САМОВОЗГОРАНИЕ ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ

  Главная       Учебники - Лесное производство      Технология лесохимических производств (В.А.Выродов)

 поиск по сайту           правообладателям

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  110  111  112  113  114  115  116  117  118  119  ..  

 

 

 

§ 38. САМОВОЗГОРАНИЕ ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ

А. Н. Завьялов с сотрудниками (ЦНИЛХИ) изучил процесс самовозгорания древесного угля и предложил эффективный способ его стабилизации, который внедрен в производство на вертикальных непрерывнодействующих ретортах.

Парамагнитные свойства древесного угля. Эти свойства обусловлены присутствием в нем макрорадикалов, срединных Rсp и концевых Rк; их максимальное количество возникает при пиролизе древесины соответственно при температурах 325 и 550 °С. Они характеризуются различными параметрами ЭПР-спектра, разной реакционной способностью и термостойкостью.

 

 

Механизм автоокисления и самовозгорания древесного угля.

В зависимости от реакционной способности и температуры 1 кг древесного угля в течение 1 ч поглощает от 0,001 до 0,1 кг кислорода с одновременным отщеплением низкомолекулярных продуктов, главным образом воды. Масса угля при этом практически не изменяется. Поглощение кислорода происходит в результате непрерывного цепного повторения реакций концевых [реакции (80) и (81)] и срединных макрорадикалов:


R ср  О2 —> RcpOO

RcpOO • + RcpH —>• RcpOOH + R ср

 

 

 

Как видно из приведенных реакций, процесс окисления древесного угля развивается по цепному [реакции (80), (81), (83) и (84)] разветвленному [реакция (85)] механизму. Для этого процесса характерны критические параметры количества парамагнитных центров (ПМЦ), температуры, геометрических размеров массы угля, концентрации кислорода.

Самовозгорание древесного угля представляет собой лавинообразное низкотемпературное автоокисление угля, когда один из параметров процесса (чаще это бывает масса угля или температура) превысил критическое значение для данных условий.

Теоретические основы стабилизации древесного угля

 

 Стабилизировать уголь — это значит лишить его способности самовозгораться в условиях перевозки и хранения. Первопричина самовозгорания угля — макрорадикалы, поэтому решение задачи сводится к снижению количества ПМЦ в угле до уровня, при котором не происходит развития процесса его окисления кислородом воздуха до самовозгорания.
 

 

По реакциям (87) и (88) можно за 1—2 ч довести количество ПМЦ в угле до уровня, при котором он потеряет способность самовозгораться. Но для этого необходимо нагреть уголь до температуры 700—800 °С. Следовательно, для действующих производств древесного угля этот путь его стабилизации непригоден.

Активные центры древесного угля могут гибнуть, без доступа воздуха при температурах 100—300 °С по реакциям (86) и (88). Продолжительность стабилизации угля при этих условиях составляет несколько часов. Однако при температуре 20 °С этот процесс длится не менее 10 сут, поэтому такой путь стабилизации древесного угля хотя и применяется на некоторых заводах, является устаревшим, малоэффективным и требует интенсификации.

Наиболее эффективный и в то же время интенсивный способ — стабилизация древесного угля воздухом в слое менее критическом (тонком слое). В основу его положено использование элементарных реакций макрорадикалов (80), (81), (83), (84)и (88). Казалось бы, раз по тем же реакциям развивается процесс автоокисления угля вплоть до самовозгорания, то стабилизация его воздухом невозможна. Однако это не так. Дело в том, что автоокисление древесного угля может проходить в двух режимных областях: в условиях, когда один или несколько параметров процесса превышают критическое значение и когда все параметры ниже критической величины. В первом случае скорость возникновения новых ПМЦ по реакции разветвления цепи (85) превышает скорость гибели их по реакции (88) и процесс развивается лавинообразно, вплоть до самовозгорания угля. Во втором — скорость гибели ПМЦ превышает скорость их образования, и процесс затухает, причем концентрация ПМЦ в угле непрерывно снижается, т. е. уголь стабилизируется.

Таким образом, стабилизация древесного угля воздухом — это окисление его кислородом воздуха в условиях, когда ни один параметр процесса (концентрация ПМЦ, геометрические размеры массы угля, температура, концентрация кислорода) не превышает критического значения.