Prowadząca: dr hab. Piotr Rutkowski

Laboratorium: Produkty chemiczne.

Ćwiczenie W1.

Wytrzymałość mechaniczna i reakcyjność koksu.

1.Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było określenie wskaźnika reakcyjności koksu, wytrzymałości po reakcyjności oraz mikrowytrzymałości koksu.

2. Przebieg ćwiczenia:

Wykonanie oznaczenia reakcyjności koksu wobec CO₂

• Zważono koszyk na wadze technicznej

• Zawieszono koszyk na wadze analitycznej umieszczona nad piecem i starowano

• Do koszyka naważono 1,2030 g koksu

• Próbkę ogrzewano w atmosferze azotu (20 l/h) do 850 ^oC

• Po osiągnięciu 800 ^oC odkręcono dopływ CO₂ (20 l/h)

• Po osiągnięciu 850 ^oC zakręcono dopływ azotu i zanotowano masę m1=1,1300g

• Próbkę utrzymywano w tych warunkach 20 minut i zanotowano masę m2=1,0600g

• Po ochłodzeniu próbki zakręcono dopływ azotu, wyciągnięto próbkę i zważono

Wykonanie oznaczenia mikrowytrzymałości koksu

• Rozdrobnione próbki koksu o wadze 0,4980g oraz 0,5030g umieszczono w dwóch cylindrach wraz ze stalowymi kulkami

• Badanie przeprowadzono podczas 8 minutowego bębnowania z szybkością 25 obr./min

• Po bębnowaniu wykonano analizę sitową, oznaczono wagowo ilość frakcji R1, R2, R3

3.Wyniki i obliczenia:

1. oznaczanie reakcyjności koksu wobec CO₂

m_koszyka=43,3825 g

m_naważki=1,2030 g

m₁=1,1300 g

m₂=1,0600g

Wskaźnik reakcyjności (WR)

WR=$\frac{m1 - m2}{m1}*100\% = \frac{1,1300 - 1,0600}{1,1300}*100\% = 6,19\%$

1. oznaczanie wytrzymałości przed badaniem reakcyjności koksu

m_I=0,4980g m_II=0,5030g

Wskaźniki mikrowytrzymałości	I cylinder, g	II cylinder, g	I cylinder, %	II cylinder, %	Średnia, %
R1	0,3410 g	0,2609 g	69,48	54,90	62,19
R2	0,0977 g	0,1525 g	19,91	32,10	26,00
R3	0,0521 g	0,0618 g	10,62	13,01	11,82

^{Tabela 1.}

I cylinder => WM_CO2=(R1+R2)/(R1+R2+R3) *100%=0,4387g/0,4908g *100%≈89,38%

II cylinder => WM_CO2=(R1+R2)/(R1+R2+R3) *100%=0,4134g/0,4752 g *100%≈86,99%

Średnia: WM_CO2=88,19%

1. oznaczanie wytrzymałości po badaniu reakcyjności koksu

m_I=0,5697g m_II=0,5653g

Wskaźniki mikrowytrzymałości	I cylinder	II cylinder	I cylinder, %	II cylinder, %	Średnia, %
R1	0,3164 g	0,3086 g	66,23	58,03	62,13
R2	0,0971 g	0,1638 g	20,34	30,80	25,57
R3	0,0639 g	0,0594 g	13,39	11,17	12,28

^{Tabela 2.}

I cylinder => WM_CO2=(R1+R2)/R1+R2+R3) *100%=0,4135g/0,4774g *100%%≈86,62%

II cylinder => WM_CO2=(R1+R2)/R1+R2+R3) *100%=0,4724g/0,5318g*100%%≈88,83%

Średnia: WM_CO2=87,73%

1. koksowanie węgla CSM

m₁=5,684 g

m₂₌4,3277 g

gdzie :

m₁= masa węgla poddanego koksowaniu [g]

m₂= masa koksu [g]

W=4,3277g/5,684g *100%≈76,14%

4. Porównanie wyników obu grup

	Grupa 1 – CSM	Grupa 2 – Orzech włoski
Wskaźnik reakcyjności (WR)	6,19 %	48,13%
Wytrzymałość przed badaniem reakcyjności karbonizatu	88,19%	95,05%
Wytrzymałość po badaniu reakcyjności karbonizatu	87,73%	93,85%
Koksowanie - wydajność	76,14%	24,83%
Wskaźnik R1 przed/po karbonizacji	62,19%	62,13%
Wskaźnik R2 przed/po karbonizacji	26,00%	25,57%
Wskaźnik R3 przed/po karbonizacji	11,82%	12,28%

5.Omówienie wyników i wnioski:

Porównując oznaczone właściwości obu materiałów, można zauważyć ogromną różnicę w ich reakcyjności wobec ditlenku węgla. Koks z węgla CSM jest słabo reaktywny, natomiast koks z biomasy wykazuje dużą wartość wskaźnika reaktywności: 48,13%, a więc prawie połowa materiału uległa zgazowaniu z CO₂. Wynika z tego fakt mówiący o tym, że biomasa jest za bardzo reaktywna, a produkt ich koksowania nie nadaje się do użycia w procesie wielkopiecowym, pomimo iż wytrzymałość tego materiału jest bardzo wysoka – wskaźniki wytrzymałości, zarówno przed, jak i po badaniu reakcyjności, są na bardzo wysokim poziomie (większym niż dla koksu z węgla).

Porównując wskaźniki mikrowytrzymałości można wywnioskować, że koks z biomasy ma większą wytrzymałość substancji koksowej (ok. 80% w porównaniu do ok. 62% dla węgla) oraz wartość ta zmienia się nieznacznie podczas karbonizacji w atmosferze CO₂. Koks z orzechów włoskich jest również bardziej odporny na ścieranie (wskaźnik R3 dla koksu z biomasy jest ponad 2 razy mniejszy od wartości tego wskaźnika dla węgla). Dodatkowo podczas karbonizacji wytrzymałość na ścieranie rośnie dla obu materiałów.

Wydajność koksowania biomasy jest ok. 3 razy mniejsza niż węgla, ale jest to zrozumiałe, ze względu na znacznie większą zawartość części lotnych i słomy w biomasie z orzecha włoskiego w porównaniu do węgla CSM.

Podsumowując, pomimo iż karbonizat orzechów włoskich cechuje się lepszą wytrzymałością mechaniczną po zgazowaniu wobec CO₂, jest to materiał nienadający się jako surowiec do procesu wielkopiecowego ze względu na bardzo dużą reakcyjność. Koks w tym procesie musi wykazywać optimum reakcyjności – musi dostarczać CO do redukcji rudy żelaza, ale jest również paliwem zapewniającym odpowiednią ilość ciepła, więc nie może wykazywać reakcyjności na takim poziomie jak analizowany karbonizat orzechów włoskich.