ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Коксование каменного угля из "Практикум по общей химической технологии" Твердое топливо имеет исключительное значение для народного хозяйства страны. Это не только источник энергии, но и ценнейшее сырье для химической промышленности. Химическая переработка угля, сланца, торфа (пиролиз, газификация, гидрирование и др.) является наилучшим способом его использования. Наиболее широко распространен процесс пиролиза (сухая перегонка), происходящий при нагревании твердого топлива до высокой температуры без доступа воздуха. [c.102] Пиролиз органической массы угля представляет собой сложный гетерогенный высокотемпературный процесс, в котором сочетаются одновременно реакции разложения, в результате которых образуются менее сложные вещества, и реакции уплотнения, т. е. полимеризация и поликонденсация продуктов расщепления. Роль и характер отдельных параллельных и последовательных реакций с разными энергиями активации в процессе пиролиза различных видов твердого топлива неодинаковы, но, как правило, суммарный эффект процесса — эндотермический следовэтельно, для всех видов пиролиза требуется подвод тепла. Пиролиз осуществляется в печах камерного типа, простых по устройству и обеспечивающих необходимые высокие температуры. [c.102] Эндотермические и экзотермические эффекты, а также некоторые автокаталитические процессы существенным образом влияют на скорость 4)азложения угля и последующее образование твердого остатка (полукокса или кокса). В результате нагревания угапь-ной шихты повышается энергия колебательных движений молекул, ослабляются физические связи между макромолекулами, разрываются некоторые химические связи , постепенно отщепляя группировки атомов, являющихся прн данной температуре энергетически неустойчивыми. Реакционноспособные радикалы взаимодействуют между собой с образованием новых соединений, обладающих разными свойствами в зависимости от особенностей состава и строения исходного сырья и условий проведения процесса. Таким образом, при расщеплении макромолекул твердого топлива образуется обогащенная углеродом твердая фаза (кокс, полукокс) и паро-газовые смеси, содержащие газы и пары углеводородов. [c.102] Из процессов пиролиза наиболее широкое распространение получило коксование, которое заключается в постепенном нагревании специальной угольной шихты без доступа воздуха до 900—1000° С. Повышение температуры вызывает смену одних химических, физико-химических и физических процессов другими. Так, при нагревании до 200—250° С испаряется влага, содержащаяся в угле, и образуются кислородсодержащие газы (СОа, СО) в результате разложения боковых групп макромолекул . Около 300° С начинается выделение газов, паров смолы и воды (продукты разложения топлива). Около 350° С на зернах угля появляется пленка жидких продуктов разложения. При этом кристаллическая решетка веществ, входящих в состав угля, начинает раскачиваться, что приводит к резкому повышению диффузии твердых веществ. При дальнейшем повышении температуры выше 350° С уголь переходит в жидкое пластическое состояние и вязкость массы постепенно уменьшается. Стедует иметь в виду, что в процессе нагревания угольная шихта не плавится, а в результате термического разложения дает новые соединения, которые и образуют жидкую пластическую фазу . [c.103] Влияние конечной температуры процесса на выход продуктов термического разложения и свойства продуктов термического разложения угля (усредненные данные) указаны в табл. 5. [c.104] Выход твердого остатка (полукокс или кокс) от исходной угольной шихты, /о Выход смолы (от исходной угольной шихты), О/о. [c.104] Выход газа (от исходной угольной шихты), /о. [c.104] Выход газа, нл т шихты,. . [c.104] Теплота сгорания газа, кдж м . [c.104] Снижение теплотворной способности коксовбго газа по сравнению с газом полукоксования объясняется повышением содержания в коксовом газе водорода (обычно 55—60% против 15—20% в газе полукоксования) и уменьшением содержания углеводородов. На процесс коксования и выход продуктов влияют состав исходной шихты, степень измельчения угля, плотность загрузки, скорость коксования и некоторые другие факторы. [c.104] В том случае, если необходимо получить большее количество смолы и газа, составляют смеси из углей с высоким выходом летучих (например, газовые угли). [c.104] Кокс — механически прочный, пористый (45—55%) материал, обладающий горючестью, большой химической активностью. Куски кокса более 25 мм (металлургический кокс) используются в доменном процессе. Прямой или сырой газ состоит из различных газов, паров летучих жидкостей и водяных паров. Очищенный коксовый газ, содержащий Из 54—60%, СН4 20—25%, СО 5—7%, 2—3% более тяжелых углеводородов, чем метан и т. п., используется для различных химических синтезов (синтез аммиака, метилового спирта и др.), интенсификации металлургических процессов и как топливо. [c.105] Смола — вязкий продукт черно-бурого цвета, содержащий более 300 различных химических соединений и в их числе бензол, толуол, ксилол, фенол, крезол, нафталин, антрацен, фенантрен, пиридин, карбазол, кумарон и другие, многие из которых выделяются при дальнейшей переработке и широко используются в химической промышленности. [c.105] Сырой бензол — смесь, состоящая из сероуглерода, бензола, толуола, ксилолов, кумарона и некоторых других соединений. При разгонке этой смеси получаются индивидуальные ароматические углеводороды, а также смеси углеводородов. [c.105] Переработка продуктов коксования идет в несколько стадий из паро-газовой смеси конденсируется смола, надсмольная (аммиачная) вода, улавливаются аммиак, сырой бензол и сероводород. Далее подвергаются переработке смола и сырой бензол с получением индивидуальных химических соединений или их смесей. Для этого применяются многие типовые приемы и процессы химической технологии сорбция, десорбция, дистилляция, многократная ректификация и химическое взаимодействие с получением новых продуктов. Для интенсификации этих процессов и увеличения их скорости используется прежде всего изменение температуры. А так как большинство процессов идет в системе газ — жидкость, то для создания развитой поверхности соприкосновения реагирующих фаз применяют насадочные башни (при противотоке газа и жидкости), барботажные аппараты, а также разбрызгивание жидкости. Можно использовать в лабораторных условиях в качестве печи реторту, если ее обмотка позволяет получить температуру не ниже 900°. [c.105] Трубки 6, поглотителей 7—9, двух трубок с активированным углем 10—П и газометра 12. Можно между ловушкой 5 и хлоркальциевой трубкой б поставить еще одну изогнутую трубку, которая бы не пропускала остатки смолы из ловушки. [c.106] Хлоркальциевая трубка 6 с хорошо прокаленным хлористым кальцием (зерна 3—5 мм) используется для улавливания оставшихся следов влаги. [c.107] Поглотительная склянка 7 заполняется 10—20 см 1 н. раствора серной кислоты (с индикатором метиловым оранжевым) для поглощения аммиака склянка 8—30—40 сж 30%-ного раствора едкого натра для улавливания углекислого газа и сероводорода склянка 9—20—40 см раствора окиси ртути (41 г окиси ртути растворяют в 200 см 20%-ной серной кислоты) для улавливания непредельных углеводородов. [c.107] Две U-образные трубки 10 и 11, подобные хлоркальциевым, наполняют предварительно высушенным активированным углем для улавливания сырого бензола . Все поглотительные сосуды после заполнения поглотителями взвешиваются на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Газометр 12 заполняется насыщенным раствором Na l. [c.107] Г1осле сбора установки и проверки ее на герметичность трубку 2 с угольной шихтой вводят в трубчатую печь 1, предварительно нагретую до 100—110° С, вставляют термопару 3 (чтобы ее конец в трубке был бы примерно на середине печи) и сразу же открывают кран 13 на газометре 12 с тем, чтобы запорная жидкость вытекала из газометра. В ходе опыта давление в манометре 4 поддерживают в пределах 10—14 мм вод. ст., регулируя скорость вытекания раствора из газометра. Тем самым в газометре образуется разрежение, достаточное для того, чтобы преодолеть сопротивление всей поглотительной аппаратуры. Затем открывают кран 15 манометра 14, установленного на газометре. [c.107] Вернуться к основной статье