Окиснення вугілля

Різко зростає пористість вугілля за рахунок збільшення об'єму макропор. Змінюється також елементний склад органічної маси, причому вміст вуглецю і водню меншає, а кисню зростає. Ці зміни особливо помітні при окисненні вугілля в умовах підвищених температур.

Знижується вихід і змінюється елементний склад летких продуктів, що утворюються при напівкоксуванні вугілля. У летких продуктах збільшується частка кисню і меншає вміст вуглецю і водню.Значно зростає вміст у вугіллі карбоксильних, альдегідних, кетонних і хіноїдних карбоксильних груп, фенольних і спиртових гідроксильних груп, метоксильних і складноефірних угрупувань. Зміна елементного складу і хімічної будови вугілля внаслідок окиснення впливає на вихід летких речовин і теплоту згоряння, яка особливо помітно знижується при окисленні малометаморфізованого вугілля. Вихід летких речовин при окисненні спочатку, як правило, збільшується, а потім меншає, причому для високометаморфізованого вугілля зростання виходу летких речовин більш значне. По мірі збільшення глибини окиснення в складі летких речовин меншає вміст водню, метану, етану і зростає кількість СО і СО2.

Характерною ознакою окиснення вугілля є помітне підвищення вмісту гігроскопічної вологи. Внаслідок збільшення кількості кисеньвмістких груп на поверхні вугільних частинок вона стає гідрофільною, що різко знижує флотуємість вугілля.

При окисненні кам'яного спікливого вугілля знижується його спікливість, що приводить до погіршення якості коксу. Внаслідок зміни хімічної будови органічної маси вугілля при окисненні спостерігається зниження виходу смоли напівкоксування, збільшення вмісту кисеньвмістких сполук у смолі і первинному газі, зростання виходу підсмольної води. При високотемпературному коксуванні окисненого вугілля помітно знижується вихід кам'яновугільної смоли і сирого бензолу, підвищується вихід пірогенетичної вологи і меншає теплота згоряння коксового газу внаслідок збільшення в ньому кисеньвмістких компонентів.

Окиснення і вивітрювання кам'яного вугілля приводить до появи у нього здатності до взаємодії зі слабими розчинами лугів, тобто за властивостями воно наближається до бурого вугілля, хоч продукти, що отримуються при цьому не можна назвати гуміновими кислотами, оскільки при вуглефікації бурого вугілля гумінові кислоти зазнають незворотних змін і утворюють в кам'яному вугіллі речовини нейтральні до слабих лужних розчинів.

Індивідуальні бензолкарбонові кислоти (БКК) займають помітне місце в номенклатурі товарної продукції хімічної промисловості. Суміші БКК представляють значно менший інтерес для використання в хімічних виробництвах, однак і вони можуть знайти досить широке застосування при отриманні пластифікаторів, термореактивних смол, клеїв, добавок до мастильних масел, деемульгаторів, захисних плівок, реагентів для шліфування тканин і ін.

Для отримання індивідуальних БКК найбільш широко застосовують парафазне і рідкофазне окиснення відповідних вуглеводнів. У промисловості в значних масштабах методом парафазного окиснення на окиснованадієвих каталізаторах отримують тільки фталевий ангідрид і піромелітовий діангідрид (ПМДА), відповідно з нафталіну і дуролу. Вироблення ПМДА стримується дефіцитом сировини. При використанні різних вуглеводневих фракцій утворюються і суміші кислот, які важко розділити. Аналогічні суміші отримують при окисненні викопного вугілля, що є найбільш дешевою і доступною сировиною. Можливості промислового виробництва БКК останнім часом приділяється велика увага. Отримання БКК шляхом окиснення вугілля повітрям у водно-лужному середовищі перевірене в США на пілотній установці, в Японії створена установка по переробці вугілля продуктивністю 10 т на добу, дослідно-промислова установка створена також в Польщі, є проекти пілотних і дослідно-промислових установок в країнах СНД.

Незважаючи на велику кількість виконаних досліджень, промислове виробництво БКК з вугілля не освоєне по наступних основних причинах:

•складність апаратури і технології при окисненні молекулярним киснем у водно-лужному середовищі під тиском;

•відсутність прийнятної для промислових умов технології окислення азотною кислотою і іншими ефективними окислювачами;

•відсутність раціональної технології отримання індивідуальних кислот, їх сирих фракцій і сумішей;

•малий досвід впровадження вуглехімічних технологій.

Метод окиснювальної деструкції широко використовується для пізнання структурних особливостей різних твердих горючих копалин. Глибоке окиснення вугілля можна провести різними окиснювачами: киснем, озоном, перманганатом калію, азотною кислотою, перекисом водню, хлором, гіпохлорітом, окислом азоту і ін. Внаслідок глибокого окислення вугілля утворяться вода, окисел і двоокис вуглецю і інші гази, а також складна суміш органічних кислот.Окислення вугілля азотною кислотою при нагріванні приводить до утворення СО і СО2, розчинних в азотній кислоті з'єднань, що являють собою суміші аліфатичних моно - і дікарбонових кислот, бензолкарбонових кислот, а також високомолекулярних ароматичних кислот. Встановлено, що із збільшенням ступеня вуглефікації гумітів вихід ароматичних полікарбонових кислот підвищується із 10 % для торфів до 80 % для антрацитів. При цьому вихід газоподібних оксидів і аліфатичних кислот відповідно меншає. При окисненні гумусового бурого вугілля також отримують бензолкарбонові кислоти, однак їх вихід не перевищує 15 - 20%, а в складі продуктів окиснення переважають СО2, щавлева і водоразчинні аліфатичні кислоти.