Empiryczne zależności dla prognozowania uzysku i gęstości rzeczywistej karbonizatów powstających w przedziale temperatur uplastycznienia węgla

• Autorzy: Strugała A.

Warianty tytułu

EN

Empirical relationships for the determination of yield and true density of chars produced within the temperature range of coal plasticity

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wzory umożliwiające prognozowanie uzysku i gęstości rzeczywistej karbonizatów węglowych powstających w okresie termicznego uplastycznienia węgla. W tym okresie karbonizacji luźne ziarna węglowe przekształcają się w zwartą strukturę koksu. Zmiany masy i gęstości rzeczywistej węgla w tym okresie mają duże znaczenie praktyczne, gdyż determinują zmiany objętościowe substancji węglowej. Te ostatnie decydują z kolei o porowatości formującej się w tym czasie struktury koksu. Z tego powodu wzory opisujące zmiany masy i gęstości rzeczywistej węgla na tym etapie karbonizacji stanowią ważny element modelu procesu koksowania. W pierwszej części artykułu, opierając się na wcześniej opracowanym modelu zachowania się poszczególnych składników mineralnych podczas koksowania, wyprowadzono i zweryfikowano wzory opisujące zmiany masy i gęstości substancji mineralnej karbonizowanych węgli. W następnym etapie opierając się na wynikach badań laboratoryjnych, wyprowadzono wzory opisujące zmiany masy i gęstości rzeczywistej substancji organicznej karbonizowanych węgli w okresie ich termicznego uplastycznienia. Przy wyprowadzaniu tych wzorów przyjęto, iż w tym okresie karbonizacji substancję organiczną można umownie podzielić na substancję organiczną nie przeobrażonego jeszcze termicznie węgla oraz substancję organiczną powstającego półkoksu. Przebieg procesu przekształcania się wyjściowego węgla w półkoks opisano za pomocą funkcji przemiany \alfap(t), której postać wyznaczono na podstawie wyników eksperymentalnych. W ostatniej części artykułu, opierając się na wcześniej przyjętym założeniu oraz wykorzystując funkcję \alfap(t), wyprowadzono i zweryfikowano wzory opisujące zmiany gęstości rzeczywistej substancji organicznej węgli w okresie ich termicznego uplastycznienia. Prezentowane w tym artykule wzory oparte zostały na wynikach badań laboratoryjnych, które przeprowadzone zostały w warunkach zbliżonych do panujących w komorze koksowniczej (szybkość nagrzewania, ciśnienie i skład atmosfery gazowej, właściwości i uziarnienie węgla). Z tego względu wzory te mogą być wykorzystane przy opracowaniu modelu procesu koksowania w skali przemysłowej.

EN

The paper presents empirical relationships for the determination of yield and true density of chars produced within the temperature range of coal plasticity. At this stage of carbonisation process, loose coal grains are transformed into agglomerated coke structure. The course of this transformation determines the properties of produced coke. Mass and true density changes of carbonised coal at this stage of carbonisation influence volume changes of solid material and, as a result, the porosity of obtained coal. Therefore the formulae concerning mass and volume changes within the temperature range of coal plasticity constitute an important element of the model of coking process. The first part of the paper contains the formulae referring to the mass and true density changes of mineral matter in carbonised coals. These formulae have been derived on the basis of the model of mineral components behaviour during carbonisation. The next part of the paper presents the formulae concerning the mass changes of organic matter in coal within the temperature range of its plasticity. On deriving the formulae it was assumed that, within the temperature range of plasticity, the organic matter could divided into two types, i.e. the organic matter of raw coal and the organic matter of resulting semi-coke. Moreover, the conversion of coal into semi-coke has been described by means of the \alfap(t) - function. The parameters of this function have been determined on the basis of experimental data. The final part of the paper constains the formulae for calculation of yield and true density of chars produced within the temperature range of coal plasticity. The formulae presented in this paper are based on laboratory research carried out under conditions similar to those in coking chamber (the rate of heating, the composition and pressure of gaseous atmosphere, the bulk density and the size of coal grains). For this reason the presented formulae can be used in the modelling of coking process on commercial scale.

Słowa kluczowe

PL

węgiel; karbonizacja; gęstość rzeczywista

EN

coal; carbonization; true density

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2002
• Tom: T. 18, z. 2
• Strony: 37--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., tab.

Twórcy

autor

Strugała A.

• Wydział Paliw i Energii AGH, Kraków

Bibliografia

• [1] Ibarra J.V., Bonet A.J., Molinar R., 1994 — Release of volatile sulfur compound during low temperature pyrolysis of coal. Fuel 73, s. 933.
• [2] Gryglewicz G., 199! — Ugrupowania siarki w węglach wsadowych i mechanizm przechodzenia siarki do koksu. Karbo-Energochemia-Ekologia 41, s. 186.
• [3] Gryglewicz G., Jasieńko S., 1992 — The behavior of sulfur forms during pyrolysis of low — rank coal. Fuel 71, s. 1225.
• [4] Gryglewicz G., 1995 — Sulfur transformations during pyrolysis of a high sulfur Polish coaking coal. Fuel 74, s. 356.
• [5] Jüntgen H., van Heck K.H., 1970 — Reaktionsabläufe unter nicht — isothermisch Bendingungen. Fortschiffte der Chem. Forschung 13, s. 601.
• [6] Jüntgen H., van Heck K.H., 1979 — An update of German non — isothermal coal pyrolysis works. Fuel Processing Technology 2, s. 261.
• [7] Karcz A., Porada S., 1984 — Kinetics of the formation of C1-C3 hydrocarbons in pressure pyrolysis of coal. Fuel Processing Technology 26, s. 1.
• [8] Kuhl J., 1955 — Petrograficzna klasyfikacja skał towarzyszących pokładom węgla w Zagłębiu Górnego Śląska. Prace Głównego Instytutu Górnictwa 171, s. 2.
• [9] Kuhl J., 1961 — Chemiczna i mineralna budowa nieorganicznej substancji mineralnej w węglu kamiennym. Kwartalnik Geologiczny 5, s. 801.
• [10] Mańczak K., 1976 — Technika planowania eksperymentu. WNT, Warszawa.
• [11] Markiel K., Suchy L„ 1991 — Zachowanie się pirytu w podwyższonej temperaturze. Przegląd Górniczy 3, s. 27.
• [12] Mielecki T., 1948 — Badania nad popiołami węgli Zagłębia Górnośląskiego. Biuletyn Instytutu Naukowo-Badawczcgo Przemysłu Węglowego 25, s. 3.
• [13] Mielecki T., Krzyżanowska W., Perkowska M., 1957 — Popioły węgli okręgu gliwickiego — Średni skład popiołów jako cecha charakterystyczna grupy pokładów — Wpływ składu substancji mineralnej na spiekalność węgla. Komunikat Głównego Instytutu Górnictwa 203, s. 5.
• [14] Mielecki T., Krzyżanowska W., 1961 — Charakterystyka chemiczna popiołów węgli górnośląskich (próbki pokładowe). Komunikat Głównego Instytutu Górnictwa 273, s. 2.
• [15] Niac G., Muresan J., 2000 — The two — phase model applied to some U.S. coals. Energy & Fuels 14, s. 364.
• [16] Porada S., 1984 — Tworzenie się metanu podczas pirolizy i hydrozgazowania węgli i karbonizatów węglowych w warunkach nieizotermicznych. Praca doktorska AGH, Kraków.
• [17] Postrzednik S., 1981 — Analiza termodynamiczna procesu odgazowania paliw stałych. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej 77, s. 23.
• [18] Postrzednik S., 1991 — Analysis of factors determining the course of solid fuel devolatilization and energy consumption. Cokemaking International 1, s. 43.
• [19] Radko T., Mianowski A., 1998 — The influence of mineral matter upon the coking characteristics of coal. Fuel 77, s. 503.
• [20] Read R.B., 1985 — Rheological properties of selected bituminous coals. Fuel 64, s. 495.
• [21] Rozwadowski A., 2001 — Analiza możliwości produkcji wysokoreakcyjnego koksu opałowego z mieszanek węgla kamiennego i brunatnego w klasycznych bateriach koksowniczych. Praca doktorska AGH, Kraków.
• [22] Strugała A., 1993 — Gęstość rzeczywista substancji nieorganicznej węgli kamiennych. Karbo-Energochemia-Ekologia 38, s. 111.
• [23] Strugała A., 1993 — Wyznaczanie gęstości rzeczywistej substancji organicznej węgli kamiennych. Karbo-Energochemia-Ekologia 38, s. 143.
• [24] Strugała A., 1994 — Empirical formulae for calculation of real density and total pore volume of hard coals. Fuel 73, s. 1781.
• [25] Strugała A., 1998 — Zmiany gęstości rzeczywistej substancji mineralnej węgli kamiennych w procesie pirolizy. Karbo-Energochemia-Ekologia 43, s. 105.
• [26] Strugała A., 1998 — Substancja mineralna węgla kamiennego i jej przemiany w procesie koksowania. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 14, s. 9.
• [27] Strugała A., Porada S„ 1999 — Substancja organiczna węgla kamiennego i jej przemiany w procesie pirolizy. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 15, s. 5.
• [28] Strugała A., 1999 — Ocena Teologicznych właściwości węgli w stanie termicznego uplastycznienia. Karbo 44, s. 380.
• [29] Strugrała A., 2000 — Empirical relationships for the determination of the density of coal chars. Fuel 79, s. 743.
• [30] Szczerbiński J., Smolińska U., 1968 — Charakterystyka mineralogiczno-chemiczna skał odpadowych niektórych kopalń ROW oraz możliwości ich wykorzystania. Komunikat Głównego Instytutu Górnictwa 444, s. 3.
• [31] Volk W., 1973 — Statystyka stosowana dla inżynierów. Warszawa, WNT.
• [32] Winnicki J., 1964 — German a nieorganiczna substancja mineralna w węglu pokładu 510 w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Komunikat Głównego Instytutu Górnictwa 354, s. 168.