3. Нагрев углей под давлением и уплотнение угольной загрузки
Величина давления, создаваемого на поверхности угольного зерна до перехода его в пластическое состояние, является одним из возможных факторов управления процессом спекания углей. Р.Луазон, П.Фош и А.Буайе отмечают [2],что малоплавкий уголь при атмосферном давлении дает кокс, заметно лучше сплавленный тогда, когда его коксуют в автоклаве под давлением 9,81 МПА. Связано это с тем, что образующиеся при деструкции жидкие продукты, которые действуют внутри зерна как пластификаторы, выделяются на поверхность зерна тем легче, чем ниже давление на поверхности зерна, причем их концентрация внутри зерна может понизиться до такой величины, что они уже не смогут пропластифицировать вещество зерна.
С другой стороны, повышенное давление на поверхности угольного зерна приводит не только к более полному использованию образовавшихся при деструкции жидких продуктов как пластификаторов, но и к образованию внутри зерна дополнительного количества жидких продуктов из газообразных. Угольные зерна при этом размягчаются лучше, между ними устанавливается более полный контакт вплоть до полного слияния, чего может не быть при нагреве без давления.
В зависимости от особенностей исходных углей газовое давление (природный газ) приводит к различным результатам по прочности получаемого твердого остатка. Наиболее значительно повышаются спекаемость и прочность образующегося кокса при коксовании длиннопламенного угля, который в обычных условиях не спекается. При коксовани с повышенным газовым давлением из этого угля получен хорошо сплавленный, пористый и трещиноватый полукокс. При последующей прокалке при температуре 950 ᵒС он превращается в кокс, который по структурной прочности соответствует коксу из хорошо спекающихся газовых углей. [3]
Естественно, что давление на поверхности угольных зерен можно создавать не только газом. Коксование предварительно уплотненной угольной загрузки, а также коксование угольной загрузки под механическим давлением, действующим в течение всего процесса нагрева, также позволяет влиять на протекающие внутризерновые и межзерновые химические реакции. К сожалению, применение давления в современных коксовых печах невозможно, но имеется техническая возможность принудительного уплотнения и брекетирования угольных шихт.
Можно сделать вывод о том, что уплотнение угольной загрузки является одним из факторов, с помощью которых можно влиять на свойства получаемого кокса.
Нагрев
углей под давлением и уплотнение
угольной загрузки
4. Поверхностное окисление и гидрирование угольных зерен
Структура наружного слоя твердых полимеров отличается от структуры внутренней их части. Это выражается в повышенной концентрации радикалов в поверхностных слоях. Это обусловлено тем, что образование новых поверхностей в результате измельчения монолитного полимера сопровождается разрывом макромолекулярных структур и возникновением свободных макрорадикалов на образующихся поверхностях.
Можно считать, что поверхностный слой отдельных угольных зерен характеризуется локальной концентрацией свободных макрорадикалов, реализация активности которых в присутствии кислорода даже при низких температурах приводит или к образованию разветвленных и сшитых кислородом структур (например, для малометаморфизованных углей), или к образованию стабильных перекисей (угли средней степени метаморфизма).
С повышением температуры в присутствии кислорода процессы разветвления и сшивания макроструктур получают дальнейшее развитие, в результате чего на поверхности угольных зерен образуется слой жесткой термостойкой структуры, препятствующей деформации угольного зерна и его текучести. Снижение текучести угольной пластической массы после предварительной обработки угля кислородом не всегда пропорционально количеству присоединенного кислорода. При одинаковом количестве поглощенного кислорода снижение текучести больше в том случае, когда выше температура предварительного окисления угля. Таким образом, образование пленки сшитой структуры на поверхности отдельностей угля начинается с момента его добычи, когда нарушаются его естественные условия и равновесное состояние и начинается период пребывания в новых условиях (атмосферных, в присутствии кислорода), в которых в зависимости от типа угля, а также условий
хранения (крупность, влажность, продолжительность) окислительные процессы протекают в разной степени. [4]
Снижение текучести пластической массы из-за снижения деформирруемости угольных зёрен вследствие образования на их поверхности слоя жёсткой сшитой структуры приводит к тому, что при прочих равных условиях велечина поверхности контакта между ними уменьшается, снижается и прочность спекания ( Рис.6, приложение 3)
По гидрированию углей известны экспериментальные данные Л.Л.Нестеренко, С.Г.Аронова и др. [3] Ими было установлено, что при осуществлении предварительного нагрева углей до сравнительно низких температур (250-280) под давлением водорода (Рнач=5-10 МПа) неспекающиеся и слабоспекающиеся угли становятся спекающимися. В результате предвари
Поверхностное
окисление и гидрирование угольных
зёрен
тельного гидрирования поверхностный слой сшитой структуры разрушается, процесс термической деструкции уже не в такой степени локализуется внутри отдельных зерен. Выход летучих веществ облегчается, зерна становятся более деформируемыми и текучими под действием центробежных сил. Изменение угольных свойств происходит за счет изменения свойств поверхности в целом. Следует отметить, что расход водорода при легком гидрирова-
нии углей минимален.
Управление процессом формирования и разрушения поверхностной пленки жесткой структуры на угольных зернах является одним из возможных способов управления процессом спекания углей в целом.
