізу багатьох вуглецевмісних сполук (нафтові дисперсні системи, гудрон, газойлі, важкі смоли піролізу, вугілля і продукти їх переробки - кам'яновугільні пеки, карб і ін.) При температурах 370-500 ° С і переходить в твердий напівкокс при подальшому підвищенні температури (550 - 650 ° С).

Мезофаза володіє одночасно і властивостями рідин і властивостями кристалічних тіл (впорядкованість молекул), що забезпечує формування анізотропного графітірующегося коксу. Однак, слабоспечуване газове вугілля утворюють напівкокс з переважно ізотропної структурою. Під дією великої кількості газів, що виділяються в них відбувається деформація коксу, виникнення усадочних тріщин і дрібно-пористої структури коксу. Для підтримки пластичності коксівної маси і формування великих сфер мезофази, необхідно забезпечити збереження достатньої кількості ароматичних вуглеводнів в проміжних продуктах.

Вважається, що впорядковані анізотропні області зароджуються в пластичній масі в результаті процесів конденсації і ущільнення ароматичних вуглеводневих систем. Рідкі кристали утворюються дископодібна молекулами висококонденсований з'єднань плоского будови або довгими молекулами у вигляді стрижнів з ароматичними фрагментами. [2]

Рідкі термотропні кристали зазвичай поділяють на три типи, в залежності від розташування молекул: нематические, смектичні і холестерические.

Отримання суцільний мезофази відбувається не по одному фронту злиття, а виникає кілька окремих утворень, що ростуть незалежно один від одного. Гранична величина сфер мезофази при карбонізації смоли визначає і характер протікання процесу коалесценції. Формування та стан мезофази залежить від хімічного складу вихідної сировини, в'язкості реакційної маси і температурного режиму отримання коксов.

Відомо, що нездатність малометаморфізованних вугілля переходити в пластичний стан пов'язано з відсутністю або недостатньою кількістю ароматичних передавачів водню в рухомій фазі.Вплив темостабільних поліконденсірованних ароматичних вуглеводнів на термопластичні властивості вугілля пов'язані з їх участю в процесі перенесення водню і з властивістю стабілізувати радикали. [4][5]

У зв'язку з вищевикладеним зрозуміло, що найбільш ефективними добавками для поліпшення спікливості слабоспекающихся вугілля є поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ))[6], які, на нашу думку, повинні сприяти утворенню мезофази в неструктурованою ізотропної системі. Підведення до мікросфер мезофази ПАУ сприяє злиттю цих мікросфер в більші

Крім того, введення добавки підвищує концентрацію рідкорухомих нелетких продуктів в системі, що призводить до збільшення рухливості, плинності і термостабильности пластичної маси. При цьому активізуються процеси формування мезофази, отже, і процеси упорядкування вуглецевої структури напівкоксу і коксу[8].

Опис анрацену

Антрацен - конденсований ароматичний вуглеводень, найбільш реакційноздатні положення 9 і 10 (мезо-положення). є плоскою структуру, яка може бути джерелом утворення планарних дископодібних молекул, які формують мезофаза.

Експериментальна частина

Для оцінки дії добавки були проведені порівняльні досліди з визначення виходу продуктів термофільтраціі для слабоспечуване вугілля марки Г і добре спікається вугілля марки Ж.. Основними продуктами термічного центрифугування є вихід ЖНП, відповідальні за спікання вугілля.

Крім того, введення добавки підвищує концентрацію рідкорухомих нелетких продуктів в системі, що призводить до збільшення рухливості, плинності і термостабильности пластичної маси. При цьому активізуються процеси формування мезофази, отже, і процеси упорядкування вуглецевої структури напівкоксу і коксу.

Як видно з таблиці 2, в результаті з-піролізу вугілля марки Г з добавкою 5 і 10% антрацену спостерігається збільшення виходу ЖНП до 8-9% відповідно в порівнянні з виходом ЖНП з індивідуального вугілля. Отже, зростає спекающая здатність вугілля. При цьому вихід надсеточного залишку зменшився приблизно на 3-6%, а вихід парогазової фази показує тенденцію до збільшення. Отже, добавка антрацену сприяє збільшенню ступеня розкладання надсеточного залишку.

На мал.5 показані гістограми порівняльного виходу продуктів термофільтраціі газового і жирного вугілля із застосуванням 5 і 10% добавки антрацена.Как видно з малюнка, для обох вугілля спостерігається збільшений вихід ЖНП в присутність антрацену і зниження виходу надсеточного залишку. Позитивний ефект добавки, по видимому, пов'язаний не тільки з тим, що антраценовое масло є хорошим розчинником для ароматики, а також з тим, що антрацен є носієм ароматичних конденсованих структур, що забезпечують освіту анизотропной жидкокристаллической фази.

Висновки

1. В роботі показано збільшення виходу рідких нелетких продуктів термофільтраціі слабоспечуване вугілля в присутності добавки антрацену.
2. Ефективність впливу добавки збільшується зі збільшенням її кількості до 10%.
3. Ці дані підтверджують гіпотезу про те, що низька здатність газового вугілля переходити в пластичний стан пояснюється недостатнім вмістом в їх рухомій фазі ароматичних передавачів водню.
4. Порівняльний аналіз дії добавок на слабоспечуване газові і добре спекающиеся жирні вугілля дозволяють зробити висновок про те, що висока спекаемость жирного вугілля пов'язана з накопиченням критичної кількості поліциклічних ароматичних вуглеводнів, здатних зв'язуватися в стопки, що утворюють мезофаза.

Перелік посилань

1. Грязнов Н.С. Пиролиз углей в процессе коксования// Н.С. Грязнов – М.: Металлургия, 1983. – 184 с.
2. Глущенко И.М. Теоретические основы технологии горючих ископаемых: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1990, 296 с.
3. Филоненко А.Я, Кауфман А.А. Теоретические основы коксования каменных углей// А.Я. Филоненко, А.А. Кауфман. – Липецк: Издательство Липецкого государственного технического университета, 2015. – 190 с.
4. Neavel R.C., Larsen J.W., Wender J.//Coal Sciences. N.Y.: Acad. Press, 1982. P.1
5. Larsen J.W., Wender J.// Fuel Process. Technol., 1988. Vol.20, N1, P.13.
6. Marsh Y.P.L.Walker, Jr. Chemistry and Physics of Carbon. N.Y. Marcel Dekker, 1979, 15, p.230.
7. Кисельков Д.М., Москалев И.В., Стрельников В.Н. Углеродные материалы на основе каменноугольного сырья / Вестник Пермского научного центра №2. 2013. – с. 13-22.
8. ШПРМІ Д.М. Кисельков, Институт технической химии УрО РАН И.В. Москалев, Институт технической химии УрО РАН... В.Н. Стрельников, Институт технической химии УрО РАН
9. Печень В.А., С.И. Федоренко, Бутузова, Л.Ф. Оптимизация условий термофильтрации жирного угля в присутствии добавки антрацена / Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сборник докладов ХII Международной конференции аспирантов и студентов / ДОННТУ, ДонНТУ. – Донецк: ГОУ ВПУ «ДОННТУ», 2018. – с. 190-192.
10. ГОСТ 17621–89 Угли каменные. Метод определения выхода жидкоподвижных продуктов из пластической массы угля. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: GOST_1762189.