Переробка твердого палива
1. Переробка твердого палива
1.1 Види та походження твердих палив
Тверді палива, що використовуються як джерело енергії та сировина для хімічного виробництва, поділяються на палива природного походження -природні -та палива штучні -синтетичні. До природних палив відносяться торф, буре і кам'яне вугілля, антрацит, горючі сланці. Вони називаються також викопними твердими паливами.Штучними паливамиє кам'яновугільний, торф'яний та нафтовий кокс, отримані пірогенетичною переробкою різних видів природного палива, а також брикети та вугільний пил - продукти механічної переробки твердого палива.
Викопним твердим паливом(твердим пальним викопним) називаються природні тверді горючі речовини органічного походження, що утворилися з залишків відмерлих рослин і планктонів в результаті бактеріального впливу. У земній корі тверді горючі копалини у вигляді вуглецевих осадових порід, що утворюють родовища чи басейни. Всі викопні тверді палива за матеріалом, з якого вони утворилися, поділяються на сапропеліти та гуммоліти.
Сапропелітивиникли в результаті відновного розкладання залишків сапропелю - мулистих відкладень, що утворилися на дні водних басейнів із планктону та нижчих рослин. До сапропелітів відносяться горючі бітумінозні сланці та деякі інші копалини.
Гуммолітивиникли в результаті окислювального розкладання залишків вищих рослин. Вони поділяються на:
гумміти, що складаються переважно з гумусових речовин;
лінтобіоліти, що утворилися із стійких структурних елементів нижчих рослин (спори, пилок тощо).
Основні види копалин твердих палив (торф, буре та кам'яне вугілля, антрацит) відносяться до гуммітів.
Торф → буре вугілля → кам'яне вугілля →антрацит
Ступінь вуглефікації їх наведено у табл.1.1
Таблиця 1.1 - Ступінь вуглефікації копалин твердих палив
Тверді палива складають основну масу відомих копалин на планеті. Їхні сумарні запаси на кілька порядків перевищують запаси рідкого (нафта) і газоподібного палива.
1.2 Кам'яне вугілля
1.2.1 Будова та властивості кам'яного вугілля
Кам'яне вугілля різної природи є найбільш поширеним видом твердого викопного палива. Це неоднорідні тверді речовини чорного або чорно-сірого кольору, що включають чотири типи макроінгредієнтів, що відрізняються за блиском, зовнішнім виглядом і складом: блискучий (вітрен), напівблискучий (кларен), матовий (дюрен) і хвилястий (фюзен). Співвідношення цих інгредієнтів, що становлять органічну масу кам'яного вугілля, характеризує їх структуру, хімічний та мінералогічний склад і зумовлює їх різноманіття та відмінність властивостей.
До складу органічної частини кам'яного вугілля входять бітуми, гуммінові кислоти та залишкове вугілля. Молекулярна структура органічної частини вугілля є жорстким тривимірним полімером нерегулярної будови, що містить рухому фазу у вигляді різноманітних мономолекулярних сполук. Обидві фази побудовані з окремих фрагментів, що включають ароматичні, у тому числі багатоядерні та гідрогеновані системи з аліфатичними заступниками, і гетероцикли, що містять азот, з'єднані містковими зв'язками С-С, С-О-С, C-S-C і C-NH-C. Ступінь конденсації фрагментів (п) залежить від ступеня вуглефікації кам'яного вугілля. Так, при ступені вуглефікації 18%п= 2, при ступені 90%п=4, дляантрациту n = 12. У складі кам'яного вугілля встановлено також наявність різних функціональних груп: гідроксильної (спиртові та фенольні), карбонільної, карбоксильної та сірковмісних груп - SR - і - SH.
Найважливішими характеристиками кам'яного вугілля, від якого залежать можливість та ефективність їх використання, є зольність, вологість, сірчистість, вихід летких речовин і механічні властивості, а для вугілля, що застосовується як сировина для термохімічної переробки, - також спікання та коксування.
Зольність.Золою називається негорюча частина вугілля, що складається з мінеральних речовин, що містяться в паливі. До складу золи входять оксиди алюмінію, кремнію, заліза (III), кальцію та магнію. Висока зольність знижує теплоту згоряння вугілля і погіршує якість коксу. Зольність кам'яного вугілля коливається від 3 до 30% і може бути знижена їх збагаченням. Вугілля, що використовується для коксування, повинно мати зольність не вище 1-1,5%.
Вологість.Загальна вологість вугілля складається із зовнішньої, що утворює краплі або плівки на поверхні, і внутрішньої (пірогенетичної), що виділяється в процесі коксування. Волога, будучи баластом, подорожчає транспортування вугілля, ускладнює підготовку його до коксування, зберігання та дозування, а також підвищує витрату тепла на коксування та збільшує час коксування. Вологість вугілля, що використовується для термохімічної переробки, не повинна перевищувати 1%.
Вихід летких речовин.Летучими речовинами кам'яного вугілля називаються пароподібні та газоподібні речовини, що виділяються з вугілля при нагріванні його без доступу повітря за певної фіксованої температури. Вихід летких речовин залежить від умов утворення, хімічного складу та ступеня вуглефікації вугілля, а також від температури, швидкостінагрівання та витримки при заданій температурі. Зі збільшенням ступеня вуглефікації вихід летких речовин зменшується. Так, для торфу він становить близько 10%, для бурого вугілля – 65-45%, кам'яного вугілля – 45-10%, для антрациту – менше 10%. Методику виходу летких речовин стандартизовано. Він визначається нагріванням навішування вугілля при 850 С і витримуванні при цій температурі протягом семи хвилин.
Коксованість. Ета властивість вугілля розглядається в п.1.3.2
1.2.2 Класифікація кам'яного вугілля
В основу технологічної класифікації кам'яного вугілля покладено вихід летких речовин і товщина пластичного шару, що утворюється при нагріванні. У табл.1.2 наведено технологічну класифікацію вугілля одного з басейнів, за якою вони діляться на 1 марок (класів).
Таблиця 1.3 – Технологічна класифікація вугілля