5 Дәріс. Көмір бірігу процесінің қарама қарсы сипаттамалары

Жанғыш қазбалар органикалық және бейорганикалық қосылыстардан тұратын күрделі комплекс. Табиғатта олардың түзілуі негізінен температура мен қысым әсерінен өсімдік қалдықтарынан пайда болады. Жанғыш қазбаны қыздырумен байланысты процесстер техникада үлкен жылдамдықпен жүреді, табиғаттағы метаморфиялық түрленуге қарағанда, дегенмен технологиялық процестер сәйкесті табиғат құбылысна ұқсасты болып келеді. Температура әсерінен жанғыш қазбаның түрлену процесін табиғаттың жеке құбылысы ретінде қарастыруға болады. Сондықтан бұл процестерді онда қарама қарсы тенденциялар көрінуі мен дамуы жағынан зерттеген дұрыс.

Кусокты кокс түзілуі саңылау сеті мен мықтыланудың бірігу процестері дамуына негізделген. Көмірлік шихта бірігуі — мықты кусокты кокс алудың қажетті шарты, сондықтан көміртек құрамды композициялардың бірігуіне негізделген процестерді қапрастырудың мәні зор.

Көмірді қыздырғанда жүретін процестерді параллель ілесе жүретін реакциялар тізбегі ретінде қарастырады, көмірлік заттың деструкциясымен және осы жаңа қосылыстар негізіндегі синтезбен бірге жүреді.

В. Е. Раковский айтқандай, көмірдің бірігу процесінде оттекқұрамды алифатты қосылыстың ыдырауы (450°С) мен жаңа қосылыс синтездейді. Оның ойы бойынша, синтез реакциясының бірігуі ыдырау реакциясынан басым келуі керек.

И.С. Грязнов есптегендей, көмір біріккен кезде одан ары белсенді молекулалар бөлігі түзіле ыдырайды, ол конденсация реакциясына түсіп, бірігу себебі болып табылады. Деструкция мен синтез процестері сатылы жүріп қана қоймай, бірмезгілде жүреді. Ыдырау мен синтез реакцияларының бірмезгілде жүруін мойындау процесті түсіну үшін маңызды болады.

Көмірлер термограммасы көрсеткендей, көмір синтезі мен деструкция процестері жылдам жүреді. Бұл олардың пласикалық күйінде температуралық аралықта көмір бірігуі үшін анық байқалады. Соңғы синтез процестері үшін мықты дамуы керек. Мына суретте Г17 тобының жақсы бірігуші көмірлерінің типті термограммасы келтірілген.

Термограмма қисығында үш максимум және бір минимум (440°С) бар. Тер­мограмма 380—440°С температура аумағында реакцияның эндотермиялық эффектісін көрсетеді. Бұл эффект көмірлік заттар деструкция процесінің күшті дамуына негізделген. Бұл температуралық аралықта түзілген аралық қосылоыс базасында бірмезгілде жаңа жоғарымолекулалық қосылыстардың синтез реакциясы жүреді. Синтез реакциясының температурасын одан ары жоғарлатқанда ыдырау реакциясынан басым түседі (термограмма қисығында үшінші максимум пайда болады).

1-сурет. Г маркалы жақсы бірігетін көмірдің термограммасы

Көмірлер бірігуі синтезбен бірге деструкция реакциясының жақсы дамуымен бірге жүреді. Жоғарыдағыдан белгілі болғандай, көмір мен шихта бірігуі туралы заттың түрленуі («жоғалу») мен түзілуі туралы қарама қарсы процес сияқты көзқарастан туады, ол көміртекқұрамды композицияның пластикалық күйіне негізделген.

Осы жағынан қарағанда көмір бірігуінің мұндай көрсеткіші, пластикалық қабат қалыңдығы сияқты (у), комплексті түрде қарастырылады, бірігу процесінің қарама қарсы жағын дамытудың дәрежесін сипаттаушы.

Пластикалық қабат шамамен 350°С температурада бірқатар көмірде түзіледі, пластикалық қабат қалыңдығы одан ары температураны жоғарлатқанда максимумға жетеді де төмендейді. Пластикалық қабат қалыңдығы әр уақыт сәтіне бірігуге қатысатын сұйық заттар мөлшерін сипаттайды. Бұл мөлшер түзілген сұйық заттар мөлшері мен басқа фазаға өткен заттар мөлшерінің арасындағы айырымға тең. Көмірді қыздырғандағы синтез бен деструкция реакциясы жылдамдығы әртүрлі болады. Көмірлік заттар деструкция реакциясы жылдамдығы жаңа затардың активті жаңқаларының түзілу базасында синтез жылдамдығынан үлкен болады. Сондықтан бірігу процесін басқару мүмкіндігі болады, яғни осы процестің қарама қарсы жағының біреуін дамытуға болады.

Қыздыру жылдамдығын жоғарлату синтетикалық процестер дамуымен салыстырғанда деструкциялық процестердің артық дамуына әкеледі. Осыдан көмір кокстенуіне белгілі жалпы талаптар шығады — әлсізпісуші шихталарды жоғары температурада және қыздыру жылдамдығында кокстеу керек. Деструкция процесінің біршама дамуы туралы жаңа қосылыс синтезі туралы Н. А. Лапинамен алынған (2 сурет) термографиялық қисық бойынша айтуға болады.

2-сурет. Г маркалы көмір термограммасы, әртүрлі жылдамдықпен қызған

Термографиялық қисық, 2,5 град/мин қыздыру жылдамдығына сай келетін, 450— 500°С температура аумағындағы көмір заттарының деструкциясына негізделген эндотер­миялық реакциялар дамуын көрсетеді. Экзотермиялық эффект көрсетілген температуралық аумақта анықталмайды, ол сол қыздыру жылдамдығында көмір бірігуі болмауына және синтез реакциясы дамымай қалуын көрсетеді.

3-сурет. Көмірдің пластикалық қабат қалыңдығының у алынған кокс электркедергісіне әсері Р

4-сурет. Алынған мұнайлық кокстің электркедергісіне қысымды престеу әсері

Қыздыру жылдамдығы 10 град/мин болғанда деструкция реакциясымен бірге синтез де біршама дамып көмір бірігеді. 2 сурет термограммасы көрсеткендей, синтез бен деструкция реакциясы дамымай кедейленген композиция немесе көмірдің бірігуі жүрмейді. Көміртек құрамды композиция бірігуі үшін атап айтқанда көмірлік шихтаның дәнектер арасындағы түйісу бетінде мәні зор. Ол үлкен болған сайын композиция жақсы бірігеді. Түйісу беті үлкен болады егер бірігуге қатысатын пластикалық массаның сұйық бөлігіндегі заттар мөлшері көп болса. Бұл жағдайда пластикалық қабат қалыңдығы жоғарлаған сайын бірдей температурада алынатын кокстің электркедергісі төмендейді. Мұны Е. М. Тайц мәліметтері жақсы көрсетеді, ол 3 суретте келтірілген. Көмір текті материалдың дәнектері арасындағы түйісу бетін қсымыды көтеру арқылы жоғарлатуға болады. Сонда көмірдің себілу көлемі төмендейді, ал процеске қатысатын сұйық фазаның зат мөлшері көлем бірлігінде көп болады да бірігу жоғарлауына әкеледі.

Көмірлік шихтаны алдын ала таптағанда алынған металлургиялық кокстың жоғары мықтылығы кокстелу тиелу көлемінің бірлігінде сұйық заттар мөлшері жоғарлауымен түсіндіріледі, ол көмір дәнектерінің арасындағы түйісу бетінің өсуіне әкеледі. 11 кестеде Харьков коксхимия зауытында шихта кокстенуінің тәжірибелік мәліметтері келтірілген.

11 – кесте

Кокс сапасына шихтаны таптау әсері

Кокстену	Шихта құрамы, %				Үлкен барабан бойынша кокс сапасы
	Г	Ж	К	Д	П*, кг  об/дм3	П*и, кг б/дм3	Г	қалдық, кг	фракция 0-10 мм, кг
Кәдімгі Таптай отырып	20 20	40 40	25 25	15 15	13,6 15,0	30,2 35,3	280 292	314,7 304,0	28,8 24,4

11 кестеден көрінгендей, кусокты кокс мықтылығы (П) мен оның саңылаулы материалы (Пи), газөтуі коэфициенті жоғарлайды (Г), яғни шихтаны тығыздағанда кокс сапасы жақсарады.

Осылайша түйісу бетінің жоғарлауы, көмірлік бөлшектің немесе толтырғыш дәнектерінің байланыстырушысымен бірігуі жүретін көмір текті бұйым немесе кокс мықтылығының жоғарлауына әкеледі.

Беттік толтырғыштарды жабу үшін қажетті сұйық заттар мөлшері (байланыстырушылар) жеткілікті болуы керек, әйтпесе алынған кокс мықтылығы төмендейді, себебі шихтаның өздігінен кедейленуі жүреді. Мысал ретінде кедейленген шихтаның бірігуі жүретіні көрсетуге болады, ол 65% СС-Т көмір маркасынан және 35% К маркалы көмірден тұрады. 4 суретте қисық келтірілген, онда түйісу беті қолайлы мәнге ие болады, ол бірігуге қатысатын сұйық заттардың қажетті мөлшеріне сай келеді. Бұл деген шихта құрамынан бөлек, бірігуді арттырушы негізгі фактор кокстену жылдамдығы мен композициядағы байланыстырушы мен толтырғыштың дәнектер немесе көмір бөлшектердің арасындағы беттік түйісу шамасы болып табылады.

Бұл факторларды өндірісте қолданудың біріншілік мәні бар, себебі кокстенудің көмірлік базасының шикізатын кеңейтеді әрі көмірлік заттар мен кокс сапасын жақсартады.

4-сурет. Алынатын кокс мықтылығына толтырғыштың меншікті бетінің әсері

Осылайша, көмірдің бірігу процесі қарама қарсы сипатты болады. Процесіт басқару мәні сол оларды әртүрлі бағытта басу немесе дамытумен байлагысты болады.

Негізгі әдебиет [5(5-10)]

Қосымша әдебиет [9(108-116)]

Бақылау сұрақтары:

1. Көмірді бірігу процесінің қарама қарсы сипаты қандай?

2. Көмір бірігуіне синтез бен деструкция реакциясының әсері.

3. Көмір бірігуіне қысым әсері.

4. Кокс мықтылығын жоғарлатуға беттік түйісу жоғарлауының әсері.