CC BY
16
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 150
¡1968 г.
ОБ ИССЛЕДОВАНИИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОКИСЛЕНИЯ БУРОГО УГЛЯ
К. Г. КУЗНЕЦОВ
(Представлена заслуженным деятелем науки и техники профессором доктором И. Н. Бутаковым)
При изучении процесса низкотемпературного окисления углей ранее было установлено, что скорость присоединения кислорода монотонно снижается [1, 2], а скорость выделения газообразных продуктов окисления растет по мере увеличения, концентрации кислородсодержащих атомных групп [3, 4]. В результате устанавливается равновесие. При этом предполагалось, что на освобождаемой после удаления продуктов распада поверхности происходит вторичное образование кислородсодержащих групп, по термической устойчивости идентичных с ранее распав-шими (первичными). Для описания кинетики процесса окисления были предложены математические выражения [3, 4], основу которых составляет известное уравнение. Ленгмюра Однако большинство исследований проводилось с углями, содержащими до опыта малое количество кислорода (электродный уголь, кокс и др.). •
Бурые угли всегда в значительной мере окислены и содержат 20— 25% кислорода до укладки их в штабель. Очевидно, что «исходные» активные кислородсодержащие атомные группы должны оказывать влияние на процесс В настоящей работе рассматривается вопрос кинетики окисления бурого угля. Исследования проводились с углем Назаровско-го месторождения, технический и элементарный анализы которого представлены в табл. 1. Опыты проводились в установке, схема которой приведена на рис. 1. Воздух, очищенный от влаги и углекислоты пропусканием его через ¿/-образные трубки с аскаритом и змеевик с концентрированной кислотой, поступал в подогреватель, где подогревался до требуемой температуры, и затем подавался в сосуд с углем.
Таблица 1
' Наименование Qa6< taca л\кг 1Va, % А* % Са, % На, % Oa+Na, % Заоб> %
Исходный уголь 5053 15,47 7,32 55,07 3,79 18,02 0,94
Уголь, измельченный до 0,25—1 лш, предварительно доводился до постоянного веса в токе сухого азота при температуре 105°, затем тер-мостатировался при этой же температуре. Вес навески составлял 50— 60 г. Газообразные продукты окисления проходили через змеевик с сер-
Ш
ной кислотой и ¿/-образные трубки с аскаритом, пю изменению веса последних определялось количество воды и углекислоты, выделяющихся во время опыта. Количество присоединенного кислорода определялось
Рис. 1. Установка для окисления угля: 1—термостат; 2 — нагреватель; 3 — подогреватель воздуха; 4 — навеска; 5 — мешалка; б — контактный термометр; 7 — ртутный термометр; 8 — аскарит; 9 — серная кислота.
по разности между изменением веса навески и количеством газообразных продуктов окисления. Время окисления составляло 1100—1200 часов. Опыты проводились как в воздушной, так и в азотной средах, Результаты наблюдений показали (рис. 2, кривая 2), что характер изменения кривой выхода газообразных продуктов отличается от харак-
25
го
Г5
/О
У
//
/
/
1
/2
/3
24
во ¿6
42 43
— С
ГУ1И»
Рис. 2. Присоединение кислорода 1, выход газообразных продуктов окисления % изменение веса навески 3 при окислении. (Все величины выражены в % от первоначального веса навески).
тера, установленного ранее. Действительно, скорость выделения, максимальная в начальный момент, затем снижается до некоторой
величины и при дальнейшем окислении остается относительно постоянной.
Общий выход продуктов окисления за время до установления равновесия составлял 20—21%. Параллельно ставился опыт с навеской угля в потоке азота. При этом также наблюдался выход газообразных продуктов Н20 и СО2, общее количество которых за 4—5 суток составляло 1,7—1,9, после чего выделение практически прекратилось. Таким образом, не исключена возможность влияния термического разложения нестабильных исходных групп, но в основном процесс выделения продуктов окисления обусловлен распадом по меньшей мере двух типов кислородсодержащих групп, обладающих различной устойчивостью.
Начальная скорость процесса, видимо, обусловлена окислением и распадом «исходных» атомных групп, не идентичных по своей химической активности с вновь образовавшимися на освобожденной поверхности кислородсодержащими атомными группами. В конечном периоде после того, как «исходные» группы израсходованы, основную роль играет распад вновь образовавшихся кислородсодержащих атомных группы.
Кривая присоединения кислорода рис. 2'(кривая 1) практически лежит ниже кривой выхода продуктов окисления, следовательно, при данной температуре, доминирующим процессом является распад кислородсодержащих атомных групп. Кинетическую кривую изменения веса рис. 2 кривая 3 можно разделить на два участка. Первый характеризуется увеличением веса 0—0,2%, второй — снижением веса с переменной скоростью.
Характер изменения этой кривой также обусловлен влиянием распада двух типов термически неоднородных кислородсодержащих атомных групп.
Выводы
1. Проведено изотермическое окисление бурого угля Назаровского месторождения при температуре 105°С.
2. Установлено, что выход газообразных продуктов окисления снижается во времени и обусловлен распадом по меньшей мере двух типов кислородсодержащих атомных групп, обладающих различной устойчивостью.
ЛИТЕРАТУРА
1. С. М. Петров, Л. Г. М а й д а н о в с к а я. Труды сибирского физико-технического института, т. 4, вып. 3, 1936.
2. В. С. Веселовский и др. Самовозгорание промышленных материалов. Издание Наука, 1964.
3. В; В. Померанцев, В. А. Л о м б а х, Ю. А. Р у н д ы г и н. Инженерно-физический журнал, № 3, 1962.
4. И. А. Яворский. Вопросы теории горения ископаемых углей и интенсификация их воспламенения, изд. СОАН СССР, 1961.
\
3. Заказ 4594
