МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

« Кузбасский государственный технический университет

имени Т.Ф.Горбачева»

Кафедра ХТТТ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Основные пути направленного регулирования процесса

спекания углей.

Выполнила: ст-ка гр. ХТб-111

Попова Е.Е.

Проверил: Бяков А.Г.

Кемерово 2014

Введение

Спекание углей обусловлено пиролизом их органической массы – явлением распада первоначальной структуры и возникновения новой структуры органического материала при нагревании. Но деструкция и поликонденсация как химические процессы протекают при нагревании любых углей, а спекаться могут лишь некоторые из них, способные переходить в состояние размягчения. При термическом разложении не размягчающихся углей указанные химические процессы замыкаются в пределах каждого отдельного угольного зерна. В отличие от этого при взаимодействии размягчающихся угольных зёрен их материал в поверхностных слоях совместно вовлекается в реакцию поликонденсации, обеспечивающую необходимую связанность и прочность твердого остатка. Это взаимодействие оказывается возможным лишь благодаря тесному контакту, который достигается при размягчении угольных зёрен. Чем лучше размягчаются угольные зерна, чем дольше они находятся в размягченном состоянии, а их поверхность взаимно смачивается и чем больше давление, тем полнее контакт деформированных угольных зерен и тем вероятнее установление между ними прочных химических связей при пиролизе. Поэтому размягчение угля, хотя и является лишь условием достижения необходимого контакта при спекании как химическом процессе, оно на практике имеет значение определяющего признака спекания. Регулировать процесс спекания углей – это, прежде всего, регулировать протекание химических реакций, главными из которых являются деструкция исходных микромолекулярных структур и синтез крупных образований из промежуточных продуктов деструкции.

Главное, что определяет возможность протекания тех или иных химических реакций при нагреве углей, - их химическое строение. В зависимости от химического строения молекул в веществах углей могут происходить разные изменения. Поскольку разрыв химических связей в макромолекулах веществ углей, как и других высокомолекулярных соединений, при тепловом воздействии на них происходит по закону случая, а также учитывая то, что образующиеся при деструкции промежуточные продукты пониженной молекулярной массы, в том числе низкомолекулярные продукты расщепления боковых групп, не только воздействуют на исходные вещества углей как инициаторы реакций деструкции, но и участвуют в реакциях образования разветвленных структур, то есть все основания считать, что при одной и той же исходной структуре можно существенно сдвигать протекание химических реакций в ту или иную сторону.

1. Крупность угольных зерен как фактор регулирования процесса спекания.

Высокомолекулярная природа углей, как и других высокомолекулярных соединений, обусловливает значительное различие протекающих при их нагреве химических реакций и физико-химических процессов в зависимости от исходной крупности зерна.[1] При малых скоростях диффузии образующиеся низкомолекулярные вещества успевают вступить в новые реакции, и потому конечный состав продуктов деструкции меняется. Принципиально отличные структуры деструктурируют одинаково, если изменить условия термической деструкции.

В разные температурные интервалы зависимость выхода летучих веществ от степени измельчения оказываются различной ( Рис.1 ). Поэтому можно предположить, что в начальный период более крупные зерна прогреваются более медленно и, следовательно, температура в центре угольного зерна отстает от температуры поверхности зерна. Тогда при одинаковой температуре поверхности зерен средняя температура более крупных зерен ниже, чем мелких.

Увеличение времени пребывания низкомолекулярных продуктов деструкции в межмолекулярном пространстве надмолекулярных структур повышает их концентрацию, что ускоряет взаимодействие между ними по закону действующих масс. Из них синтезируется более высокомолекулярные продукты, которые становятся уже не газообразными, а жидкими. Взаимодействие последних с матричным веществом протекает, по-видимому, не только по химическим законам, но и по типу межмолекулярного физико-химического взаимодействия, главным из которых для перехода углей в пла-

стическое состояние является пластификация. Тогда укрупнение помола углей при неизменном вещественном составе их должно приводить к повышению текучести образующейся угольной пластической массы. Также обнаружено, что жидкоподвижные продукты из одного и того же угля, но разной крупности отличаются по групповому компонентному составу. При этом, укрупнение помола коксовых и отощенных спекающихся углей способствует получению более текучей пластической массы,а при более тонком помоле жирный уголь дает меньший выход жидкоподвижных продуктов термической деструкции., а суммарное содержание растворимых фракций (мальтенов, асфальтенов, карбенов) снизилось.

Говоря о влиянии степени измельчения углей на их спекаемость, означает, что в практических условиях коксования зависимость перехода углей в пластическое состояние и образования твердого продукта полукокса – кокса от исходной крупности зерен зачастую завуалирована влиянием других факторов. Поскольку уголь никогда не бывает свободен от примесей, например,

Крупность угольных зёрен как фактор регулирования процесса спекания.

минеральных компонентов, то при измельчении его до разного уровня крупности измельчаются и минеральные компоненты. Влияние же минеральных компонентов на процесс спекания углей неодинаково при разном уровне их диспергирования

Также очень большое влияние имеет неоднородность вещественного состава органической массы углей. Даже в хорошо спекающихся углях средней стадии метаморфизма содержится незначительное количество неспекающихся компонентов – фюзенита, семивитринита и др. степень влияния этих компонентов на процесс спекания «спекающейся части» органической массы зависит от их удельной поверхности, величина которой изменяется при изменении общего помола углей.

И еще одним немаловажным фактором можно посчитать прочность образующегося твердого остатка. Например, не всегда повышение текучести угольной пластической массы приводит к увеличению прочности твердого остатка, а для ее повышения из углей средней стадии метаморфизма требуется даже снижение текучести пластической массы. Спекаемость понижается тем больше, чем хуже спекается уголь. И поэтому можно сделать вывод – тонкое измельчение углей является иррациональным, так как оно отрицательно скажется на прочности кокса.