Піро́ліз тверди́х горю́чих копа́лин (рос. пиролиз твердых горючих ископаемых, англ. pyrolysis of hard combustible minerals, нім. Pyrolyse der harten fossilen Brennstoffe) — розкладання твердих горючих копалин (вугілля, торфу, сланцю) при нагріванні без доступу повітря.
Загальна характеристика
Унаслідок протікаючих при цьому термохімічних перетворень утворюються газо- і пароподібні, а також тверді продукти. У залежності від кінцевої т-ри нагрівання ТГК, в промисловості розрізняють чотири головних процеси піролізу: напівкоксування до 500—550 °C; середньотемпературне коксування, кінцева температура 700—750 °C; високотемпературне коксування до 900—1100°С і графітизація 1300—3000 °C. Поведінка кам'яного і бурого вугілля при нагріванні принципово різна.
Стадії термічного розкладання вугілля
- а) сушка протікає при кімнатній температурі, інтенсифікується по мірі підвищення температури нагрівання і практично закінчується при 105—110 °C;
- б)110—200 °C — виділення гігроскопічної і колоїдно-пов'язаної вологи, а також оклюдованих газів, початок термічної деструкції торфу і бурого вугілля;
- в)200—(300—350) °C — термічна підготовка. Утворюються газоподібні продукти термічної деструкції (СО2, СО, N2), відбувається відщеплення термічно нестійких кисневмісних груп;
- г)300—500 °C — напівкоксування. Посилення термічної деструкції органічної маси вугілля з інтенсивним виділенням газів і парів, а також зі спікливого вугілля рідкої фази (продукти — напівкокс, первинний газ, смола);
- д) 550—800 °C — середньотемпературне коксування. Посилення процесів деструкції з одночасною інтенсифікацією процесів синтезу (продукти — кокс, газ, смола);
- е) 900—1100 °C — високотемпературне коксування з переважанням процесів синтезу (продукти — кокс, газ, смола);
- з) 1300—3000 °C — графітизація (термографіт, газ).
Піроліз бурого вугілля
Буре вугілля при нагріванні не розм'якшується, при цьому відбувається виділення летких речовин, які частково розкладаються. У залишку утворюється монолітний напівкокс, що зазнав сильної усадки. При напівкоксуванні бурого вугілля розрізнюють три температурні зони:
- зона попереднього нагрівання до 100 °C;
- зона сушки 100—125 °C;
- зона напівкоксування 225—500 °C.
Під час попереднього нагрівання вугілля розширяється, причому дуже швидке нагрівання може привести до розпушення шматків або навіть до руйнування структури напівкоксу. У процесі сушки виділяється вода при одночасній усадці вугілля. Вище за 225 °C відганяються продукти напівкоксування (смола, масло, вода і газ) і відбувається подальша усадка. Вище за 500 °C закінчується утворення напівкоксу.
Піроліз кам'яного вугілля
Кам'яне вугілля середнього ступеня вуглефікації має зону розм'якшення при 350—450 °C. При нагріванні вугілля виділяють три температурних зони:
- зона від початку нагрівання до початку розм'якшення вугілля при 350 °C;
- пластична зона від 350 до 450 °C;
- зона утворення коксу — вище 450 °C.
Механізм процесу
При переході вугілля в пластичний стан посилюється орієнтація ароматичних шарів. Внаслідок відщеплення бічних ланцюгів в ароматичних сполуках відбувається упорядкування паралельних площинних шарів з вирівнюванням відстаней між ними. Цей процес, званий передграфітизацією, протікає неповно внаслідок повторного зміцнення вугільної речовини і обмеження можливості інтенсивного руху молекул. Чим ширша область розм'якшення вугілля, тим інтенсивніше протікає передграфітизація. Передграфітизація жирного вугілля, що має найбільший розм'якшення, протікає інтенсивніше, ніж у кам'яного вугілля з нижчим і високим виходом летких речовин. Нижчий ступінь передграфітизації обумовлює знижену міцність коксу. Внаслідок пластичності вугільної речовини в залежності від умов коксування утворюється пористий, склоподібний, пінистий або спечений кокс. Пари і гази термічної деструкції вугілля сприяють протіканню процесів спікання, активізуючи міграцію рідких нелетких продуктів всередині вугільної маси, що нагрівається, і утворення просторово-безперервної пластичної системи. Основну роль в процесах спікання відіграють рідкі нелеткі продукти, що не видаляються з пластичної системи у вигляді пари і газів. Процес спікання вугілля закінчується при 500—550 °C утворенням суцільного тіла напівкоксу. При подальшому нагріві до 1000 °C протікають в основному поліконденсаційні процеси з відщепленням низькомолекулярних продуктів Н2, H2O, СН4, СО і упорядкування структури твердого залишку, що приводить до утворення високотемпературного коксу. Велике значення для коксоутворення має втрата шихтою маси, що продовжується при перетворенні напівкоксу в кокс за рахунок газоутворення — до 25—30% маси напівкоксу (майже 50% об'єму загального виходу летючих речовин з початкового вугілля).
Виділяють такі стадії термічного розкладання ТНК:
- сушка протікає при кімнатній т-рі, інтенсифікується по мірі підвищення т-ри нагрівання і практично закінчується при 105—110 °C;
- 110—200 °C — виділення гігроскопічної і колоїдно-зв'язаної вологи, а також оклюдованих газів, початок термічної деструкції торфу і бурого вугілля;
- 200—(300—350) °C — термічна підготовка. Утворюються газоподібні продукти термічної деструкції (СО2, СО, N2), відбувається відщеплення термічно нестійких кисеньвмістких груп;
- 300—500 °C — напівкоксування. Посилення термічної деструкції органічної маси вугілля з інтенсивним виділенням газів і парів, а також зі спікливого вугілля рідкої фази (продукти — напівкокс, первинний газ, смола);
- 550–800 °C — середньотемпературне коксування. Посилення процесів деструкції з одночасною інтенсифікацією процесів синтезу (продукти — кокс, газ, смола);
- 900–1100 °C — високотемпературне коксування з переважанням процесів синтезу (продукти — кокс, газ, смола).
Див. також
Джерела
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — .
- В. І. Саранчук, М. О. Ільяшов, В. В. Ошовський, В. С. Білецький. Хімія і фізика горючих копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2008. — с. 600.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Piro liz tverdi h goryu chih kopa lin ros piroliz tverdyh goryuchih iskopaemyh angl pyrolysis of hard combustible minerals nim Pyrolyse der harten fossilen Brennstoffe rozkladannya tverdih goryuchih kopalin vugillya torfu slancyu pri nagrivanni bez dostupu povitrya Zagalna shema procesu pirolizuZagalna harakteristikaUnaslidok protikayuchih pri comu termohimichnih peretvoren utvoryuyutsya gazo i paropodibni a takozh tverdi produkti U zalezhnosti vid kincevoyi t ri nagrivannya TGK v promislovosti rozriznyayut chotiri golovnih procesi pirolizu napivkoksuvannya do 500 550 C serednotemperaturne koksuvannya kinceva temperatura 700 750 C visokotemperaturne koksuvannya do 900 1100 S i grafitizaciya 1300 3000 C Povedinka kam yanogo i burogo vugillya pri nagrivanni principovo rizna Stadiyi termichnogo rozkladannya vugillyaa sushka protikaye pri kimnatnij temperaturi intensifikuyetsya po miri pidvishennya temperaturi nagrivannya i praktichno zakinchuyetsya pri 105 110 C b 110 200 C vidilennya gigroskopichnoyi i koloyidno pov yazanoyi vologi a takozh oklyudovanih gaziv pochatok termichnoyi destrukciyi torfu i burogo vugillya v 200 300 350 C termichna pidgotovka Utvoryuyutsya gazopodibni produkti termichnoyi destrukciyi SO2 SO N2 vidbuvayetsya vidsheplennya termichno nestijkih kisnevmisnih grup g 300 500 C napivkoksuvannya Posilennya termichnoyi destrukciyi organichnoyi masi vugillya z intensivnim vidilennyam gaziv i pariv a takozh zi spiklivogo vugillya ridkoyi fazi produkti napivkoks pervinnij gaz smola d 550 800 C serednotemperaturne koksuvannya Posilennya procesiv destrukciyi z odnochasnoyu intensifikaciyeyu procesiv sintezu produkti koks gaz smola e 900 1100 C visokotemperaturne koksuvannya z perevazhannyam procesiv sintezu produkti koks gaz smola z 1300 3000 C grafitizaciya termografit gaz Piroliz burogo vugillyaBure vugillya pri nagrivanni ne rozm yakshuyetsya pri comu vidbuvayetsya vidilennya letkih rechovin yaki chastkovo rozkladayutsya U zalishku utvoryuyetsya monolitnij napivkoks sho zaznav silnoyi usadki Pri napivkoksuvanni burogo vugillya rozriznyuyut tri temperaturni zoni zona poperednogo nagrivannya do 100 C zona sushki 100 125 C zona napivkoksuvannya 225 500 C Pid chas poperednogo nagrivannya vugillya rozshiryayetsya prichomu duzhe shvidke nagrivannya mozhe privesti do rozpushennya shmatkiv abo navit do rujnuvannya strukturi napivkoksu U procesi sushki vidilyayetsya voda pri odnochasnij usadci vugillya Vishe za 225 C vidganyayutsya produkti napivkoksuvannya smola maslo voda i gaz i vidbuvayetsya podalsha usadka Vishe za 500 C zakinchuyetsya utvorennya napivkoksu Piroliz kam yanogo vugillyaKam yane vugillya serednogo stupenya vuglefikaciyi maye zonu rozm yakshennya pri 350 450 C Pri nagrivanni vugillya vidilyayut tri temperaturnih zoni zona vid pochatku nagrivannya do pochatku rozm yakshennya vugillya pri 350 C plastichna zona vid 350 do 450 C zona utvorennya koksu vishe 450 C Mehanizm procesuPri perehodi vugillya v plastichnij stan posilyuyetsya oriyentaciya aromatichnih shariv Vnaslidok vidsheplennya bichnih lancyugiv v aromatichnih spolukah vidbuvayetsya uporyadkuvannya paralelnih ploshinnih shariv z virivnyuvannyam vidstanej mizh nimi Cej proces zvanij peredgrafitizaciyeyu protikaye nepovno vnaslidok povtornogo zmicnennya vugilnoyi rechovini i obmezhennya mozhlivosti intensivnogo ruhu molekul Chim shirsha oblast rozm yakshennya vugillya tim intensivnishe protikaye peredgrafitizaciya Peredgrafitizaciya zhirnogo vugillya sho maye najbilshij rozm yakshennya protikaye intensivnishe nizh u kam yanogo vugillya z nizhchim i visokim vihodom letkih rechovin Nizhchij stupin peredgrafitizaciyi obumovlyuye znizhenu micnist koksu Vnaslidok plastichnosti vugilnoyi rechovini v zalezhnosti vid umov koksuvannya utvoryuyetsya poristij sklopodibnij pinistij abo spechenij koks Pari i gazi termichnoyi destrukciyi vugillya spriyayut protikannyu procesiv spikannya aktivizuyuchi migraciyu ridkih neletkih produktiv vseredini vugilnoyi masi sho nagrivayetsya i utvorennya prostorovo bezperervnoyi plastichnoyi sistemi Osnovnu rol v procesah spikannya vidigrayut ridki neletki produkti sho ne vidalyayutsya z plastichnoyi sistemi u viglyadi pari i gaziv Proces spikannya vugillya zakinchuyetsya pri 500 550 C utvorennyam sucilnogo tila napivkoksu Pri podalshomu nagrivi do 1000 C protikayut v osnovnomu polikondensacijni procesi z vidsheplennyam nizkomolekulyarnih produktiv N2 H2O SN4 SO i uporyadkuvannya strukturi tverdogo zalishku sho privodit do utvorennya visokotemperaturnogo koksu Velike znachennya dlya koksoutvorennya maye vtrata shihtoyu masi sho prodovzhuyetsya pri peretvorenni napivkoksu v koks za rahunok gazoutvorennya do 25 30 masi napivkoksu majzhe 50 ob yemu zagalnogo vihodu letyuchih rechovin z pochatkovogo vugillya Vidilyayut taki stadiyi termichnogo rozkladannya TNK sushka protikaye pri kimnatnij t ri intensifikuyetsya po miri pidvishennya t ri nagrivannya i praktichno zakinchuyetsya pri 105 110 C 110 200 C vidilennya gigroskopichnoyi i koloyidno zv yazanoyi vologi a takozh oklyudovanih gaziv pochatok termichnoyi destrukciyi torfu i burogo vugillya 200 300 350 C termichna pidgotovka Utvoryuyutsya gazopodibni produkti termichnoyi destrukciyi SO2 SO N2 vidbuvayetsya vidsheplennya termichno nestijkih kisenvmistkih grup 300 500 C napivkoksuvannya Posilennya termichnoyi destrukciyi organichnoyi masi vugillya z intensivnim vidilennyam gaziv i pariv a takozh zi spiklivogo vugillya ridkoyi fazi produkti napivkoks pervinnij gaz smola 550 800 C serednotemperaturne koksuvannya Posilennya procesiv destrukciyi z odnochasnoyu intensifikaciyeyu procesiv sintezu produkti koks gaz smola 900 1100 C visokotemperaturne koksuvannya z perevazhannyam procesiv sintezu produkti koks gaz smola Div takozhPiroliz Gidropiroliz NaftoproduktiDzherelaMala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Donbas 2007 T 2 L R 670 s ISBN 57740 0828 2 V I Saranchuk M O Ilyashov V V Oshovskij V S Bileckij Himiya i fizika goryuchih kopalin Doneck Shidnij vidavnichij dim 2008 s 600 ISBN 978 966 317 024 4