СПОСОБ ОЦЕНКИ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ИНЕРТНЫХ КОМПОНЕНТОВ УГЛЯ, СПОСОБ ОЦЕНКИ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ УГЛЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОКСА Российский патент 2023 года по МПК C10B57/04 G01N33/22 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля, способу оценки поверхностного натяжения угля и способу получения кокса.

Уровень техники

Кокс, используемый в качестве сырья доменных печей для производства в них чугуна, предпочтительно имеет высокую прочность. Это связано с тем, что кокс, имеющий низкую прочность, разрушается в доменных печах, что ослабляет газопроницаемость в доменных печах, а это препятствует стабильному производству чугуна.

Кокс получают карбонизацией угля. Карбонизация представляет собой процесс нагревания угля при температуре пиролиза или выше (около 300°C или выше) в неокислительной атмосфере. В качестве сырья для получения кокса предпочтительно используют уголь, который размягчается и плавится при температуре от 350°C до 600°C в ходе процесса карбонизации. При размягчении и плавлении порошок или частицы угля прилипают друг к другу и сплавляются с образованием кускового кокса.

Для формирования кокса, имеющего высокую прочность, предпочтительно, чтобы частицы угля хорошо прилипали друг к другу. Для оценки адгезионной способности угля в качестве величины физической характеристики используют поверхностное натяжение угля, подвергнутого термообработке (полукокса).

Примеры способов измерения поверхностного натяжения материалов, таких как уголь, включают в себя метод капиллярного поднятия, метод максимального давления пузырьков, метод измерения по массе капли, метод висячей капли, метод отрыва кольца, метод Вильгельми, метод контактных углов наступления и отступления, метод наклоняющейся пластинки и метод плёночной флотации. Поскольку уголь состоит из разнообразных молекулярных структур и, следовательно, предполагается, что он имеет неравномерное поверхностное натяжение, в Непатентном документе 1 или Патентном документе 1 наиболее целесообразным методом измерения считается метод плёночной флотации, при помощи которого, как полагают, оценивается распределение поверхностного натяжения.

Способ плёночной флотации представляет собой метод, основанный на идее, заключающейся в том, что пылевидные частицы образца, помещённые в жидкость и начинающие оседать на дно из состояния плавучести, имеют то же поверхностное натяжение, что и жидкость. Частицы образца погружают в жидкости, характеризующиеся различными величинами поверхностного натяжения, и определяют массовую долю частиц образца, плавающих в каждой жидкости. Распределение поверхностного натяжения получают на основе данного результата. Методом плёночной флотации можно измерять поверхностное натяжение любого угля, безотносительно к его типу, такого как твёрдый коксующийся уголь, некоксующийся или слабо коксующийся уголь, антрацит и термически обработанный уголь (полукокс), полученный при термообработке такого угля.

Список литературы

Патентная литература

Патентный документ 1: Японский патент № 5737473

Непатентная литература

Непатентный документ 1: D. W. Fuerstenau: International Journal of Mineral Processing, 20 (1987), 153

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

Методу плёночной флотации присуща проблема, заключающаяся в том, что он требует длительного времени (примерно один день) для измерения поверхностного натяжения угля и является неэффективным с точки зрения времени. Для метода плёночной флотации также характерна проблема усложнённого процесса измерения поверхностного натяжения, и только квалифицированные специалисты по проведению измерений могут стабильно определять поверхностное натяжение. Настоящее изобретение позволяет разрешить указанные проблемы, которые возникают при измерении поверхностного натяжения угля, и оно предлагается способ - простой в осуществлении – для оценки поверхностного натяжения угля.

Решение проблемы

Решения вышеупомянутых проблем излагаются ниже.

(1) Способ оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля, характеризующийся тем, что предварительно определяют первое выражение соотношения, представляющее соотношение между поверхностным натяжением инертных компонентов угля и величиной физической характеристики, представляющей класс угля; измеряют величину указанной физической характеристики, представляющей класс угля, для угля, поверхностное натяжение инертных компонентов которого надлежит оценивать; и вычисляют поверхностное натяжение инертных компонентов угля с использованием измеренной величины физической характеристики, представляющей класс угля, и первого выражения соотношения.

(2) В способе оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля по п. 1 величина физической характеристики, представляющей класс угля, является среднеарифметическим значением максимального показателя отражения витринита.

(3) В способе оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля по п. 1 или 2 поверхностное натяжение представляет собой поверхностное натяжение инертных компонентов полукокса, полученного при нагревании угля до температуры 350°C или выше и до 800°C или ниже.

(4) Способ оценки поверхностного натяжения угля, характеризующий тем, что рассчитывают второе выражение соотношения, представляющее соотношение между поверхностным натяжением инертных компонентов угля и общим содержанием инертных компонентов угля, исходя из заданного поверхностного натяжения реакционноспособных компонентов и поверхностного натяжения инертных компонентов, определённого при помощи способа оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля по любому из пп. 1-3; измеряют общее содержание инертных компонентов угля, поверхностное натяжение которого надлежит оценивать, и вычисляют поверхностное натяжение угля с использованием измеренного общего содержания инертных компонентов и второго выражения соотношения.

(5) В способе оценки поверхностного натяжения угля по п. 4 заданное поверхностное натяжение реакционноспособных компонентов является среднеарифметическим значением поверхностного натяжения реакционноспособных компонентов в различных марках угля.

(6) Способ получения кокса, характеризующийся тем, что для образования угольной смеси составляют смесь углей, для которых имеются значения поверхностного натяжения, определённые при помощи способа оценки поверхностного натяжения угля по п. 4 или 5; и осуществляют карбонизацию угольной смеси для получения кокса.

Полезные эффекты изобретения

Поверхностное натяжение инертных компонентов можно легко оценивать путём осуществления способа оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля согласно настоящему изобретению, а поверхностное натяжение угля можно легко оценивать с использованием поверхностного натяжения инертных компонентов. В случае, когда поверхностное натяжение угля можно с лёгкостью оценивать указанным путём, оцененную величину поверхностного натяжения можно использовать для исследования составления смеси углей, что обеспечивает возможность получения кокса высокого качества.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлены графические зависимости, отображающие графики (3 точки) значений поверхностного натяжения образцов, имеющих различное содержание инертных компонентов, и линии регрессии указанных графиков для каждого из образцов, имеющих различное содержание инертных компонентов в 6 марках (A - F) угля.

Фиг. 2 представляет собой график, показывающий соотношение между γ₁₀₀ и среднеарифметическим значением максимального показателя отражения витринита угля.

Фиг. 3 представляет собой график, показывающий соотношение между измеренными величинами поверхностного натяжения и оценёнными величинами поверхностного натяжения.

На фиг. 4 представлены графические зависимости, отображающие графики (3 точки) значений поверхностного натяжения образцов, имеющих различное содержание инертных компонентов, и линии регрессии указанных графиков для каждой из 3 марок (H, I, J) угля с температурой термообработки 400°C.

На фиг. 5 представлены графические зависимости, отображающие графики (3 точки) значений поверхностного натяжения образцов, имеющих различное содержание инертных компонентов, и линии регрессии указанных графиков для каждой из 3 марок (H, I, J) угля с температурой термообработки 600°C.

Фиг. 6 представляет собой график, показывающий соотношение между γ₁₀₀ и Ro углей с температурой термообработки 400°C.

Фиг. 7 представляет собой график, показывающий соотношение между γ₁₀₀ и Ro углей с температурой термообработки 600℃.

Описание вариантов осуществления изобретения

Настоящее изобретение будет описано ниже при помощи вариантов его осуществления. Следующее ниже описание сфокусировано, главным образом, на вариантах осуществления способа оценки поверхностного натяжения угля. В вариантах осуществления изобретения будут описаны способ оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля и способ получения кокса.

Авторы настоящего изобретения сосредотачивают внимание на компонентах угля, которые размягчаются и плавятся под воздействием тепла (далее в настоящем документе называемых реакционноспособными компонентами), и компонентах угля, которые ни размягчаются, ни плавятся под воздействием тепла (далее в настоящем документе называемых инертными компонентами). Прежде всего, будет описано соотношение между значениями поверхностного натяжения реакционноспособных компонентов и инертных компонентов, а также поверхностного натяжения угля. В следующем ниже описании поверхностное натяжение угля может обозначаться как γ. Поскольку инертные компоненты угля твёрже реакционноспособных компонентов, инертные компоненты стремятся концентрироваться в крупных частицах угля после измельчения. Указанную тенденцию используют для приготовления образцов на основе одной и той же марки угля с различным содержанием инертных компонентов путём измельчения и просеивания. Измеряют общее содержание инертных компонентов (далее в настоящем документе может называться TI) в каждом из образцов с различным содержанием инертных компонентов, приготовленных таким путём, и каждый из образцов подвергают термообработке при заданной температуре для образования полукоксов. TI представляет собой общее содержание инертных компонентов, определенное в стандарте JIS M 8816, и показывает долю (об. %) инертных компонентов, содержащихся в угле.

В указанном варианте осуществления изобретения уголь, поверхностное натяжение которого надлежит оценивать, представляет собой термообработанный уголь, то есть полукокс. Способ оценки поверхностного натяжения угля в соответствии с данным вариантом можно применять к углю без термообработки, а также у полукоксу. Поскольку поверхностное натяжение полукокса является особенно полезным для прогнозирования прочности кокса и получения кокса с высокой прочностью, в данном варианте будет описан способ измерения поверхностного натяжения полукокса, который представляет собой термообработанный уголь. В указанном варианте полукокс получают в соответствии с этапами (a) - (c).

(a) Измельчение угля. В отношении размера частиц пылевидного угля отметим, что уголь предпочтительно измельчают до частиц размером 250 мкм или меньше, более предпочтительно, до частиц размером 200 мкм или меньше, который является размером частиц в рамках приближённого анализа угля, описанного в стандарте JIS M8812, для приготовления однородных образцов из угля, который не является однородным по мацералам и свойствам.

(b) Нагревание пылевидного угля до температуры 350° или выше и до 800° или ниже с соответствующей скоростью нагревания в отсутствие воздуха или в инертном газе. Скорость нагревания предпочтительно устанавливают в соответствии со скоростью нагревания при получении кокса в коксовой печи.

(c) Охлаждение нагретого угля в инертном газе для получения полукокса.

В отношении температуры нагрева для нагревания угля отметим, что уголь нагревают предпочтительно до температуры в диапазоне от 350°C, при которой уголь начинает размягчаться и плавиться, до 800°C, при которой завершается коксообразование, и это основывается на предположении, что поверхностное натяжение оказывает влияние на адгезию между частицами угля. Однако в диапазоне температур нагревания от 350°C до 800°C, температура, особенно способствующая адгезии, составляет от 350°C до 550°C, которая является температурой размягчения и плавления, и адгезионная структура может образовываться в окрестности 500°C. Особенно предпочтительной в этом отношении является температура нагревания в диапазоне от 480°C до 520°C, что находится в окрестности 500°C, и в указанном варианте температуру нагревания задают равной 500°C. Нагревание осуществляют предпочтительно в атмосфере инертного газа (например, азота, аргона, гелия), который не реагирует с углём.

Охлаждение предпочтительно осуществляют в атмосфере инертного газа, который не реагирует с углём. Термообработанный уголь быстро охлаждают предпочтительно со скоростью охлаждения 10°C/с или больше. Причина выполнения быстрого охлаждения заключается в поддержании молекулярной структуры в реакционноспособном состоянии, и скорость охлаждения предпочтительно составляет 10°C/с или выше, при которой молекулярная структура не может изменяться. Быстрое охлаждение можно выполнять с использованием жидкого азота, ледяной воды, воды или инертного газа, такого как газообразный азот. Быстрое охлаждение проводят предпочтительно с использованием жидкого азота.

Поверхностное натяжение угля можно измерять с использованием способа плёночной флотации, описанного в Непатентном документе 1. Указанный способ можно применять и для угля, и для полукокса, полученного из данного угля, а распределение поверхностного натяжения можно получать с использованием тонко измельчённого образца. Среднее значение полученного распределения поверхностного натяжения рассматривается как поверхностное натяжение (далее в настоящем документе может обозначаться как γ) образца. Измерение поверхностного натяжения полукокса с использованием способа плёночной флотации конкретно изложено в Патентном документе 1.

На фиг. 1 представлены графики, представляющие графическое представление (3 точки) значений поверхностного натяжения (средней величины распределения поверхностного натяжения) образцов, имеющих различное содержание инертных компонентов, и линии регрессии указанных графиков для каждой из 6 марок (A - F) угля, подвергнутого термообработке при 500°C (полукоксы). На фиг. 1 горизонтальная ось представляет TI (%), а вертикальная ось представляет γ (мН/м). В таблице 1 приведены характеристики углей A - F.

Таблица 1

Марка logMF
(log/ddpm) Ro
(%) TI
(%) γ
(мН/м) γ₀
(мН/м) γ₁₀₀
(мН/м) A 2,97 1,20 20,36 40,5 40,3 40,8 B 0,48 1,56 20,96 39,1 40,0 35,5 C 2,94 0,97 33,98 41,6 39,6 46,7 D 2,78 0,98 47,39 42,6 40,7 44,0 E 2,77 0,97 43,40 42,6 41,5 43,7 F 1,34 1,30 36,88 41,1 41,3 42,0

Каждая линия регрессии на фиг. 1 отображает уравнение простой регрессии для зависимости γ от TI, рассчитанное с использованием метода наименьших квадратов для сведения к минимуму ошибки между уравнением простой регрессии и каждым графиком для каждого угля. Как показано на фиг. 1, графики, относящиеся к каждому углю, находятся на линии регрессии, и наблюдается приближённая линейная зависимость между TI и γ. В связи с этим величина, соответствующая значению TI = 100 на линии регрессии, представляет собой значение поверхностного натяжения инертных компонентов при их 100%-ном содержании (далее в настоящем документе может называться γ₁₀₀), а величина, соответствующая значению TI = 0, представляет собой значение поверхностного натяжения при 100%-ном содержании реакционноспособных компонентов (далее в настоящем документе может называться γ₀). Когда реакционноспособные компоненты составляют 100% угля, инертные компоненты составляют 0% угля.

В таблице 1 величина "logMF (log/ddpm)" представляет десятичный логарифм максимальной текучести (MF/ddpm) углей, измеренной способом с использованием пластометра Гизелера, описанным в стандарте JIS M8801. В таблице 1 «R_O (%)» представляет собой величину физической характеристики, используемой в указанном варианте осуществления изобретения в качестве типовой характеристики класса угля, и является среднеарифметическим значением максимального показателя отражения витринита в стандарте JIS M 8816. В таблице 1 «TI (%)» отображает общее содержание инертных компонентов (об. %) и вычисляется в соответствии с Методами определения мацерального состава угля и угольной смеси при помощи микроскопа в стандарте JIS M 8816 и следующей ниже формулой (1) на основе формулы Парра, описанной в пояснении к упомянутым Методам.

Содержание инертных компонентов (об. %) = фузинит (об. %) + микринит (об. %) + (2/3) × полуфузинит (об. %) + минеральное вещество (об. %) ··· (1)

В таблице 1 «γ (мН/м)» представляет собой поверхностное натяжение (среднюю величину распределения поверхностного натяжения) полукоксов, полученных в результате термообработки при 500℃ углей A - F, измельчённых до заданного размера частиц, измеренное методом плёночной флотации. «γ₀» представляет собой величину, соответствующую значению TI = 0 на линиях регрессии каждого из углей A – F, показанных на фиг. 1, а «γ₁₀₀» является величиной, соответствующей значению TI = 100.

На фиг. 1 показано, что γ₀ проявляет тенденцию сходимости к практически постоянной величине, безотносительно марки угля. Однако γ₁₀₀ не проявляет тенденции сходимости к постоянной величине и варьируется в значительной степени согласно марке угля. Поскольку γ₀ проявляет тенденцию сходимости к практически постоянной величине, характерную величину γ₀ можно задавать исходя из γ₀, вычисленной для различных марок угля. В указанном варианте осуществления изобретения характерную величину γ₀ определяют как среднее арифметическое значений γ₀ различных марок угля.

Поскольку γ₁₀₀ значительно изменяется в зависимости от марки угля, необходимо определять γ₁₀₀ для каждой марки угля. Авторы настоящего изобретения обнаружили хорошую корреляцию между γ₁₀₀ и классом угля и пришли к настоящему изобретению. Фиг. 2 представляет собой график, отображающий соотношение между γ₁₀₀ и среднеарифметическим значением максимального показателя отражения витринита (далее в настоящем документе может называться Ro) угля. На фиг. 2 горизонтальная ось представляет Ro (%), а вертикальная ось представляет γ₁₀₀ (мН/м). Способ оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля будет описан со ссылкой на фиг. 2. Каждая линия регрессии на фиг. 2 отображает уравнение простой регрессии зависимости γ₁₀₀ от Ro и рассчитывается с использованием метода наименьших квадратов для сведения к минимуму ошибки между уравнением простой регрессии и каждым графиком. Данное уравнение простой регрессии представляет собой первое выражение соотношения, представляющее соотношение между γ₁₀₀ и Ro, и первое выражение соотношения установлено с использованием углей A – F, показанных в таблице 1, для получения следующей формулы (2).

γ₁₀₀ = -14,791Ro + 59,324 ··· (2)

В таблице 2 приведены характеристики угля G, который не применяли для установления первого выражения соотношения. В таблице 3 представлены значения γ₁₀₀, вычисленные с использованием значений Ro, приведённых выше в таблице 1, и формулы (2).

Таблица 2

Марка logMF
(log/ddpm) Ro
(%) TI
(%) γ
(мН/м) γ₀
(мН/м) γ₁₀₀
(мН/м) G 1,67 1,23 22,10 40,2 39,5 41,2

Таблица 3

Марка γ₁₀₀ (Оцененная величина)
(мН/м) A 41,6 B 36,3 C 45,0 D 44,8 E 45,0 F 40,1 G 41,1

Как представлено в таблице 3, γ₁₀₀ угля G, который не применяли для получения формулы (2), приведённой выше, вычислен с использованием значения Ro, показанного в таблице 2, и формулы (2) и найдено, что он составляет 41,1 мН/м. Измерены значения γ каждого из полукоксов, полученных в результате термообработки при 500°C трёх образцов, имеющих различное содержание инертных компонентов, и значение γ₁₀₀, вычисленное на основе уравнения простой регрессии для γ, составляет 41,2 мН/м. Данный результат указывает на то, что γ₁₀₀ можно точно рассчитывать исходя из Ro с использованием формулы (2), которая представляет собой первое выражение соотношения. Уравнение простой регрессии на фиг. 2 имеет коэффициент детерминации R², равный 0,86, что близко к 1. Коэффициент детерминации R² является мерой степени корреляции в уравнении регрессии. Чем ближе коэффициент детерминации R² к 1, тем выше степень корреляции между Ro и γ₁₀₀. Данный результат указывает на то, что γ₁₀₀ можно точно рассчитывать исходя из первого выражения соотношения и Ro. Как описано выше, способ оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля включает в себя предварительное получение первого выражения соотношения, представляющего соотношение между γ₁₀₀ и Ro, измерение Ro угля, величину γ₁₀₀ которого надлежит оценивать, а также вычисление поверхностного натяжения инертных компонентов угля с использованием измеренной величины Ro и полученного первого выражения соотношения.

Как описано выше, для получения значения γ₁₀₀ необходимо приготовить два или больше образцов, имеющих различное содержание инертных компонентов, измерить поверхностное натяжение каждого из образцов с использованием метода плёночной флотации после превращения образцов в полукокс и определить уравнение простой регрессии для поверхностного натяжения. С другой стороны, когда первое выражение соотношения, представляющее соотношение между γ₁₀₀ и Ro, получено заранее, как показано на фиг. 2, γ₁₀₀ можно вычислить только путем измерения показателя Ro объекта, γ₁₀₀ которого надлежит оценивать, на основе первого выражения соотношения и измеренной величины Ro. Таким образом, понятно, что величину γ₁₀₀ можно легко оценивать с использованием способа оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля.

В том случае, если γ₁₀₀ можно оценить с использованием способа оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля, выражение соотношения, представляющее соотношение между γ и TI, соответствующее уравнению простой регрессии, показанному на фиг. 1, можно вычислить с использованием заданного характерного значения γ₀ и оцененного значения γ₁₀₀. Указанное выражение соотношения является вторым выражением соотношения, представляющим соотношение между γ и TI. Второе выражение соотношения можно представить следующей формулой (3).

γ = [(γ₁₀₀ - γ₀)/100] × TI + γ₀ ··· (3)

Способ оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту осуществления изобретения включает предварительное определение второго выражения соотношения, рассчитанное на основе заданных значений γ₀ и γ₁₀₀, измерение значения TI угля, для которого надлежит оценивать γ, и вычисление поверхностного натяжения угля на основе измеренного значения TI и второго выражения соотношения. В способе оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту в качестве γ₀ применяют заданное характерное значение γ₀, а в качестве γ₁₀₀ применяют оцененное значение γ₁₀₀, вычисленное с использованием способа оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля. Если второе выражение соотношения получено заранее, поверхностное натяжение угля можно вычислять только при помощи измерения TI для угля, поверхностное натяжение которого надлежит оценивать, на основе второго выражения соотношения и измеренного TI. Таким образом, поверхностное натяжение угля можно легко оценивать с использованием способа оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту осуществления изобретения.

В таблице 4 ниже приведены γ₀ (типичное значение) и γ₁₀₀ (оцененное значение), используемые для определения второго выражения соотношения, и γ (оцененное значение) для углей A - F. Величину γ (оцененное значение) вычисляют с использованием TI, приведённого в таблице 1 или 2, и второго выражения соотношения для каждого из углей A – F, определенного на основе γ₀ (типичное значение) и γ₁₀₀ (оцененное значение).

Таблица 4

Марка γ₀
(характерное значение)
(мН/м) γ₁₀₀
(оцененное значение)
(мН/м) γ
(оцененное значение)
(мН/м) A 40,6 41,6 40,8 B 36,3 39,7 C 45,0 42,1 D 44,8 42,6 E 45,0 42,5 F 40,1 40,4 G 41,1 40,7

Фиг. 3 представляет собой график, показывающий соотношение между измеренными величинами поверхностного натяжения и оценёнными величинами поверхностного натяжения. На фиг. 3 горизонтальная ось представляет измеренное значение γ (мН/м), которое является γ, приведённым в таблице 1 или 2. Вертикальная ось представляет оценённое значение γ (мН/м), которое является γ (оценённое значение), приведённым в таблице 4. На фиг. 3 кружки представляют угли A - F, а закрашенный квадратик представляет уголь G. Фиг. 3 указывает на очень сильную корреляцию между измеренными значениями γ и оценёнными значениями γ. Данный результат демонстрирует, что величину γ можно точно оценивать с использованием способа оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту осуществления изобретения.

На фиг. 2 и фиг. 3 показан пример выполнения оценки поверхностного натяжения углей, подвергнутых термообработке при 500°C, но температура термообработки углей в указанном варианте не ограничивается значением 500°C. Для подтверждения того, что способ оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту не ограничивается случаем термообработки при 500°C, определи, устанавливается ли соотношение между TI и поверхностным натяжением, показанное на фиг. 1, также и при других температурах термообработки.

Образцы с различным содержанием TI подготавливают вышеупомянутым способом с использованием 3 марок (H, I, J) угля. Данные образцы превращают в полукоксы согласно способу, включающему в себя стадии (a) - (c), описанные выше, в тех же условиях, за исключением лишь того, что температуру термообработки изменяют на 400°C и 600°C. Измеряют поверхностное натяжение каждого полукокса и определяют соотношение между TI и поверхностным натяжением тем же способом, что и в случае фиг. 1. В таблице 5 ниже приведены характеристики углей H - J.

Таблица 5

Марка logMF
(log/ddpm) Ro
(%) TI
(%) H 0,85 1,51 41,04 I 0,95 1,32 43,86 J 1,83 1,02 50,25

На фиг. 4 представлены графические зависимости, отображающие графики (3 точки) значений поверхностного натяжения образцов с различным содержанием инертных компонентов и линии регрессии указанных графиков для каждой из 3 марок (H, I, J) угля с температурой термообработки 400°C. На фиг. 5 представлены графические зависимости, отображающие графики (3 точки) значений поверхностного натяжения образцов с различным содержанием инертных компонентов и линии регрессии указанных графиков для каждой из 3 марок (H, I, J) угля с температурой термообработки 600°C. На фиг. 4 и фиг. 5 горизонтальная ось представляет TI (%), а вертикальная ось представляет γ (мН/м). Как показано на фиг. 4 и фиг. 5, между TI и поверхностным натяжением полукоксов, полученных при различных температурах термообработки, устанавливается соотношение, аналогичное таковому на фиг. 1, и данная тенденция не изменяется в случае одного и того же угля.

На фиг. 4 и фиг. 5 для каждой марки угля получена линия регрессии, и на её основе определено поверхностное натяжение γ₁₀₀ при TI = 100%. Затем определено соотношение между γ₁₀₀ и Ro для каждого угля. Фиг. 6 представляет собой график, показывающий соотношение между γ₁₀₀ и Ro углей с температурой термообработки 400°C. Фиг. 7 представляет собой график, показывающий соотношение между γ₁₀₀ и Ro углей с температурой термообработки 600°C. На фиг. 6 и фиг. 7 горизонтальная ось представляет Ro (%), а вертикальная ось представляет γ₁₀₀ (мН/м). Как показано на фиг. 6 и фиг. 7, обнаружена сильная корреляция между γ₁₀₀ и Ro, как на фиг. 2, даже в случае, когда температуру термообработки изменяли на 400°C и 600°C.

Данный результат указывает на то, что способ оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту осуществления изобретения можно использовать для полукоксов, полученных при различных температурах. В Патентном документе 1 также раскрыто, что величины поверхностного натяжения полукоксов, полученных при температурах термообработки 350°C или выше и 800°C или ниже, демонстрируют ту же самую тенденцию, безотносительно типа угля. Это указывает на то, что способ оценки поверхностного натяжения угля согласно данному варианту можно использовать для полукоксов, полученных при температуре 350°C или выше и 800°C или ниже, а также полукоксов, произведённых путём термообработки при 500°C.

Иными словами, оценку поверхностного натяжения инертных компонентов в угле, подвергнутом термообработке при заданной температуре 350°C или выше и 800°C или ниже, можно выполнять с применением первого выражения соотношения, представляющего соотношение между поверхностным натяжением инертных компонентов в полукоксе, полученном в результате термообработки при заданной температуре, и величиной физической характеристики, представляющей марку угля. Соответственно, можно оценивать γ₁₀₀, которая является поверхностным натяжением инертных компонентов в угле, подвергнутом термообработке при заданной температуре.

Оценку поверхностного натяжения угля, подвергнутого термообработке при заданной температуре 350^оC или выше и 800^оC или ниже, можно выполнять с применением второго выражения соотношения, представляющего соотношение между поверхностным натяжением и общим содержанием инертных компонентов угля, полученного на основе γ₁₀₀ угля, оцененного при заданной температуре, и γ₀ при заданной температуре. Соответственно, можно оценивать поверхностное натяжение угля, подвергнутого термообработке при заданной температуре.

Угли, показанные в таблицах 1, 2 и 5, являются примерами угля, обычно используемого в качестве сырья для производства кокса. Уголь, применяемый в качестве сырья для производства кокса, имеет MF - от 0 до 60000 ddpm (log MF: 4,8 или меньше), Ro - от 0,6% до 1,8%, и TI - от 3 до 50 об. %. Способ оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту осуществления изобретения можно особенно предпочтительно использовать для углей в таких диапазонах.

В упомянутом варианте Ro используют в качестве величины физической характеристики, представляющей класс угля. Другие величины физической характеристики, представляющие классы угля, включают содержание летучих веществ в угле, содержание углерода и температуру возвращения в твёрдое состояние при размягчении и плавлении. Все упомянутые величины физической характеристики демонстрируют хорошую корреляцию с Ro. С учётом вышесказанного, величина физической характеристики, представляющая класс угля, может быть величиной физической характеристики, коррелирующей с классом угля, такой как содержание летучих веществ в угле, содержание углерода и температура возвращения в твёрдое состояние при размягчении и плавлении, вместо Ro.

В общем случае анализ мацерального состава угля касательно TI, величин физических характеристик, представляющих классы угля, как например, Ro, и других параметров, широко используется в деловых операциях для выражения характеристик угля, и упомянутые параметры анализируются. С учётом вышесказанного, в случае, если γ₁₀₀ можно оценить исходя из класса угля, как например, по Ro, и поверхностное натяжение угля можно оценить с использованием γ₁₀₀, поверхностное натяжение угля можно оценивать без опоры на квалифицированных специалистов по измерениям и сэкономить время на измерении поверхностного натяжения.

Прочность кокса, полученного из угольной смеси, содержащей смесь углей с близкими γ, которые выше соответствующего показателя кокса, полученного из угольной смеси, содержащей смесь углей с различными значениями γ. Если γ можно легко оценить с применением способа оценки поверхностного натяжения угля согласно указанному варианту осуществления изобретения, оцененную величину γ можно использовать для исследования составления смесей углей. Таким образом, применение угольной композиции с соотношением компонентов, установленным в результате исследования составления смесей для получения кокса, обеспечивает возможность получения кокса высокого качества.

Группа изобретений относится к способу оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля, способу оценки поверхностного натяжения угля и способу получения кокса. Способ оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля, характеризующийся тем, что предварительно определяют первое выражение соотношения, представляющее соотношение между поверхностным натяжением инертных компонентов угля (γ₁₀₀) и величиной (Ro) физической характеристики, представляющей класс угля, в виде уравнения простой регрессии. Далее измеряют величину (Ro) указанной физической характеристики, представляющей класс угля, для угля, поверхностное натяжение (γ₁₀₀) инертных компонентов которого надлежит оценивать, и вычисляют поверхностное натяжение (γ₁₀₀) инертных компонентов угля с использованием измеренной величины (Ro) физической характеристики, представляющей класс угля, и указанного первого выражения соотношения. При этом для определения первого выражения соотношения определяют величину (γ₁₀₀) поверхностного натяжения инертных компонентов угля для различных классов угля, выполняя следующие операции: для различных классов угля приготавливают образцы угля, имеющие различное содержание инертных компонентов (TI), измеряют содержание инертных компонентов (TI) в образцах угля с учетом следующей формулы: содержание инертных компонентов (об. %) = фузинит (об. %) + микринит (об. %) + (2/3) × полуфузинит (об. %) + минеральное вещество (об. %). Затем нагревают образцы угля до температуры 350°С или выше и до 800°С или ниже, измеряют поверхностное натяжение (γ) нагретых образцов угля. После этого на основе измеренных значений содержания инертных компонентов (TI) и поверхностного натяжения (γ), для каждого класса угля получают линию регрессии для зависимости между содержанием инертных компонентов (TI) и поверхностным натяжением (γ), и для каждого класса угля на полученной линии регрессии определяют поверхностное натяжение (γ₁₀₀) инертных компонентов, соответствующее 100%-ному содержанию инертных компонентов: ТI = 100, где TI - содержание инертных компонентов угля, %. Техническим результатом заявленной группы изобретений является разработка простого в осуществлении способа для оценки поверхностного натяжения угля, что обеспечивает возможность получения кокса высокого качества. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил., 5 табл.

1. Способ оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля, характеризующийся тем, что

предварительно определяют первое выражение соотношения, представляющее соотношение между поверхностным натяжением инертных компонентов угля (γ₁₀₀) и величиной (Ro) физической характеристики, представляющей класс угля, в виде уравнения простой регрессии,

измеряют величину (Ro) указанной физической характеристики, представляющей класс угля, для угля, поверхностное натяжение (γ₁₀₀) инертных компонентов которого надлежит оценивать, и вычисляют поверхностное натяжение (γ₁₀₀) инертных компонентов угля с использованием измеренной величины (Ro) физической характеристики, представляющей класс угля, и указанного первого выражения соотношения,

при этом для определения первого выражения соотношения определяют величину (γ₁₀₀) поверхностного натяжения инертных компонентов угля для различных классов угля, выполняя следующие операции:

для различных классов угля приготавливают образцы угля, имеющие различное содержание инертных компонентов (TI),

измеряют содержание инертных компонентов (TI) в образцах угля с учетом следующей формулы:

содержание инертных компонентов (об. %) = фузинит (об. %) + микринит (об. %) + (2/3) × полуфузинит (об. %) + минеральное вещество (об. %),

нагревают образцы угля до температуры 350°С или выше и до 800°С или ниже,

измеряют поверхностное натяжение (γ) нагретых образцов угля,

на основе измеренных значений содержания инертных компонентов (TI) и поверхностного натяжения (γ) для каждого класса угля получают линию регрессии для зависимости между содержанием инертных компонентов (TI) и поверхностным натяжением (γ), и

для каждого класса угля на полученной линии регрессии определяют поверхностное натяжение (γ₁₀₀) инертных компонентов, соответствующее 100%-ному содержанию инертных компонентов, ТI = 100, где TI – содержание инертных компонентов угля, %.

2. Способ оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля по п. 1, в котором величина физической характеристики, представляющей класс угля, представляет собой среднеарифметическое значение максимального показателя отражения витринита.

3. Способ оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля по п. 1 или 2, в котором указанное поверхностное натяжение представляет собой поверхностное натяжение инертных компонентов полукокса, полученного при нагревании угля до температуры 350°C или выше и до 800°C или ниже.

4. Способ оценки поверхностного натяжения угля, характеризующийся тем, что

рассчитывают второе выражение соотношения, представляющее соотношение между поверхностным натяжением угля и общим содержанием инертных компонентов угля, исходя из заданного поверхностного натяжения реакционноспособных компонентов и поверхностного натяжения инертных компонентов, определённого при помощи способа оценки поверхностного натяжения инертных компонентов угля по любому из пп. 1-3;

измеряют общее содержание инертных компонентов угля, поверхностное натяжение которого надлежит оценивать, и вычисляют поверхностное натяжение угля с использованием измеренного общего содержания инертных компонентов и второго выражения соотношения,

при этом второе выражение соотношения имеет следующий вид:

γ = [(γ₁₀₀ - γ₀)/100] × TI + γ₀ ,

где γ - поверхностное натяжение угля, мН/м,

γ₀ - заданное поверхностное натяжение реакционноспособных компонентов, мН/м,

γ₁₀₀ - поверхностное натяжение инертных компонентов угля, мН/м,

TI - общее содержание инертных компонентов угля, %.

5. Способ оценки поверхностного натяжения угля по п. 4, в котором заданное поверхностное натяжение реакционноспособных компонентов является средним арифметическим значений поверхностного натяжения реакционноспособных компонентов в различных марках угля.

6. Способ получения кокса, характеризующийся тем, что

для образования угольной смеси составляют смесь углей, для которых имеются значения поверхностного натяжения, оцененные способом оценки поверхностного натяжения угля по п. 4 или 5, и осуществляют карбонизацию угольной смеси для получения кокса.