ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Исследование смол, полученных при коксовании в кипящем слое Уотсон и А. Фаулер Вильямс (Великобритания) из "Новое в химической технологии угля" Одним из основных источников загрязнения воздуха является дым, выбрасываемый в атмосферу при сжигании битуминозного угля в домашних каминах. Поэтому Национальное угольное управление ведет исследования, направленные на увеличение производства бездымного твердого топлива с высокой реакционной способностью для использования его в быту. Основной задачей при этом должна быть разработка экономичных методов переработки наиболее дешевых неспекаюшихся углей низкой степени углефикации с высоким выходом летучих веществ, которые не могут быть использованы для производства кокса или другого бездымного топлива существующими способами. [c.117] Существенной стадией в любом процессе производства бездымного топлива является удаление (полное или частичное) летучих веществ из перерабатываемого угля. Одним из перспективных направлений производства бездымного топлива является низкотемпературное коксование угля в кипящем слое. Этот метод имеет ряд преимуществ, а именно высокую скорость тепло-и массообмена, легкость транспортировки твердого остатка, высокую производительность на единицу реакционного объема при малых капитальных, эксплуатационных затратах и расходе на энергию. [c.117] Отдел исследования углей начал изучение возможностей переработки в кипящем слое углей с высоким выходом летучих веществ с опытов по коксованию отдельных углей из Мидлэнда в печи диаметром 50 мм. Целью первых опытов было изучение свойств углей и освоение установки. Количество смолы, выделяющееся в любом отдельном опыте, было недостаточным для детального исследования, в связи с этим представлялось возможным определить только общее содержание фенолов, оснований и нейтральных соединений. [c.117] Групповой химический состав смолы определяли путем растворения ее в бензоле, отфильтровывания нерастворимого в бензоле остатка и удаления из раствора фенолов и оснований промывкой его разбавленными растворами щелочи и кислоты. Затруднения при этом вызывала высокая вязкость смолы. Несколько типичных анализов приведено в табл. 1 (уголь — Бинлей, девятифутовый пласт, класс угля по коду 902, дутье — азот). [c.118] Опыты по коксованию показали, что при низкотемпературной переработке угля с высоким выходом летучих веществ в кипящем слое следует ожидать очень высокий процент выхода смолы. Смола будет содержать большой процент фенолов (20—25%) и значительную долю высококипящих соединений. [c.118] Предполагалось, что свойства смол, получаемых при низкотемпературном коксовании в кипящем слое углей с высоким выходом летучих веществ, будут новыми и потребуются новые методы переработки смолы. Сначала необходимо изучить состав смолы, для чего потребуется значительное количество материала. Получить его в течение одного опыта можно только на более крупной установке, чем используемый реактор диаметром 50 мм. Тем не менее был сделан ряд опытов с типичным углем и при типичных услов-иях оксования исключительно с целью получения смолы для исследования. За двадцать опытов собрали около 2 кг смолы. [c.118] Целью работы было определение группового химического состава и отдельных соединений, присутствующих в смоле, но ма- Лое количество сырья и сложность его состава накладывали ограничения на выбор методов исследования. [c.118] Для получения смолы проводилось коксование угля шахты Бинлей, пласт девятифутовый (класс угля по коду 902 с выходом летучих веществ на горючую массу 42%). Условия коксования температура 650°, дутье — пар среднее время пребывания в реакторе 20 мин. [c.119] Выход смолы составлял около 109 л на тонну загружаемого угля. Следует отметить, что присоединенная к печи система для конденсации и сбора смолы была несовершенна, и значительное количество смолы терялось. Поэтому распределение компонентов, указываемое в статье, относится только к собранной смоле. [c.119] Количество надсмольной воды составляло около 390 л/т коксуемого угля значительная часть воды получалась в результате конденсации пара. [c.119] Вначале исследовали малую пробу смолы, которую подвергали прямой возгонке по Энглеру. При температуре фракции около 300° были отмечены признаки крекинга. Содержание фенолов и оснований во фракциях дистиллята определяли путем последовательной обработки их разбавленными растворами шелочи и кислоты. Полученные результаты представлены в табл. 2. Интересно/ отметить, что смола была высококипящей по природе и что во фракции, кипящей от 210 до 230°, отсутствовал нафталин. [c.120] Бензольный раствор для отделения фенолов и оснований последовательно промывали щелочью (насыщенным раствором бикарбоната, а затем раствором едкого натра) и минеральной кислотой (10% Н250,4) в стеклянных делительных воронках. Чтобы освободить водные экстракты от нефенольного и неосновного материала, которые относятся к бензольному рафинату, их перед дальнейшей обработкой промывали бензолом. В растворы бикарбоната натрия и каустика добавляли соляную кислоту фенолы (около 40 или 300 г соответственно) извлекали эфиром кислотный экстракт нейтрализовали крепким раствором едкого натра, а выделенные в свободном состоянии основания (около 50 г) регенерировались хлороформом. Конечный рафинат промывали водой, а бензол отгоняли из нейтрального масла (около 700 г) на 40-тарельчатой ректификационной колонне. Выходы различных продуктов представлены в табл. 3. [c.121] нерастворимая в бензоле. [c.121] При разделении смолы, главным образом при экстракции ЫаОН, около 12% смолы превращалось в нерастворимые остатки. Вероятно, эти остатки получались при окислении некоторых фенолов, находящихся в смоле, воздухом в присутствии щелочи. Нерастворимая в бензоле, но растворимая в спирте часть смолы также могла образоваться из сложных фенолов. Ни один из этих остатков не исследовался. [c.121] Ниже приведены результаты исследования кислых и нейтральных веществ. Что касается присутствующих в смоле оснований, то показано, что они были высококипящими по природе, но вследствие малых количеств и вероятной сложности не исследовались. [c.121] Фенолы, выделенные из смолы с помощью растворов бикарбоната натрия и ЫаОН, исследовали обычными методами. Смеси перегоняли под вакуумом для удаления пекообразующих составляющих и разгоняли на узкие фракции. Разгонку бикарбо-натного экстракта производили на 8-тарельчатой колонне (с внутренним диаметром 6 X 0,6 см, заполненной сетчатыми кольцами Диксона размером 0,5 мм), а разгонка экстракта МаОН на 25-тарельчатой колонне (50x1,4 см с такой же насадкой) с дефлегматором типа Сименс [1]. Применение дефлегматора такого типа вызвано тем, что разгоняли относительно малые количества фенолов, и необходимо было получить как можно меньшее флегмовое число. [c.122] Химические исследования показали, что в низкокипящих фракциях присутствуют фенолы обычных типов. Фенол определяли по образованию простого фенилгликолевого эфира [2], о-кре-зол — по образованию комплекса с цинеолом [3] и м-кре-зол — получением тринитропроизводных [4]. Количество перечисленных, а также высших фенолов (с числом углеродных атомов от Сб до Сэ), присутствующих в смоле, оценивалось по числу гидроксилов [5]. При дистилляции около 7з бикарбонатного экстракта составляли фракции, содержащие твердые частички. Эти твердые частицы были перекристаллизованы из смеси петролей-ного эфира и бензола. Также было установлено, что они почти нацело состояли из пирокатехина (определяемого по точке плавления смеси пирокатехина с производными пикрата и рентгеноскопическими исследованиями). Результаты показаны в табл. 4. [c.122] Из этой таблицы следует, что менее четверти всех фенолов из их общего незначительного количества составляли наиболее ценные низкокипящие фенолы. Несмотря на это, общий выход крезолов и ксиленолов, кипящих ниже 220°, в расчете на коксуемый уголь был выше, чем из смолы коксовых печей. [c.122] Уместно также упомянуть о водном растворе, сопровождающем смолу. Органические вещества из него экстрагировались эфиром и разделялись при помощи щелочи и кислоты на кислые, основные и нейтральные продукты. Кислая часть была исследована по методике, описанной выше для фенолов из смолы (табл. 5). [c.122] Согласно табл. 5, около кислой части состоит из низкокипящих одноатомных фенолов и около /з— из двухатомного фенол а-пирокатехина. [c.122] Вернуться к основной статье