Способность органической массы углей к деструкции (разложению) при нагреве без доступа воздуха, или термическая устойчивость топлив, оценивается, как было показано в главе 8, таким показателем, как выход летучих веществ. Второй не менее важный показатель — выход продуктов полукоксования.
Полукоксование — это термическое разложение топлив без доступа воздуха при температуре 500–550°С. Полукоксование является промышленным методом переработки топлив и одновременно положено в основу лабораторного метода изучения углей.
При постепенном нагревании угля без доступа воздуха выделяются прежде всего влага и газы, адсорбированные углем. Затем начинается собственно разложение наименее устойчивой части органической массы углей. При этом образуются парообразные летучие продукты, которые конденсируются при охлаждении в виде смолы. Ранее процесс полукоксования называли сухой перегонкой угля.
В состав смолы полукоксования входят предельные и непредельные парафины, производные ароматических углеводородов, нафтены, полициклические углеводороды, эфиры, фенолы, основания, кетоны, карбоновые кислоты, сернистые соединения и др. Одновременно выделяются неконденсирующиеся газообразные продукты (СН4, СО, СО2 и др.) и заметный объем воды, которая также является продуктом разложения угля и поэтому называется водой разложения или пирогенетической.
Оценить химическую природу углей по выходу и составу продуктов полукоксования можно только в том случае, если эти вещества являются первичными продуктами разложения углей. Однако первичные продукты легко вступают в реакции взаимодействия, присоединения, конденсации, изомеризации и другие, превращаясь во вторичные вещества, состав и свойства которых в большей степени зависят от условий процесса, чем от исходного угля. Для предотвращения образования вторичных продуктов в методе лабораторного полукоксования предусмотрены условия, при которых время пребывания парогазовых продуктов в зоне высоких температур минимально.
Таким образом, в результате полукоксования углей образуются летучие и нелетучие первичные продукты разложения:
• смола полукоксования — смесь жидких органических продуктов разложения топлив, конденсирующихся при 20–30 °С (выход смолы полукоксования обозначают символом TsK); • пирогенетическая вода — вода, образующаяся при разложении топлива в условиях полукоксования (выход пирогенетической воды обозначают символом WsK); • полукокс — твердый нелетучий остаток, полученный при полукоксовании (выход полукокса обозначают символом sK); • газ полукоксования — смесь различных газов, образующихся при полукоксовании (выход газа полукоксования обозначают символом GsK).Выходом продуктов полукоксования называют массу смолы, пирогенетической воды, полукокса и газа, образующихся в стандартных условиях полукоксования, выраженную в процентах по отношению к массе топлива, подвергшегося испытанию.
Этот показатель используют, главным образом, для характеристики топлив низкой степени углефикации (торфы, бурые и молодые каменные угли, горючие сланцы), которые дают значительную массу продуктов полукоксования.
Выход продуктов полукоксования — показатель, который отражает химическую природу, строение и свойства органической массы углей и поэтому является классификационным параметром бурых углей. В Единой классификации углей по ГОСТ 25543–2013 бурые угли делят на подтипы по выходу смолы полукоксования, рассчитанному на сухое беззольное топливо (T dafsK) (§ 23.2).
Кроме того, выход смолы полукоксования положен в основу классификации бурых углей и лигнитов как сырья для процессов низкотемпературной переработки. Эта первая Международная кодовая система бурых углей представлена в стандарте ISO 2950:1974 «Угли бурые и лигниты. Классификация по типам на основе содержания общей влаги и выхода смолы полукоксования» (§ 23.5).
Выход продуктов полукоксования используется для оценки углей как сырья для технологической переработки (полукоксование, получение синтетического жидкого топлива, газификация).
