Коксование каменных углей

Основные характеристики угля: состав, физические, органические и неорганические свойства. Происхождение ископаемых углей. Химические методы исследования углей. Технологическая схема и описание углеподготовительного цеха коксохимического производства.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

1

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ОБРАЗОВАНИЯ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Реферат

по химической технологии на тему: «Коксование каменных углей»

Выполнила: Юхименко О.

Руководитель: Синельникова М. А.

Донецк - 2010

План

1. Свойства и основные характеристики угля

1.1 Происхождение ископаемых углей

1.2 Состав угля

1.3 Неорганические составные части углей

1.4 Органическая масса угля

1.5 Физические свойства углей

1.6 Химические методы исследования и свойства углей

1.7 Классификация углей

2. Производство кокса

2.1 Технологическая схема коксохимического производства

2.2 Углеподготовительный цех коксохимического производства

2.3 Коксовый цех

2.4 Цех улавливания

Список литературы

1. Свойства и основные характеристики угля

1.1 Происхождение ископаемых углей

Исходным материалом для образования углей служила высокоорганизованная растительность (гумусовые угли), а также скопления микроорганизмов и планктона водоемов (сапропелитовые угли).

Высокоорганизованная растительность состоит главным образом из целлюлозы, лигнина, смол и восков. Состав целлюлозы может быть выражен формулой (C6H10O5)n, где n=100-1200. Лигнин (60 - 70 % С, 4 - 7 % Н2) - высокомолекулярное соединение, построенное из ядер ароматической структуры. Смолы состоят преимущественно из циклических соединений. В состав смол входят в основном сложные эфиры одноатомных спиртов и кислот. Смолы легко окисляются и полимеризуются. Воски принадлежат к алифатическим соединениям, и они близки к жирам.

В первой стадии образования угля растения превращались в торф, при этом происходило накапливание гуминов. Этот процесс называют гумификацией. Гумины - это высокомолекулярные полимеризованные или конденсированные полициклические соединения. Они являются основной частью органической массы гумусовых каменных углей и представляют собой бурые аморфные образования, образовавшиеся из гуминовых кислот. Бурые угли по внешним признакам разделяются на мягкие (землистые и сланцевые) и твердые (гладкие и блестящие).

Вторая стадия - превращение торфа в ископаемые угли (процесс углефикации) - протекала после покрытия залежей торфа минеральными осадками под воздействием аэробных (в присутствии кислорода) и анаэробных (при отсутствии кислорода) микроорганизмов, что вело к накоплению углерода и снижению кислорода.

Кроме гумусовых углей, наиболее распространенных в природе, существуют сапропелитовые угли, образовавшиеся из сапропеля. Сапропель - продукт разложения отмирающего планктона без доступа воздуха. Органическое вещество сапропелитовых углей состоит из циклических и полициклических карбоновых кислот и кислот жирного ряда. В основе строения этих углей - неароматическая структура. Их особенностью является повышенное количество водорода.

По совокупности свойств ископаемые угли могут быть отнесены к высокомолекулярным соединениям, включающим в состав молекулы сотни и даже тысячи атомов с многократным повторением основной структурной группировки атомов. Структура углей характеризуется конденсированными ароматическими системами, имеющими боковые алифатические цепи и кислородсодержащие группы. Результаты рентгеноструктурного анализа свидетельствуют о наличии внутри конденсированной системы сочетаний конденсированных колец, связанных между собой мостиковыми углеродными связями.

На рисунке 1.1 изображена модель макромолекулы угольного вещества (модель ванн Кревелена), построенная с учетом наибольшего количества опытных данных. Молекула не является плоской. Заштрихована ароматическая часть структуры молекулы. Макромолекулу угля следует рассматривать как конденсированную ароматическую систему - ядро, окруженное молекулами, связанными с ним химическими связями. При термическом разложении гумусовых углей в первую очередь отщепляются боковые группы. При этом по количеству летучих веществ можно судить о соотношении боковых групп и ядерной части макромолекул углей. Измерения величины парамагнитного резонанса углей свидетельствуют о наличии в углях свободных радикалов.

1.2 Состав углей

Описанием ингредиентов ископаемых углей и изучением их свойств занимается отрасль науки, называемая петрографией углей.

Петрографический состав угля представляет собой информацию о степени метаморфизма, мацеральном составе и распределении минералов в исследуемом угле. Органическое вещество каменных углей, наблюдаемое под микроскопом в отраженном свете с масляной иммерсией, состоит из мацералов, различающихся между собой по цвету, показателю отражения, микрорельефу, морфологии, структуре и степени ее сохранности, а также по размерам, анизотропии и твердости. Мацералы - микроскопически различимые органические составляющие угля, аналогичные минералам неорганических пород, но отличающиеся от них тем, что не имеют характерной кристаллической формы и постоянного химического состава. При количественном петрографическом анализе мацералы углей объединяют в группы с близкими химико-технологическими свойствами.

Макроскопическую структуру угля определяют четыре ингредиента: витрен, фюзен, дюрен и кларен.

Витрен - основной ингредиент угля. Это вещество коллоидного характера. Его присутствие придает углю хрупкость и блесткость. При добыче угля витрен превращается в мелочь.

Фюзен по своему строению подобен древесному углю. Он легко истирается в пыль и не обладает способностью переходить в пластическое состояние при нагревании. Это наименее ценная часть угля, характеризуется пониженным выходом летучих и дает наименьший выход химических продуктов коксования.

Дюрен представляет собой матовую разновидность и в своей массе бесструктурен, включает скопления растительных остатков. Дюрен придает углям устойчивость при дроблении.

Кларен неоднороден и состоит из прозрачной массы. Он наиболее распространен в углях идущих на коксование.

1.3 Неорганические составные части углей

Твердое топливо состоит из сложных химических соединений, в основе которых находятся следующие элементы: C, H2, S, O2, N2. В состав топлива входят также влага W и негорючие твердые (минеральные) вещества А. Влага и зола составляет внешний балласт топлива, а кислород и азот - внутренний балласт.

Минеральные включения в углях представлены глинистыми минералами, сульфидами железа, щелочами, карбонатами, оксидами кремния и прочими минералами.

Влага

Вода может быть связана с угольным веществом химически, адсорбционно или механически. Влажность оказывает существенное влияние на технологические и энергетические свойства угля. С технологической точки зрения воду воду классифицируют на два типа: влагу, удаляемую механическими способами; влагу, удаляемую только с помощью термических способов.

Содержание влаги в угле обозначают W и выражают в процентах. При этом используют следующие величины:

Wp - содержание общей влаги в рабочем топливе;

Wгигр - содержание гигроскопической влаги в воздушно-сухом угле;

Wл - содержание влаги в лабораторной пробе;

Wрвн - содержание внешней влаги в рабочем топливе.

Эти величины связаны следующими соотношениями:

Wp = Wрвн + Wгигр или Wp = Wрвн + Wл (100 - Wрвн)/100.

Определение влаги производится путем высушивания навески при температуре 102 - 105 0С до постоянного веса. Потеря веса принимается за содержание влаги в угле.

Кроме влаги на внешней поверхности и в капиллярах угля различают сорбированную влагу, присущую углю по самой природе. Это так называемая влагоемкость угля, обусловленная упругостью водяного пара в окружающей среде. Влагоемкость угля - это количество воды, определяемое при температуре 105 - 110 0С, удерживаемое углем, находящимся во влажном состоянии при 300С в атмосфере с относительной влажностью 96%. Влагоемкость выражается в весовых процентах от влажного угля.

Гигроскопической влагой считают влагу угля, измельченного в порошок и доведенного до воздушно - сухого состояния при температуре 200С и относительной влажности воздуха 65%. Гигроскопическая влага характеризует смачиваемость углей водой.

Чаще всего каменный уголь в пласте шахты содержит 3 - 4 % влаги. При мокром обогащении содержание влаги угля изменяется особенно сильно. Удаление избыточной влаги после мокрого обогащения представляет собой непростую задачу. Отдача влаги неодинакова для различных классов угля, что связано со способностью угля смачиваться водой и адсорбировать ее.

Зола

Содержание минеральных включений в угле и продуктах его обогащения принято оценивать косвенным показателем - зольностью. Зола - это твердый остаток окисления угля при высокой температуре, который представляет собой смесь минеральных веществ. Количество золы определяют в основном минеральные примеси, содержащиеся в угле.

При высокотемпературном окислении компоненты минеральных примесей претерпевают следующие изменения. Пирит превращается в окись же...