Введение
ЗНАЧЕНИЕ УГЛЕЙ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 7
2 МАРКИРОВКА УГЛЕЙ 12
2.1 Отечественная и зарубежная маркировка углей 13
3 МЕТОДЫ ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА УГЛЕЙ 15
3.1 Термогравиметрия (ТГ) 16
3.2 Дифференциальный термический анализ (ДТА) 17
3.3 Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) 23
3.3.1 Нулевое приближение 25
3.3.2 Первое приближение 27
3.3.3 Второе приближение 29
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ 32
4.1 Подготовка проб угля 32
4.2 Описание прибора STA 409 PCLuxx (NETZSCH) и его функций 36
4.3 Результаты измерений 40
5 КИНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ВЫБОР КИНЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 42
5.1 Первичный анализ Фридмана (Friedman) 44
5.2 Линейная регрессия 48
5.3 Нелинейная регрессия 49
5.4 Прогнозирование 51
Заключение 52
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Еще в позапрошлом веке уголь, как первый вид ископаемого топлива, используемый человеком, являлся движущей силой мировой промышленности и экономики, до тех пор, пока человечеству не пришлось искать альтернативных источников энергии в связи с повышенным загрязнением окружающей среды при сжигании угля. Несмотря на это, уголь продолжает оставаться на втором месте после нефти по объемам добычи и использования. Промышленные запасы угля на планете на сегодняшний день составляют больше 1 триллиона тонн. Таким образом, мировой угольный запас в несколько раз превышает запасы других видов топлива, что не может не сказаться на тенденциях и приоритетах дальнейшего развития угледобычи во всем мире. Рынок угля более конкурентоспособный, чем рынок той же нефти или природного газа, поскольку его залежи практически равномерно расположены по всем континентам во всех странах мира. Добыча ископаемого на данный момент ведется почти что во всех регионах. Поэтому развитие угольной промышленности в мировом масштабе — это перспективное направление. Запасы угля в мире обеспечивают сегодня две пятых производства электроэнергии, поскольку потребление угля в мире значительно превышает показатели потребления других видов топлива.
Перспективы развития угольной отрасли в России связаны с объединением угольного производства и энергетики, что позволяет создать на базе шахт современные энергетические объекты. Развитие должно происходить по пути переоборудования имеющихся шахт электроэнергетическими генераторами для выработки энергии. Также возможно переоснащение перерабатывающего производства для изготовления синтетического моторного топлива.
В связи с обострением геополитических, геоэкономических и геоэкологических проблем особую важность приобрели вопросы энергообеспечения районов Заполярья, Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока России. В этом плане эффективным решением энергетических проблем стратегически важных, но труднодоступных регионов страны, представляется строительство на их территориях безопасных подземных атомных теплоэлектростанций (ПАТЭС) современного уровня. Россия сегодня ещё располагает конкурентоспособной технологией строительства ПАТЭС, а её выход на внутренний и внешний рынки целиком зависит от позиции и воли высшего руководства страны. [1]
Сложность угля как объекта исследования обусловлена его гетерогенностью на всех уровнях изучения строения вещества атомно-молекулярном (размеры порядка 0,1 —100 нм), микроскопическом и макроскопическом. Причиной гетерогенности является наличие в угольном веществе пор различных размеров, полых либо заполненных водой или органическим веществом, отсутствие упорядоченности строения органической массы угля, состоящей из углеводородных и гетероатомных фрагментов, наконец, присутствие различных минеральных включений.
Угольные порошки также применяются в современной медицине в качестве основы для углеродных сорбентов, модифицированных полимерами гидроксикислот. Благодаря своей развитой пористой структуре углеродные материалы эффективно применяются для детоксикации организма и используются при гемосорбции, энтеросорбции и аппликации. Они связывают на своей поверхности токсические вещества и выводят их из организма естественным путем. Синтез и исследование физико-химических, медико-биологических свойств углеродных сорбентов, являются перспективными направлениями развития современной медицины. В данной области также используются методы термического анализа для контроля процесса модификации углеродного сорбента кислотами.
В данной курсовой работе был проведен обзор методов термического анализа, таких как ТГ и ДСК, последний из которых предполагается применить для определения кинетических параметров горения угля с целью построения математической модели процесса горения изучаемых образцов угля. Данная модель необходима для прогнозирования условий хранения и переработки углей. В качестве объектов исследования выбраны образцы углей Кузнецкого угольного бассейна марки ГЖ (газовый жирный) и КО (коксовый отощенный) с выходом летучих веществ 24-24.9%. Проведен дисперсионный анализ порошкообразных образцов углей с помощью прибора «Mastersizer 2000». Приведено описание прибора STA 409 PCLuxx (NETZSCH), с помощью которого проведен термический анализ образцов. Представлены и описаны результаты ДСК измерений, на их основе проведен первичный анализ Фридмана. Найдена кинетическая модель горения угля марки ГЖ, описываемая системой ОДУ с начальными условиями. Также был сделан прогноз поведения реакции горения угля с помощью полученной модели при заданной температурной программе: диапазон температур от 20-800 С, скорость изменения 5 град/мин.
