Смолы
Различие в составе смол полукоксования углей разных генетических типов
Принадлежность углей к разным генетическим типам по восстановленности при равной степени метаморфизма отражает условия их формирования на стадии диагенеза и влияет на технологические свойства, такие как:коксуемость, активность к окислению, гидрированию и др. Угли восстановленного типа - в, как правило, характеризуются повышенным содержанием серы и золы, в сравнении с изометаморфными углями слабовосстановленного типа -"а". Высокосернистые угли типа -"в", преобладают в Донецком бассейне. Однако широкое их использование в энергетике и коксовании сопряжено с целым рядом проблем технологического и экологического характера. Перспективным методом переработки таких углей является низкотемпературная деструкция, для усовершенствования которой предлагается использовать методы химической обработки."Одним из основных продуктов этой переработки является смола полукоксования. Исследование химического состава смолы и его изменения в зависимости от состава исходного угля имеет важное значение при выборе эффективной технологической схемы переработки топлив и для управления процессом с целью увеличения выхода более ценных продуктов. В настоящей работе представлены результаты исследования химического состава смолы полукоксования бурых (4, 4') и жирных каменных углей (5, 5' ) , характеристика которых представлена в табл.1 . Полукоксование образцов проводили в стандартной реторте Фишера до и после их химической обработки. Обработку исходных углей проводили 1%-ми растворами ДАК (динитрил азобисизомасляной кислоты C8H12N4 и поглотительного масла (ПМ-продукт дислляции каменноугольной смолы) в эфире непосредственно перед термообработкой с последующей сушкой в течение 24 часов при комнатной температуре. Химический анализ жидких продуктов полукоксования (подробнее см. п.3.1) заключался в определении их группового состава. Асфалътены выделяли как вещества, нерастворимые в петролейном эфире, но растворимые в бензоле. Растворимые в петролейном эфире масла (мальтены) обрабатывали 10% -ной H2SO4, 13%-ной NaHCO3 и 10%-ной NaOH для получения органических оснований, карбоновых кислот, фенолов и нейтральных масел Установлено, что исследованные сернистые угли дают более высокий выход смолы полукоксования, который дополнительно увеличивается при полукоксовании в присутствии химических добавок. При сопоставлении данных группового анализа смол явно выявляется зависимость их состава от генетического типа каменных (табл.2) углей. Выход свободного углерода и мальтенов, растворимых в петролейном эфире, ниже для сернистых каменных и бурых углей (4', 5' ) по сравнению с малосернистыми (4, 5), а выход асфальтенов, образующихся из "нерастворимой" матрицы макромолекул угля, для них соответственно выше. Следовательно, их структурная ячейка слишком велика, чтобы раствориться в указанном растворителе.
Таблица 1 - Характеристика исходных углей, мас.%
| № | Месторождение, шахта,пласт | Тип | W | Ad | Vdaf | Hdaf | Sdt |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4 | Ирша-Бородинское | a | 10.9 | 8.6 | 46.8 | 4.9 | 0.43 |
| 5 | Засядько, l4 | a | 1.4 | 2.6 | 31.6 | 5.1 | 1.09 |
| 4' | Александрийское | в | 7.2 | 11.7 | 55.8 | 6.0 | 4.22 |
| 5' | Засядько, k8 | в | 0.8 | 2.7 | 31.7 | 5.23 | 2.81 |
Четко видна разница в соотношении оснований и кислот для углей разных типов. При этом экстракты восстановленных каменных углей содержат больше оснований и фенолов, а экстракты слабо восстановленных углей - больше кислых соединений. В отличие от каменноугольных экстрактов, экстракты сернистых бурых углей характеризуются большим содержанием мальтенов и меньшим содержанием асфальтенов. Химическая обработка способствует увеличению выхода смолы в 1,5-2 раза, выхода асфальтенов - в 5 раз для каменных углей типа a, что согласуется с образованием более спекшегося полукокса. Аналогичное действие добавки оказывают при термодеструкции восстановленных углей, хотя в этом случае оно менее выражено. Полукоксование бурых углей в присутствии ДАК и ПМ приводит к противоположному результату - увеличению содержания мальтенов и уменьшению содержания асфальтенов в экстрактах.
Таблица 2 - Состав жидких продуктов полукоксования бурых и коксующихся углей, (вес. %)
| № | Месторождение, шахта,пласт | Тип | Выход смолы | Углерод свободный | Асфальтены | Фенлы |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 3 | Ирша-Бородинское | a | 8.6 | 20.58 | 55.89 | 9.69 |
| 6 | Засядько, l4 | a | 12.8 | 13.9 | 38.4 | 15.1 |
| 3' | Александрийское | в | 14.4 | 4.47 | 22.61 | 5.47 |
| 6' | Засядько, k8 | в | 16.3 | 12.8 | 69.46 | 17.0 |
Тaким образом, полученные данные показывают, что жидкие продукты полукоксования представляют собой сложную гетерогенную смесь различных соединений. Соотношение отдельных компонентов которой зависит как от стадии углефикации, так и от генетического типа по воссташвленности.