КИНЕТИКА  ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ  УГЛЯ  ШУБАРКОЛЬСКОГО  МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Набиев  Марат  Аскенович

младший  научный  сотрудник  Химико-металлургического  института  им.Ж.  Адышева,  Республика  Казахстан,  г.  Караганда

Е-mail:  nabiyev@list.ru

Ермағамбет  Болат  Төлеухан-ұлы

д-р  хим.  наук,  профессор,  директор  ТОО  «Институт  химии  угля  и  технологии»,  Республика  Казахстан,  г.  Астана

Е-mail: 

Бектурганов  Нуралы  Султанович

д-р  техн.  наук,  профессор,  академик  НАН  РК,  первый  вице-президент  КазНАЕН,  научный  консультан  АО  НТЦ  «Парасат»,  Республика  Казахстан,  г.  Астана

Е-mail:  coaltech@bk.ru

Нургалиев  Нуркен  Утеуович

канд.  Хим.  наук,  ТОО  «Институт  химии  угля  и  технологии»,  Республика  Казахстан,  г.  Астана

Е-mail: 

Касенова  Жанар  Муратбековна

магистр  техники  итехнологии

ТОО  «Институт  химии  угля  и  технологии»,  Республика  Казахстан,  г.  Астана

Е-mail:  zhanar_k_68@mail/ru

Бижанова  Ляззат  Нурлановна

магистр  технических  наук,

ТОО  «Институт  химии  угля  и  технологии»,  Республика  Казахстан,  г.  Астана

Е-mail:  lyako-1991@mail.ru

KINETICS  OF  THERMAL  DECOMPOSITION  OF  SHUBARKOL  FIELD  COAL

Marat  Nabiyev

junior  researcher  of  laboratory  of  Chemical  and  metallurgical  institute  of  Zh.  Adyshev  Republic  of  Karaganda

Bolat  Yermagambet

doctor  of  chemical  science,  professor,  director  of  “Institute  of  coal  chemistry  and  technology”LLP,  Republic  of  Kazakhstan,  Astana

Nuraly  Becturganov

doctor  of  technical  science,  professor,  academician  of  National  Academy  of  Science  of  the  Republic  of  Kazakhstan,  the  first  vice-president  of  Kazakh  National  Academy  of  Natural  Sciences,  scientific  consultant  of  “Scientific  and  technological  holding  “Parasat”JCS,  Republic  of  Kazakhstan,  Astana

Nurken  Nurgaliev

candidate  of  chemical  science,  “Institute  of  coal  chemistry  and  technology”LLP,  Republic  of  Kazakhstan,  Astana

Zhanar  Kassenova

master  of  technics  and  technology,  “Institute  of  coal  chemistry  and  technology”LLP,  Republic  of  Kazakhstan,  Astana

Lyazzat  Nurlanovna  Bizhanova

Master  of  technical  science,

  “Institute  of  coal  chemistry  and  technology”LLP,  Republic  of  Kazakhstan,  Astana

АННОТАЦИЯ

В  данной  работе  с  использованием  термогравиметрического  анализа  изучено  влияние  температуры  и  скорости  нагрева  угля  Шубаркольского  месторождения  на  кинетические  параметры  процесса  термической  деструкции.  Анализ  угля  проводили  при  скоростях  нагрева  6–15  град/мин  в  средах  азота  и  кислорода.  При  анализе  кривых  DTG  выявлены  три  стадии  основного  разложения.  Установлено,  что  скорость  нагрева  образцов  угля  существенно  влияет  на  температуру  и  скорость  процесса.

ABSTRACT

The  effect  of  temperature,  heating  rate  of  coal  of  Shubarkol  deposit  on  kinetic  parameters  of  thermal  degradation  process  was  studied  using  thermogravimetric  analysis  in  this  work.  Analysis  of  coal  was  carried  out  at  heating  rates  of  6–15°C  /  min  in  nitrogen  and  oxygen.  Three  main  stages  of  decomposition  were  revealed  during  analysis  of  DTG  curves.  It  is  found  that  the  rate  of  heating  of  the  coal  samples  significantly  affects  on  the  process  temperature  and  speed.

Ключевые  слова:  уголь;  термогравиметрический  анализ;  термическая  деструкция;  кинетические  параметры;  стадии  разложения;  скорость  нагрева.

Keywords:  coal;  thermogravimetric  analysis;  thermal  decomposition;  kinetic  parameters;  stages  of  decomposition;  heating  rate.

Изучение  процессов,  протекающих  в  температурном  интервале  основного  разложения  органической  массы  угля,  позволяет  понять  как  общие  закономерности,  так  и  специфику  разложения  твердых  топлив.  Основной  температурный  интервал  используется  для  определения  кинетики  процесса,  которая  несет  важную  информацию  как  о  характере  структурно-химических  превращений,  так  и  о  структуре  и  направлении  термодеструкции  угля  [2].

В  данной  работе  расчет  кинетических  параметров  термического  разложения  угля  месторождения  Шубарколь  проводили  по  методике  Гюльмалиева  А.М.  [1],  на  основе  результатов  экспериментов,  проведенных  на  термогравиметрическом  анализаторе  «Thermoster  Eltra»  (Германия).  Характеристики  Шубаркольского  угля  составили  (%):  влажность  (W^r_t)  –  10,94,  Летучесть  (V^daf)  –  48,99,  Зольность  (А^r)  –  3,27.

Термогравиметрический  анализ  угля  проводили  при  скоростях  нагрева  6–15  град/мин  в  средах  азота  и  кислорода.  При  анализе  кривых  DTG  выявлены  три  стадии  основного  разложения  с  соответствующими  пиками  с  максимумами  скорости  потери  массы  (точки  перегиба).  При  скоростях  нагрева  от  6  до  15  град/мин  на  3-й  стадии  разложения  угля  пики  с  максимумом  скорости  потери  массы  слабо  выражены,  что  сопряжено  с  наложением  нескольких  процессов  и  невозможностью  их  раздельной  оценки  для  проведения  расчета  кинетических  параметров.  Результаты  обработки  полученных  данных  приведены  в  таблицах  1–4. 

Таблица  1. 

Значения  потери  масс  образцов  угля  и  температуры  Т_max  на  различных  стадиях  разложения  в  среде  азота

Таблица  2. 

Значения  потери  масс  образцов  угля  и  температуры  Т_max  на  различных  стадиях  разложения  в  среде  кислорода

Наибольшие  потери  массы  угля  в  интервале  температур  300–600  ⁰С  можно  связать  с  выделением  основной  массы  паров  смолы  и  газообразных  углеводородов  с  одновременным  образованием  паров  так  называемой  пирогeнетuческой  воды.

Таблица  3. 

Кинетические  параметры  термической  деструкции  угля  в  среде  азота

Таблица  4. 

Кинетические  параметры  термической  деструкции  угля  в  среде  кислорода

Повышение  скорости  нагрева  приводит  к  некоторому  снижению  потери  массы  угля  (50,87–43,9  %  и  56,96–44,53  %  для  азота  и  кислорода  соответственно).  Отсюда  видно,  что  на  степень  конверсии  угля  при  термолизе  существенно  влияет  время  пребывания  частиц  угля  (рисунок  1).

Рисунок  1.  Значения  потери  масс  образцов  угля  при  скоростях  нагрева  6–15  град/мин  в  средах  азота  и  кислорода

Общие  потери  массы  угля  в  среде  кислорода  превышают  аналогичные  в  среде  азота,  что  объясняется  окислительным  действием  первого.  Данное  различие  более  заметно  особенно  при  низких  скоростях  нагрева  3  ⁰С  и  6  ⁰С.

Увеличение  скорости  нагрева  3–15  град/мин  на  всех  стадиях  разложения  заметно  повышает  значения  температуры  Т_max  (общие  изменения  ΔТ_max  –  от  83  до  153  ⁰С  для  среды  азота,  от  69  до  139  ⁰С  для  среды  кислорода)  и  скорости  v_max  деструкции  (соответствующие  максимумам  основного  разложения  на  дифференциальных  кривых  DTG).  Разница  между  активационными  барьерами  1-й  и  2-й  стадий  в  пределах  одинаковых  скоростей  нагрева  составляет  ≈19–63  кДж/моль  (в  среде  азота)  и  ≈21–38  (в  среде  кислорода).  В  целом,  можно  отметить,  что  рассчитанные  значения  энергии  активации  стадий  основного  термического  разложения  угля  соизмеримы  с  энергиями  химических  связей. 

Список  литературы:

1. Гюльмалиев  А.М.,  Головин  Г.С.,  Гладун  Т.Г.  Теоретические  основы  химии  угля.  –  М.:  Издательство  Московского  государственного  горного  университета,  2003.  –  556  с.
2. Шевкопляс  В.Н.  Расчет  основных  кинетических  параметров  твердых  топлив  по  данным  дериватографического  анализа  //  Вопр.  химии  и  хим.  технологии.  –  2007.  –  №  2.  –  С.  179–183.