Строительные исследования
страница - 0
Низкотемпературное окисление углей в кипящем слое
Поляков В.Ю.(polyakvy@chem.dvgu.ru), Шапкин Н.П., Кондриков Н.Б. Дальневосточный государственный университет
Основные углехимические процессы, проводимые в реакторах или котлах кипящего слоя, характеризуются высоким температурным режимом: 450-6000С для полукоксования, 750-9000С для газификации, 850-11000С для сжигания угля в энергетических целях [1]. Однако до настоящего времени не изучены в полной мере углехимические превращения, проходящие при более низкой температуре порядка 150-3500С, когда оксидеструктивные процессы органической массы углей проходят не до конца, и можно выделить различные промежуточные продукты окисления [2]. Исследование и научное обоснование процессов, происходящих в этом температурном интервале кипящего слоя является перспективным с точки зрения прикладного аспекта углехимических превращений.
Целью настоящей работы явилось исследование низкотемпературного окисления углей двух генетических классов - гумитов и сапропелитов в кипящем слое с выделением и анализом промежуточных продуктов окисления.
Экспериментальная часть
Отбор усреднённых проб углей и их технический анализ проводили согласно [3]. Элементный анализ углей и промежуточных продуктов окисления проводили на системе FLASH EA 1112 Thermo Finnegan. ИК-спектры промежуточных продуктов окисления записывали на спектрометре spectrum BX FT-IR System фирмы "Perkin Elmer" в таблетках KBr. Параметры процесса низкотемпературного окисления углей в кипящем слое: реактор с числом псевдоожижения W от 2 до 5 объёмом 2 литра, температура ожижающего агента t=150-3500С, скорость подачи ожижающего агента 15-20 л/мин, газораспределительная решётка перфорированная, безколпачковая площадью 100 см при сопротивлении АРр/АРс <1 где d=10. Масса навески угля, помещаемая в реактор кипящего слоя, m=100 г. Термохимические измерения кипящего слоя производили методом меченых частиц подобно [1]. Оксикарбоновые кислоты извлекали водно-щелочной экстракцией аналогично[4]. Содержание кислородсодержащих
функциональных групп устанавливали по методикам [5]. Определение среднечислового молекулярного веса фрагмента макромолекулы оксикарбоновых кислот производили аналогично [6].
Обсуждение результатов
Исследования проводились на примере углей Павловского и Партизанского угольных месторождений Приморья. Установленные
технические и физико-химические характеристики углей представлены в таблице 1.
Таблица 1
Технические и физико-химические характеристики углей
Месторождение. Класс угля, стадия геохимической зрелости | Технический анализ, мас. % | Элементный состав, % на dqf | Отношение Грюнера | ||||||
Wa | Ad | Vdaf | C | H | O | S | N | ||
Павловское. Сапропелиты буроугольной стадии | 11,2 | 18,9 | 49,7 | 69,2 | 6,0 | 23,4 | 0,5 | 0,9 | 4,1 |
Партизанское. Гумиты каменноугольной стадии | 7,5 | 13,9 | 25,2 | 89,2 | 4,1 | 5,6 | 0,4 | 0,7 | 1,5 |
На рисунке 1 представлена схема разработанной установки низкотемпературного окисления углей в кипящем слое. Компрессор (1) нагнетает воздух со скоростью в 15-20 л/мин. в парообразователь (2) полезным объёмом 3 литра, образовавшаяся паровоздушная смесь поступает в трубчатый змеевик термоблока (3) для подогрева до температуры 150-3500С. Полученная таким образом разогретая паровоздушная смесь, являющаяся одновременно окислителем и ожижающим агентом, поступает через газораспределительную решётку диаметром 100 см2 в реактор кипящего слоя (4) полезным объёмом 2 литра.
Рис. 1. Схема установки низкотемпературного окисления ископаемых углей в кипящем слое. 1 - компрессор нагнетающий воздух, 2 - парообразователь, 3 - термоспираль для
Было установлено, что при окислении углей в кипящем слое происходит интенсивное связывание кислорода органической массой углей. Причём его накопление происходит в основном за счёт образования карбоксильных и гидроксильных групп. Кинетические кривые накопления -СООН и -ОН групп представлены на рисунке 2.
С, мг-экв./г
3 пг 2,5
2 1,5
1
0,5 0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 Рис. 2. Кинетические кривые накопления карбоксильных и гидроксильных групп органической массой углей при их окислении в кипящем слое: 1-сапропелиты, 2-гумиты.
1(-СООН)
1(-ОН)
2(-СООН)
2(-ОН)
t, час
18
Угли Павловского месторожденияизначально содержат
карбоксильные и гидроксильные группы в количестве 1,2 мг-экв/г и 1,0 мг-экв/г соответственно. Бурые выветрившиеся в пластах сапропелиты Павловского месторождения характеризуются высокой степенью естественной окисленности которую отражает отношение Грюнера приведённое в таблице 1. При их искусственном окислении в кипящем слое содержание карбоксильных и гидроксильных групп возрастает до 2,7 мг-экв/г и 2,3 мг-экв/г соответственно. Причём максимум содержания этих групп достигается через 8-10 часов окисления и дальнейшее их нахождение в кипящем слое нецелесообразно. Окисление гумитов Партизанского месторождения в кипящем слое требует больших временных затрат до 16-18 часов, что объясняется значительной степенью метаморфизма и низкой степенью естественной окисленности.
Для обоих классов углей по достижении максимума содержания кислородсодержащих функциональных групп окисление следует завершать, так как в дальнейшем происходит постепенное окисление углеродсодержащей компоненты до углекислого газа, что можно объяснить отсутствием сольватирующих агентов способных растворять образующиеся продукты оксидеструкции. Реакция С + О2 = СО2 частично протекает и во
подогрева паровоздушной смеси, 4 - реактор кипящего слоя,-паровоздушные
клапаны.
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2]