Теоретические основы процессов

Рис.4. Изменение плотности угля в процессе пиролиза при тепловом потоке 10 Вт/см2

На рис.4а показано изменение плотности твёрдой фазы образца битуминозного угля при его нагревании с помощью лазерного излучения плотностью мощности около 10 Вт/см2. плотность исходного угля 1,33 г/см3. В процессе нагревания за счёт разложения и выделения летучих плотность угля снижается до 0,2 г/см3, а затем за счёт поликонденсации вновь увеличивается до 0,8 г/см3 (плотность кокса). На рис.4б, условно показаны зоны, которые образуются в образце угля по мере того, как процесс коксования распространяется слева направо. В зоне I уголь практически ещё не подвергся каким-либо изменениям; в зоне II происходит активное газовыделение и плотность снижается до минимальной величины; в зоне III происходит поликонденсация, сопровождающаяся ростом плотности; в зоне IV процесс коксования закончен и плотность остаётся неизменной. По мере развития процесса во времени зоны газовыделения и поликонденсации перемещаются слева направо, как это видно на рис.4а.

Если пиролизу подвергается малая частица угля, например, размером в десятки или сотни микрометров, то указанные зоны не могут быть сформированы. Более того, течение и результат процесса окажутся существенно зависящими от скорости нагревания частички до заданной температуры и от времени выдержки при этой температуре.

Смолы, образующиеся при термическом разложении угля, представляют собой, как отмечалось, смесь различных органических веществ, в том числе со сложным строением. Так же, как и кокс, смолы образуются в результате сочетания процессов деструкции и полимеризации. Выход смоля при пиролизе существенно зависит от температуры. Наибольший выход соответствует стадии полукоксования (нагрев до 500 – 550 0С). При дальнейшем подъёме температуры количество смолы вновь уменьшается за счёт того, что она подвергается термокрекингу.

Не меньшее значение имеет продолжительность выдержки при высокой температуре, образовавшейся при пиролизе парогазовой смеси. Так как газо- и парообразные продукты разложения угля термически нестабильны, то наряду с уже упомянутыми поликонденсацией и полимеризацией на поверхности кокса происходит перестройка молекул и в газовой фазе. Поэтому до достижения необходимой температуры и глубины разложения угля парогазовую смесь следует отделить от твёрдого остатка и быстро охладить («закалить») до температур, при которых скорость реакций существенно ниже. При этом удаётся не только увеличить выход жидкой смолы, но и улучшить её качество.

Сказанное о смоле во многом относится и к газам пиролиза. Первичные газы, образующиеся при термическом разложении угля, выходя из коксовой частицы, реагируют с ней и образуют вторичные газы, которые обычно и рассматривают как газы пиролиза. Особенно активно протекание вторичных процессов в случае коксующихся углей, которые в процессе пиролиза, как отмечалось, проходят стадию пластического состояния. Пластическая зона пластического состояния представляет собой двухфазную жидкогазовую структуру, сквозь которую барботируют первичные газы, энергично вступая в реакции. Выход и состав газов пиролиза, так же как и смол, зависят от температуры, скорости нагрева и времени выдержки при высокой температуре.

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru