К исследованию механизма термобрикетирования торфа

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 175 1971

К ИССЛЕДОВАНИЮ МЕХАНИЗМА ТЕРМОБРИКЕТИРОВАНИЯ

ТОРФА

С. Г. МАСЛОВ, С. И- СМОЛЬЯНИНОВ, Н. М. СМОЛЬЯНИНОВА, И. А. ОЩЕПКОВ

(Представлена научно-методическим семинаром химико-технологического

факультета)

Известно несколько попыток решить вопрос об образовании прочной структуры термобрикетов. А. А. Семечкин и Р. И. Глотов [1] считают, что брикетирование обугленных частиц торфа идет исключительно за счет молекулярного сцепления углерода, реакционно-активного в момент своего освобождения при экзотермическом процессе. X. И. Ривки-на [1] предполагает, что термобрикетирование идет за счет битумов. Эти взгляды неверно отражают сущность механизма термобрикетирования.

Более обоснованы объяснения В. Е. Раковского [2]. Им совместно с Е. А. Новичковой было экспериментально установлено, что торф при нагревании проходит стадию пластического состояния. О наличии пластического состояния у торфа сообщают также Г. Д. Петровский и др. [3]. Идеи В. Е. Раковского получили дальнейшее развитие в работе [4], где рассматриваются вопросы механизма термобрикетирования при высокоскоростном нагреве.

Нагрев торфа перед термобрикетированием может быть объяснен необходимостью достаточного развития реакций пиролиза, приводящих к накоплению пластических продуктов, причем образование прочной структуры термобрикета определяется не только пластичностью и «клеящей способностью» этих продуктов, но и их повышенной химической активностью. Для того, чтобы правильно разобраться в вопросе накопления пластических продуктов надо определить роль составных частей торфа в образовании жидких продуктов термического разложения при: нагревании торфа до температуры термобрикетирования (250—300°С). Экспериментальная часть работы была посвящена решению этого вопроса.

Опыты проводились на установке (рис. 1), в основу которой положена конструкция, описанная Л. А. Прилепской [5], с небольшими изменениями. Введено раздельное улавливание: смолы — ватным фильтром, воды—хлористым кальцием. В таком виде установка имеет меньший объем «вредного пространства» и дает лучшую сходимость результатов, правда, выход смолы получается несколько завышенным, а воды — заниженным.

Для исследования был взят торф Васюганского месторождения Томской области (степень разложения—20%; Wa =12,29%; Ас =2,41%;. Сг =55,61.%; Нг=6,12%; Sc = 0,12%) и его составные части, выделенные методами группового анализа торфа. Групповой состав торфа

Рис. 1. Установка термического разложения твердых топлив в малых навесках. 1 — стойка; 2 — электропечь 600°С; 3 — пробирка — реактор; 4 — смолоуловительная трубка; 5 — смолоприемник с ватой; 6 — электропечь 105°С; 7 — У-образная трубка с хлористым кальцием; 8 — термометр; 9 — газометр; 10—зажимы; 11—трубка ввода газа; 12 — термометр; 13 — трубка вывода газа; 14 — манометр; 15 — сливной патрубок; 10—мерный сосуд

Таблица 1

Выход продуктов термического разложения, из торфа и его составных частей

Температура, Технический анализ Выход продуктов термического разложения

№ пл. Шифр пробы \Уа Аа твердый остаток смола влага пироге-нитпчес-кая газ сумма процен-тов разница от 100%

1 200 90,90 1,92 3,76 3,63 100,15 + 0,15

2 3 Горф 250 300 2,29 2,41 79,79 69,14 6,73 13,43 5,04 6,00 7,13 9,55 98,69 98,12 -1,31 — 1,88

4 г— 350 56,43 21,21 6,07 11,84 95,55 —4,45

5 400 53,82 24,09 6,17 17,10 101,18 + 1,18

6 200 93,60 0,11 2,63 3,45 99,79 -0,21

? щ 250 о 0,92 65,20 14,67 2,70 15,42 97,99 —2,01

8 1—' 300 о С") 58,65 16,38 2,80 18,88 96,71 ^3,29

9 с 350 57,52 19,32 2,78 19,96 99,59 -0,41

10 400 51,35 21,19 2,83 21,40 96,63 —3,37

11 1) 200 92,75 3,47 0,13 2,94 99,19 —0,81

12 ^ н 250 Г-- СО 00 82,60 7,12 0,62 8,25 98,59 -1, 41

13 300 о см 75,60 9,90 2,20 11,41 99,11 —0,89

14 350 64,10 14,52 6,58 16,45 101,65 + 1,65

15 400 56,20 21,20 6,56 16,50 100,66 +0,66

16 20:) 95,00 2,77 — 3,55 101,32 + 1,32

17 __ 250 0,62 91,20 5,99 4,62 101,81 + 1,81

18 Р; 300 1 82,0Э 9,05 — 11,05 102,55 + 2,55

19 ' Л 350 74,80 12,18 11,35 98,33 — 1,67

следующий: битумов — 10,55%, водорастворимых и легкогидролизуе-мых — 23,27%, гумииовых кислот — 24,85%. фульвокислот — 22,32%. лпгнииа и целлюлозы— 19,01%.

Исходные препараты подвергались термическому разложению при температурах 200, 250, 300, 350, 400°С. Навеска 1—2 грамма. Анализ газа проводился на ВТИ-2. Результаты опытов приведены в табл. 1.

Рассмотрим полученные данные с точки зрения выхода жидких продуктов термического разложения (дёгтя) в интервале температур 250— 300°С. Выход дёгтя при темрическом разложении составных частей торфа в указанном интервале температуры составляет: из битумов — 3,06%, из гуминовых кислот — 1,78%, из остатка—1,71%, из водорастворимых и легкогидролизуемых — 0,71%. Принимаем общее количество дёгтя, выделившееся в данном интервале температур, за 100% и, учитывая групповой состав торфа, находим выход дёгтя из компонентов торфа при термическом разложении торфа: битумы — 16,90%, гуминовые и фульвокислоты—57,50%, водорастворимые — 9,50%, остаток—16,25%.

Из приведенных результатов видно, что в образовании дёгтя участвуют все компоненты торфа. Наибольшую долю жидких продуктов, выделяющихся при термическом разложении торфа в интервале температур 250—300°С, дают гуминовые кислоты и фульвокислоты. Общее количество дегтя, выделившееся в интересующем нас интервале температур, составляет около 7% (на горючую массу). Из литературных данных и практики мы знаем, что количество связующих, добавляемое при брикетировании твердых топлив, колеблется в этих пределах. По-видимому, выделяющиеся жидкие продукты термического разложения, играют роль связующего при термобрикетировании торфа и являются одной из причин образования прочной структуры термобрикета.

ЛИТЕРАТУРА

1. X. И. Ривкк на. Получение металлургического кокса из фрезерного торфа через брикетирование в период коксования. Торфяное дело, 9, 28, 1934.

2. В. Е. Ра ко веки й, Ф. Л. Каганович, Е. А. Н о в и ч к о в а. Химия пиро-генлы-х процессов, Минск, ] 959,

3. Г. Д. Петровский и др. Новым способ брикетирования и коксования б\рого и каменного угля. Информационный сборник ВСЕГЕИ, 36, 145, 1960.

4. С. И. С м о л ь я н и н о в, В. Е. Ворон и н. Получение торфяных термобрикетов в условиях высокоскоростного нагрева. Торфяная промышленность, 4, 1962.

5. Л. А. Прилеп ска я. Определение выхода продуктов полукоксования в малых навесках. Заводская лаборатория, 6, 1953.