Піроліз твердих горючих копалин

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Загальна схема процесу піролізу

Піро́ліз тверди́х горю́чих копа́лин (рос. пиролиз твердых горючих ископаемых, англ. pyrolysis of hard combustible minerals, нім. Pyrolyse der harten fossilen Brennstoffe) — розкладання твердих горючих копалин (вугілля, торфу, сланцю) при нагріванні без доступу повітря.

Загальна характеристика[ред. | ред. код]

Унаслідок протікаючих при цьому термохімічних перетворень утворюються газо- і пароподібні, а також тверді продукти. У залежності від кінцевої т-ри нагрівання ТГК, в промисловості розрізняють чотири головних процеси піролізу: напівкоксування до 500—550 °C; середньотемпературне коксування, кінцева температура 700—750 °C; високотемпературне коксування до 900—1100°С і графітизація 1300—3000 °C. Поведінка кам'яного і бурого вугілля при нагріванні принципово різна.

Стадії термічного розкладання вугілля[ред. | ред. код]

  • а) сушка протікає при кімнатній температурі, інтенсифікується по мірі підвищення температури нагрівання і практично закінчується при 105—110 °C;
  • б)110—200 °C — виділення гігроскопічної і колоїдно-пов'язаної вологи, а також оклюдованих газів, початок термічної деструкції торфу і бурого вугілля;
  • в)200—(300—350) °C — термічна підготовка. Утворюються газоподібні продукти термічної деструкції (СО2, СО, N2), відбувається відщеплення термічно нестійких кисневмісних груп;
  • г)300—500 °C — напівкоксування. Посилення термічної деструкції органічної маси вугілля з інтенсивним виділенням газів і парів, а також зі спікливого вугілля рідкої фази (продукти — напівкокс, первинний газ, смола);
  • д) 550—800 °C — середньотемпературне коксування. Посилення процесів деструкції з одночасною інтенсифікацією процесів синтезу (продукти — кокс, газ, смола);
  • е) 900—1100 °C — високотемпературне коксування з переважанням процесів синтезу (продукти — кокс, газ, смола);
  • з) 1300—3000 °C — графітизація (термографіт, газ).

Піроліз бурого вугілля[ред. | ред. код]

Буре вугілля при нагріванні не розм'якшується, при цьому відбувається виділення летких речовин, які частково розкладаються. У залишку утворюється монолітний напівкокс, що зазнав сильної усадки. При напівкоксуванні бурого вугілля розрізнюють три температурні зони:

  1. зона попереднього нагрівання до 100 °C;
  2. зона сушки 100—125 °C;
  3. зона напівкоксування 225—500 °C.

Під час попереднього нагрівання вугілля розширяється, причому дуже швидке нагрівання може привести до розпушення шматків або навіть до руйнування структури напівкоксу. У процесі сушки виділяється вода при одночасній усадці вугілля. Вище за 225 °C відганяються продукти напівкоксування (смола, масло, вода і газ) і відбувається подальша усадка. Вище за 500 °C закінчується утворення напівкоксу.

Піроліз кам'яного вугілля[ред. | ред. код]

Кам'яне вугілля середнього ступеня вуглефікації має зону розм'якшення при 350—450 °C. При нагріванні вугілля виділяють три температурних зони:

  1. зона від початку нагрівання до початку розм'якшення вугілля при 350 °C;
  2. пластична зона від 350 до 450 °C;
  3. зона утворення коксу — вище 450 °C.

Механізм процесу[ред. | ред. код]

При переході вугілля в пластичний стан посилюється орієнтація ароматичних шарів. Внаслідок відщеплення бічних ланцюгів в ароматичних сполуках відбувається упорядкування паралельних площинних шарів з вирівнюванням відстаней між ними. Цей процес, званий передграфітизацією, протікає неповно внаслідок повторного зміцнення вугільної речовини і обмеження можливості інтенсивного руху молекул. Чим ширша область розм'якшення вугілля, тим інтенсивніше протікає передграфітизація. Предграфітизація жирного вугілля, що має найбільший розм'якшення, протікає інтенсивніше, ніж у кам'яного вугілля з нижчим і високим виходом летких речовин. Нижчий ступінь передграфітизації обумовлює знижену міцність коксу. Внаслідок пластичності вугільної речовини в залежності від умов коксування утворюється пористий, склоподібний, пінистий або спечений кокс. Пари і гази термічної деструкції вугілля сприяють протіканню процесів спікання, активізуючи міграцію рідких нелетких продуктів всередині вугільної маси, що нагрівається, і утворення просторово-безперервної пластичної системи. Основну роль в процесах спікання відіграють рідкі нелеткі продукти, що не видаляються з пластичної системи у вигляді пари і газів. Процес спікання вугілля закінчується при 500—550 °C утворенням суцільного тіла напівкоксу. При подальшому нагріві до 1000 °C протікають в основному поліконденсаційні процеси з відщепленням низькомолекулярних продуктів Н2, H2O, СН4, СО і упорядкування структури твердого залишку, що приводить до утворення високотемпературного коксу. Велике значення для коксоутворення має втрата шихтою маси, що продовжується при перетворенні напівкоксу в кокс за рахунок газоутворення — до 25—30% маси напівкоксу (майже 50% об'єму загального виходу летючих речовин з початкового вугілля).

Виділяють такі стадії термічного розкладання ТНК:

  1. сушка протікає при кімнатній т-рі, інтенсифікується по мірі підвищення т-ри нагрівання і практично закінчується при 105—110 °C;
  2. 110—200 °C — виділення гігроскопічної і колоїдно-зв'язаної вологи, а також оклюдованих газів, початок термічної деструкції торфу і бурого вугілля;
  3. 200—(300—350) °C — термічна підготовка. Утворюються газоподібні продукти термічної деструкції (СО2, СО, N2), відбувається відщеплення термічно нестійких кисеньвмістких груп;
  4. 300—500 °C — напівкоксування. Посилення термічної деструкції органічної маси вугілля з інтенсивним виділенням газів і парів, а також зі спікливого вугілля рідкої фази (продукти — напівкокс, первинний газ, смола);
  5. 550–800 °C — середньотемпературне коксування. Посилення процесів деструкції з одночасною інтенсифікацією процесів синтезу (продукти — кокс, газ, смола);
  6. 900–1100 °C — високотемпературне коксування з переважанням процесів синтезу (продукти — кокс, газ, смола).

Див. також[ред. | ред. код]

Джерела[ред. | ред. код]