Химия твердого топлива, 2020, № 1, стр. 26-29

Сланцевая смола была получена в процессе термического разложения горючего сланца Перелюбского месторождения без доступа воздуха в реакторе производительностью 8 кг/ч сухого измельченного горючего сланца при температуре 560°С, скорости продвижения горючего сланца 23.5 см/мин в течение 7 мин и разделена на две части простым отстаиванием. Верхняя (более легкая) часть смолы была разделена на фракции в аппарате ректификации нефти АРН-2. Из смолы от начала кипения до 410°С с интервалом в 20°С выделены 17 фракций, доля остатка после ректификации в сумме с потерями составила 29.3 мас. %.

Дальнейшая работа проводилась с остатком после вакуумной перегонки на аппарате АРН-2 в количестве 381.65 г.

Для сланцевого пека были определены зольность, выход летучих веществ, доля веществ, нерастворимых в толуоле, и температура размягчения по методу “Кольцо и стержень” ГОСТ 9950-83 (табл. 1). Первые три показателя были получены в соответствии с ГОСТ [1–3].

Полученный пек по температуре размягчения можно отнести к «мягким пекам». Для пека характерно очень низкое содержание α-фракции (нерастворимых в толуоле веществ) и низкая зольность.

Для определения параметров термического разложения продукта был проведен дериватографический анализ исследуемого образца в среде гелия со скоростью подъема температуры 10 град/мин. Дериватограмма представлена на рис. 1.

Рис. 1.

Дериватограмма сланцевого пека. Потеря массы, мас. %: 1 – 0.7, 2 – 70.9, 3 – 81.4; температура, °С: 1 ' – 255, 2  ' – 520, 3  ' – 800.

Основной интервал термического разложения пека находился в области 255–520°С. До температуры 255°С потеря массы равна 0.7%, при 520°С – 70.9%, после окончания нагрева (при температуре 800°С) – 81.4%. Экспериментально показано, что полученный из сланцевой смолы при вакуумной дистилляции пек отличается низкой термической стойкостью, высоким выходом летучих продуктов, а выход коксового остатка из него в условиях высокой скорости подъема температуры не превышает 17 мас. %.

Коксование сланцевого пека проводилось методом дистилляции в кубовой установке без доступа воздуха в замедленном режиме подъема температуры в течение 5 ч, показатели температуры регистрировались каждые 10 мин. Конечная температура коксования – 900°C. После окончания опыта куб охлаждали в течение 24 ч. Материальный баланс процесса коксования представлен в табл. 2, а режим проведения процесса коксования – на рис. 2.

Рис. 2.

Режим коксования сланцевого пека.

Показано, что в выбранном режиме процесса коксования удается повысить выход кокса в 2 раза по сравнению с выходом кокса, полученным в режиме дифференциального термического анализа.

Для кокса, полученного из сланцевого пека, были определены зольность и выход летучих веществ (табл. 3). В табл. 4 приведены экспериментальные данные элементного анализа сланцевого пека и кокса, полученного на его основе.

Обращает внимание существенное снижение сернистости кокса по сравнению с содержанием серы в пеке.

В ходе эксперимента определялась плотность сланцевого пека и кокса, полученного на его основе в соответствии с [4] (табл. 5).

Была определена микроструктура полученного кокса в соответствии с ГОСТ 26132-84. Для проведения анализа из представительной пробы было отобрано 7 г кокса с размером частиц 2–4 мм и изготовлено два шлиф-брикета. Далее с использованием светового металлографического микроскопа проводилась оценка структуры приготовленного из кокса шлифа методом сравнения структуры в поле зрения микроскопа с эталонами, приведенными в приложении к стандарту ГОСТ 26132-84 [5]. Всего для каждого шлифа проанализировано 30 полей зрения. Диаграмма по оценке микроструктуры представлена на рис. 3, микроструктура характерного участка шлифа в поле зрения микроскопа – на рис. 4.

Рис. 3.

Распределение структурных составляющих в коксе из сланцевого пека.

Рис. 4.

Структура кокса, полученного из сланцевого пека.

По распределению структурных составляющих видно, что полученный кокс имеет однородную изотропную структуру. Превалирующая часть структурных составляющих (95%) характеризуется, согласно ГОСТ 26132-84, как “весьма мелковолокнистая, с существованием границ между структурными элементами”, с размером волокон 3–10 мкм, т.е. оцениваемая баллом 2.0.