Рекомендации по проектированию безопасных установок для сушки угля. Оборудование. Примеры. Анализ ошибок - страница 7
Рис 2. Гипотетическая структура угля (вверху). Связи (А) с малой энергией разрыва. Термическое разрушение гипотетической молекулы угля (внизу)
На Рис. 3 [21] показаны потери массы пробы угля на основе термографических исследований. Хорошо видно, что заметному выделению летучих в области температур 350—450° C, предшествует небольшое выделение летучих начиная с температур даже ниже 50° C. К моменту прогрева до температуры 100—150° C уголь уже потерял 2—3% массы.
Рис 3. Потеря веса пробы угля при повышении температуры вследствие выхода из угля летучих газов по данным ДТА [21]
Какая газовая атмосфера образуется вокруг мелкого угля при потере массы 2—3% в процессе выделения летучих?
Таблица 1. Показывает, что уже при 1% выделения летучих уголь будет полностью окутан оболочкой из горючего газа. Этот факт является базовым основанием для механизма воспламенения и горения угольных частиц, который рассмотрен ниже.
Таблица 1. Объем выделившихся горючих газов из 1м>3 мелкого угля с насыпной плотностью 800 кг/м>3
Во-вторых из угля выделяется не только метан. Газ, для упрощения записываемый как «метан», имеет в своем составе также С>2Н>6 – этан, С>2Н>4 -этилен, С>3Н>8 – пропан, С>4Н>10 – бутан, С>5Н>12 – пентан, С>6Н>14 – гексан.
Летучие газы, выделяющиеся из угля могут иметь различный состав, меняющийся в зависимости от условий и времени от начала процесса выделения летучих. При этом метан вовсе не всегда будет преобладающим газом. Например анализ [20] углеводородов в шахтных газах показал 29% этана, 60% пропана и только 10% метана.
«Как известно, ископаемые угли относятся к своеобразному классу природных сорбентов, которые получили название «молекулярных сит». Для них характерна пористая структура с преобладанием главным образом микропор диаметром 1,0—1,5 нм. Поэтому скорость свободной десорбции из угля последовательно снижается от СН>4 к его гомологам, т.к. диаметр молекул в ряду СН>4—С>5Н>12 возрастает от 0,42 до 0,8 нм. Это объясняется двумя процессами: возрастанием энергий дисперсионного взаимодействия молекул гомологов метана с молекулами сорбента при объемном заполнении микропор и проявлением молекулярно-ситового эффекта в микропорах угля.
Высшие гомологи метана в основном начинают выделяться из угля после его измельчения и нагрева. При вскрытии угольных пластов и снижении давления происходит последовательное выделение углеводородов из углей в соответствии с их сорбционными свойствами. Метан, как наиболее подвижный компонент, опережает другие, более тяжелые углеводороды (УВ), которые начинают выделяться после истечения из пласта основной доли метана. Этим можно объяснить, что в свободно выделяемых из углей газах наблюдаются низкие концентрации тяжелых УВ, которые остаются в угле как трудно выделяемые.» [22]