Работа 2. Коксование (пиролиз) каменного угля Общие сведения

Пиролизом углей называется процесс их переработки путем нагревания без доступа воздуха до температур 400-1200^оС. В этих условиях происходят реакции термического разложения органической массы угля с образованием менее сложных веществ и реакции поликонденсации с образованием высокомолекулярных органических соединений (например, смол), которые удаляются из зоны нагрева в газообразном состоянии. Завершается процесс пиролиза получением нелетучего остатка.

В зависимости от конечной температуры нагрева угля различают следующие процессы пиролиза (коксования) углей:

полукоксование каменных и бурых углей, а также горючих сланцев и торфа – температура 500-550^оС;

среднетемпературное коксование углей – температура 700-800^оС;

коксование углей – температура 900-1100^оС.

При нагревании углей без доступа воздуха сначала происходит удаление влаги и части газов, при 300-550^оС образуется пластическая масса, из которой после дальнейшего удаления газов и летучих веществ образуется первичный твердый остаток (полукокс). При 550-1000 (1200)^оС заканчивается выделение газов из нелетучего остатка и образуется кокс.

Масса выделившихся летучих веществ, масса и характер нелетучего остатка зависят от характера исходного материала, температуры и продолжительности проведения процесса пиролиза (коксования).

Цель работы и методика ее проведения

Цель работы – исследовать динамику выделения летучих веществ из каменного угля в процессе его нагрева без доступа воздуха до заданной температуры и выдержки при этой температуре; качественно проследить за изменением при этом характера нелетучего остатка.

Объектом исследования являются различные сорта каменных углей, бурый уголь, торф, горючие сланцы.

Работа проводится с использованием муфельной электрической печи. В рабочеее пространство печи в холодном состоянии помещается несколько тигельков с крышками, в которых содержатся навески исследуемых материалов массой по 5-20г. После этого муфель включается на нагрев до заданной температуры проведения процесса пиролиза каменного угля. По ходу нагрева, а затем в процессе выдержки навесок при рабочей температуре через определенное время от начала включения нагрева печи тигельки с материалом извлекаются из печи. Сначала в горячем состоянии, а затем после охлаждения тигля визуально оценивается характер нелетучего остатка. После охлаждения тигелек взвешивается, рассчитывается убыль массы материала и степень удаления летучих веществ в процентах от массы исходной навески.

Порядок проведения эксперимента

1. Взвесить несколько (5-6 и более) пустых тигельков с крышками из огнестойкого материала.

2. Загрузить в тигельки одинаковые навески исследуемых материалов массой по 5-20г, закрыть тигельки крышками и поместить их в рабочее пространство муфельной печи.

3. Включить электрическое питание муфельной печи и отметить время начала проведения процесса пиролиза (коксования) угля. Вести нагрев муфельной печи до заданной температуры, записывая значения температуры по ходу нагрева через определенные промежутки времени. По достижении заданной температуры нагрева рабочего пространства печи продолжать вести процесс пиролиза при этой температуре, поддерживая температуру путем изменения параметров электропитания муфельной печи.

4. По ходу нагрева и выдержки тигельков с навесками при рабочей температуре вынимать их из печи через определенные промежутки времени (задаются преподавателем), фиксируя время от начала опыта.

5. Сначала, не охлаждая тигля, открыть его крышку и визуально оценить состояние твердого остатка в тигле. Можно потрогать его поверхность железным прутком. Снова закрыть тигелек крышкой, охладить и взвесить.

6. Рассчитать убыль массы материала в тигле в граммах, а затем степень удаления летучих веществ от массы исходной навески материала в процентах.

7. Результаты наблюдений по ходу ведения эксперимента записывать в виде таблицы по форме:

Время от начала проведения процесса, мин	Температура, ^оС	Убыль массы навески, г	Степень удаления летучих, %	Характер нелетучего остатка
				при рабочей температуре	при комнатной температуре

8. Показать полученные результаты преподавателю и, если они будут одобрены, то привести в первоначальное состояние рабочее место, после чего лабораторная работа считается законченной.