Выход летучих веществ. Выход летучих и свойства кокса

Cтраница 1

Летучие вещества угля, образующиеся при нагревании его без доступа воздуха, представляют газообразные и парообразные продукты разложения угля.  

Известно, что летучие вещества углей содержат значительный процент водорода и углеводородных газов. Летучие же вещества, выделяемые уносами, состоят в основном из окислов СО и COs независимо от типа исходного угля. При этом, если для исходных уносов в газообразных летучих преобладает СОя, то для обеззоленных - СО. Суммарный выход водорода и метана из обеззоленных уносов близок к выходу этих продуктов при термическом разложении коксов. Все это позволяет сделать вывод, что частицы топлива подвергались воздействию высокой температуры. По-видимому, процесс сорбции газа частицами кокса происходит после охлаждения запыленного потока. Данные по исследованию пористой структуры горючей части уноса также указывают на то, что несгоревшие частицы топлива прошли высокотемпературную обработку.  

На рис. 159 представлена зависимость давления распирания от выхода летучих веществ угля. Для углей, выход летучих веществ которых находится в пределах 17 - 21 %, корреляции совсем не наблюдается. Однако имеется возможность очертить зону, включающую неоднородные угли (кривая с прерывистой линией), дающие незначительное давление распирания.  

Приведенные соображения в упрощенной форме дают ответ на вопрос, почему показатель выхода летучих веществ углей зависит от их элементарного состава, особенно от содержащегося в них водорода. Гидрогенизация углей, даже очень умеренная, в значительной степени увеличивает выход смолы и бензола.  

При обжиге образуется окись меди, которая частично переходит в закись меди вследствие восстановительного действия углерода и летучих веществ угля. При действии серного ангидрида на окись меди частично также образуется сернокислая медь.  

Из смолы производится жидкое синтетическое топливо. Летучее вещество угля в парогазовом состоянии подвергается конверсии с получением синте-газов и водорода. Определенная часть смеси поступает на очистку, сжижение и разделение. Производится каталитическое превращение ортоводорода в пароводород. Некоторая часть синтез-газов и водорода используется непосредственно в регионе месторождения канско-ачинского угля для переработки мазута в светлое моторное топливо, синтеза аммиака и карбамида, метанола и прямого восстановления руд. Полученные химические продукты транспортируются дальним потребителям. Электроэнергия передается в районы потребления, например, европейскую часть СССР.  

Вода, полученная после сжигания флотационных хвостов при 320 С, имеет кислую реакцию (рН 5) и довольно высокое ХПК (550 мг / л), хотя в золе углерода не обнаружено. Это объясняется растворением в воде образующегося при окислении серы серного ангидрида и летучих веществ угля, а также образованием продуктов их неполного окисления. Этот факт объясняется присутствием в газовой фазе системы при температуре 300е С паров органических веществ.  

Вода, полученная после сжигания флотационных хвостов при 320 С, имеет кислую реакцию (рН 5) и довольно высокое ХПК (550 мг / л), хотя в золе углерода не обнаружено. Это объясняется растворением в воде образующегося при окислении серы серного ангидрида и летучих веществ угля, а также образованием продуктов их неполного окисления. Этот факт объясняется присутствием в газовой фазе системы при температуре 300 С паров органических веществ.  

Сорбционные свойства углей связаны с развитием их внутренней поверхности или пористости. По исследованиям Кинга и Вилкинса, изменение пористости углей изменяет и их коксуемость [ 2651, характеризуемую типом коксового королька. Точки, нанесенные на графике, в котором координатами служили тип корольков кокса и выход летучих веществ пз углей, располагаются в виде изогнутой полосы. Полоса эта представляет собой не что иное, как перевернутую кривую зависимости: пористость - летучие вещества.  

Выход кокса увеличивался на каждый процент поглощенного кислорода примерно на 0 3 % от среднего выхода. При окислении она немного увеличивалась, достигала своего критического значения и затем при дальнейшем окислении быстро падала. Было найдено, что сумма количества кислорода в свежем необработанном угле и количества кислорода, поглощенного коксом, потерявшим 20 % прочности (процент остатка на сите с диаметром отверстий 6 мм после барабана), зависела линейно от выхода летучих веществ угля и уменьшалась с уменьшением летучих веществ при расчете на сухой беззольный уголь.  

Страницы:      1

Летучие вещества в углях - это вещества, выделяющиеся в процессе нагревания угля в стандартных услови­ях при температуре (850±10) 0 С. В состав летучих веществ входят: влага, летучие органические части угля, частично продукты разложения некоторых минералов. От бурых углей к каменным и далее к антрацитам содержание летучих веществ последовательно падает от 50 до 4%. Твердая масса, которая остается после удаления летучих веществ, носит название коксового остатка. Содержание летучих веществ и характер коксового остатка имеют большое значение при определении свойств спекаемости углей.

Выход летучих веществ, определенный как отношение их массы к единице массы угля (в процентах) и пересчитанный на сухое беззоль­ное топливо, характеризует состав и степень углефикации его органического вещества. В антраци­тах выход летучих не более 8%, в каменных уг­лях – от 8 до 50% и в бурых – 45-60%. Особенно велик выход летучих в сапропелитах (80% и бо­лее). Угли, обладающие сходными технологически­ми свойствами, в определенных условиях могут отличаться по выходу летучих веществ на 10%.

Для обеспечения нейтральной атмосферы используйте азот или аргон показателями потока от 0,7 до 1,4 от изменений объема печи за минуту для выметания летучих веществ. Поднимите температуру печи таким образом, чтобы температура выросла с 107 0 С до 950 ± 20 0 С за период времени, равному 26-30. Запрограммируйте прибор на удержание этой температуры на 7 минут. ТГА взвешивает закрытые тигли через определенные промежутки времени в течение роста температуры печи. Масса тиглей с крышками в конце выдержки
7-минутного периода времени используется для подсчета летучих веществ.

Если определение летучих веществ в анализируемом образце проводится непосредственно после определения влажности (в две стадии последовательного определения влажности, затем - летучести), то летучесть (в процентах), V, определяется следующим образом:

V = [(B-C) /W] × 100

где C – масса тестируемого образца после нагрева (в граммах).

Если определение летучих веществ проводится отдельно, то летучесть определяется следующим образом:

D = (W-C) /W × 100

где D – потеря массы, %; V = D – M

Основные параметры для определения летучести:

Температура – 915 о С.

Скорость нагрева – 30 о С/мин.

Тип – остановка по времени.

Выдержка – 7:00.

Газ – азот.

С крышкой.

Взвешивание при нагреве.

В специальной программе (на компьютере), которая управляет прибором ТГА, содержание летучих веществ определяется по формуле:

(Х–X–В)/X*100

где Х - вес пробы в начале анализа; X - вес пробы в конце этапа 1; В - вес крышечки тигля в начале анализа

В составе углей, наряду с органическими веществами присутствуют минеральные примеси, являющиеся обычно балластом. Для оценки углей важно знать соотношение между этими составными частями. Технический анализ состоит в определении влажности (W), зольности (А), выхода летучих веществ (V), содержания серы (Sоб), теплоты сгорания (Q) и коксового остатка.

Влажность снижает теплоту сгорания углей. Угли делятся на три группы: Б1 - с влажностью более 40%, Б2 - 30-40%, Б3 - 30% и менее. Влажность определяется при нагревании до 1050° С или при просушивании в эксикаторе над концентрированной серной кислотой. 1% влаги снижает теплопроводную способность углей на 6 ккал.

Зольность . Зола - твердый несгораемый остаток, образующийся из минеральных примесей углей, по весу она не равна минеральным примесям, т.к. часть из них превращается в газ и водяные пары. Каждый процент золы снижает производительность домны на 2,5 %. Допустимая зольность для коксующихся углей менее 10 %, при большом содержании золы требуется обогащение углей. Основные компоненты, составляющие золу: окси-

ды Si, Al, Fe, Ca, Mq, Na, K, подчиненное значение имеют оксиды Ti и Mn.

Выход летучих веществ . Относится к горючей части; при сухой перегонке уголь частично переходит в летучие вещества (CH 4 , H, CO, CO 2 и др.) Летучие вещества очень ценны. Они обладают способностью гореть, а также составляют основу для получения различных химических продуктов: красителей, пластмасс, ароматических и взрывчатых веществ.

Коксовый остаток . Это твердый остаток, остающийся после удаления летучих, в зависимости от качества углей имеет различный вид. Он может быть порошковым - неспекшимся, спекшимся, сплавленным или вспученным. Спекающаяся способность углей выражается в способности при нагревании в определенных условиях соединяться в одно целое и давать достаточно прочный твердый остаток с пористой структурой - кокс металлургического типа. Угли, дающие порошкообразный остаток, являются неспекающимися и пригодны только для энергетических целей. Сера - вредная примесь в углях, особенно коксовых, вызывает повышенный расход кокса при плавке руды и ухудшает качество железа. По содержанию серы угли делятся на группы: малосернистые (до 1,5%), среднесернистые (1,5-2,5%), сернистые (2,5-4%), высокосернистые (более 4%). Последние не пригодны для использования в черной металлургии без предварительного обогащения.

Теплота сгорания углей примерно составляет 24,62 кДж/кг. Она определяется экспериментальным методом - путем сжигания угля в калориметрической бомбе, и расчетным путем, по формулам. Наибольшей теплотой сгорания обладают антрациты и тощие угли.

Во многих случаях, особенно при оценке неметаллических полезных ископаемых, кроме исследования технических свойств должны быть проведены и химические анализы сырья (огнеупорные и керамические глины, известняки как флюсы, каолин, тальк и т.д.). Для некоторых полезных ископаемых (формовочные пески) проводится и гранулометрический анализ.

Анализ крови на количественное содержание летучих токсических веществ (фенол, формальдегид)
Под отравлением (интоксикацией) следует понимать структурные и функциональные изменения организма, вызванные внешними химическими факторами. Внешние химические факторы называют ядами.

Находясь в организме, ядовитые вещества под влиянием ферментов и других биологически активных веществ подвергаются химическим превращениям.

Находясь в организме, ядовитые вещества под влиянием ферментов и других биологически активных веществ подвергаются химическим превращениям (окислению, восстановлению, гидролизу и др.) с образованием чаще всего безвредных соединений. В других случаях образуются промежуточные продукты, обладающие более выраженными токсическими свойствами (ацетальдегид, щавелевая кислота, формальдегид соответственно - при отравлении этиловым алкоголем, этиленгликолем, метиловым спиртом). Одним из путей превращения ядовитых веществ в организме является образование свободных радикалов, обладающих способностью повреждать внутриклеточные мембраны с последующей гибелью клеток. Как правило, некоторая часть яда выводится из организма в неизмененном виде.

Фенолы
Фенолы - карболовая кислота, крезол, резорцин, гидрохинон. Бесцветные или окрашенные кристаллы либо аморфные вещества; часто имеют сильный характерный запах.

Оказывают местное прижигающее, психотропное (наркотическое), нейротоксическое (судорожное), нефротоксическое действие. Смертельная доза при приеме внутрь - 2 г. Возможны отравления парами фенолов при попадании через рот или на кожу. Всасывание быстрое. При приеме внутрь фенол быстро всасывается кровью, транспортируется и распределяется по всему организму. В печени фенол подвергается биотрансформации: 10 % фенола окисляется до двухатомных фенолов (орто- и пара -соединений). При отравлении фенолом у больного темно-зелёное окрашивание мочи объясняется присутствием в ней гидрохинона и хингидрона.

Фенол относится к группе печёночных ядов. Его гепатотоксическое действие проявляется в развитии токсической дистрофии печени. Выражается в увеличении размеров печени и появления боли в печени. Также появляется желтуха, бледность, головокружение, признаки геморрагического диатеза, повышение температуры тела, нарушение психической деятельности. Церебротоксическое действие фенола проявляется печёночной энцефалопатией. Тяжелые формы отравления фенолом сопровождаются потерей сознания и печёночной комой. При попадании фенола в организм через рот наблюдаются боли в желудке, понос, иногда с кровью, рвота беловатыми, хлопьевидными массами, появляется запах фенола изо рта, моча приобретает оливковое окрашивание. На вскрытии: слизистые оболочки рта, пищевода и желудка покрыты молочного цвета пятнами, жесткими на ощупь. Отмечаются белковое и жировое перерождение паренхиматозных органов, мелкие кровоизлияния во внутренних органах и тканях мозга.

Формальдегид
Формальдегид представляет собой бесцветный газ с резким раздражающим запахом. Хорошо растворим в воде, спиртах и других полярных растворителях.

Формалин - водный раствор формальдегида (обычно 37 - 40 %), содержащий 6-15 % метанола (ингибитор полимеризации формальдегида). Представляет собой бесцветную жидкость с характерным острым запахом.

Формальдегид используют в органическом синтезе, в производстве синтетических смол и пластмасс, для синтеза многих лекарственных средств и красителей, для дубления кож, как дезинфицирующее, антисептическое и дезодорирующее средство.

При вдыхании воздуха, содержащего большое количество формальдегида, развиваются явления острого отравления со слезотечением, резким кашлем, чувством стеснения в груди. При приёме внутрь (в большинстве случаев ошибочном) в результате всасывания формальдегида наблюдается потеря сознания, судороги, угнетение нервных центров, раздражение почек.

Подготовка
Кровь
Токсикологическое обследование не требует специальной подготовки. Рекомендуется взятие крови не ранее чем через 4 часа после последнего приема пищи.
Перед диагностикой не рекомендуется подвергать себя стрессовым ситуациям, принимать спиртные напитки и курить.
Рацион и прием лекарственных препаратов не влияет на результат исследования.

Моча
Накануне сдачи анализа не рекомендуется употреблять в пищу овощи и фрукты, которые могут изменить цвет мочи (свекла, морковь, клюква и т.п.), принимать диуретики.

Собирают утреннюю порцию мочи, выделенную сразу же после сна. Перед сбором мочи необходимо провести тщательный гигиенический туалет внешних половых органов. При первом утреннем мочеиспускании небольшое количество мочи (первые 1-2 сек) выпустить в унитаз, затем собрать всю порцию мочи в чистую емкость, не прерывая мочеиспускания. Мочу отлить в стерильный пластиковый контейнер с завинчивающейся крышкой приблизительно 50 мл. Во время сбора мочи желательно не касаться контейнером тела. Доставить контейнер с мочой в медицинский офис необходимо как можно скорее с момента взятия биоматериала.

Интерпретация результатов

Кровь, моча
Единицы измерения: мкг/мл.

Ответ выдается в количественном формате.

УГЛИ ИСКОПАЕМЫЕ - твердые горючие полезные ископаемые; продукт преобразования растений. Основные компоненты: углефицированное органическое вещество, минеральные примеси и влага. Залегают обычно в виде пластов среди осадочных пород. Подразделяются на бурые, каменные угли и антрациты. Угли ископаемые используются в основном в энергетике, для получения металлургического кокса, в химической промышленности. Основные технологические характеристики: зольность, содержание влаги, серы, выход летучих веществ. Мировые запасы около 3700 млрд. т.
Кузбасс является главной базой России по твердому топливу.

Технический анализ углей

Все виды твердых горючих ископаемых объединяют в себе две составляющие: органическое вещество и минеральную компоненту, которую прежде рассматривали как балласт, но теперь все чаще считают источником ценного минерального сырья, в частности редких и рассеянных элементов. Для оценки возможностей и режимов переработки горючих ископаемых применяют технический анализ, позволяющий определить направления использования их как энергетического и химического сырья. Под техническим анализом понимается определение показателей, предусмотренных техническими требованиями на качество угля.
В технический анализ обычно объединяются методы, предназначенные для определения в углях и горючих сланцах зольности, содержания влаги, серы и фосфора, выхода летучих веществ, теплоты сгорания, спекаемости и некоторых других характеристик качества и технологических свойств. Полный технический анализ проводится не всегда, часто бывает достаточно провести сокращенный технический анализ, состоящий в определении влажности, зольности и выхода летучих веществ.

Влажность

В связи с тем, что молекулы воды могут быть связаны с поверхностью угля силами разной природы (абсорбция на поверхности и в порах, гидратирование полярных групп макромолекул, вхождение в состав кристаллогидратов минеральной части) при разных способах выделения влаги из угля получаются различные величины его обезвоженной массы и, соответственно, разные значения влажности.
Масса угля с содержанием влаги, с которым он отгружается потребителю, называется рабочей массой угля, а влага, которая выделяется из нее при высушивании пробы до постоянной массы при 105oC, называется общей влагой рабочей массы угля.
Содержание влаги в горючем ископаемом характеризуется его влажностью. Эта величина выражается отношением массы выделившейся при температуре обезвоживания влаги к массе анализируемого образца. Влажность обозначается буквой W (Wasser).
Влага угля снижает полезную массу при перевозках, на ее испарение тратится большое количество тепла при сжигании топлива, кроме того, зимой влажный уголь смерзается.
Общее содержание влаги меняется в зависимости от степени углефикации ископаемого в следующем ряду.
Торф > Бурые угли > Антрациты > Каменные угли.

Зольность

В ископаемых углях содержится значительное количество (2-50 %) минеральных веществ, образующих после сжигания золу. Зольный остаток образуется после прокаливания угля в открытом тигле в муфельной печи при температуре 850±25oС. Зола на 95-97% состоит из оксидов Al, Fe, Ca, Mg, Na, Si, K. Остальное - соединения P, Mn, Ba, Ti, Sb и редких и рассеянных элементов.
Зольность обозначатся буквой Аd (Asche) и выражается в мас.%. Суммарное содержание влаги и золы называют балластом. Содержание собственно минеральных веществ обозначается буквой М. Оно определяется с помощью физических и физико-химических методов (например, микроскопический, рентгеноскопический, радиоизотопный).

Летучие вещества

Летучие вещества - паро- и газообразные продукты, выделяющиеся при разложении органического вещества твердого горючего ископаемого при нагревании в стандартных условиях. Выход летучих веществ обозначается символом V (volativ), выход на аналитическую пробу Va, на сухое вещество Vd, сухое и беззольное Vdaf. Эта характеристика важна для оценки термической устойчивости структур, составляющих органическую массу угля. Выход летучих веществ при прокаливании послужил основой для одной из классификаций углей по маркам.

Марка	Обозначение Марки Группы		Выход летучих веществ V daf ,%	Толщина пластического слоя Y,%
Длиннопламенный	Д		более 37
Газовый	Г	Г6 Г7	более 37	17 - 25
Газовый жирный	ГЖ	-	более 31 -37	17 - 25
Жирный	Ж	1Ж26 2Ж26	более 33	26 и более
Коксовый жирный	КЖ	КЖ14 КЖ6	25 - 31	6 - 25
Коксовый	К	К13 К10	17 - 25	13 - 25
Коксовый второй	К2	-	17 - 25
Отощённый спекающийся	ОС	-	менее 17	6 - 9
Слабоспекающийся	СС	1CC 2CC	25 - 35
Тощий	Т	-	менее 17
Антрацит	А	-	менее 10

Теплота сгорания

Теплота сгорания - это основной энергетический показатель угля. Она определяется экспериментально путем сжигания навески угля в калориметрической бомбе или расчетным путем по данным элементного анализа.
Различают высшую теплоту сгорания угля Qs как количество теплоты, выделившееся при полном сгорании единицы массы угля в калориметрической бомбе в среде кислорода и низшую удельную теплоту сгорания Qi как высшую теплоту сгорания за вычетом теплоты испарения воды, выделившейся и образованной из угля во время сгорания. Высшая теплота сгорания часто определяется на беззольное состояние угля Q s af, а низшая на рабочее состояние Qir. Д.И. Менделеевым была предложена формула для расчета высшей теплоты сгорания по данным элементного анализа (кКал/кг):
Qsaf=81°С+300Н-26(О-S), где С, Н, О, S - массовая доля элементов в веществе ТГИ, %.
Высшая теплота сгорания основных твердых топлив:

Спекаемость

Одним из наиболее важных, если не важнейшим, направлением использования каменного угля является его переработка в металлургический кокс - твердый продукт высокотемпературного (>900C) разложения каменного угля без доступа воздуха, обладающий определенными свойствами. Далеко не все угли способны спекаться, т.е. переходить при нагревании без доступа воздуха в пластическое состояние с последующим образованием связанного нелетучего остатка. Если этот спекшийся остаток отвечает требованиям, предъявляемым к металлургическому коксу, то говорят о коксуемости угля. Таким образом, коксуемость есть спекаемость, но первое понятие более узкое. Спекаются угли марок Г, Ж, К, ОС, но металлургический кокс можно получить только из углей марки К или из смеси углей, которая по свойствам приближается к ним.

Элементный анализ ТГИ

Как уже говорилось, органическая масса всех видов ТГИ состоит из С, Н, О, S и N. Суммарное их количество превышает 99мас.% в расчете на органическое вещество любого угля и торфа.

Углерод и водород определяют по выходу СО2 и Н2О при сжигании навески угля в токе кислорода. Эти оксиды улавливают в поглотительных аппаратах, заполненных растворами КОН и Н2SO 4 соответственно. Последние взвешивают до и после сжигания навески и по разности масс рассчитывают содержание С и Н в пробе, обычно в мас.%. Надо отметить, что при этом результаты могут быть искажены за счет поглощения воды и углекислого газа, имеющих неорганическое происхождение, и образовавшихся за счет термического разложения минеральных компонентов угля.

В целом более распространена в углях сера. Ее содержание составляет от долей процента до 10-12%. Различают сульфатную (SSO4), пиритную (Sp) и органическую серу (So), суммарное содержание их называется общей серой (St). Содержание серы, устанавливаемое по данным элементного анализа, является важной характеристикой, которая определяет особые требования к переработке и использованию сырья, отличающегося ее высокой концентрацией. Выделяющиеся летучие серосодержащие продукты, такие как Н2S и SO2, крайне опасны при попадании в окружающую среду, а при проектировании производств, следует учитывать их высокую коррозионную активность.