Завершающие стадии обогащения угля.

Все продукты, получаемые при обогащении угля, подвергают обезвоживанию. Вначале на ситах или грохотах понижают остаточную влажность угля до 6 -12 % для крупного угля, до 10 - 20% для мелкого и 22 - 28% для шлама. Дальнейшее обезвоживание происходит в центрифугах или в вакуум - фильтрах (барабанных или дисковых). Центрифугирование или фильтрование мелкого угля часто позволяет получить продукт с допустимой конечной влажностью угля 8 - 9%.

При фильтровании шламов и флотоконцентратов влажность велика ≈ 20%, поэтому требуется их сушка, кот. осущ. в барабанных сушилках или в псевдоожиженном слое. Распространен аппарат "труба — сушилка", в кот. сушка угля восходящим потоком дымовых газов сочетается с одновременной транспортировкой его в бункер - накопитель. Известна скоростная сушка угля в вихревых камерах, где уголь нагревается газом - теплоносителем до 400°С за 1-2 секунды.

Шламовые воды - проблема, содержат частицы угля до 0, 5 мм, в начале отстаивают в сгустителях, куда для ускорения осаждения добавляют флокулянт - полиакриламид в количестве до 60 г/т в виде 0,1 - 0,2% р-ра. Затем осадок отфильтровывают и сушат.

Отходы углеобогащения используют для производства цемента, бетона, строительного кирпича.

Переработка твердых горючих ископаемых.

Используется ряд методов высокотемпературной переработки угля:

1) полукоксование; 2) коксование; 3) газификация; 4) деструктивная гидрогенизация.

Полукоксование — процесс термической переработки тв. горючих ископаемых при высоких температурах 500 - 550°С без доступа воздуха. При этом происходит распад органической массы топлива, сопровождающийся выделением газообразных и жидких продуктов, а также тв. остатка. Конечными продуктами процесса являются газ, смола, пирогенетическая (надсмольная) вода.

Пирогенетическая вода образуется при термич. разложении (нагревание без доступа воздуха) кислородсодержащих соединений орг. массы тв. горючих ископаемых (напр., каменных углей). Выделение п. в. в результате взаимод-я водорода и кислорода топлива начинается при 100-200 ⁰C, интенсивно происходит в зоне температур полукоксования (500-600 ⁰C) и завершается при температурах коксования (900- 1100 ⁰C).

Твердый остаток (полукокс)

Полукокс содержит много летучих веществ (~15%) и имеет высокую реакционную способность (с водой и углекислым газом). Механическая прочность полукокса невелика, он легко разрушается, поэтому не пригоден для металлургической промышленности.

Основная область применения полукокса—газификация с получением технологических и горючих тазов, в некот. странах как бытовое бездымное топливо (но тогда полукоксование проводят при 700 - 750°С с целью большего удаления летучих).

В смолах значительное количество содержится низкомолекулярных алифатических УВ, после извлечения и очистки кот. получают моторные топлива, осветительные и смазочные масла.

Газы полукоксования обогащены метаном (40 - 50%) - как бытовое топливо. Целесообразно подвергать полукоксованию слабо спекающиеся каменные угли, а также и молодые виды твердых топлив — это торф, бурые угли.

Органическая масса углей сост. из УВ, кислород-, серо- и азотсодержащих соединений сложного строения. Последние 3 класса в-в разлагаются при коксовании с выделением воды, оксидов углерода, сероводорода, сероуглерода, аммиака, а также низших кислород-, серо- и азотсодержащих орг. соединений (фенол, тиофен, пиридин и их гомологи) и их более сложных аналогов с конденсированными ядрами.

УВ, первоначально содержащиеся в угле, и УВ, полученные при разложении в-в других классов, подвергаются глубоким химическим превращениям. В результате — широкая гамма ароматических УВ: бензол, толуол, ксилолы, три- и тетраметилбензолы, нафталин, антрацен, фенантрен, их гомологи и еще более многоядерные УВ. Высокая температура коксования обуславливает ароматизацию образующихся жидких продуктов (в них содержание других классов, главным образом олефинов, не превышает 3-5 %).

Коксование – метод термической переработки каменных углей, заключающийся в их нагревании без доступа воздуха до 1000 - 1100°С, в результате чего топливо разлагается с образованием летучих продуктов и тв. остатка - кокса. Целевой продукт - кокс для металлургической промышленности (0,8 т на 1 т чугуна). Кокс выполняет функции топлива и одновременно является источником СО, кот. восстанавливает железо из руды.

Свойства кокса: насыпная плотность 400 - 500 кг/м³, пористость 49 - 53%, содержание углерода не менее 96,5%, влажность не более 5%, зольность 10-11%, содержание серы 1 - 2%, теплота сгорания 32000 кДж/кг. Выход кокса в этом процессе 70 - 80%. Летучие продукты: при их охлаждении и разделении получают: надсмольную аммиачную воду - (NH4)₂ S0₄, смолу, обогащенную ароматическими УВ (крезолы, ксиленолы, резорцин, пирокатехин и др), высококалорийный топливный газ и источник водорода (Н₂-60%, СН4-25%, С₂Н4-2-3%).

Газификация – высокотемпературный процесс (1000-1100⁰С) взаим-я углерода топлива с ок-телями, проводимый с целью получения горючих газов Н₂, СН4, СО. В качестве окислителей (газифицирующих агентов) используют кислород или обогащенный им воздух, водяной пар, диоксид углерода, либо смеси указанных веществ.

Газификация угля была первым способом получения синтез-газа. Это процесс взаимодействия угля с газифицирующими агентами при температуре 1000-1100 ⁰С, равновесие смещается вправо и обеспечивается высокая скорость реакции: С+Н₂О↔ СО + Н₂

При подаче только пара уголь постепенно охлаждается, поэтому стали применять непрерывный способ с паракислородным дутьем, когда одновременно протекает экзотермическая реакция сгорания угля, обеспечивающая нужный тепловой баланс процесса. Кроме того, происходит конверсия СО водяным паром: СО+Н₂О↔ СО₂ +Н_2,

а также реакция образования метана: С+2Н₂→ СН₄

Раньше газификацию проводили при атмосферном давлении, что не обеспечивало высокой производительности. Сейчас газификацию проводят при давлении 2-3 МПа. В процессе паровой или парокислородной газификации тв. топлив под Р=2-2,5 МПа получается газ состава: СО₂ ─ 30-35%, СО ─ 10-13%, Н₂ ─ 38-40%, СН₄ ─10-12%.

Газогенератор фирмы Лурги (ФРГ) на 16 заводах. Используется уголь частиц 5-30 мм, стационарный слоем угля, Р=3 МПа, дутье парокислородное, производительность по углю 600-1000 тонн/сутки. Газ богат Н₂ и СН₄.

Газогенераторы Винклера (установлено 40 агрегатов), уголь непрерывно подается в кипящий слой. Т = 1100 ⁰С, производительность 1100 тонн/сутки, Р=0,1 МПа, газ богат Н₂ и СО, мало СН₄.

В зависимости от соотношения исходных реагентов, температуры, продолжительности реакций и других факторов можно получать газовые смеси разного состава.

Области применения методов:

1) газификация сернистых и многозольных тв. топлив с целью получения и выделения H₂S - для получения S, H₂SO₄ и газов для сжигания на мощных тепловых электростанциях.

2) газификация тв. топлив для крупномасштабного производства заменителей природного газа (районы, удаленные от месторождений природного газа).

3) газификация тв. топлив с целью получения синтез — газа, водорода, для нужд химической, нефтехимической и металлургической промышленности.

Деструктивная гидрогенизация – многоступенчатый процесс, включающий в себя обогащение исходного сырья водородом и последующий крекинг сырья под давлением водорода. Поскольку молекулярный водород сам по себе мало активен, процесс осуществляют в присутствии катализаторов при температуре и высоких давлениях. Введение растворителя значительно облегчает переработку твердых топлив. На 1 стадии происходит растворение органической массы угля (ОМУ) и далее переработка угольного р-ра. В зависимости от условий проведения процесса и глубины превращения органической массы угля методом гидрогенизации можно получать:

1) высококачественные моторные топлива (бензины, дизельные, реактивные, котельные топлива)

2) сырье для химической промышленности (ароматические углеводороды, фенолы, азотистые основания)

3) газы, содержащие водород и преимущественно насыщенные углеводороды С1-С4.

https://www.donationalerts.com/r/chuprinog

https://www.twitch.tv/chuprinog

https://www.youtube.com/@chuprinog