книги из ГПНТБ / Тютюнников Ю.Б. Получение кокса из слабоспекающихся углей

что при увеличении в теплоносителе кислорода от 0 до 1% при различной температуре нагрева гигроскопиче­ ская влажность углей несколько увеличивается.

Выход летучих при нагреве всех углей теплоносите­ лями с различным содержанием кислорода также в зна­ чительной степени изменялся. Следует отметить одина­ ковую закономерность в изменении гигроскопической влажности и выхода летучих, заключающуюся в том, что с увеличением температуры нагрева малометаморфизированных углей в инертном газе выход летучих и гигроскопическая влажность уменьшаются. При нагреве таких углей до температуры около 200° С в теплоноси­ теле с содержанием от 1 до 3% кислорода выход лету­ чих увеличивается. Аналогичное положение наблюда­ лось В. С- Веселовским [11], который отмечал, что при медленном нагреве малометаморфизированного угля до температуры около 150° С к углю присоединяется кис­ лород и образуются пероксидные комплексы, которые разрушаются при повышенных температурах. Очевидно, при скоростном нагреве аналогичные комплексы обра­ зуются при более высоких температурах, так как ско­ рость повышения температуры больше, чем скорость реакции образования комплексов.

В углях высокой степени метаморфизма типа ОС в результате увеличения выхода летучих такие комплек­ сы образуются при более высокой температуре (260— 350° С). Увеличение выхода летучих из углей при нагреве в кислородосодержащем теплоносителе объясняется тем, что реакции образования комплексов превалируют над реакциями термической деструкции угля. При исполь­ зовании в качестве теплоносителя перегретого водяного пара и температуре нагрева 200—350° С для всех углей наблюдается закономерное уменьшение выхода летучих и гигроскопической влажности.

Изменение показателей спекаемости углей при на­ греве в среде теплоносителя различного состава контро­

проведены опыты по изучению влияния состава газооб­ разного теплоносителя на вязкость углей, а также опре­ делялосьмаксимальное усилие деформации, а при жидкоплавкомсостоянии углей определялся темпера­ турный интервал пластичности.

82

Максимальное усилие деформации F и его зависи­ мость от температуры теплоносителя и количества кис­

носителя практически одинаково влияют на усилие де­ формации и что изменение его абсолютной величины определяется только степенью нагрева угля.

* С повышением температуры нагрева угля, даже в среде инертного теплоносителя, уменьшается темпе­ ратурный интервал жидкоплавкого состояния и увели­ чивается вязкость пластической массы. В этом же на­ правлении, но более интенсивно, изменяется характер пластической массы, когда в теплоносителе содер­ жится кислород. Если в теплоноситель добавить 3% кислорода, жидкоплавкое состояние исчезает уже при нагреве угля до 200°.

Угли нагревали в среде азота и перегретого водяно­ го пара. При этом, несмотря на одинаковые температу­ ры нагрева (200° С), в среде перегретого водяного па­ ра температурный интервал пластического состояния и вязкость пластической массы практически не изменя­ лись. Дальнейшее повышение температуры нагрева до 260—350° С приводило к заметному уменьшению интер­ вала пластичности, однако при всех температурах ин­ тервал пластичности в среде перегретого пара оставал­ ся большим, чем при нагреве в среде азота.

Механическая прочность формовок, полученных из обработанных углей, испытывалась по двум методикам: 1) сбрасыванием; 2) определением структурной проч­ ности формовок по Грязнову [14]. При изготовлении из обработанного угля формовок условия их формования и дальнейшей термической обработки сохранялись по­ стоянными:

84

Результаты испытаний механической прочности фор­ мовок, полученных из угля, обработанного теплоноси­ телем с различными температурой и содержанием ки­ слорода, приведены на рис. 20, 21.

Из угля марки Д после нагрева в среде инертного газа до температур 200, 260 и 350° С получались фор-

мовки с увеличивающейся механической прочностью, наибольшая величина которой (почти в 2 раза прево­ сходящая механическую прочность формовок из исход­ ного угля) получается в результате обработки угля при

350° С.

Введение в состав теплоносителя кислорода снижа­ ет механическую прочность формовок из длиннопламен­ ного угля, причем уменьшение прочности тем больше,

85

чем выше температура обработки угля. Совершенно

>1 мм 70,0 г — марки Ж шахты

«Никитовка 4/5», треста «Горловск- ных из угля марки Д, на­

уголь», с содержанием фракций > 1 мм.

55,4 %. гретого до температуры

260—350° С в теплоно­ сителе с содержанием кислорода от 1 до 3%, увеличивается. Так же изменяется структурная проч-

86

ность формовок из угля марки Г, но в обоих случаях структурая прочность формовок из нагретых углей меньше, чем из исходных. Прочность формовок из черемховского угля имеет оптимум при нагреве до 200— 260° С и содержании в теплоносителе 1% кислорода.

С увеличением температуры нагрева структурная прочность формовок, полученных из всех углей, при обработке инертными газами и газом с добавкой кисло­ рода всегда снижалась. Однако при нагреве угля мар­

лученных из этого угля, несколько увеличивалась. Та­ ким образом, на основании проведенных исследований можно заключить, что, подбирая необходимый состав газообразного теплоносителя и соответствующую тем­ пературу обработки, можно в значительной мере изме­ нять в нужном направлении пластические свойства уг­ ля и этим регулировать механическую прочность фор­ мовок.

Из длиннопламенного угля можно получать формо­ ванный кокс, нагревая уголь в теплоносителе без из­ бытка кислорода.

Для получения прочных формовок из газового угля с пластическим слоем 10—12 мм желательно, чтобы теп­ лоноситель содержал кислородСуществует оптималь­ ное соотношение между температурой нагрева угля и количеством кислорода в газе. При переработке угля с двухступенчатым нагревом в первой ступени целесо­ образно нагревать уголь теплоносителем с избытком кислорода 3—4%, а до режимной температуры его на­ до нагревать в газе, не содержащем свободного кисло­ рода.

Длительный опыт работы лабораторной установки показал, что при несоблюдении температурного режима

87

частицы угля налипают на стенки трубки. Чтобы пред­ отвратить это, надо не превышать максимально допу­ стимых температур нагрева угля, которые составля­ ли, °С:

Совершенно понятно, что при работе на установке другой конструкции общая закономерность в допусти­ мых температурах нагрева сохранится, хотя абсолют­ ное значение их должно изменяться, так как свойство угля налипать обусловливается не только температу­ рой, но и гидродинамическими условиями нагрева и ха­ рактером поверхности нагревательного аппарата. Весь­ ма радикальным средством для предотвращения нали­ пания угля на стенки аппарата является добавка к теп­ лоносителю некоторого количества кислорода. При до­ бавке к азоту 5% кислорода можно было нагревать газовый уголь до температуры 410° С без налипания его на стенки трубки.

СТАДИЯ ВЫДЕРЖИВАНИЯ

I

Выше упоминалось, что при быстром нагреве угля в вихревой камере степень разложения органической массы его отстает от достигнутой температуры. Если после быстрого нагрева угля не удалять из аппарата образующихся продуктов термической деструкции, то процесс формования угольной массы чрезвычайно усложняется образующимися в большом количестве га­ зами.

Формование угольной массы при пониженной тем­ пературе, когда масса еще не имеет достаточной сте­

88

пени размягчения, не дает положительных результатов. В этом случае давление 1,5—3,0 кГ1см2 недостаточно, чтобы деформировать и сблизить малоразмягченные частицы и заставить их слиться в монолит. При недо­ статочной степени размягчения угольной массы в изло­ ме формованных изделий можно видеть ясно оконту­ ренные частицы угля. При этом характерная пористая структура отсутствует, и такие рыхлые формовки не обладают достаточной прочностью.

Угольную массу, уже прошедшую в значительной мере процессы деструкции, желательно формовать по­ тому, что в этом случае в пластической массе будет диспергировано некоторое количество образующихся твердых продуктов разложения. Образование твердого наполнителя способствует повышению теплопровод­ ности формовок и позволяет вести спекание с повышен­ ной скоростью нагрева.

На установке непрерывного коксования подогретый уголь выдерживался в непрерывно вращающемся шне­ ке, в котором он все время перемешивался и имел на­ сыпную плотность 0,4—0,5 т/м3, что обеспечивало сво­ бодное удаление продуктов разложения.

Зависимость кажущейся плотности формовок йкаж из слабоспекающихся углей от температуры и времени выдерживания углей показана на рис. 22 [61]. Увели­ чение времени выдерживания их при температурах 405, 410 и 415° С во всех случаях вызывает изменение кажущейся плотности, а увеличение времени выдер­ живания до 40 сек при температуре нагрева угля 420° С приводит к возрастанию истинной плотности формо­ вок до 1,4785. Такое явление объясняется, по-видимому, тем, что формование угля марки Г в таких условиях происходит тогда, когда пластическая масса в основ­ ном достигает степени термической деструкции, при

89

температуре формования 405, 410 и 415° С соответствует времени выдерживания угля 40—50 сек. Такому же вре­ мени выдерживания соответствует и максимальная по­

20—30 сек и что при увеличении его вследствие образо­ вания значительного количества высококарбонизированного материала уголь теряет способность образовы­ вать монолитную массу и поэтому нет возможности по­ лучить механически прочные формовки.

В аппарате выдерживания происходит подготовка угля к формованию: угольные частицы равномерно про­ греваются по всему объему и выделяется определенное количество летучих продуктов.

90