Дифференциация углей по термодинамическим показателям Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

--------------------------------------------------- © Р.М. Бычев, 2010

УДК 622:.001.33

Р.М. Бычев

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ УГЛЕЙ ПО ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

Проведен анализ наиболее эффективного термодинамического параметра, дифференцирующим марки, углей, - стандартной теплоты сгорания углей (теплота образования продуктов).

Ключевые слова: марка углей, термодинамические показатели, теплота сгорания.

Неделя горняка

ІГЛак известно, наряду с пара-

-»\ метрами ГОСТа (отражательная способность витринита, сумма от-тощающих компонентов, выход летучих веществ, толщина пластического слоя) при анализе свойств углей применяются и другие важные показатели: содержание углерода, соотношение водорода и углерода, а также такие термодинамические характеристики, как теплота образования угля, теплота метаморфизма, теплота сгорания и др.

Поэтому значительный интерес представляет, например, вопрос дифференциации марок углей по значениям термодинамических показателей. В качестве термодинамических были использованы следующие показатели углей: высшая теплота сгорания Qsdaf, низшая теплота сгорания Qldaf, стандартная теплота образования QFС, стандартная энтальпия процесса угле-фикации (теплота, затраченная на процесс углефикации) ЛН0С, стандартная теплота сгорания (теплота образования продуктов) Qfp и отношение ДН°С/К100 ^100 - число молей всех элементов в 100 г угля).

Для расчета теплоты образования углей применялось следующее уравнение [1]

QFc = ад - Qldaf . (1)

где у1 - число молей (стехиометрические коэффициенты) оксидов, образующихся при полном сгорании 1 кг угля угля: 5С/6; 5Н; 5S/16; 5^14 -число молей, соответственно, содержания С, Н, S, N в 1 кг угля на daf; Q1 -стандартные теплоты образования высших оксидов из углерода, водорода, азота и серы, равные, соответственно, -393,51; -285,83; -296,9; -42,7 кДж/моль; Q1daf - низшая теплота сгорания на сухое беззольное состояние топлива, кДж/моль.

Для определения стандартной энтальпии процесса углефикации использовалось уравнение:

АН0с = QFc - 6600; (2)

где QFС - теплота образования углей, кДж/кг; 6600 кДж/кг - теплота образования древесины, кДж/кг.

Результаты исследования зависимостей, рассчитанных по уравнениям (1) и (2) термодинамических показателей от содержания углерода, выхода летучих веществ, отражательной способности витринита для значительного

Дифференцируемость марок углей ряда метаморфизма по термодинамическим показателям

№ Марка Qsdaf кДж/кг Qidaf кДж/кг ^С> кДж/кг АН°с, кДж/кг Фр кДж/кг ЛН°с/^оо кДж/кг

1 Б

+ + + + +

2 Д

+ + + + +

3 ДГ

+ + + + + +

4 Г

+ + + + +

5 ГЖО

+ + + +

6 ГЖ

+ + +

7 Ж

+ + +

8 КЖ

+ + + +

9 К

+ +

10 КО

11 КСН

12 КС

13 ОС

+

14 ТС

+ + + +

15 Т

+ + + + + +

16 А

количества углей различных угольных бассейнов были приведены в [2-4],

Основой приведенного ниже анализа являются средние значения термодинамических параметров, рассчитанных для каждой марки углей по данным [5-7], - в общей сложности это 514 проб углей Кузнецкого, Тунгусского, Печорского бассейнов и о. Сахалин. За основу для группировки данных по маркам были взяты показатели ГОСТ 25543-88.

Далее для каждого термодинамического показателя был построен гра-

фик (рис. 1 а, б) изменчивости в ряду метаморфизма, т.е. в порядке расположения марок углей, приве-денных под соответствующими номерами в таблице, причем нумерация на графике соответствует нумерации в таблице. Из анализа были исключены угли марки СС, которые по различным характеристикам (показатель отражения витринита, выход летучих веществ, содержание углерода и др.) находятся между марками КЖ и КСН, а не после марки ТС, как это следует из ГОСТ 25543-88.

37000

35000

31000

29000

• 8 • 7 • 6 • 13 ' 1^12* 415

• • 3 | 5 • 16

• 2

• 1

0 5 10 15 20

Порядковый номер марки в таблице

37000

36000

35000

^ 34000

а

33000

32000

31000

• 8 • 7*8

• 4 • 3 • 6 | 5 • 1 1 415

• 16

• 2

• 1

0 5 10 15 20

Порядковый номер марки в таблице

а

б

Изменение в ряду метаморфизма высшей (а) ной (б) теплоты сгорания углей

Как видно из графика (рис. 1, а), например, величина высшей теплоты сгорания Qsdaf изменяется закономерно по восходящему тренду только для

первых восьми марок, приведенных в таблице, т.е. от бурых углей (Б) до коксовых жирных (КЖ) включительно. Поэтому в таблице между каждыми двумя марками из числа первых восьми стоит знак "+", означающий наличие дифференциации. Далее закономерная последовательность нарушается и следующие в ряду метаморфизма марки углей по этому показателю не подразделяются.

Следовательно, такой параметр, как высшая теплота сгорания углей можно использовать в качестве классификационного на отрезке метаморфизма от бурых углей до коксовых жирных включительно.

Стандартная теплота сгорания (теплота образования продуктов) Qfp изменяется закономерно по восходящему тренду для первых трех марок, т.е. от бурых углей (Б) до газовых включительно, газовые и газовые жирные отощенные по этому

показателю не подразделяются. Далее достаточно четко дифференцируются марки по восходящему

и стандарт- тренду ГЖ0, ГЖ Ж а п° нисходящему КЖ, К, КО. Далее дифференциация наступает на отрезке метаморфизма, где расположены марки ОС, ТС, Т, А.

Аналогичным образом была проанализирована изменчивость в

ряду метаморфизма всех, приведенных в таблице термодинамических характеристик.

В результате установлено, что для 15 пограничных условий (16 марок углей) в порядке эффективности термодинамические показатели располагаются следующим образом: АИ°С, - 6 случаев дифференциации, отношение

1. Бычев Р.М., Петрова Г.И., Бычев М.И. Термодинамические условия процесса углефи-кации //ФТПРПИ. - 2°°4. - № 2. - С. 105-111.

2. Бычев М.И., Петрова Г.И., Бычев Р.М. Некоторые особенности изменения петрографического состава и спекаемости углей при метаморфизме // Кокс и химия.- 2°°5.- №1°. С.6-8.

3. Бычев Р.М., Петрова Г.И., Бычев М.И.

Термодинамические характеристики углей о. Сахалин // Г орный информационно-

аналитический бюллетень. -2°°4. -№ 1°. -С.3°3-3°6.

4. Бычев Р.М., Петрова Г.И., Бычев М.И. Зависимость показателей степени метаморфизма от теплоты образования углей Кузнецкого и Тунгусского бассейна. // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: СИБРЕ-

ДН0стш - 7, Qsdaf, Qidaf и

Орс - 8 0ф - 11

Таким образом, наиболее эффективным термодинамическим параметром, дифференцирующим марки, углей является стандартная теплота сгорания углей (теплота образования продуктов).

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СУРС, X Международной научн.-практич. конф., - Кемерово, 23-24 ноября 2004 г. - С.77-79.

5. Козко А.И., Коновалова Л.Н., Вадюхина

B.И. и др. Оценка каменных углей Кузнецкого и Печорского бассейнов и о-ва Сахалин методами международной системы классификации каменных углей по типам // Химия и классификация ископаемых углей: Сб. статей. - М.: Изд-во "Наука", 1966. С. 5-31.

6. Угольная база России. Том II. Угольные бассейны и месторождения Западной Сибири. - М.: ООО «Геоинформцентр», 2003. -604 с.

7. Угольная база России. Том IV. Угольные бассейны и месторождения Восточной Сибири. - М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2001. - 493

C. НШг1

— Коротко об авторе ------------------------------------------------------------

Бычев Р.М. - старший научный сотрудник, кандидат технических наук, Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН г. Якутск, igds@mail.ru