Контрольные вопросы

1. Золой называются?

2. На какие типы делится зола в ТГИ?

3. Что означает метод медленного озоления?

Лабораторная работа № 4 Методы определения выхода летучих веществ в бурых углях

Цель: Определение выхода летучих веществ с предварительным брикетированием навески

Приборы и оборудования: Муфельная печь с электрообогревом и зоной постоянной температуры (900 ± 5)°С. Весы с погрешностью взвешивания не более 0,1 мг. Допускается применять весы с погрешностью взвешивания не более 0,2 мг.

Теоретические основы

Важнейшей характеристикой всех видов ТГИ является способность их претерпевать термические превращения при нагреве без доступа воздуха. Термическая неустойчивость веществ, входящих в состав органической массы ТГИ, является основным и наиболее общим их свойством, на котором основано их практическое использование для энергетических и технологических целей. Термическая устойчивость определяется величиной энергии связи между атомами в молекулах. При нагревании энергия колебательных движений молекул и атомов увеличивается и при определенных условиях они отщепляются.

Под летучими веществами ТГИ принято понимать смесь газообразных и парообразных продуктов, образующихся при нагревании их без доступа воздуха. Получаемый при этом твердый остаток представляет собой продукт термических превращений органических и минеральных веществ ТГИ, который в случае спёкшегося продукта называют тигельным коксом или корольком. Выход летучих веществ и характеристика твердого остатка входят в различные научные и технологические классификации ТГИ. Эти показатели зависят от степени метаморфизма и материнского вещества ТГИ. Так как выход летучих веществ в значительной степени зависит от условий проведения анализа, то все параметры последнего строго стандартизированы.

Порядок выполнения работы

Навеску воздушно-сухой пробы брикетируют. Брикет нагревают без доступа воздуха при 900°С в течение 7 мин. Выход летучих веществ в процентах рассчитывают по потере массы брикета за вычетом потери массы, обусловленной влажностью пробы.

Пробу, доведенную до воздушно-сухого состояния, брикетируют. Для этого навеску угля массой 1 г помещают в матрицу, лабораторного пресса, поворотом рукоятки опускают пуансон и нажимают на уголь до образования брикета. Полученный брикет вынимают из пресса.

Дальнейшее определение выхода летучих веществ проводят как для каменного угля.

Определение выхода летучих веществ в двух печах

Навеску пробы нагревают без доступа воздуха при температуре 400°С в течение 7 мин, затем быстро переносят в другую печь, нагретую до температуры 900°С, где выдерживают в течение следующих 7 мин. Выход летучих веществ в процентах рассчитывают по потере массы сухой навески или по потере массы навески воздушно-сухой пробы за вычетом влаги.

Испытание с предварительным высушиванием пробы в сушильном шкафу

Тигель с навеской и сдвинутой крышкой помещают в сушильный шкаф, в котором поддерживают температуру от 105 до 110ºС. Высушивают навеску до постоянной массы, как при определении влаги по ГОСТ 27313. Массу тигля с крышкой и высушенной пробой записывают с точностью до 0,1 или 0,2 мг.

Тигель (тигли) с сухой пробой, закрытый крышкой, помещают на подставку, переносят в муфельную печь, нагретую до 400°С, и оставляют на 7 мин. После этого сразу же переносят подставку с тиглем (тиглями) в муфельную печь, нагретую до 900°С, на следующие 7 мин. Вынимают подставку с тиглем (тиглями) из печи и охлаждают на металлической или асбестовой пластине в течение 5 мин. После этого тигли, не снимая крышек, помещают в эксикатор и охлаждают до комнатной температуры вблизи весов. Остывшие тигли с нелетучим остатком взве­шивают.

После испытания тигли освобождают от нелетучего остатка.

Выход летучих веществ из сухой пробы испытуемого топлива V^d, %, вычисляют по формуле

где m₁ – масса пустого тигля с крышкой, г;

m₄ – масса тигля с крышкой и сухой пробой до испытания, г;

m₅ – масса тигля с крышкой и нелетучим остатком после испытания, г.

Точность метода приведена в табл. 5.

Таблица 5 Точность метода определения выхода летучих веществ для бурых углей

Наименование угля	Максимально допустимое расхождение между результатами (пересчитанными на одинаковую массовую долю влаги)
	Сходимость	Воспроизводимость
Бурые угли	1,0 % абс.	3,0 % абс.

Контрольные вопросы

1. Что принято понимать под летучими примесями в ТГИ.

2. Что такое тигельный кокс?

3. Что принято называть метаморфизм вещества в ТГИ.

Лабораторная работа № 5

Метод определения выхода летучих веществ в каменных углях и коксах

Цель: определить выход летучих веществ в каменных углях и коксах

Приборы и оборудования: Муфельная печь с электрообогревом и зоной постоянной температуры (900 ± 5)°С. Муфель печь с глухой задней стенкой или отводной трубкой на задней стенке диаметром 25 мм и длиной 150 мм.

Порядок выполнения работы

Для определения выхода летучих веществ используют аналитическую пробу, измельченную до прохождения частиц через сито размером отверстий 212 мкм. Пробу доводят до воздушно-сухого состояния, разложив тонким слоем на время, необходимое для установления приблизительного равновесия между влажностью угля и окружающей атмосферы.

Одновременно с определением выхода летучих веществ из другой навески пробы определяют массовую долю влаги. Перед началом определения воздушно-сухую пробу тщательно перемешивают.

Если определение выхода летучих веществ в каменных углях и антрацитах проводят с целью классификации, зольность их должна быть не более 10 %. Если зольность пробы превышает 10 %, пробу обогащают в органических или неорганических жидкостях.

Каменные угли обогащают в жидкостях плотностью от 1500 до 1600 кг/м³, а антрациты — 1800 кг/м³ (хлорид цинка). Если после обогащения проб каменных углей и антрацитов их зольность превышает 10 %, определение выхода летучих веществ всплывшей фракции определяют при фактичес­кой зольности.

Пустые тигли закрывают крышками, устанавливают на подставку, заполняя все гнезда, и быстро помещают в зону устойчивой температуры муфельной печи, нагретой до (900 ± 5)°С.

Тигли выдерживают в закрытой печи в течение 7 мин. Температура, понизившаяся при уста­новке тиглей в печь, снова должна достичь (900 ± 5)°С не более чем за 4 мин.

Вынимают подставку с тиглями из печи, охлаждают на металлической или асбестовой пластине в течение 5 мин, не снимая крышек, после чего тигли помещают в эксикатор и охлаждают до комнатной температуры вблизи весов.

После охлаждения пустые тигли с крышками взвешивают.

В тигель помещают пробу массой (1 ± 0,01) г, закрывают тигель крышкой и взвешивают с точностью до 0,1 или 0,2 мг. Навеску распределяют по дну тигля ровным слоем, слегка постукивая тиглем о чистую сухую поверхность.

При анализе кокса снимают крышку с тигля, добавляют к навеске 2 – 4 капли циклогексана и снова закрывают тигель крышкой. Допускается вместо циклогексана использовать бензол.

Определение выхода летучих веществ

Тигли с навесками, закрытые крышками, помещают в гнезда холодной подставки, переносят в муфельную печь, закрывают дверцу печи и оставляют на 7 мин ± 5 с.

Температура, понизившаяся при установке тиглей в печь, снова должна достичь (900 ± 5)°С не более чем за 4 мин. В противном случае испытание повторяют.

Вынимают подставку с тиглями из печи и охлаждают на металлической или асбестовой пластине в течение 5 мин. После этого тигли, закрытые крышками, помещают в эксикатор и охлаждают до комнатной температуры вблизи весов.

После охлаждения тигли с нелетучим остатком взвешивают.

После испытания тигли освобождают от нелетучего остатка. Открытые тигли с крыш­ками прокаливают в муфельной печи, охлаждают, освобождают от зольного остатка и хранят в эксикаторе с осушающим веществом.

Допускается исключить обязательное прокаливание пустых тиглей непосредственно перед каждым взятием навески. Хранение предварительно прокаленных тиглей в эксикаторе с осушающим веществом и уточнение массы тигля непосредственно перед взятием навески являются достаточными условиями для получения результатов в пределах допускаемых расхождений.

Выход летучих веществ пробы определяют параллельно в двух навесках. Навески одной и той же пробы не рекомендуется испытывать на одной подставке.

Характеристика нелетучего остатка Нелетучие остатки, полученные после определения выхода летучих веществ (кроме кокса), харак­теризуют в зависимости от внешнего вида и прочности:

1. порошкообразный;

2. слипшийся – при легком нажиме пальцем рассыпается в порошок;

3. слабоспекшийся – при легком нажиме пальцем раскалывается на отдельные кусочки;

4. спекшийся, не сплавленный – для раскалывания на отдельные кусочки необходимо приложить усилие;

5. сплавленный, не вспученный – плоская лепешка с серебристым металлическим блеском поверхнос­ти;

6. сплавленный, вспученный – вспученный нелетучий остаток с серебристым металлическим блеском поверхности высотой менее 15 мм;

7. сплавленный, сильно вспученный – вспученный нелетучий остаток с серебристым металлическим блеском поверхности высотой более 15 мм.

Выход летучих веществ из аналитической пробы испытуемого топлива V^a, %, вычисляют по формуле:

где m₁ – масса пустого тигля с крышкой, г;

m₂ – масса тигля с крышкой и пробой до испытания, г;

m₃ – масса тигля с крышкой и нелетучим остатком после испытания, г;

W^a – массовая доля влаги в аналитической пробе, %, определяемая по Выход нелетучего остатка из аналитической пробы испытуемого топлива (NV)^а, %, вы­числяют по формуле

или

Если массовая доля диоксида углерода из карбонатов в пробе топлива составляет более 2 %, выход летучих веществ с поправкой на диоксид углерода из карбонатов , %, вычисляют по формуле

где (СО₂)^а – массовая доля диоксида углерода из карбонатов в аналитической пробе, определяемая по ГОСТ 13455, %;

– массовая доля диоксида углерода из карбонатов в нелетучем остатке, определяемая по ГОСТ 13455, %.

Результаты испытания вычисляют с точностью до второго десятичного знака, а оконча­тельный результат округляют до первого десятичного знака.

Перерасчет результатов анализа на другие состояния топлива производят по формуле:

Точность метода приведена в табл. 6.

Таблица 6 Точность метода определения выхода летучих веществ

Наименование угля	Максимально допустимое расхождение между результатами (пересчитанными на одинаковую массовую долю влаги)
	Сходимость	Воспроизводимость
Каменные угли, антрациты, сланцы горючие с выходом летучих веществ не менее 10 %	0,3 % абс.	0,5 % абс.
Каменные угли, антрациты, сланцы горючие с выходом летучих веществ более 10 %	3 % среднего результата	0,5 % абс. или 4 % большего результата
Кокс	0,2 % абс.	0,3 % абс.

Таблица 7 Определение выхода летучих веществ

Дата

Наименование объекта

№ тигля

Вес тигля, г

Вес тигля с навеской, г

Навеска, г

Вес после нагрева, г

Убыль веса, г

Va, %

Vacp

Wacp

Aacp