Технология производства кокса - Иванов Е.Б
Скачать (прямая ссылка):
При 700—750° С происходит интенсивное упорядочение молекулярной структуры полукокса, связанное с образованием плоско-параллельных углеродных сеток. Упорядочение молекулярной структуры полукокса сопровождается увеличением электропроводности его вещества.
В процессе образования полукокса, а затем и кокса их структуры упрочняются за счет дальнейшего отрыва боковых групп элементарных структурных единиц угля, роста углеродных сеток и их взаимной ориентацией. Структура кокса приближается к структуре графита. Обобщая сказанное выше, можно заключить, что:
1) трещины возникают в слое образования полукокса, ограниченном температурами начала усадки и достижения первого максимума скорости ее;
2) причинами возникновения трещин являются напряжения, возникающие вследствие недопущенной усадки, ввиду различия скорости усадки при разных температурах;
3) трещины образуются при взаимодействии факторов, определяющих развитие напряжений (скорость усадки, релаксационное свойство структуры и др.) и противодействующих сопротивлений (прочность материала .и толщина слоя);
4) механизм образования всех продольных трещин от головочной до осевой части коксового пирога един.
Образование поперечных трещин и искривление головочной части отдельности (об- Рис" 29' Сх?ма' характеризующая стадии
4 перехода углей в кокс:
разование структуры «цвет- , _ влажный уголь (20<> С); -г - сухой уголь
КОЙ КапуСТЫ») ПРОИСХОДИТ <200°С); 3 — размягченный уголь О 400° С); 4 — „ затвердевание пластической массы (500° С); 5 —
Также ИЗ-За раЗЛИЧИИ B усад- полукокс (600° С); в - кокс (900° С).
ках смежных слоев кокса, но тепловой поток при этом поступает к боковым поверхностям куска через расширяющиеся трещины. Послойное образование кокса определяет и слоистость его структуры, иногда отчетливо наблюдаемую в головочной части кусков. Схема, характеризующая различные стадии состояния угольной засыпи в процессе коксования, с указанием примерных температурных границ приведена на рис. 29, где I, II, III, IV —состояния загрузки в разное время периода коксования.
§ 4. ТЕРМОДИНАМИКА И КИНЕТИКА ПРОЦЕССА {
Во время нагрева угля при коксовании протекает множество различных реакций. Процесс превращения угля в кокс различен для разных углей, разных условий нагрева и разных этапов превращения. В связи с этим термодинамику и кинетику процесса коксообразования можно описать лишь в самых общих чертах, с конкретизацией для углей определенных свойств, коксуемых в некоторых известных термических условиях.
Реакции разложения и синтеза при коксовании, часть которых идет с выделением тепла, а часть с поглощением, протекают в разных соотношениях на разных этапах. Поэтому термодинамическая картина процесса очень сложна.
Тепловой эффект процесса коксования в каждом температурном интервале является алгебраической суммой тепловых эффектов всех реакций, протекающих в данном интервале. Общий тепловой эффект реакций коксования от начала нагрева угля и до окончательного образования высокотемпературного кокса близок к нулю. Однако в процессе нагрева угля наибольшее выделение тепла, т. е. преобладание экзотермических реакций, наблюдается в период активного разложения вещества углей, т. е. при температурах от 350—450° С до 600—700° С (по данным некоторых исследователей даже до 800° С). С дальнейшим повышением температуры формируется структура высокотемпературного кокса. Реакция идет с затратой тепла, начинают преобладать эндотермические реакции. Общий эффект процесса передвигается в сторону поглощения тепла. Количество выделенного или поглощенного в ходе реакций тепла и температурные интервалы тепловых эффектов процесса зависят от свойств самого угля или смеси углей (прежде всего, свойств их органической массы, петрографического состава и степени метаморфизма), а также от условий перехода угля в кокс. Термодинамические характеристики процесса коксования для отдельных углей и их групп изучены хорошо.
Кинетику процесса коксования обычно изучают по изменению массы твердого остатка в процессе нагрева коксуемого вещества. Кинетика процесса различна для углей, отличающихся по своим свойствам, и изменяется в зависимости от условий нагрева.
Применяемый для исследований кинетики термического разложения высокомолекулярных веществ, в том числе и каменных углей, метод термогравиметрического анализа с помощью самозаписывающих
ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕЙ В КОКС
автоматических термовесов АТВ-2 позволяет получить непосредственно термогравиметрическую кривую процесса как при постоянной температуре, так и при постоянной скорости нагрева.
Исследованиями, проведенными в УХИНе, показано, что г ро-цесс коксования не описывается уравнениями реакций первого и второго порядка, что объясняется сложностью процесса, состоящего из ряда параллельных и последовательных реакций. В разных
Таблица 38. Изменение массы углей при нагреве
Конечная температура нагрева угля, "С
Время выдержки при этой температуре, мин.
Количество образовавшегося твердого остатка, %, для углей различных марок
