- •Классификация горючих ископаемых
- •2. Схема происхождения горючих ископаемых.
- •3. Происхождение нефти
- •4. Петрографическая характеристика углей.
- •5. Гумусовые и сапропелевые горючие ископаемые. Происхождение и особенности структуры и состава.
- •6.Физические свойства углей
- •7.Степень метаморфизма углей. Какими показателями она характеризуется?
- •8. Характеристика химической структуры топлив
- •9.Показатели, характеризующие спекаемость углей.
- •10.Основные марки каменных углей, их классификация по выходу летучих веществ и толщине пластического слоя
- •11.Молекулярная структура углей. Углеводородные фрагменты.
- •12.Соединения органической массы углей, содержащие азот и серу
- •13.Кислородосодержащис соединения углей
- •14. Функциональные группы углей
- •15. Надмолекулярная структура углей
- •16.Подвижная и неподвижная фаза молекулярной структуры углей
- •17.Термическая деструкция углей. Основные стадии
- •18.Процессы коксообразования и спекания
- •19. Изменение физических и химических свойств при переходе полукокса в кокс
- •20. Влияние исходного топлива на выход твердых, жидких и газообразных продуктов полукоксования.
- •21. Изменение состава газов термической деструкции угля с температурой.
- •22.Влияние скорости нагревания, дисперсности топлив и конечной температуры нагревания на выход продуктов термодеструкции
- •23.Основные процессы промышленной термической переработки твердых топлив (краткая характеристика)
- •24.Особенности термической деструкции топлив различной степени метаморфизма.
- •26. Устройство и принцип работы трехзонной печи полукоксования Лурги.
- •27.Энерготехнологическая переработка топлив. Схема энин
- •28.Высокотемпературное коксование. Характеристика процесса, основные продукты
- •29.Физические и химические свойства высотемпературного кокса
- •30. Составление угольной шихты
- •31. Коксовые батареи и оборудование коксовых производств.
- •32.Летучие продукты высокотемпературного коксования. Схема охлаждения и улавливания
- •33.Основные продукты коксового газа. Схема их улавливания
- •34.Состав каменноугольной смолы и смолы ее разделения. Основные фракции
- •35.Состав производства и использования каменноугольного пека.
- •36.Углеродные материалы. Классификация и использование в технике
- •37.Структура и свойство графита
- •38.Схема производства углеродных материалов углекерамическим способом
- •39.Сырье для производства углеродных материалов
- •40.Прокалка, обжиг и графитация в производстве углеродных материалов.
- •41.Газификация твердых горючих ископаемых. Основные процессы и продукты
- •42. Газификация твердых горючих ископаемых. Основные процессы и продукты.
- •43.Устройство газогенераторов.
- •44.Основные химические реакции при газификации топлив в газогенераторах.
16.Подвижная и неподвижная фаза молекулярной структуры углей
В настоящее время существует мнение, что уголь состоит из так называемой молекулярной (подвижной) и надмолекулярной (неподвижной) фазы, которая также называется матрицей угля. Эффективным методом изучения подвижной фазы является экстракция, хотя в мягких условиях экстрагируется далеко не вся подвижная фаза. Вещества, экстрагируемые растворителями, такими как пиридин, считаются связанными водородными связями в угольной матрице и в первую очередь сольватируются растворителями. Молекулярная структура органической массы углей устанавливается как по данным прямых спектроскопических и рентгеноструктурного методов анализа, так и косвенно, по составу продуктов превращения. Согласно этим данным, структура органической массы углей неоднородна и состоит, в основном, из макромолекул нерегулярного строения различной величины.
По современному представлению надмолекулярная структура - трехмерна - неподвижная фаза угля. Неподвижный каркас- ламели, в кот входят разл структуры, соед с разл связями и добавл нехимические связи. Все это скрепляется каркасом. Подвижная фаза- УВ материал меньшей степени полимеризации, кот может вымываться растворителями. Тенденция строения: более низкая стадия метаморфизма= более рыхлая структура: сод большое кол-во О2, меньшая степень ароматичности, расст между ламелями больше, боьше сод посторонних атомов. Идут реакции дегидрирования, дегидроциклизации, расщепления связи С=О, С-Н, СN. Идет приближение к кристаллической форме графита. От кристаллитов приходим к кристаллам. В антрацитах нечему экстрагироваться.
Существует большое количество более низкомолекулярных веществ, заполняющих промежутки каркаса угля - битумы углей, подвижная фаза угля. Ее можно растворить и вывести.
Угли с содержанием С меньше 80 -85 %, то они в большей степени характеризуются аморфным строением (коллоидный характер), они набухают, как и все коллоиды и полимеры.
Эти угли экстрагируются с большим выходом битумов; они имеют полимерный некристаллический характер.
Неподвижная и подвижная фаза построены из различных по степени ароматизированности и числу гетероатомов фрагментов, фрагменты соединены в трех измерениях мостиками (олифаническнми цепями, эфирными цепями); -SH, -NH связи.
17.Термическая деструкция углей. Основные стадии
Термодеструкция – совокупность химич. и физич. процессов, происходящих в температурном поле. Основная цель – получить облагороженные продукты, которые после термообработки могут быть твердыми (кокс, полукокс, термоантрацит), жидкими (смолы), газообразными (горючие газы). Термическая деструкция включает две основные группы химических реакций: термическое разложение веществ топлив с образованием продуктов меньшей молекулярной массой и термосинтез - реакции, протекающие между исходными веществами, а также продуктами их термического разложения – уплотнения, конденсации.
Общая схема процесса может быть изображена следующим образом: ТГИ + Q —>■ тв. Остаток + жидк. продукты + газы ± Q.
1) При нагревании ТГИ до 200 - 250 °С наблюдается выделение воды, С02, СО, СН4 (очень мало). Происходят также физические процессы – удаление физически связанной воды, окклюдированных газов. Эндотермический процесс. Выход летучих веществ в этой области температур невелик и для углей не превышает 2 - 3%.
2) При нагревании до 350-380 °С преобладает реакция термосинтеза. Происходит уплотнение структуры, рекомбинация свободных электронов, образуются двойные связи, свободные радикалы. Процесс экзотермичен. На этой стадии резко сокращается число парамагнитных центров, повышается степень упорядоченности структуры, в том числе повышается истинная плотность.
3) 350 - 380 °С до 500 - 550 °С начинается образование нелетучих жидкофазных продуктов, наблюдается переход углей в пластическое состояние - гетерофазную систему, состоящую из твердых частиц и нелетучих жидкофазных составляющих, которые образуют в совокупности пластическую массу.
Химизм термораспада: 2 механизма: 1. С разрывом осн цепи на более мелкие осколки вплоть до исх мономеров (полистирол- стирол). 2. С отщеплением отд групп атомов по слабым связям(дегидротация, дегидриров, дегидрокарбоксилирование), и обр тв. устойчивый остаток(целлюлоза). Механизм распада углей зависит от степени углефикации (метаморфизма).
К 400°C отмечается увеличение числа непредельных связей. Это возможно в результате распада основной цепи, миграции атома водорода от одного радикала к другому. Часть непредельных связей образуется вследствие реакций дегидратации.
4) 500(550) - 600 °С –образование полукокса – реакции поликонденсации, циклизации.
5) 600 – 900 (1000) °С – стадия перехода полукокса в кокс – реакции ароматизации и полициклизации с отщеплением газообразных продуктов, преимущественно водорода. Особенности: увеличивается количество углерода; при температуре около 700°C происходит разрыв гетероциклических соединений – при этом изменяется состав газов; увеличивается число и размеры кристаллов и увеличивается истинная плотность в результате усадки вещества; к 900°C завершается переход полукокса в кокс.
Высокотемпературный кокс – высококарбонизированный. может быть либо в виде монолита (когда проходил пластическое состояние), либо в виде порошка. Когда термодеструкцию проходят высококарбонизированные угли (антрациты). то в результате реакции получается не кокс, а термоантрацит.