Ви є тут

Наукові основи і технологія отримання хімічних продуктів термодеструкції вугілля.

Автор: 
Власов Геннадій Олександрович
Тип роботи: 
Дис. докт. наук
Рік: 
2005
Артикул:
3505U000578
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ
БАЗЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Методическая база исследования
В качестве общей методической основы исследований использовали во взаимосвязи
математическое, компьютерное и физическое моделирование.
В связи с нестационарностью объектов исследования - процессов метаморфизма,
искусственной углефикации, первичного пиролиза, “разнотемпера­турного” (с
нагревом угля до разных температур) и высокотемпературного коксования -
разрабатывали и исследовали модели их динамики с максимальным учетом механизма
протекающих при этом явлений.
Адекватность моделей экспериментальным данным устанавливали путем
математико-статистического оценивания значимости остаточной дисперсии в
сравнении с дисперсией, связанной с ошибками опытов, предусмотренными в
стандартных методиках.
С целью достижения общности результатов исследования в качестве его предмета
рассматривали угли всех стадий метаморфизма (от бурых матовых до антрацитов) и
шихты из углей большинства угольных бассейнов бывшего СССР. Исследовались также
угольные шихты производственного состава с добавками высокомолекулярных веществ
(многотоннажных отходов пластмасс).
Для оценки свойств углей, шихт и твердых остатков их пиролиза использовали
технический [[clxxxv][clxxxvi]-[clxxxvii]], пластометрический [[clxxxviii]],
элементный [[clxxxix][cxc]-[cxci]], петрографический [[cxcii], [cxciii]],
дериватографический [[cxciv]], рентгеноструктурный [[cxcv]] анализы и
инфракрасную спектрометрию [195].
Большинство из этих методов применяли также при оценке свойств твердых и
жидкоподвижных продуктов, полученных при коксовании углей в центробежном поле
[[cxcvi]].
Для углей разной степени метаморфизма определяли теплоту сгорания
калориметрическим методом [[cxcvii]].
Для расчета теплот образования модельных молекулярных структур использовали
программу Chem3D пакета ChemOffice 2002 корпорации Cambridge Soft. Имеющаяся в
нашем распоряжении версия программы дает оценки теплот образования веществ в
газообразном состоянии при 298 K.
При записи ИК-спектров поглощения измерения проводили на инфракрасном
спектрофотометре Specord 75JR (Карл Цейс) при следующих условиях:
- щелевая программа - 3;
- усиление - 3;
- постоянная времени - 1 с;
- время записи - 13,2 мин.;
- масштаб регистрации - 15 мм : 100 см-1.
Образцы углей и антрацита готовили в виде таблеток с KBr, который в исследуемом
диапазоне не поглощает. Массовая концентрация образца в таблетке примерно равна
1%. Диапазон измерения полос поглощения 4000-400 см-1.
Анализировали полосы поглощения в областях 3040, 2920, 1690 и 1600 см-1,
относимые, соответственно, в основном к колебаниям С-Н связей в непредельных
(ароматических) соединениях, С-Н связей предельного (алифатического) характера,
кислородсодержащих (С=О и др.) групп, к валентным колебаниям двойной С=С связи
в ароматических соединениях (углерод sp2-гибридизации).
Рассчитывали величины трех параметров по отношениям оптических плотностей (D)
соответствующих полос поглощения: h1 = D3040/D2920; h2 = D2920/1690; h3 =
D2920/D1600.
По [24] первый параметр принят для характеристики развитости полисопряженной
системы, второй характеризует степень межмолекулярного взаимодействия, третий
оценивает соотношение атомов углерода в sp3- и sp2-гибридизациях.
Для удобства при интерпретации численных значений этих параметров представили
их в виде
,
,
,
где N(C-H)ар и N(С-Н)ал – число связей С-Н в ароматических и алифатических
соединениях;
N(С=О) – число связей С=О;
N(С=С) – число связей С=С.
Во всех случаях математического моделирования при выборе минимального числа
коэффициентов и их численных значений, удовлетворяющих требованию устойчивости
модели, пользовались методом индуктивного регрессионного анализа [[cxcviii]] в
сочетании с “селекцией выборки” по [[cxcix]].
При установлении возможности использования в качестве экспериментальной модели
естественного метаморфизма процесса искусственной углефикации кинетику
последнего описали уравнениями, включающими ограниченное число параметров, для
оценки которых использовали результаты 6-летних наблюдений за изменениями
элементного состава твердого остатка углефикации бурого угля, взятые нами из
[5].
При выборе схемы экспериментального исследования процесса коксования,
обеспечивающей одновременно максимальную информацию и возможность ослабления
действия факторов вторичного пиролиза ПГП, остановились на разработке Е.С.
Серика [162, [cc]].
В [[cci]] эта схема реализована в двух вариантах с использованием тонких слоев
(до 10 мм) загрузки для одновременного прогрева всего объема угля (объемное
коксование), исключающего слоевое коксование и, вместе с ним, вторичный пиролиз
в горячих зонах. Прогрев проб осуществлялся в токе азота, что полностью
исключило вторичный пиролиз ПГП деструкции угольного вещества.
По данным, полученным на этой лабораторной установке [201], нами найдены
математические модели, которые могут рассматриваться в качестве эталона
кинетических закономерностей первичного процесса образования ПГП.
2.2. Экспериментальная база
2.2.1. Лабораторная установка для исследования процесса образования ПГП в ходе
слоевого коксования углей и шихт
. Для исследования дина­мики процесса коксования в условиях, исключающих
вторичный пиролиз ПГП, но сохраняющих основные признаки слоевого коксования,
разработали установку, представленную на рис. 2.1. Реактор для коксования
является основным элементом этой лабораторной установки (см. рис. 2.1). Он
включает нагревательную печь и реторту для загрузки коксуемой пробы угля или
угольной шихты.
Нагревательная печь (поз. 1 на рис. 2.1) – шахтного типа цилиндриче