Влияние температуры на выход пиробитумов из торфа Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМЕНИ С. М. КИРОВА

Том 214 1977

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ВЫХОД ПИРОБИТУМОВ ИЗ ТОРФА

С. И. СМОЛЬЯНИНОВ, С. Г. МАСЛОВ

(Представлена научно-методическим семинаром ХТФ)

При нагревании ряда твердых горючих ископаемых значительно меняется их групповой состав, в частности, заметно колеблется выход группы веществ, извлекаемых органическими растворителями. Эта группа веществ получила название пиробитумы [1—10].

Изменение их выхода в процессе нагрева торфа заинтересовало нас в связи с выяснением механизма термобрикетирования, так как одной из причин образования прочной структуры термобрикетов, по-видимому, является образование пластических продуктов при термическом разложении торфа, а выход пиробитумов их характерным внешним проявлением.

Так как в литературе отсутствуют систематические данные по выходу пиробитумов из различных торфов в зависимости от температуры, было решено поставить работу, результаты которой излагаются ниже.

Объектом исследования служил ряд торфов, отобранных из болот Томской области. Характеристика их приведена в табл. 1. Проба воздушно-сухого торфа, измельченная под сито 0,5 мм, помещалась в кварцевую

Таблица 1

Характеристика проб торфа

№ п.II. Степень разложения, % Тип торфа .4 е 96 1/г • о Выход битумов, %

5 Фускум 8,96 1,85 76,44 5,87

2 20 Магелланикум 9,12 3,35 73,32 7,50

3 50 Осоковый низинный 8,12 4,02 69,16 6,40

4 35 Осоковый низинный 11,11 8,70 68,42 6,16

пробирку, нагревалась со скоростью 5—6 градусов в минуту и быстро охлаждалась. Из подготовленного таким образом образца извлекался спирто-бензолом пиробитум. Полученные результаты графически изображены на рис. 1. Из рисунка видно, что выход пиробитумов в зависимости от температуры имеет максимум, который достигается в температурном интервале 260—280°С. Подобную зависимость можно объяснить тем, что пиробитумы являются промежуточными продуктами термического

разложения твердого топлива. Реакции образования и реализации пиробитумов протекают одновременно, на восходящей части кривой преобладают первые, на нисходящей — вторые.

Относительно причин образования пиробитумов нет единого мнения. Г. Л. Стад-ников и В. С. Крым [3, 4] видят причину увеличения выхода экстракта в деполимеризации ранее заполимери-зованных битумов. Большинство же исследователей Н. М. Караваев, Г. Е. Фридман, Е. В. Кондратьев и ряд других [1, 2, 5, 6, 8—10] считают пиробитумы продуктами деструкции органической массы топлива. В. Е. Раковский [6] говорит О растворимости в бензоле Рис. 1. Зависимость выхода пиробитумов от темпе-продуктов термической дИС-Ратуры нагрева торфа 1 — торф со степенью раз-социации инертных комп- ™жения-5%; 2-20%; 3-50%; 4-35%.

лексов типа

в,

~ К чА^ОН

I гУ-ои

I

которая наступает в результате нагревания их до 200—250°С. А. И. Хри-санфова [5] показала, что продукты конденсации гуминовых кислот с глицерином растворяются в органических растворителях. Таким образом, образование пиробитумов происходит, по-видимому, не только вследствие деструкции органической части топлива, но и в результате синтеза из образовавшихся при термической деструкции осколков.

Н. М. Караваев и Ян Хуан [8] обнаружили, что с повышением температуры количество восков осталось почти неизменным, а накопление пиробитумов происходило за счет образования смолистой части, ее выход при температуре 280°С в 4 раза превысил выход из ненагретого угля. Как известно, смолистая часть битумов склонна к реакциям полимеризации. М. В. Гофтман [10] указывает, что прогрев до температуры 300°С ведет к полимеризации смолистой части битумов. К этому же выводу пришел и В. Е. Раковский [6]. Г. Е. Фридман [2] считает, что образующийся пиро-битум существует в очень небольшом температурном интервале и снова разлагается с образованием в основном жидких продуктов, а также твердого остатка и газов. Оба приведенных выше взгляда на реализацию пи-робитумов не исключают друг друга, а лишь дополняют.

В ранее опубликованных нами работах сообщалось [11, 12], что оптимальная температура термобрикетирования торфа лежит в пределах 240—280°С, то есть она, с учетом температурной поправки на саморазо-

{6

§ 14

§

I

I

/о

4

4

220 240 А60 260 300 320 Температура нагреба торсра, °0

N

и

грев торфа (20—25°) [13], совпадает с температурой максимального выхода пиробитумов. По-видимому, наличие оптимальной температуры термобрикетирования связано с температурным максимумом выхода пиробитумов.

Выводы

1. Показана зависимость выхода пиробитумов от температуры нагрева для ряда торфов.

2. Найдено, что максимальный выход пиробитумов зависит от типа торфа и лежит в интервале 260—280°С.

3. Оптимальная температура термобрикетирования совпадает с температурой максимального выхода пиробитумов и, по-видимому, обусловливается ею.

ЛИТЕРАТУРА

1. Е. В. Кондратьев, С. К. К у п и ч е в. Изменение химического состава торфа в процессе его саморазогревания. X. Т. Т. том VI ,вып. 5, 403, 1935.

2. Г. Е. Фридман. Начальная стадия термического разложения твердого топлива в присутствии водяных паров под давлением. ДАН СССР, том ЬХХУП, № 5, 875, 1951.

3. Г. Л. Стад пиков. Происхождение углей и нефти. Изд. АН СССР, 1937.

4. В. С. Крым. Химия твердого топлива. ГОНТИ, Украина, 1963.

5. А. И. X р и с а н ф о в а. Превращение гуминовых кислот в спекающиеся продукты. Труды ИГИ АН СССР, том 2, 278, 1950.

6. В. Е. Р а к о в с к и й, Ф. Л. К а г а н о в и ч, Е. А. Новичков а. Химия пироген-ных процессов. Изд. АН БССР, Минск, 1959.

7. Д. П. Зверев, Ю. В. П у ш к а р е в. Производство термобрикетов — путь к улучшению качественных показателей торфяного топлива. ХТТ, 4, 55, 1967.

8. Н. М. К а р а в а е в, Ян Хуан. Действие воды на уголь при повышенных температурах и давлениях. Изв. АН СССР, ОТН, металлургия и топливо, 4, 151, 1961.

9. С. Г. А р о н о в, Л. Л. Н е с т е р е н к о. Химия твердых горючих ископаемых. Изд. Харьковского ун-та, Харьков, 1960.

10. М. В. Г о ф т м а н. Прикладная химия твердого топлива. Металлургиздат, 1963.

11. С. И. С1М о л ь я д ,ин о в, А. М. Денисов. Влияние температуры и давления брикетирования на механические свойства торфяных термобрикетов. Изв. ТПИ, 112, 82. 1963.

12. С. И. С м о л ь я н и н о в, Г. Г. К р и н и ц ы н, С. Г. М а с л о в. Перспективная оценка торфа ряда месторождений Томской области как сырья для металлургического передела Бакчарских железных руд. Изв. ТПИ (в печати).

13. С. Г. Масло в, С. И. С м о л ь я н и и о в. К исследованию механизма термобрикетирования. (Определение действительной температуры термобрикетирования). Труды конференции молодых ученых химиков г. Томска (в печати).