3.1.2. Фактори, що впливають на вихід і якість продуктів напівкоксування

Вихід і якість продуктів напівкоксування залежить від властивостей палива, що перероблюється, умов нагрівання, зокрема, від швидкості підводу тепла, кінцевої температури нагрівання, тиску. Велике значення мають також тип печей, що застосовуються, спосіб обігріву, час перебування летючих речовин в зонах з високою температурою й інші фактори, які визначають рівномірність температурного поля, глибину «вторинного» піролізу парогазових продуктів і надають вплив на формування кінцевих продуктів.

Вихід продуктів напівкоксування в лабораторних умовах визначають зазвичай в алюмінієвому реторті Фішера або в реторті, що обертається. В табл. 3.3 показана залежність виходу продуктів напівкоксування від виду палива.

Вихід смол напівкоксування бурого вугілля різних типів може змінюватися в досить широких межах – від 4,5 до 15 – 17 %; вихід смоли, що утворюється при напівкоксу ванні кам’яного вугілля, також залежить від особливостей їх структури і змінюється в межах від 1, 5 до 20% і вище. В міру зростання ступеня метаморфізму ( від газового вугілля до виснажених) вихід напівкоксової смоли знижується. Виняток становить лише жирне вугілля, при нагріванні якого до 600 ^◦С часто утворюється стільки ж (або більше) первинних смол, стільки й з газового вугілля. З твердих горючих копалин сапропелітового походження отримують смолу зазвичай з високим виходом (див. табл. 3.3).

Смоли напівкоксування різних твердих горючих копалин суттєво відрізняються за складом. Різниця в складі «первинних» смол, що утворюються при переробці торфів, бурого і кам’яного вугілля, сланців, розглядалась раніше в гл. 2. При русі смол у високотемпературних зонах напівкоксових печей протікають вторинні перетворення. При цьому змінюються вихід і склад смол, але відмінності, що обумовлені особливостями структури вихідних палив, при відносній низькотемпературній переробці (напівкоксу ванні) зберігаються.

Кінцева температура нагрівання палива досить суттєво впливає на вихід і властивості продуктів напівкоксування, оскільки по мірі підводу тепла протікають високотемпературні перетворення, які розглядалися в гл. 2. Зазвичай кінцевою температурою напівкоксування є 600 ^◦С. При цій температурі процеси смолоутворення практично завершуються. Більш високотемпературні перетворення, характерні для стадії переходу напівкоксу в кокс (дегідрування, де алкілування, взаємодія водню з азотовмісними гетеро циклами, їх наступне розщеплення і утворення аміаку і молекулярного азоту, процеси ароматизації і полі циклізації в твердій фазі), зі збільшенням температури більше 600 ^◦С посилюються. Утворення додаткової кількості газів ( в основному H₂ , CH₄, NH₃, N₂ й ін.), зменшення виходу твердого залишку, змінюється його якість. З підвищенням температури знижується реакційна здатність і питомий електричний опір твердого продукту, зазвичай зростає структурна міцність.

Підвищення кінцевої температури нагрівання в реальному процесі впливає на вихід і склад смол. Для підвищення температури в завантаженні необхідно збільшити температуру газо-теплоносія в печах зі зовнішнім обігрівом. Це викликає додатковий піроліз летких речовин.

Таким чином, підвищення вище 600 ^◦С призводить до зниження виходу твердого продукту і смол, збільшенню кількості газів, а також до розглянутих змін в їх складі і властивостях.

Важливим технологічним фактором є швидкість нагрівання. Нижче в якості приклада приведені дані про результати напівкоксування газового вугілля при різних швидкостях нагріву:

Вихід, % від органічної маси вугілля напівкоксу………………………………………………………………. смоли…………………………………………………………………….. в том числі легкого масла………………………………………………………… середнього і важкого масла………………………………………... пеку………………………………………………………………….. пірогенетичної води……………………………………………………. газів………………………………………………………………………. Густина смоли при 20 ◦С, г/см3……………………………………………….. Вміст в смолі окремих груп з’єднань, % фенолів…………………………………………………………………... основ……………………………………………………………………... парафінів…………………………………………………………………. олефінів…………………………………………………………………...	1 ◦С/хв	20 ◦С/хв
	70,7 11,2 4,1 5,4 1,7 8,1 10,0 1,007 25,9 2,5 7,1 3,4	66,8 18,7 1,9 8,2 8,6 7,5 7,0 1,140 14,1 0,3 2,3 2,9

З наведених даних видно, що при більш інтенсивному підводу тепла зменшується вихід напівкоксу і збільшується вихід смоли. Це відповідає уявленням про закономірності процесів термодеструкції твердих горючих копалин, що коротко викладені в гл. 2.

Розглядаючи влив швидкості нагрівання на вихід продуктів напівкоксування, необхідно мати на увазі і наступні міркування, які враховують особливості протікання процесу в певному апараті, де перероблюються великі маси палива. При повільному нагріві підвід тепла до палива відбувається більш рівномірно, а леткі продукти, що утворюються, проходять крізь шар нагрітого палива, що піддається вторинному піролізу в незначному ступені. При збільшені швидкості нагрівання, для чого підвищують температуру теплоносія або стін, що нагріваються, леткі продукти, проходячи крізь шари палива (де можливі перегріті зони), піддаються більшому піролізу як в масі палива, змішуючись з більш нагрітим теплоносієм, так і у стін, що гріються. В результаті вторинного піролізу вихід смоли може суттєво понижуватися й збільшуватися кількість газоподібних продуктів.

Нижче наведені склад і властивості газоподібних продуктів напівкоксування при нагріванні газового вугілля з різною швидкістю:

Густина газу, кг/м3………………………………………………………… Теплота згорання, кДж/м3 (ккал/м3)………………………………………. Вміст компонентів, % (об.) СО2………………………………………………………………………. СтНп……………………………………………………………………… СО………………………………………………………………………… Н2…………………………………………………………………………. СпН2п+2…………………………………………………………………….	1 ◦С/хв. 0,90 31920(7600) 10,3 3,8 8,7 22,6 54,6	20 ◦С/хв. 1,11 39732(9460) 12,0 10,5 12,1 14,7 50,7

Таблиця 3.4. Влив тиску на вихід продуктів напівкоксування

Продукт	Вихід ( % від сухого вугілля) при тиску напівкоксування, МПа
	атмосферний	0,5	2,5	4,9	9,8
Напівкокс Напівкоксова смола Підсмольна вода Гази	67,3 13,0 12,0 7,7	68,8 7,9 11,7 11,6	71,0 5,1 12,4 11,5	72,0 3,8 12,1 12,1	71,5 2,2 11,3 15,0

Помітний вплив на вихід продуктів напівкоксування надає крупність шматків палива, що перероблюється. Зазвичай чим більший розмір шматків, тим менше утворюється смоли, але більше напівкоксу:

Вихід, %	Розмір шматків, мм
	20 – 30	100 – 120
Напівкокс…….. Смола…………. Леткі з напівкоксу…….	41,4 10,3 8,8	46,5 8,1 10,3

Аналогічно вплив на процес напівкоксування надає збільшення тиску: зменшується вихід смоли, але утворюється додаткова кількість напівкоксу і газоподібних продуктів (табл.. 3.4).

При підвищенні тиску не тільки збільшується вихід напівкоксу, але і зростає його міцність, що пояснюється важкістю виділення летких продуктів, посиленням їх взаємодії з твердими і нелеткими рідко фазними продуктами і розвитком реакції термосинтезу.