Reflexionsvermögen von Vitrinit. Kohlesorten und ihre Eigenschaften

Die Messung des Vitrinit-Reflexionsgrades Ro% ist eine der gebräuchlichsten Methoden zur Beurteilung des OM-Reifungsgrads in Sedimenten. Das Reflexionsvermögen von Vitrinit wird als Verhältnis der Intensitäten der reflektierten und einfallenden Lichtstrahlen gemessen. Nach den physikalischen Gesetzen der Reflexion und Brechung des Lichts

Der Intensitätsanteil Ro eines monochromatischen Lichtstrahls, der normalerweise von einer flachen Oberfläche eines Vitrinitstücks mit einem Brechungsindex n reflektiert wird, das in Öl mit einem Brechungsindex n o (oder Luft mit einem Index n a) eingetaucht ist, ist gleicht:

Die Brechungsindizes n und n 0 werden durch die integrale Temperaturgeschichte der Vitrinitprobe bestimmt, d. h. Funktion T(t). Das Verfahren basiert auf der Idee, dass Vitrinit während der Inkohlung sein Reflexionsvermögen von Ro = 0,25 % im Torfstadium auf Ro = 4,0 % im Anthrazitstadium ändert (Lopatin, Emets, 1987). Das riesige Faktenmaterial, das sich bis heute angesammelt hat, ermöglicht es, bestimmte Reifungsstadien anhand der gemessenen Werte von Ro% zu identifizieren. Dabei sind Schwankungen der Ro%-Werte für verschiedene OM-Typen sowie je nach Gehalt an Verunreinigungen im OM möglich. Somit entspricht Ro = 0,50 % ungefähr dem Beginn des Hauptstadiums der Ölbildung für schwefelreiche Kerogene, während Ro = 0,55 - 0,60 % - dem gleichen Stadium für Kerogene vom Typ I und II (siehe unten) und Ro = 0,65 - 0,70 % - für Typ-III-Kerogene (Gibbons et al., 1983; Waples 1985). Eine der unten diskutierten Varianten der angeblichen Übereinstimmung der Ro%-Werte mit den Hauptstadien der OM-Reifung und den berechneten Werten des Temperatur-Zeit-Index (TTI) ist in zu sehen Tabellen 1-7a, sowie auf Reis. 1-7. Die Übereinstimmung der Katagenesestadien mit den in der Tabelle angegebenen Ro-Werten basiert auf der Korrelation von berechneten Temperatur-Zeit-Indizes (TTI) und Ro%-Werten, die in verschiedenen Becken der Welt gemessen wurden, und ist ungefähr. Es wird jedoch in der Literatur häufig verwendet und in Abschnitt 7-5-1 ausführlicher diskutiert. Zur bequemeren Orientierung in verschiedenen Skalen der OM-Katagenese stellen die Tabellen 1–7b auch eine Skala für die Entsprechung von Werten bereit

Tabelle 1-7a. Entsprechung der Ro%- und TWI-Werte zu den Stadien der OS-Katagenese(Waples, 1985)

Reflexionsvermögen von Vitrinit %Ro zu den Reifestadien organischer Materie, akzeptiert in der russischen Erdölgeologie.

Tabelle 1-7b. Übereinstimmung der Ro%-Werte mit den in der russischen Erdölgeologie akzeptierten Stadien der OM-Katagenese(Parparova et al., 1981)

Diagenese: DG3, DG2 und DG1 ------ Ro< 0.25%

Protokatagenese: PC1 (0,25 £ Ro £ 0,30 %)

PC2 ((0,30 €Ro 0,42 €%)

PC2 ((0,42 €Ro 0,53 €%)

Mesokatagenese: MK1 (0,53 £ Ro £ 0,65 %)

MK2 ((0,65 €Ro 0,85 €%)

MK3 ((0,85 £Ro £ 1,15%)

MK4 ((1,15 £Ro £ 1,55%)

MK5 ((1,55 £Ro £ 2,05%)

Apokatagenese: AK1 (2,05 £ Ro £ 2,50 %)

AK2 ((2,50 £ Ro 3,50 £ %)

AK3 ((3,50 £Ro £ 5,00%)

AK4 ((Ro > 5,00 %)

Lassen Sie uns kurz über einige Probleme sprechen, die mit der Verwendung von %Ro-Messungen verbunden sind, um den Grad der OM-Katagenese zu bestimmen. Sie werden hauptsächlich mit der Schwierigkeit in Verbindung gebracht, Vitrinitmazerale aufgrund ihrer großen Diversität von OM von Sedimentgesteinen zu trennen. Die Nutzung des Reflexionsvermögens von Vitrinit zur Kontrolle der Paläotemperaturbedingungen ist im Allgemeinen nur auf der Basis von Vitrinit aus Kohleflözen und mit geringerer Zuverlässigkeit von Vitrinit aus kontinentalem („terrestrischem“) Mutter-OM in Tonen mit einem Gehalt an organischem Kohlenstoff von nicht mehr als 0,5 möglich %. Aber auch in diesen kontinentalen (terrestrischen) Serien ist Vorsicht geboten, da in Gesteinen wie Sandsteinen der Hauptteil von OM verarbeitet und verändert werden kann (Durand et al. 1986). Außerdem ist zu berücksichtigen, dass bei Ro > 2 % die Reflektivität in jedem Fall auch druckabhängig ist. Es sollte auch darauf geachtet werden, das Vitrinit-Konzept auf Meeres- und Seegesteinsreihen auszudehnen, da in solchen Gesteinen die Partikel, deren Reflexionsgrad gemessen wird, selten und in den meisten Fällen Vitrinite höherer Pflanzen sind

Reis. 1-7. Korrelation von Vitrinitreflexion, Ro% und Inkohlungsgrad mit anderen Reifeindizes und mit der Position von Öl- und Gaserzeugungs- und Zersetzungszonen Oben: nachher (Kalkreuth und Mc Mechan, 1984), unten nachher (Tissot et al., 1987) .

sind Bituminoide aus Plankton, die mit Vitrinit verwechselt werden (Waples, 1985; Durand et al. 1986). Aufgrund ihrer thermophysikalischen Eigenschaften unterscheiden sie sich von Vitrinit. Ein ähnliches Problem besteht für die kontinentalen (terrestrischen) Gesteine ​​des Kambrium-Ordoviziums und älter. Sie können kein Vitrinit enthalten, da es damals keine höheren Pflanzen gab. In allen roten Formationen wird OM oxidiert. In Kalksteinen sind Vitrinite weniger häufig und können, falls vorhanden, in ihrem Reflexionsvermögen von dem normalen Vitrinits mit gleichem Inkohlungsgrad abweichen (Buntebarth und Stegena, 1986).

Gewisse Fehler bei dieser Methode zur Beurteilung der OM-Katagenese ergeben sich auch aus der starken Streuung der gemessenen Ro-Werte und auch aus der Tatsache, dass es im Beckenabschnitt immer wieder Horizonte geben wird, in denen die Vitrinit-Isolierung schwierig oder gar nicht möglich ist. Beispielsweise ist bei niedrigen Reifegraden die Isolierung von Vitrinit-Mazeralen ein großes Problem, und daher ist die Zuverlässigkeit von Ro-Messungen für Werte unter 0,3 - 0,4 % äußerst gering (Waples et al. 1992). Die Abhängigkeit des Reflexionsvermögens von Vitrinit von der anfänglichen chemischen Zusammensetzung von Vitrinit wird signifikant sein (Durand et al. 1986). Dies erklärt die Tatsache, dass selbst innerhalb desselben Beckens häufig eine große Streuung der Ro%-Werte beobachtet wird (Tissot et al. 1987). Um einen minimalen Fehler aufgrund von Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung von Vitrinit zu machen, werden Ro%-Messungen an Proben von regulärem Vitrinit durchgeführt, die durch Standardverfahren aus organischem Material kontinentalen Ursprungs isoliert wurden. Es wird nicht empfohlen, äquivalente Vitrinittypen in den OM-Typen I und II zu verwenden, wenn universelle Skalen für die Zuordnung von Ro%-Werten zu den OM-Umwandlungsgraden erstellt werden (Tissot et al. 1987).

Und doch ist die Methode zur Bewertung des Reifegrades von OM und zur Kontrolle der Paläotemperaturbedingungen des Absinkens von Sedimentschichten durch Messung des Reflexionsvermögens von Vitrinit unter angemessener Berücksichtigung der gemachten Kommentare derzeit eine der zuverlässigsten und gebräuchlichsten Methoden in der Praxis der Analyse von Öl- und Gasbecken.

7.3 Verwendung von %Ro-Messungen und anderen Methoden zur Schätzung der maximalen Gesteinstemperaturen in der Geschichte der Beckensenkung

Anfänglich wurden Vitrinit-Reflexionsmessungen verwendet, um die maximalen Temperaturen T max in der Geschichte des Absinkens von Suiten abzuschätzen. Für solche Zwecke wurde eine Reihe von Methoden verwendet und wird in geologischen Studien verwendet, wie z. B. (Yalcin et al., 1997): 1) Schätzungen von T max durch den Grad der OM-Reife (Verkohlungsgrad, Vitrinit-Reflektivität; 2) Schätzungen basierend auf mineralogischen Veränderungen während der Diagenese von Tonmineralien und Kristallisation von Illit; 3) Methoden basierend auf der Analyse von Flüssigkeitseinschlüssen, zum Beispiel Flüssigkeitshomogenisierungstemperatur; 4) Geothermometer, die auf bestimmten chemischen Reaktionen basieren, zB Charakterisierung des Gleichgewichts stabiler Isotope (Hoefs, 1987) oder der Gleichgewichtszustände des SiO 2 -Na-K-Ca-Systems (Ellis und Mahon, 1977); 5) Fizzion-Track-Analyse (Analyse der Verteilung von Spuren aus der Spaltung radioaktiver Elemente in Apatit; Green et al., 1989; 1995); 6) basierend auf einer Kombination von Bestimmungen des radiometrischen Alters solcher radiometrischer Systeme wie K-Ar, Rb-Sr und U, die bei geschlossen sind verschiedene Temperaturen(Buntebarch und Stegena, 1986). Da Paläotemperaturschätzungen in der geologischen Literatur immer noch weit verbreitet sind, werden wir jede dieser Methoden kurz charakterisieren. Beginnen wir die Präsentation mit Schätzungen der maximalen Temperaturen von Gesteinen aus den Werten des Reflexionsvermögens von Vitrinit.

Lassen Sie uns sofort bemerken, dass die Entwicklung von Methoden zur Schätzung der maximalen Temperaturen in der Geschichte der Senkung von Sedimentsuiten (Tmax) darauf zurückzuführen ist, dass in den 70er und 80er Jahren des letzten Jahrhunderts viele Forscher die Temperatur als die Haupt- und in Tatsache, der einzige Faktor in der Entwicklung der Reife von OM-Sedimenten. Der Einfluss der Zeit auf den Prozess der OM-Reifung wurde dabei vernachlässigt. Es wurde angenommen, dass die gemessenen (oder berechneten) Werte des Vitrinit-Reflexionsvermögens %Rо die maximalen Temperaturen der Gesteine ​​​​in der Geschichte ihres Absinkens widerspiegeln sollten. Nach solchen Ansichten wurden verschiedene Korrelationen zwischen den Werten von T max und dem Reflexionsvermögen von Gesteinsvitrinit in Luft % Ra und in Öl % Ro vorgeschlagen. Beispielsweise wird in den Arbeiten von Ammosov ua (1980) und Kurchikov (1992) vorgeschlagen, die Werte von T max aus den gemessenen Werten von %R a aus dem Verhältnis abzuschätzen

10×Ra (%) = 67,2× (7-1)

Für Proben von kohligen Zwischenschichten in Gesteinen, aus der Beziehung

10×Ra (%) = 67,2× (7-2)

Für Sand- und Schluffsteine ​​und nach Gleichung

10×Ra (%) = 67,2× (7-3)

Für Lehm und Tonsteine. In den obigen Ausdrücken wird T max in °C ausgedrückt. Price (Price, 1983) glaubte auch, dass eine Zeit von einer und sogar noch mehr Millionen Jahren keinen merklichen Einfluss auf den Prozess der OM-Reifung hat, und schlug auf dieser Grundlage eine Beziehung ähnlich wie (7-1) - (7- 3), bezogen auf T max mit dem Reflexionsvermögen von Vitrinit in Öl (%Ro):

Tmax (°С) = 302,97×log 10 Ro(%) + 187,33 (7-4)

Mehrere ähnliche Beziehungen wurden von K. Barker in Betracht gezogen (Barker und Pawlevicz, 1986; Barker, 1988, 1993). Die erste davon (Barker und Pawlevicz, 1986):

ln Ro(%) = 0,0078×T max (°С) - 1,2 (5)

basierte auf 600 Messungen von Tmax in 35 Bohrlöchern in verschiedenen Becken der Welt. Nach Angaben der Autoren gilt sie im Temperaturbereich 25 £ T max £ 325°C und Vitrinit-Reflektivität 0,2 % £ Ro £ 4,0 %. K. Barker (Barker, 1988) schlug eine Beziehung vor, die Situationen mit einer konstanten Erwärmungsrate von Gestein beschreibt, wenn es in ein Becken eingetaucht wird:

T max (°С) = 104×ln Ro(%) + 148. (7-6),

und basierend auf einem kinetischen Modell der Vitrinitreifung (Burnham und Sweeney, 1989). M. Johnson et al (Johnsson et al., 1993) stellen bei der Analyse dieser Formel fest, dass sie die Situation mit Heizraten V = 0,1 – 1 °C/mcm ziemlich gut beschreibt. Jahre, aber für Raten V = 10 – 100 °C/m.y. Jahre unterschätzt die Werte von T max im Bereich von Ro< 0.5% и переоценивает их при Ro >2%. In seiner späteren Arbeit schlug Barker (Barker, 1993) eine andere Version der Korrelation zwischen T max und % Ro vor, die keine Beschränkungen für die Geschwindigkeit der Gesteinserwärmung enthält:

Tmax (°C) = [ln(Ro(%) / 0,356)] / 0,00753 (7-7)

Daher werden in der Literatur ziemlich viele Korrelationsverhältnisse Tmax – %Ro vorgeschlagen. Auf der Reis. 2-7 Sie werden nach den Ergebnissen der Schätzungen von T max für Werte von 0,4 % £ Ro £ 4,0 % miteinander verglichen.

Reis. 2-7. Zusammenhänge der Maximaltemperatur Tmax in der Geschichte der Gesteinssenkung mit den Messwerten des Reflexionsgrades von Vitrinit in Öl %Ro, nach verschiedenen Literaturquellen: 1 (für Kohlen), 2 (für Sand- und Schluffsteine), 3 ( für Tone und Tonsteine) - (Ammosov et al., 1980; Kurchikov, 1992); 4 - (Preis, 1983); 5 - (Barker und Pawlevicz, 1986); 6 - (Barker und Pawlevicz, 1986); 7 - (Barker, 1993); 8 - nach der Temperatur der Homogenisierung von flüssigen Einschlüssen (Tobin und Claxton, 2000).

Aus dieser Abbildung ist eine deutliche Streuung der Werte von T max entsprechend festen Werten von Ro ersichtlich, die bei einer Laufzeit von Ro ³ 0,7% 60 - 100°C erreichen. Diese Streuung weist eindeutig darauf hin, dass der Temperaturwert (auch wenn es sich um das Maximum handelt) allein die Reife von OM in Gesteinen nicht bestimmen kann und dass die Temperaturhaltezeit eine signifikante Rolle bei der Reifung von OM spielt. Es ist möglich, dass in bestimmten Ro-Intervallen und unter besonderen Sedimentationsbedingungen (z. B. solchen, die eine konstante Geschwindigkeit der Gesteinserwärmung bieten) einige der oben genannten Verhältnisse die Situation recht gut beschreiben, aber wie Studien zeigen (siehe unten), dieselben Werte %Ro kann beispielsweise bei niedrigeren Temperaturen, aber längeren Gesteinshaltezeiten erreicht werden (siehe unten). Aus diesem Grund gibt es immer ein Becken und eine Formation mit einem entsprechenden Reifeintervall und Temperaturen, für die Schätzungen nach den Beziehungen (7-1) - (7-7) zu merklichen Fehlern führen werden. Dieser Umstand hatte zur Folge, dass die Popularität der geschriebenen Kennzahlen in den letzten 10-15 Jahren merklich abgenommen hat.

Eine weitere gängige Methode zur Bestimmung der Paläotemperaturen von Gesteinen in Becken ist die Bestimmung von T max durch Analyse der Zusammensetzung von Flüssigkeiten, die während der Diagenese in der Gesteinsmatrix eingeschlossen sind. Die Anwendung des Verfahrens ist beim Ausführen möglich folgenden Bedingungen(Burruss 1989): 1) der Einschluss ist eine einphasige Flüssigkeit, 2) das Volumen dieser Flüssigkeit ändert sich nicht, nachdem sie vom Gestein eingefangen wurde, 3) ihre Zusammensetzung blieb ebenfalls unverändert, 4) die Druckeinwirkung auf die die Zusammensetzung der Flüssigkeit ist im Voraus bekannt, 5) die Zeit und der Mechanismus des Einfangens der Flüssigkeit sind ebenfalls bekannt. Diese Bedingungen legen eine gewisse Vorsicht bei der Anwendung der Methode nahe (Burruss 1989). Zunächst sind detaillierte petrographische Studien erforderlich, um die relative Zeit der Bildung des Flüssigkeitseinschlusses zu ermitteln. Zweitens ist eine gründliche Analyse der tektonischen Entwicklung des Gebiets und der Senkungsgeschichte des Beckens erforderlich, um die Geschichte der Wirtsgesteine ​​detailliert zu beschreiben. Außerdem ist es notwendig, das Phasenverhalten und die chemische Zusammensetzung der eingeschlossenen Flüssigkeit zu analysieren. Aber auch danach bleiben zwei wichtige Probleme bestehen - eines im Zusammenhang mit der Annahme, dass die chemische Zusammensetzung der Flüssigkeit unverändert bleibt, nachdem sie von der Gesteinsmatrix eingefangen wurde (es gibt überzeugende Beweise dafür, dass dies nicht immer der Fall ist), und das andere damit zusammenhängend um die Größe und Art des Drucks zu bestimmen, der während des Zeitraums des Flüssigkeitseinschlusses bestand – ob lithostatisch oder hydrostatisch (Burruss 1989). Wenn alle diese Probleme gelöst sind, wird die Temperatur des Gesteins zum Zeitpunkt der Flüssigkeitsaufnahme durch die entsprechende bestimmt P-T-Diagramm Gleichgewicht der flüssigen und festen Phase der Prüfsubstanz. Bei der Entwicklung dieser Methode schlugen Tobin und Claxton (Tobin und Claxton, 2000) vor, die Korrelation zwischen der Homogenisierungstemperatur von Flüssigkeitseinschlüssen T hom und dem Reflexionsvermögen von Vitrinit Ro% zu verwenden (Abb. 2-7):

Ro% = 1,9532 ´ log T hom – 2,9428 (7-8)

Sie fanden heraus, dass bei Verwendung einer "idealen" Messreihe die Beziehung (7-8) mit einem Korrelationskoeffizienten von 0,973 und einer Datenvarianz von weniger als 0,12 % Ro erfüllt ist. Wenn die gesamte Reihe von Weltdaten verwendet wird, dann ist die Beziehung der Form:

Ro = 2,1113 ´ log T hom – 3,2640 (7-9)

wird mit einem Korrelationskoeffizienten von 0,81 und einer maximalen Datenvarianz von weniger als 0,32 % Ro durchgeführt (Tobin und Claxton, 2000). Die Homogenisierungstemperatur T hom wird oft als Schätzwert für die maximale Gesteinstemperatur T max während ihrer Senkung im Becken verwendet. Aber Abb. 2-7 zeigt, dass die gemäß der Formel (7-9) konstruierte Kurve deutlich von den Schätzungen von T max gemäß den Formeln (7-1) – (7-7) abweicht und die übrigen Linien in Abb. 2-7. Er unterschätzt die Temperaturen für Ro deutlich< 1.5% и даёт нереально высокие значения при Ro >2 % (Th = 540, 930 und 1600 °C für Ro = 2,5, 3 bzw. 3,5 %).

Abbildung 3-7 Änderung des d 13 C-Isotopenverhältnisses mit der Tiefe für das Gasfeld Anadarko Basin (USA; Price, 1995).

In einer Reihe von Arbeiten (Rooney et al., 1995; Price, 1995 usw.) wird vorgeschlagen, die Änderung der Kowährend der OM-Katagenese zu verwenden, um die Temperatur der Kohlenwasserstofferzeugung abzuschätzen. (Abbildung 3-7). Ergebnisse von Experimenten zur Erzeugung von Gasen des OM-Typs II (Quellgesteine ​​der Delaware- und Val-Verde-Becken in West-Texas) bei einer konstanten Gesteinserwärmungsrate von 1°C/min (links Reis. 4-7; Rooney et al., 1995) zeigen eine deutliche Veränderung der Isotopenzusammensetzung von Gasen

Reis. 4-7. Gasbildungstemperatur und Isotopenverhältnis d 13 C für Methan (d 13 C 1), Ethan (d 13 C 2) und Propan (d 13 C 3), erzeugt aus Typ-II-Kerogen-Quellgestein der Delaware- und Val-Verde-Becken in West-Texas bei Gesteinserwärmungsrate von 1°C/min (linke Abbildung, nach Rooney et al., 1995) und Isotopenverhältnis d Price, 1995).

mit der Temperatur und bestätigen somit die grundsätzliche Möglichkeit, diese Abhängigkeit zur Abschätzung der Entstehungstemperatur von Gasen von OM dieses Typs zu verwenden. Dasselbe wird durch die Ergebnisse der Hydroid-Pyrolyse von Gesteinsproben mit verschiedenen Arten von organischem Material belegt, die in der linken Abbildung gezeigt werden. 4-7. Sie demonstrieren auch deutlich die Änderung des d 13 C-Isotopenverhältnisses für Methan, das bei unterschiedlichen Temperaturen erzeugt wird (Price, 1995). Allerdings weisen diese Experimente auch auf die extrem hohe Empfindlichkeit von d 13 C-Änderungen gegenüber Variationen in der Zusammensetzung und Art des OM hin, weshalb die Methode nur nach einer detaillierten Analyse der OM-Zusammensetzung und dem Erhalt der entsprechenden Abhängigkeiten für angewendet werden kann die analysierte Stoffart. Die große Variation der d 13 C-Werte mit der in Abb. 3-7 für einen typischen Abschnitt eines Sedimentbeckens wird hauptsächlich durch Variationen in der Zusammensetzung und Art von OM in den Gesteinen der Makro- und Mikroschichten des Abschnitts verursacht. Eine solche Streuung schränkt die Zuverlässigkeit von Temperaturschätzungen auf der Grundlage von Isotopenverhältnissen in Gasen aus echten Sedimentabschnitten stark ein.

Der Prozess der Umwandlung von Smektit in Illit in Tonmineralien wird manchmal auch verwendet, um die Paläotemperaturbedingungen in Becken zu kontrollieren. Jedoch, Reis. 5-7 zeigt, dass die für das Verfahren charakteristischen Temperaturbereiche ziemlich breit sind. Diese Temperaturschwankung ist nicht überraschend, da Laboruntersuchungen zeigen, dass der Prozess der Smektit-zu-Illit-Umwandlung durch eine kinetische Reaktion 6. Ordnung angetrieben wird (Pytte und Reynolds, 1989) und daher die Zeit die Geschwindigkeiten dieser Übergänge zusammen mit der Temperatur beeinflusst. Diese Reaktionen werden im letzten Abschnitt dieses Kapitels ausführlicher betrachtet, aber hier stellen wir fest, dass vernünftige Schätzungen der Temperatur des Übergangs von Smektit zu Illit nur für die isotherme Version der Umwandlung von Mineralien möglich sind, aber selbst dann die Fehler der Methode werden sich bemerkbar machen.

Abb. 5-7 Transformation von Tonmineralen nach Analyse von Proben aus 10 Bohrungen in der Nordsee (Dypvik, 1983). Verschwinden von Smektit- und Illitschichten verschiedene Level in Mischschichten sind Smectit-Illit-Tonminerale an die Temperaturwerte und das Reflexionsvermögen von Vitrinit gebunden.

Das Reflexionsvermögen von Vitrinit wird sowohl in Luft R а als auch in Ölimmersion R o berechnet. r . Durch den Wert von R o . r ist eine geschätzte Klasse von Kohle in der industriellen - genetischen Klassifizierung (GOST 25543-88).

Auf Abb. 2.1 zeigt die Beziehung zwischen dem berechneten Wert des Parameters und dem Reflexionsgrad von Vitrinit in Luft R a.

Es besteht eine enge Korrelation zwischen und Rа: Paarkorrelationskoeffizient r = 0,996, Bestimmungskoeffizient – ​​​​0,992.

Abb.2.1. Zusammenhang zwischen Steinkohleparameter und Indikator

Vitrinitreflexionen in Luft R a (Licht u dunkle Punkte –

verschiedene Quellen)

Die dargestellte Abhängigkeit wird durch die Gleichung beschrieben:

Ra \u003d 1,17 - 2,01. (2.6)

Zwischen dem berechneten Wert und dem Reflexionsgrad von Vitrinit in Ölimmersion R o. r Die Verbindung ist nichtlinear. Die Forschungsergebnisse zeigten, dass ein direkter Zusammenhang zwischen dem Strukturparameter von Vitrinit (Vt) und den Indizes von Liptinit (L) und Inertinit (I) besteht.

Für Kuzbass-Kohlen ist die Beziehung zwischen R o. r und folgendes:

R ungefähr. r = 5,493 - 1,3797 + 0,09689 2 . (2.7)

Abbildung 2.2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Reflexionsgrad von Vitrinit in Ölimmersion Rо. r (op) und berechnet nach Gleichung (2.7) R o . r(ber.).

Abb.2.2. Korrelation zwischen erfahrenem R etwa. r (op) und berechnetes R o . r (berechnet)

Werte des Reflexionsindex von Vitrinitkohlen von Kuzbass

Gezeigt in Abb. 2.2 grafische Abhängigkeit wird durch die folgenden statistischen Indikatoren gekennzeichnet: r = 0,990; R 2 \u003d 0,9801.

Somit charakterisiert der Parameter eindeutig den Metamorphosegrad harte Kohle.

2.3 Die tatsächliche Kohledichte d r

Es ist das wichtigste physikalische Merkmal von TGI. Gebraucht

bei der Berechnung der Porosität von Brennstoffen, Verfahren und Apparaturen zu deren Verarbeitung etc.

Die tatsächliche Dichte der Kohle d r wird durch Additivität berechnet, wobei der darin enthaltene Gehalt an Mol Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel sowie mineralischen Bestandteilen gemäß der Gleichung berücksichtigt wird:

d = V o d + ΣV Mi d Mi + 0,021, (2,8)

wobei V o und V der volumetrische Gehalt an organischem Material und einzelnen mineralischen Verunreinigungen in Kohle in Bruchteilen einer Einheit sind, %;

d und d Mi sind die Werte der tatsächlichen Dichten der organischen Substanz von Kohle und mineralischen Verunreinigungen;

0,021 - Korrekturfaktor.

Die Dichte der organischen Kohlemasse wird pro 100 g ihrer Masse d 100 berechnet;

d 100 = 100/V 100 , (2.9)

wobei der Wert von V 100 der volumetrische Gehalt an organischem Material in Kohle ist, Bruchteile einer Einheit. Bestimmt durch die Gleichung:

V 100 = n C + H n H + N n N + O n O + S n S , (2.10)

wobei n C o , n H o , n N o , n O o und n S o die Molzahl von Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Schwefel in 100 g Massenvernichtungswaffen sind;

H, N, O und S sind experimentell bestimmte empirische Koeffizienten für verschiedene Kohlen.

Die Gleichung zur Berechnung von V 100 von Kohlevitrinit im Bereich des Kohlenstoffgehalts in Massenvernichtungswaffen von 70,5 % bis 95,0 % hat die Form

V 100 \u003d 5,35 C o + 5,32 H o + 81,61 N o + 4,06 O o + 119,20 S o (2,11)

Abbildung 2.3 zeigt eine grafische Beziehung zwischen den berechneten und tatsächlichen Werten der Dichte von Kohlevitrinit, d.h. d = (d)

Es besteht eine enge Korrelation zwischen den berechneten und experimentellen Werten der wahren Dichte von Vitrinit. In diesem Fall beträgt der Koeffizient der Mehrfachkorrelation 0,998, die Bestimmung - 0,9960.

Abb.2.3. Vergleich von berechnet und experimentell

Werte der wahren Dichte von Vitrinit

Ausbeute an flüchtigen Substanzen

Berechnet nach der Gleichung:

V daf = V x Vt + V x L + V x I (2.12)

wobei x Vt , x L und x I die Anteile von Vitrinit, Liptinit und Inertinit in der Kohlezusammensetzung sind (x Vt + x L + x I = 1);

V , V und V - Abhängigkeit der Ausbeute an flüchtigen Substanzen aus Vitrinit, Liptinit und Inertinit vom Parameter :

V = 63,608 + (2,389 - 0,6527 Vt) Vt, (2,7)

V = 109,344 - 8,439 Liter, (2,8)

V = 20,23 exp [ (0,4478 – 0,1218 L) ( L – 10,26)], (2,9)

wobei Vt , L und I die Werte der Parameter sind, die für Vitrinit, Liptinit und Inertinit gemäß ihrer elementaren Zusammensetzung berechnet wurden.

Abbildung 2.4 zeigt den Zusammenhang zwischen dem errechneten Gehalt an flüchtigen Stoffen im trockenen aschefreien Zustand und dem nach GOST ermittelten. Paarkorrelationskoeffizient r = 0,986 und Bestimmung R 2 = 0,972.

Abb.2.4. Vergleich experimenteller V daf (op)- und berechneter V daf (calc)-Werte

zur Freisetzung von flüchtigen Stoffen aus petrographisch inhomogenen Kohlen

Kusnezker Becken

Der Zusammenhang des Parameters mit der Freisetzung flüchtiger Stoffe aus Kohlevorkommen in Südafrika, den USA und Australien ist in Abb. 2.5.

Abb. 2.5 Abhängigkeit der Ausbeute an flüchtigen Stoffen V daf von der strukturchemischen

Parameter von Vitrinitkohlen:

1 - Kohlebecken von Kusnezk;

2 - Kohlevorkommen in Südafrika, den USA und Australien.

Wie aus den Daten in der Abbildung hervorgeht, ist der Zusammenhang mit der Freisetzung flüchtiger Stoffe dieser Länder sehr eng. Der Koeffizient der Paarkorrelation beträgt 0,969, die Bestimmung - 0,939. Somit ermöglicht der Parameter mit hoher Zuverlässigkeit eine Vorhersage der Freisetzung von flüchtigen Stoffen aus Steinkohlen von Weltvorkommen.

Brennwert Q

Die wichtigste Eigenschaft von TGI als Energieträger zeigt die mögliche Wärmemenge, die bei der Verbrennung von 1 kg festem oder flüssigem oder 1 m 3 gasförmigem Brennstoff freigesetzt wird.

Es gibt höhere (Q S) und niedrigere (Q i) Heizwerte von Brennstoffen.

Der Brennwert wird in einem Kolorimeter unter Berücksichtigung der bei der Verbrennung von Kraftstoff entstehenden Kondensationswärme von Wasserdampf bestimmt.

Die Berechnung der Verbrennungswärme fester Brennstoffe erfolgt nach der Formel von D. I. Mendeleev basierend auf den Daten der Elementzusammensetzung:

Q = 4,184 [ 81C daf +300H daf +26 (S - O daf)], (2,16)

wobei Q der Nettoheizwert in kJ/kg ist;

4,184 ist der Umrechnungsfaktor von kcal in mJ.

Die Ergebnisse von TGI-Untersuchungen zeigten, dass angesichts der nicht identischen Bedingungen der Kohlebildung in Kohlebecken die Werte der Koeffizienten für C daf , H daf , S und O daf unterschiedlich sein werden und die Formel zur Berechnung des Heizwerts hat die Form:

Q = 4,184, (2,17)

wobei q C , q H , q SO Koeffizienten sind, die experimentell für verschiedene Kohlevorkommen bestimmt wurden.

Im Tisch. 2.1 zeigt die Regressionsgleichungen zur Berechnung des Heizwerts von Kohle aus verschiedenen TGI-Lagerstätten Russische Föderation.

Tabelle 2.1 - Gleichungen zur Berechnung des Nettoheizwerts einer Kohlebombe

verschiedene Becken der Russischen Föderation

Die in der Tabelle dargestellten Werte des Koeffizienten der Paarkorrelation zwischen den durch die Gleichungen berechneten und durch die Bombe bestimmten Heizwerten zeigen ihre enge Korrelation. In diesem Fall variiert das Bestimmtheitsmaß innerhalb von 0,9804 - 0,9880.

Die Anzahl der aufgeschmolzenen Bestandteile ∑OK bestimmt die Kategorie der Steinkohle und ermöglicht in Kombination mit anderen Indikatoren eine Bewertung des Kohleeinsatzes in der Kokereitechnik.

Der Parameter ∑OK ist die Summe aus dem Gehalt an Inertinit I und einem Anteil (2/3) an Semivitrinit S v in der Kohle:

∑OK = I+ 2/3 S v . (2.18)

Die Forschungsergebnisse zeigen, dass der Gehalt an mageren Bestandteilen in Kohlen am engsten mit dem kombinierten Einfluss von Parametern und H/C korreliert. Die Gleichung zur Berechnung von ∑OK lautet:

∑OK \u003d b 0 + b 1 + b 2 (H / C) + b 3 (H / C) + b 4 (H / C) 2 + b 5 2. (2.19)

Paarkorrelationskoeffizient der Beziehung ∑OK verschiedene Marken Kohle und Ladung des Kuznetsk-Beckens variieren zwischen 0,891 und 0,956.

Es wurde festgestellt, dass es eine höhere Beziehung zwischen den berechneten Werten von ∑OK gemäß den Gleichungen und den experimentell bestimmten für mittelmetamorphe Kohlen gibt. Die Beziehung von ∑OK zu Kohlen mit höherem Metamorphosegrad wird reduziert.

Klasse A (anthrazit).
Anthrazit kombiniert Kohle mit einem Vitrinit-Reflexionsgrad von mehr als 2,59 %.Mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von weniger als 8 % umfassen Anthrazitkohlenauch Kohlen mit einem Vitrinit-Reflexionsgrad von 2,2 bis 2,59 %. Der Großteil von Anthrazit wird für Energiezwecke verwendet. Mittlere und große Klassen von ihnen dienen als rauchfreier Brennstoff im Haushaltsbereich. Ein Teil der Anthrazite wird zur Herstellung von Thermoanthrazit verwendet, das wiederum als wichtigster kohlenstoffhaltiger Füllstoff bei der Herstellung von Kathodenblöcken für Elektrolyseure in der Aluminiumindustrie verwendet wird. Anthrazit wird auch zur Herstellung von Siliziumkarbid und Aluminiumkarbid verwendet.

Mark D (lange Flamme).
Kohle mit langer Flamme sind Kohlen mit einem Vitrinit-Reflexionsgrad von 0,4 bis 0,79 % mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von mehr als 28–30 % mit einem pulvrigen oder leicht zusammenbackenden nichtflüchtigen Rückstand. Langflammige Kohlen sintern nicht und werden als thermische Kohlen klassifiziert. Richtungen für die Verwendung dieser Kohlen sind Energie- und Kommunalbrennstoffe, daher ist ihre wichtigste Eigenschaft die Verbrennungswärme. Beim Wechsel zur nächsten Marke von DG steigt der Heizwert der Kohle deutlich an. Studien haben gezeigt, dass langflammige Kohle mit niedrigem Aschegehalt ein guter Rohstoff für die Herstellung von synthetischen flüssigen Brennstoffen und chemischen Produkten, die Herstellung von geformtem Koks und kugelförmigen Absorptionsmitteln sowie Niedertemperatur-Kohle (bis zu 700 Grad) sein kann. Verkokung.

Marke DG (Langflammengas).
Langflammige Gaskohlen sind Kohlen mit einem Vitrinitreflexionsgrad von 0,4 bis 0,79 % mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von mehr als 28–30 % mit einem pulvrigen oder leicht zusammenbackenden nichtflüchtigen Rückstand. Diese Kohlen sind Übergangskohlen der Klassen D und G. Sie unterscheiden sich von langflammigen Kohlen durch Sintern (die Dicke der Kunststoffschicht beträgt 6-9 mm und von Gaskohlen mit ähnlichen Sintereigenschaften - unbedeutende Sprödigkeit und erhöhte mechanische Festigkeit.Der letztgenannte Umstand bestimmt das Vorherrschen von groben Kohlen unter solchen Kohlen.) Kohle der DG-Qualität wird auch der Gruppe der Stromerzeugungskohlen zugeordnet, sie sind nicht für die Teilnahme an Koksladungen geeignet, weil der gebildete Koks dadurch gekennzeichnet ist geringe mechanische Festigkeit und erhöhte Reaktivität.

Markieren Sie G (Gas).
Kohlegas hat zwei technologische Gruppen. Vitrinitkohlen (Vitrinit-Remissionsgrad von 0,5 bis 0,89 %) mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 38 % oder mehr, mit einer Kunststoffschichtdicke von 10 bis 12 mm bilden die Gruppe 1G, Vitrinit- und Inertinitkohlen mit einem Vitrinit-Remissionsgrad von 0,8 - 0,99 %, der Gehalt an flüchtigen Stoffen beträgt 30 % und mehr und die Dicke der Kunststoffschicht beträgt 13 bis 16 mm Formgruppe 2G. Gaskohlen werden hauptsächlich als Energie- und Haushaltsbrennstoffe verwendet. Zur Verkokung wird Kohle der Gruppe 2G mit einer plastischen Schichtdicke von mehr als 13 mm verwendet.Die eingeschränkte Einsatzmöglichkeit von Gaskohlen in Chargen von Kokereien zur Herstellung von Hüttenkoks liegt darin begründet, dass sie bei der Schichtverkokung zur Bildung von Mikrorissen führen der Koks, die seine Festigkeit erheblich verringern. Gaskohle mit einer Kunststoffschichtdicke von 8-12 mm wird zur Herstellung von geformtem Koks und kugelförmigen Absorptionsmitteln verwendet, und Kohlen mit einer Kunststoffschichtdicke von weniger als 8 mm werden zur Vergasung und Halbverkokung verwendet. Die aschearme Vitrinitkohle der Sorte G mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von mehr als 42 % ist ein guter Rohstoff für die Herstellung von synthetischen flüssigen Kraftstoffen.
Markieren Sie B (Braun).
Braunkohle zeichnet sich durch einen niedrigen Vitrinit-Reflexionsgrad (weniger als 0,6 %) und einen hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen (mehr als 45 %) aus. Braunkohlen werden je nach Feuchtigkeit in technologische Gruppen eingeteilt: 1B (Feuchtigkeit über 40%), 2B (30-40%), 3B (bis 30%). Braunkohlen des Kansk-Achinsk-Kohlebeckens werden hauptsächlich durch Gruppe 2B und teilweise - 3B (Vitrinitreflexionsindex 0,27-0,46%) repräsentiert, Braunkohlen des Moskauer Regionsbeckens gehören zur Gruppe 2B, Kohlen der Lagerstätten Pavlovsky und Bikinsky (Primorsky Territorium) gehören zur Gruppe 1B. Braunkohle wird als Energieträger und chemischer Rohstoff verwendet.

GZhO-Marke (gasfett mager).
Fettgaskohlen, mager in Bezug auf den Gehalt an flüchtigen Substanzen und die Dicke der Kunststoffschicht, nehmen eine Zwischenposition zwischen Kohlen der Klassen G und GZh ein. Es gibt zwei technologische Gruppen. Die Technologiegruppe 1GZhO umfasst Kohle mit einem Vitrinitreflexionsindex von weniger als 0,8 % und einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von weniger als 38 % bei einer Kunststoffschichtdicke von 10 bis 16 mm. Die 2GZhO-Gruppe umfasst Kohlen mit einem Vitrinit-Reflexionsgrad von 0,80–0,99 %, einem Gehalt an flüchtigen Substanzen von weniger als 38 %, mit einer Kunststoffschichtdicke von 10–13 mm, sowie Kohlen mit einem Vitrinit-Reflexionsgrad von 0,80–0,89 % bei einer Ausbeute an flüchtigen Stoffen von 36% oder mehr bei einer Kunststoffschichtdicke von 14-16mm. Der Feuchtigkeitsgrad von GZhO schwankt innerhalb von 6-8%, der Aschegehalt - 6-40%. Der Kohlenstoffgehalt variiert zwischen 78 und 85 %, Wasserstoff zwischen 4,8 und 6,0 ​​%, Schwefel zwischen 0,2 und 0,8 %. Kohle der Marke GZhO zeichnet sich durch eine große Bandbreite an Eigenschaften aus, die es uns nicht erlaubt, eine Richtung für ihre Verwendung zu empfehlen. Kohle der 1GZhO-Gruppe mit einer Kunststoffschichtdicke von weniger als 13 mm darf nicht mehr als 20 % der Chargen von Kokereien ausmachen, und nur unter der Bedingung, dass die restliche Charge gut backende Kohlen mit einem Vitrinit-Reflexionsindex enthält von 1 bis 1,5 %. Kohle der Gruppe 2GZhO ist ein guter Rohstoff zum Verkoken (insbesondere mit einem Vitrinit-Reflexionsgrad von mindestens 0,85 %) und kann mehr als die Hälfte der Charge ausmachen. Fusinite Kohle der Gruppe 1GZhO (Untergruppe 1GZhOF) ist für die Herstellung von metallurgischem Koks völlig ungeeignet und kann im häuslichen (große Klassen) oder Energiesektor (kleine Klassen) verwendet werden.

Marke GZH (Gasfett).
Fettgaskohlen nehmen eine Zwischenposition zwischen den Sorten G und Zh ein und werden in zwei Gruppen eingeteilt. Gruppe 1GZh kombiniert Kohle mit einem Vitrinitreflexionsgrad von 0,5–0,79 %, einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 38 % oder mehr und einer Kunststoffschichtdicke von mehr als 16 mm. Die 2GZh-Gruppe kombiniert Kohle mit einem Vitrinit-Reflektionsgrad von 0,8–0,99 %, einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 36 % oder mehr und einer Kunststoffschichtdicke von 17–25 mm. Die Sorte GZh unterscheidet sich von Gaskohlen durch eine höhere Sinterkapazität und von Kohlen der Sorte Zh durch eine höhere Ausbeute an flüchtigen Substanzen. Kohlen der Güteklasse GZh werden hauptsächlich in der Kokereiindustrie verwendet und gehören zu der Gruppe der für die Verkokung besonders wertvollen Kohlesorten. In den meisten Fällen können sie Fettkohlen in der Charge von Kokereien vollständig ersetzen. Es ist ratsam, Kohlekonzentrate der Güteklasse GZh mit einem Aschegehalt von weniger als 2 % als Bindemittel bei der Herstellung von Elektroden- und Kohlenstoff-Graphit-Produkten zu verwenden; Kohlen der Güteklasse GZh eignen sich auch für die Herstellung synthetischer flüssiger Kraftstoffe.

Markieren Sie J (fett).
Fettkohlen werden in zwei Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe (1G) umfasst Kohle mit einem Vitrinitreflexionsgrad von 0,8–1,19 %, einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 28–35,9 % und einer Kunststoffschichtdicke von 14–17 mm. Die zweite Gruppe (2G) umfasst Kohlen mit einem Vitrinitreflexionsgrad von 0,8–0,99 %, einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 36 % oder mehr, mit einer Kunststoffschichtdicke von 26 mm oder mehr. Die gleiche Gruppe umfasst Kohlen mit denselben Werten des Vitrinit-Reflexionsindex, jedoch mit einer Freisetzung flüchtiger Substanzen von 30 bis 36% bei einer Kunststoffschichtdicke von 18 mm und mehr. Zur Gruppe 2G gehört auch Kohle mit einem Vitrinitreflexionsgrad von 1–1,19 % mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von mindestens 30 % bei einer Kunststoffschichtdicke von mindestens 18 mm. Die Kohlesorte Zh ist eine besonders wertvolle Kokskohle und wird hauptsächlich in der Koksindustrie verwendet und macht 20 bis 70 % des Kokseinsatzes aus. Koks, der aus Kohlen der Güteklasse Zh erhalten wird, hat eine hohe strukturelle Festigkeit.

Marke KZh (Koksfett).
Fettkokskohlen zeichnen sich als Kohle mit einem Vitrinitreflexionsgrad von 0,9-1,29 %, einer Kunststoffschichtdicke von 18 mm, mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 25-30 % aus. Der Hauptverbraucher von KZh-Kohle ist die Kokerei als Nebenprodukt. Von allen Kohlesorten, die zur Koksherstellung verwendet werden, haben sie die höchste Verkokungskapazität, aus ihnen wird hochwertiger metallurgischer Koks ohne Vermischung mit Kohlen anderer Sorten gewonnen. Darüber hinaus können sie bis zu 20 % Füllkohle der Sorten KO, KS und OS aufnehmen, ohne die Koksqualität zu verändern.

Mark K (Cola).
Kokskohle zeichnet sich durch einen Vitrinit-Reflexionsindex von 1 bis 1,29 % sowie gute Sintereigenschaften aus. Die Dicke der Kunststoffschicht beträgt 13-17 mm für Kohlen mit einem Vitrinit-Reflexionsgrad von 1,0-1,29 % und 13 mm und höher mit einem Vitrinit-Reflexionsgrad von 1,3-1,69 %. Die Ausbeute an flüchtigen Substanzen liegt im Bereich von 24–24,9 %. Ohne sie mit Kohlen anderer Qualitäten zu mischen, liefern sie konditionierten metallurgischen Koks. Die Qualität des Kokses kann erheblich gesteigert werden, wenn Kohle der Sorte K mit 20–40 % der Kohlesorten Zh, GZh und KZh gemischt wird.

Marke KO (koksarm).
Kohlearmer Koks ist eine Kohle mit einer Ausbeute an flüchtigen Substanzen, die dem Wert von Kokskohle nahekommt, jedoch mit einer dünneren Kunststoffschicht - 10-12 mm. Der Reflexionsindex von Vitrinit beträgt 0,8-0,99 %. Die Kohlesorte KO wird hauptsächlich zur Herstellung von Hüttenkoks als eine der Füllkohlen für die Sorten GZh und Zh verwendet.

Marke KSN (Koks schwach backend, niedrig metamorphisiert).
Backarme, metamorphosearme Kokskohlen zeichnen sich durch einen Vitrinit-Reflexionsindex von 0,8 bis 1,09 % aus. Wenn sie ohne Vermischung mit anderen Kohlen verkokt werden, ergeben sie mechanisch niedrigfesten, stark abrasiven Koks. Sie werden sowohl in der Koksindustrie als auch in der Energiewirtschaft und im Haushaltssektor eingesetzt. KSN-Kohle kann auch zur Herstellung von synthetischem Gas verwendet werden.

Sorte KS (Coke schwach backend).
Low-backende Kokskohlen zeichnen sich durch geringe Sinterung aus (die Dicke der Kunststoffschicht beträgt 6-9 mm bei einem Vitrinit-Reflexionsindex von 1,1-1,69 %). Kohle der Sorte KS wird hauptsächlich in der Koksindustrie als Magerkomponente eingesetzt. Ein Teil der Kohle wird zur Schichtverbrennung in Industriekesseln verwendet. Low-backende Kokskohlen zeichnen sich durch eine geringe Backfähigkeit aus (Kunststoffschichtdicke 6-9 mm mit Vitrinit-Reflexionsindex 1,1-1,69 %. Verwendung zur Schichtfeuerung in Industriekesselhäusern und in den heimischen Bereich.

Marke OS (mageres Sintern).
Die Magerkohlensinterung hat Vitrinit-Reflexionsindizes von 1,3 bis 1,8 % und die Ausbeute an flüchtigen Substanzen beträgt nicht mehr als 21,9 %. Die Dicke der Kunststoffschicht beträgt bei der 2OS-Gruppe 6-7 mm, bei der 1OS-Gruppe 9-12 mm bei einer Vitrinit-Zusammensetzung und 10-12 mm bei einer Fusinit-Zusammensetzung. Die Feuchtigkeit des abgebauten Kohlegrades OS überschreitet 8-10% nicht. Der Aschegehalt liegt zwischen 7 und 40 %. Der Schwefelgehalt im Kuznetsk-Becken überschreitet nicht 0,6%, manchmal erreicht er 1,2% im Karaganda-Becken und 1,2-4,0% im Donbass. Der Kohlenstoffgehalt beträgt 88-91 %, Wasserstoff 4,2-5 %. Der Hauptverbraucher von OS-Kohle ist die Nebenprodukt-Koksindustrie; diese Kohlen sind eine der besten mageren Komponenten in Koksmischungen. Einige Kohlen der Sorte OS ergeben auch ohne Mischen mit Kohlen anderer Sorten hochwertigen metallurgischen Koks; sie entwickeln aber beim Verkoken einen großen Berstdruck an den Wänden von Koksöfen, Koks wird nur mit großer Mühe aus den Öfen ausgetragen, was zu einem schnellen Ausfall der Öfen führt. Daher wird OS-Kohle normalerweise in einer Mischung mit G- und GZh-Kohle verkokt, die einen hohen Schwindungsgrad aufweisen.

Marke TS (dünn, leicht zusammenbackend).
Magere Kohlen mit niedrigem Backanteil zeichnen sich durch einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von weniger als 22% und eine sehr geringe Sinterung aus (die Dicke der Kunststoffschicht beträgt weniger als 6 mm. Der Feuchtigkeitsgehalt von abgebauter Kohle der Sorte TS ist niedrig - 4-6%. Der Aschegehalt liegt im Bereich von 6-45 % Der Kohlenstoffgehalt beträgt 89-91 %, Wasserstoff 4,0-4,8 % Schwefelgehalt in Kohlen von Kuzbass 0,3-0,5 %, Donbass 0,8-4,5 %, hauptsächlich in der Energiewirtschaft ; große bis mittlere Klassen von Kohlen dieser Marke sind ein guter rauchfreier Brennstoff für kleine Kessel und den individuellen Hausgebrauch.

Klasse SS (geringe Verbackung).
Schwach backende Kohlen zeichnen sich durch einen Vitrinitreflexionsindex im Bereich von 0,7–1,79 %, eine Kunststoffschichtdicke von weniger als 6 mm und eine Freisetzung flüchtiger Substanzen aus, die für gut verkokende Kohlen der Klassen Zh, KZh charakteristisch ist. K, KS und OS. Die Feuchtigkeit der abgebauten Kohle erreicht 8-9%. Der Aschegehalt reicht von 8 bis 45 %. Der Schwefelgehalt übersteigt üblicherweise 0,8 % nicht. Der Kohlenstoffgehalt liegt zwischen 74 und 90 %, Wasserstoff zwischen 4,0 und 5,0 %. Sie werden hauptsächlich in großen Kraftwerken, in industriellen Kesselhäusern und im Haushaltsbereich eingesetzt. In begrenztem Umfang werden bestimmte Sorten von SS-Kohle in Chargen von Kokereien verwendet.

Mark T (dünn).
Magerkohle zeichnet sich durch die Freisetzung flüchtiger Substanzen von 8 bis 15,9 % mit einem Vitrinit-Reflexionsindex von 1,3 bis 2,59 % aus; Sintern fehlt. Sie werden hauptsächlich in der Elektroindustrie und im Haushaltsbereich eingesetzt; Unter der Bedingung eines geringen Aschegehalts können sie verwendet werden, um kohlenstoffhaltige Füllstoffe in der Elektrodenherstellung zu erhalten.

Die Kenntnis der Grundlagen von Kohleentstehungsprozessen und der Bedingungen für die Anwendbarkeit fester Brennstoffe in der Metallurgie ermöglicht eine flexible Steuerung technologische Prozesse und wirtschaftliche Effizienz Produktion von Eisen und Stahl.

Die Verwendung fossiler Brennstoffe in der Metallurgie reicht hundert Jahre zurück. Das Ausgangsmaterial und die Bedingungen für die Bildung fossiler Brennstoffe sind zum Grund für ihre Artenvielfalt geworden. Die moderne Metallurgie stellt hohe Anforderungen an die Qualität der Rohstoffe inkl. zu Koks und eingespritzten Zusatzstoffen. Die Kenntnis der Grundlagen der Kohleentstehungsprozesse und der Einsatzbedingungen fester Brennstoffe in der Metallurgie ermöglicht die flexible Steuerung technologischer Prozesse und der Wirtschaftlichkeit der Eisen- und Stahlerzeugung.

Zusammensetzung und Struktur des ursprünglichen Pflanzenmaterials

Die aktuelle Theorie der Kohleentstehung impliziert den Ursprung fossiler Brennstoffe aus Pflanzenmaterial, das über einen langen Zeitraum eine gewisse Metamorphose durchlaufen hat.

Eine Vielzahl von Pflanzen, von einzelligen Algen bis zu Bäumen, waren an der Bildung des Ausgangsmaterials für alle fossilen Brennstoffe beteiligt. Nach modernen Vorstellungen werden im Aufbau von Pflanzen Stoffe folgender chemischer Gruppen unterschieden: Fette, Wachse, Harze, Kohlenhydratkomplexe (Cellulosen und Pektine), Lignin, Proteine.

Fette sind in Pflanzen weit verbreitet: Sie enthalten etwa 1700 verschiedene Arten von Fetten. Nach chemischer Zusammensetzung sind Fette Ester eines dreiwertigen Alkohols - Glycerin - und gesättigter und ungesättigter Fettsäuren (Monocarbonsäuren, mit einer normalen Kohlenstoffkette und einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen). Fette sind unlöslich in Wasser, aber leicht löslich in Diethylether, Schwefelkohlenstoff, Benzin, aromatischen Kohlenwasserstoffen.

Wachse- dies sind Ester aus höheren Monocarbonsäuren und höheren primären einwertigen Alkoholen normaler Struktur. Wachse in Pflanzen überziehen Stängel, Blätter und Sporenhüllen mit einer dünnen Schicht und schützen sie so vor äußeren Einflüssen. Wachse haben für organische Stoffe einen hohen Schmelzpunkt (70...72 °C). Sie sind äußerst stabile Substanzen und aufgrund ihrer Stabilität fast immer in Kohlen enthalten.

Harze. Pflanzenharze sind eine Mischung verschiedener organischer Verbindungen (Säuren, Ester, Alkohole, Phenole und Kohlenwasserstoffe). Harze sind höheren Pflanzen inhärent, in denen sie in Lösungen ätherischer Öle (Balsame) vorkommen. In Pflanzen sind Harzpassagen mit Balsamen gefüllt. Bei einer Beschädigung der Pflanze werden reichlich Harzkonzentrate freigesetzt, die durch die Verdunstung ätherischer Öle sowie durch die teilweise Polymerisation von Harzsubstanzen an der Luft schnell verdicken. Solche Festharzklumpen erreichen uns in Form von Harzknollen, die in den organischen Anteil der Kohle eingebettet sind.

Zellulose(С6Н10О5) - das Hauptbaumaterial von Pflanzengeweben, das Pflanzen mechanische Festigkeit verleiht.

Hemicellulosen(Heteropolysaccharide) sind komplexe organische Verbindungen, bei deren Hydrolyse die einfachsten Zucker (Pentosen, Hexosen usw.) entstehen.

Pektin Substanzen- üben eine unterstützende Funktion in den Wänden von Pflanzenzellen, jungen Früchten und Geweben aus.

Lignin ist ein aromatisches Polymer. Beteiligt sich an der Bildung von Pflanzenzellwänden. Die Bildung von Lignin ist nur für Gefäßpflanzen typisch. Während der Evolution (der Entstehung von Pflanzen an Land) haben Gefäßpflanzen die Fähigkeit erworben, Enzyme zu produzieren, die in der Lage sind, Lignin aus Kohlenhydraten zu bilden. Lignin spielt die Rolle eines Bindemittels, das Zellulosefaserbündel verklebt und somit den Hauptbestandteil des Holzes darstellt. Der ungefähre Gehalt an Lignin in einigen Pflanzen (Gew.-%) beträgt: Buche – 22, Fichte – 27, baumartige Luzerne – 23, Bärlapp – 37, Kuckucksflachs – 38, Sphagnum (eine spezielle Art von Moos) – 4,5 .

Eichhörnchen- Naturstoffe mit makromolekularer Struktur, die bei der Hydrolyse in Alpha-Aminosäuren umgewandelt werden. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Proteinen, die in anderen pflanzenchemischen Gruppen fehlt, ist die Spezifität.

Die elementare Zusammensetzung der Kohlebildner ist in der Tabelle angegeben. ein:

Table 1. Elementare Zusammensetzung von Kohlebildnern

Der quantitative Gehalt chemischer Stoffgruppen in verschiedene Arten Pflanzen sind in der Tabelle angegeben. 2.

Tabelle 2. Gehalt in Pflanzen der Hauptgruppen von Chemikalien, % (Gew.)

Ursprüngliches Pflanzenmaterial und seine Umwandlungen während Kohleentstehungsprozessen

Je nach Zusammensetzung des pflanzlichen Ausgangsmaterials werden Kohlen in Humus, Sapropelit, Liptobiolit und gemischt unterteilt.

Humus Kohlen aus Landpflanzen gewonnen.

Liptobiolit-Kohlen Sie werden auch aus der Landvegetation gebildet, jedoch aus den beständigsten Pflanzenbestandteilen unter natürlichen Bedingungen - Hautgewebe (Kutikula, Rinde, Harze, Sporen, Pollen).

Sapropelit-Kohlen werden ausschließlich aus Algenhaufen gebildet - grün, blaugrün.

gemischte Kohlen sind ein Produkt gemeinsamer Transformationen verschiedener terrestrischer und aquatischer Vegetation.

Zusammensetzung und Eigenschaften von Kohlen werden neben dem Ausgangsmaterial auch von den physikalischen und geografischen Bedingungen beeinflusst, unter denen die Anhäufung von Pflanzenmaterial stattfand. Dieses Konzept umfasst die Landschaftsumgebung, unterteilt in See, Sumpf, Meer, Lagune usw., und ihre physikalisch-chemischen (hydrochemischen und mikrobiologischen) Merkmale, einschließlich Salzgehalt, Strömung, Stagnation usw.

Die wichtigste Voraussetzung für die Entstehung von Steinkohle ist der fehlende Zugang zum Ausgangsstoff Sauerstoff aus der Luft. Bildungsbedingungen und Kohlenarten sind in der Tabelle angegeben. 3.

Tabelle 3. Bildungsbedingungen und Kohlenarten

Nur humose, gebänderte Kohlen können verkoken, d.h. Klare Kohlen:

• claren (lat. clarus - brillant) - Kohle, die aus kohlenstoffreichen Komponenten und Mikroverunreinigungen besteht: Vitren, Micrinit und Fuzen.
• Vitren, Vitrit, Vitrinit (lat. vitrum - Glas) - schwarz glänzendes, kohlenwasserstoffreiches Pflanzengewebe - der Hauptträger der Sintereigenschaften. Bildet "Linsen" und "Schichten" in der Masse der Kohle.
• Micrinit ist eine schwarzmatte Komponente aus Pflanzensporen.
• fusin, fusinite (Französisch fusain - Linse) - schwarzes Pulver, ähnlich Holzkohle mit seidigem Glanz.

Einteilung der Kohlen nach dem Metamorphosegrad

Unterschiede im Ausgangsmaterial, im Bewässerungsgrad der Moore, in der chemischen Zusammensetzung der Umgebung und in den Faziesbedingungen der Sedimentation und Torfbildung, die die Richtung und Intensität der oxidierenden und reduzierenden mikrobiologischen Prozesse bestimmen, schufen die Grundlage für die Entstehung verschiedener genetischer Kohlenarten im Torfstadium. Die Torfbildung und Torfakkumulation endete mit der Überlagerung des Torfmoores durch Sedimente, die Dachfelsen bildeten. Die diagenetischen (Verdichtung, Austrocknung von Sedimenten, Gasfreisetzung) und biochemischen Prozesse reduzierender Natur, die bei relativ niedrigen Temperaturen und Drücken stattfanden, führten zur Umwandlung von Torf in Braunkohle.

Kohlen, einschließlich schwach zersetzter Holzreste, die mit erdigen Kohlen verkittet sind, werden Braunkohlen genannt.

braune Kohlen- eine der Kohlesorten - sind weit verbreitet. Der Anteil der Braun- und Braunkohlereserven an den Weltkohlereserven beträgt 42 %. Das oberflächennahe Vorkommen und die große Mächtigkeit der Kohleflöze ermöglichen eine breite Nutzung des Tagebaus, dessen wirtschaftliche und technische Vorteile den relativen weitgehend kompensieren geringe Qualität rohes Material.

Durch längere Einwirkung von erhöhten Temperaturen und Drücken werden Braunkohlen in Steinkohlen und letztere in Anthrazit umgewandelt. Der irreversible Prozess der allmählichen Veränderung der chemischen Zusammensetzung (hauptsächlich in Richtung Aufkohlung), der physikalischen und technologischen Eigenschaften organischer Stoffe bei der Umwandlung von Torf in Anthrazit wird als Inkohlung bezeichnet. Als Kohlenmetamorphose wird die Inkohlung auf den Stufen der Umwandlung von Braunkohle in Steinkohle und letztere in Anthrazit aufgrund der in der Erdkruste ablaufenden Prozesse bezeichnet. Es gibt drei Haupttypen der Kohlemetamorphose:

• regional, verursacht durch den Einfluss der Erdwärme und des Drucks der darüber liegenden Gesteinsschichten, wenn Kohlen in die Tiefe der Erdkruste absinken;
• thermisch - unter dem Einfluss von Wärme, die von magmatischen Körpern freigesetzt wird, die die kohleführende Schicht oder die darunter liegenden Ablagerungen überlappen oder in sie eindringen;
• Kontakt - unter dem Einfluss von Hitze von Eruptivgesteinen, die in Kohleflöze eingedrungen sind oder diese direkt überquert haben; Problematisch ist, dass die Kohlemetamorphose aufgrund einer Temperaturerhöhung in den Bereichen der Manifestation tektonischer Druck- und Scherkräfte – der Dynametamorphose – als möglich erkannt wird.

Die strukturelle und molekulare Umordnung von organischem Material während der Metamorphose von Kohlen wird begleitet von einer stetigen Zunahme ihres relativen Kohlenstoffgehalts, einer Abnahme des Sauerstoffgehalts und der Freisetzung flüchtiger Substanzen; in bestimmten Mustern mit Extremwerten in den mittleren Stadien der Inkohlung ändern sich der Wasserstoffgehalt, die Verbrennungswärme, die Härte, die Dichte, die Sprödigkeit, optisch, elektrisch usw. physikalische Eigenschaften Kohlen. Zur Bestimmung dieser Stufen werden verwendet: die Ausbeute an flüchtigen Substanzen, der Kohlenstoffgehalt, die Mikrohärte und andere Merkmale der chemischen Zusammensetzung und der physikalischen Eigenschaften von Kohlen. Die effektivste Methode zur Bestimmung des Inkohlungsgrades ist die Reflektivität von Vitrinit.

Steinkohlen In den mittleren Stadien der Metamorphose erwerben sie Sintereigenschaften - die Fähigkeit gelierter und lipoider Bestandteile organischer Materie, beim Erhitzen unter bestimmten Bedingungen in einen plastischen Zustand überzugehen und einen porösen Monolithen - Koks - zu bilden. Die relative Menge an Kohlereserven mit hoher Backfähigkeit beträgt 10...15 % der gesamten Kohlereserven, was mit einer höheren Intensität der Umwandlung organischer Substanz in den mittleren Stadien der Metamorphose verbunden ist. Sinterkohlen entstehen bei Temperaturen von etwa 130 bis 160...180 °C mit einem allgemeinen Temperaturbereich, der den Verlauf der Kohlemetamorphose bestimmt, von 70...90 °C für Langflammkohlen bis 300...350 °C für Anthrazit. Die hochwertigsten Sinterkohlen wurden in Becken gebildet, die während der tiefen Absenkung der kohleführenden Schichten eine regionale Metamorphose erfuhren. Während der thermischen und Kontaktmetamorphose verläuft die Umwandlung organischer Stoffe aufgrund einer starken Temperaturänderung und eines niedrigen Drucks ungleichmäßig und die Qualität der Kohlen ist durch ungleichmäßige technologische Eigenschaften gekennzeichnet. Die Gesteine ​​​​kohlehaltiger Formationen erfahren zusammen mit der Metamorphose von Kohlen katagenetische Umwandlungen.

In Zonen der Belüftung und aktiven Einwirkung von Grundwasser in der Nähe der Erdoberfläche werden Kohlen oxidiert. Hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften von Kohlen hat die Oxidation im Vergleich zur Metamorphose eine entgegengesetzte Richtung: Kohlen verlieren ihre Festigkeitseigenschaften (bevor sie zu einer rußenden Substanz werden) und Sintereigenschaften; In ihnen steigt der relative Sauerstoffgehalt, die Kohlenstoffmenge nimmt ab, der Feuchtigkeits- und Aschegehalt nimmt zu und die Verbrennungswärme nimmt stark ab. Die Tiefe der Kohleoxidation liegt je nach modernem und antikem Relief, Position des Grundwasserspiegels, Art der klimatischen Bedingungen, Materialzusammensetzung und Metamorphose der Kohlen zwischen 0 und 100 m vertikal.

Unterschiede in der stofflichen Zusammensetzung und im Metamorphosegrad führten zu einer großen Differenzierung der technologischen Eigenschaften der Kohlen. Um eine rationelle Richtung für die industrielle Nutzung von Kohle festzulegen, werden sie in Qualitäten und technologische Gruppen eingeteilt; Diese Unterteilung basiert auf Parametern, die das Verhalten von Kohlen bei thermischer Einwirkung auf sie charakterisieren. Die Grenze zwischen Braun- und Steinkohle ist der höchste Heizwert der Arbeitsmasse der aschefreien Kohle, gleich 5700 kcal/kg (23,86 MJ).

Der Frühindikator für die energetische Nutzung von Kohle – der untere Heizwert – in Bezug auf Arbeitsbrennstoff reicht von (kcal/kg): 2000 … 5000 (8,372 … 20,930 MJ) für Braun, 4100 … 6900 (17,162 ... 28,893 MJ) für Steinkohle und 5700 ... 6400 (23,86 ... 26,79 MJ) für Anthrazit. Der reduzierte Wert dieses Indikators für Braunkohlen erklärt sich aus dem geringen Verkohlungsgrad organischer Stoffe, der schwachen Verdichtung des Materials und dem entsprechend hohen natürlichen Feuchtigkeitsgehalt, der innerhalb von 15 ... 58% variiert. Braunkohlen werden je nach Arbeitsfeuchtigkeit in technologische Gruppen eingeteilt: B1 mit Wp\u003e 40%, B2 mit Wp 30 ... 40% und B3 mit Wp< 30%.
Die industrielle Kennzeichnung von Steinkohlen basiert auf Indikatoren, die die Ergebnisse ihrer Hochtemperatur-Trockendestillation (Verkokung) charakterisieren: die Ausbeute an flüchtigen Substanzen, die bei der Zersetzung organischer Stoffe (teilweise anorganisches Material - Sulfide, Carbonate, hydratisierte Mineralien) gebildet werden, und die Eigenschaft des aschefreien brennbaren Restkokses durch Sintern. Die Gewichtsausbeute an flüchtigen Stoffen aus Kohlen nimmt mit zunehmendem Inkohlungsgrad von 45 auf 8 % bei Steinkohlen und bis zu 8 ... 2 % bei Anthraziten stetig ab.

In der UdSSR wird die Sinterfähigkeit von Kohlen in einem Laborgerät nach der 1932 von den sowjetischen Wissenschaftlern L. M. Sapozhnikov und L. P. Bazilevich vorgeschlagenen plastometrischen Methode durch die Dicke der beim Erhitzen (y) gebildeten Kunststoffschicht unter Berücksichtigung der Schrumpfung bestimmt ( x), ausgedrückt in mm. Die größte Sinterfähigkeit weisen Kohlen der mittleren Inkohlungsstufe mit einer Kunststoffschichtdicke von 10 ... 35 mm (Klassen K und Zh) auf. Mit abnehmendem und zunehmendem Metamorphosegrad nimmt die Backfähigkeit von Kohlen ab. Kohlen der Klassen D und T sind durch schwach gesinterte, pulvrige, nichtflüchtige Rückstände gekennzeichnet. Im Tisch. 4 zeigt die Werte der Hauptindikatoren für die Kohlequalität in verschiedenen Stadien der Inkohlung in Bezug auf die Qualitäten nach GOST.

Tabelle 4. Hauptindikatoren für die Qualität sortierter Kohlen

Zusätzlich zu den in der Tabelle angegebenen Zwischenqualitäten werden in einigen Becken unterschieden: Gasfett (GZh), Koksfett (KZh), Kokszweite (K2), schwaches Zusammenbacken (SS). Die Kohlesorten G, GZh, Zh, KZh, K und OS werden nach der Backkapazität in technologische Gruppen eingeteilt; Zur Angabe der technologischen Gruppe wird der Buchstabenbezeichnung der Marke eine Zahl hinzugefügt, die den niedrigsten Wert der Dicke der Kunststoffschicht (y) in diesen Kohlen angibt, z. B. G6, G17, KZh14 usw. Für Kohlen bestimmter Becken werden die Werte der Klassifizierungsindikatoren (VG und y) von GOST geregelt. Um metallurgischen Koks zu erhalten, wird eine Mischung verschiedener Kohlequalitäten verwendet - eine Charge, deren Hauptbestandteil Kohlen mit hohen Sintereigenschaften sind.

Die Unterteilung von Steinkohlen in Braun-, Schwarz- und Anthrazitkohlen wird in den meisten europäischen Ländern akzeptiert (in einigen - mit der Freisetzung zusätzlicher Braunkohlen). Die 1956 von der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa verabschiedete Grundlage internationales System Bei der Einstufung von Steinkohlen wird auch der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen für Kohlen mit V > 33 % angenommen - der höhere Heizwert der nassen aschefreien Masse, Backfähigkeit und Verkokungsfähigkeit. Die Kohlesorte wird durch eine dreistellige Codenummer angegeben, deren erste Ziffer die Kohleklasse (nach flüchtigem oder kalorischem Wert) angibt, die zweite - die Gruppe (nach Backfähigkeit, bestimmt nach der Rog-Methode oder der Quellindex im Tiegel), die dritte - die Untergruppe (nach Verkokung, bestimmt durch Odiber-Arnoux oder Grey King). In den USA und einigen anderen Ländern werden Kohlen in Braunkohlen, subbituminöse, bituminöse Kohlen und Anthrazit klassifiziert; Klassifizierungsparameter sind: für Braunkohle, subbituminöse und bituminöse (mit einem flüchtigen Anteil von >31 %) die Verbrennungswärme der aschefreien Masse, für bituminöse mit flüchtigen Anteilen<31% и антрацитов – выход летучих веществ и содержание связанного углерода.

Die Kennzeichnung von Kohlen, die einen Komplex bestimmter technologischer Eigenschaften von Kohlesorten widerspiegelt, wird als Hauptkriterium in der Praxis der industriellen Verwendung von Kohle verwendet. Für bestimmte Verbrauchsbereiche werden zusätzliche technische Anforderungen festgelegt. Eine starke Abnahme der thermischen Wirkung der Kohleverbrennung und wirtschaftliche Indikatoren für ihre Verwendung aufgrund von Ballast (Asche und Feuchtigkeit) bestimmen die Notwendigkeit, Kohlen mit hoher natürlicher Feuchtigkeit zu brikettieren und aschereiche Kohlen vorab anzureichern. Der maximale Aschegehalt von Kohlen, die zur Schichtverbrennung geschickt werden, sollte 20 ... 37% nicht überschreiten, für die pulverisierte Verbrennung - 45%.

Zum Verkoken werden aschearme (angereicherte) Sintersteinkohlen verwendet, bei denen der Gehalt an Schwefel und Phosphor begrenzt ist. Für Halbverkokung, Vergasung, Herstellung von flüssigen Brennstoffen, Bergwachs und anderen Verbrauchsbereichen sind Sinterung, Schwefelgehalt, Aschegehalt, Stückigkeit, thermische Stabilität, Teer, Bitumengehalt und andere Qualitätsindikatoren standardisiert.

Die wichtigsten Kohlebecken der Russischen Föderation - Kokskohlequellen

Donezker Becken. Eines der größten europäischen Kohlebecken. Auf dem Territorium der Region Rostow befindet sich nur der äußerste östliche Teil des Beckens, in dem Anthrazit überwiegend verbreitet ist. Kokskohlen kommen in drei von sieben Bezirken vor - Kamensko-Gundorovsky, Belokalitvensky, Tatsinsky - und zeichnen sich durch leichte und mittlere Waschbarkeit aus. Die Kohlen des Donezbeckens zeichnen sich durch einen hohen Schwefelgehalt aus.

Kusnezker Becken. Es befindet sich auf dem Territorium der Regionen Kemerowo und Nowosibirsk und umfasst eine Fläche von 27.000 km2 (110 x 350 km). Von den 25 geologischen und industriellen Regionen werden Kokskohlen in 20 erschlossen. Die Kohlewaschbarkeit ist leicht und mittel mit einer Konzentratausbeute von 70 bis 90 %. Die Kohlen des Kuznetsk-Beckens zeichnen sich durch einen niedrigen Schwefelgehalt aus. Im Becken werden alle Sorten von Kokskohle abgebaut. Günstige Bergbau- und geologische Bedingungen für das Vorkommen von Kohlen, eine geringe Abbautiefe machen die Nutzung dieser Kohlen praktisch in ganz Russland wirtschaftlich machbar.

Petschora-Becken. Es ist Teil des Nordbezirks und befindet sich auf dem Territorium der Republik Komi und des Autonomen Kreises der Nenzen in der Region Archangelsk. Die Fläche des Beckens beträgt 90 km2. Kokskohlen sind in den Lagerstätten Workuta, Vorgashor und Khalmeryu weit verbreitet. Die Kohlen sind meist mäßig angereichert (die Konzentratausbeute beträgt 70 bis 85 Gew.-%), die Kohlen der Qualitäten GZhO, K, Zh sind leicht angereichert (die Konzentratausbeute beträgt 85 bis 93 Gew.-%). Fettig und gasförmig fetthaltige Kohlen der Lagerstätten Workuta und Vorgashor können als magerer Zusatz zu 50 % magerer Kohlen mit einer signifikanten Erhöhung der Koksfestigkeit aufgenommen werden. Kohlen der Klasse K der Lagerstätte Khalmeryu erzeugen während des Verkokens starken metallurgischen Koks von hoher Qualität.

Karaganda-Becken. Es ist eine Kokskohlequelle für Unternehmen im Osten Russlands, die sich in Zentralkasachstan auf dem Territorium der gleichnamigen Region befinden. Seine Fläche beträgt 3000 km2 (30 x 100 km). Steinkohlen, weil mineralische Bestandteile sind in der organischen Masse der Kohle sehr fein verteilt. Der Ausstoß des Konzentrats beträgt 15 bis 65 % (Gew.).

Qualitätsindikatoren für Kokskohlen

Die Qualität der Kohlen wird durch ihre technologischen und petrographischen Parameter bestimmt.

Flüchtige Materie (V)- Produkte, mit Ausnahme von Feuchtigkeit, die aus Kohle in Form von Gas und Dampf freigesetzt werden. Sie entstehen bei der Zersetzung von Kohle unter Heizbedingungen ohne Luftzutritt. Sie werden für trockenen (dry - Vd) oder trockenen aschefreien Zustand (dry ash free - Vdaf) bestimmt. Zusammen mit der Sinterfähigkeit bestimmt sie die Eignung von Kohlen zum Verkoken. Dieser Indikator ist der Schlüssel bei der Erstellung einer Kohlegebühr und der Erwägung der Möglichkeit, Kohle in einer Gebühr zu ersetzen.

Aschegehalt (A) ist der Gehalt an nicht brennbarem anorganischem Material in Kohle. Es ist definiert als der Rückstand, der beim Erhitzen von Kohle durch die Verbrennung der gesamten brennbaren Masse entsteht. Bestimmt für trockenen Zustand (trocken - Ad).

Schwefel (S)– Schwefelgehalt in Kohle. Es ist in Form von Sulfiden, Sulfaten, organischen Verbindungen und elementarem Schwefel enthalten. Bestimmt für trockenen Zustand (trocken - Sd).

Vitrinit (Vt)- eine der Arten von organischem Material (Mazerale), die eine Kohlemasse bilden. Neben Vitrinitis gibt es Liptinitis und Inertinitis. Vitrinit ist das wertvollste Maceral.

Vitrinit-Reflexionsindex (R0)- Das Reflexionsvermögen von Vitrinit ist ein Indikator für den Metamorphosegrad von Kohlen (je mehr, desto älter die Kohle). Zur Charakterisierung des Inkohlungsgrades wird der mittlere Reflexionsgrad von Vitrinit im gewöhnlichen monochromatischen Licht bestimmt.

Kunststoffschichtdicke (y)- einer der Hauptindikatoren für das Sintern von Kohle, der die Beurteilung der Qualität von Kokskohlen charakterisiert. Er ist definiert als der maximale Abstand zwischen den Grenzflächen "Kohle - plastische Masse - Halbkoks", der bei plastometrischen Tests ermittelt wurde.

Fester Kohlenstoff (FC)- Teil des Kohlenstoffs, der zurückbleibt, wenn Kohle in einem geschlossenen Gefäß erhitzt wird, bis die flüchtigen Substanzen vollständig entfernt sind (d. h. dies ist der nichtflüchtige Teil minus Asche).

Gesamtfeuchte (TM)- Feuchtigkeit, die in fossilen Kohlen enthalten ist, einschließlich freier, oberflächlicher und gebundener. Während des Verkokens wirkt sich Feuchtigkeit nachteilig auf die Schüttdichte der Kohlecharge, den Stromverbrauch zum Zerkleinern und den Wärmeverbrauch zum Verkoken aus; Bei einem Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 8 % ist es schwierig, die Charge in Kohleaufbereitungsanlagen zu transportieren.

Grey King Verkokungsindex– dieser Indikator ist das Hauptmerkmal der Kohleverkokungsfähigkeit; die Koksart nach Gray-King wird durch die Bezugsskala bestimmt: A, B, C, D, E, F, G1, G2,...,G12; Kokstyp "A" zeigt an, dass die Kohle nicht verkokt, Typen "B", "C", "D" weisen auf geringe Verkokungseigenschaften hin, ..., Typen "G5" - "G12" weisen auf hohe Verkokungseigenschaften von Kohlen hin, außerdem ist die Verkokung um so besser, je höher die Zahl ist.

Index der freien Quellung (Crucible Swelling Number (CSN)/Index der freien Quellung (FSI))- das Hauptmerkmal, anhand dessen die Sinterfähigkeit von Kohlen weltweit geschätzt wird; Das Anbacken ist einer der wichtigsten Klassifizierungsindikatoren für Kohlen, die zum Verkoken verwendet werden; Die Sinterfähigkeit des Kohleeinsatzes muss ausreichend sein, um eine hohe Festigkeit der Kokssubstanz zu gewährleisten (in der Regel gilt: je höher der CSN-Wert unter sonst gleichen Bedingungen, desto besser).

Gieseler Max Fließfähigkeit- gut sinternde Kohlen werden nach der Gieseler-Methode bestimmt; dieser Parameter ist für Kokskohlen sehr wichtig, weil niedrig fließende Kohlen können nicht selbstständig am Verkokungsprozess teilnehmen (sie erfordern die Zugabe von hoch fließenden Kohlen zum Binden); Um diesen Parameter zu vergleichen, wird eine logarithmische (ordinale Skala) verwendet.

Schleifbarkeitsindex (Hardgrove-Index) ist der empirische Index, der als Ergebnis des Mahlens der Kohleprobe erreicht wird. Die Vermahlung von 50 g eng klassierter Kohle erfolgt in einer Ringkugelmühle bei 60 Umdrehungen. Der Index wird auf der Grundlage der granulometrischen Zusammensetzung von zerkleinerter Kohle bestimmt.

Klassifizierung von Kokskohlen

In Russland und der GUS gibt es eine einheitliche Klassifizierung von Kohlen gemäß GOST 25543-88. Nach dieser Einteilung wird Kohle in folgende Qualitäten eingeteilt:

• B - braun;
• D - lange Flamme;
• DG - Gas mit langer Flamme;
• G - Gas;
• GZhO - mageres Gasfett;
• GJ - Gasfett;
• F - Fett;
• QOL - Koksfett;
• K - Koks;
• KO - koksarm;
• KSN - Koks-Sintern niedrig metamorphisiert;
• KS - schwach zusammenbackender Koks;
• OS - mageres Sintern;
• TS - dünnes Sintern;
• SS - schwaches Zusammenbacken;
• T - dünn;
• A ist Anthrazit.

Die Weltklassifikation unterteilt Kohle in Hard Coking Coal (HCC), Semi-Soft Coking Coal (SSCC), Pulverized Coal for Injection (PCI), Thermal Coal/Steam Coal (Abb. 1):

Abbildung 1 - Weltklassifikation der Kohlen

Das Verhältnis der weltweiten Kohlenreserven und die Richtung ihrer Verwendung in Abhängigkeit vom Kohlenstoff- und Feuchtigkeitsgehalt ist in Abb. 2:

Abbildung 2 - Verhältnis der weltweiten Kohlereserven

PUT - pulverisierter Kohlebrennstoff

Die Geschichte der Entwicklung der Kohlenstaub-Einblastechnik

Die Technologie des Hochofenschmelzens unter Verwendung von Kohlenstaubbrennstoff ist seit 1831 bekannt. Die industrielle Anwendung der Technologie des Einblasens von Kohlenstaub begann erst Mitte des 20. Jahrhunderts, und diese Technologie wurde in den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts weit verbreitet . Die langwierige Entwicklungszeit der PCF-Technologie lässt sich durch die Notwendigkeit erklären, komplexe und teure Geräte für die Aufbereitung und Injektion von PCB zu entwickeln, sowie durch die erfolgreiche Konkurrenz durch Heizöl und Erdgas.

Das erste Patent für das Einblasen von zerkleinertem Festbrennstoff in einen Hochofen durch Lanzen wurde 1831 in England erteilt. Ein ähnliches Patent wurde 1877 in Deutschland erteilt erste Injektionsversuche wurden 1840 unternommen, anderen zufolge erfolgte das erste Einblasen von gebrochener Kohle in einen Schachtofen 1911 in Kanada während der Verhüttung von Blisterkupfer.

Umfangreiche experimentelle Arbeiten zur Injektion von PUT begannen in den 50er bis 60er Jahren des 20. Jahrhunderts in den USA. Heizöl spielte damals eine führende Rolle in der Kraftstoffeinspritztechnik.
1955 in der UdSSR im gleichnamigen Hüttenwerk. Dzerzhinsky wurden Experimente zum Einblasen von Kohlenstaub durch eine Düse in einen Hochofen mit einem Volumen von 427 m3 während des Schmelzens von Ferrosilizium durchgeführt. Diese Experimente markierten den Beginn der Erforschung des Hochofenprozesses unter Verwendung von pulverisiertem Brennstoff in industriellen Hochöfen in der UdSSR.

Erst nach der Energiekrise in den 1970er Jahren wurde Kohle zu einer wirtschaftlich sinnvolleren Alternative. Die in den 1970er Jahren angewandte Praxis der Injektion von Heizöl und anderen Ölderivaten sicherte einen Koksverbrauch von 400 kg/t Roheisen. Die zweite Ölkrise machte den Verzicht auf flüssige Kampfstoffe erforderlich und erhöhte den Koksverbrauch dramatisch.

In den 1980er Jahren erlebte der Bau von Kohlenstaub-Einblasanlagen auf der ganzen Welt, hauptsächlich in Europa und Asien, eine Zeit des schnellen Wachstums. In Nordamerika ist die Injektion von Erdgas zusammen mit anderen Arten von flüssigen und festen Brennstoffen populär geworden. Ende der 1980er Jahre verdrängte die PUT-Einspritzung auch in den USA andere Kraftstoffarten maßgeblich.

Aufgrund der gegensätzlichen Wirkungsrichtung der Eindüsung von Kohlenstaub und Erdgas auf den Hochofenlauf lag es nahe, die Eindüsung dieser Brennstoffe für eine mildere Beeinflussung des Hochofenlaufes zu kombinieren. In den Vereinigten Staaten ist diese Technologie weit verbreitet (Tabelle 5):

Tabelle 5. Verwendung verschiedener eingespritzter Additive in US-Hochöfen

Die Popularität dieser Lösung erklärt sich aus der Tatsache, dass die Kombination zweier Materialien unter weniger strengen Bedingungen die größtmögliche Einsparung an Koks liefert.
Bis heute hat die Technologie der Injektion von PUT als Ergebnis der Verbesserung eine breite praktische Anwendung gefunden. Durch den Einsatz der Kohlenstaubeinblastechnik kann der spezifische Koksverbrauch auf 325...350 kg/t Roheisen gesenkt werden. Die Niederlande sind führend in Bezug auf den spezifischen PU-Verbrauch (Abb. 3, ). Vor kurzem wurde die Technologie in China aktiv entwickelt ().

Abbildung 3. Inflationsrate von IUT

Notwendige Bedingungen für eine erfolgreiche Implementierung der PUT-Injektionstechnologie

Um die Technologie des Einblasens von Kohlenstaub in die Hochofenverhüttung einzuführen, ist es notwendig, eine Reihe der folgenden Maßnahmen durchzuführen:

• Verbesserung der Koksqualität in Bezug auf CSR auf 62 % oder mehr;
• Verringerung des Aschegehalts der Verkokungscharge auf 7,5 %;
• Gewährleistung einer hohen Stabilität der Qualitätsindikatoren der Verkokungsladung;
• Verwendung für PUT-Kohlen mit einem Aschegehalt von 6,0–8,5 % und einem Schwefelgehalt von weniger als 0,5 %;
• Gewährleistung der Stabilität der Qualitätsindikatoren von Kohlen, die für PUT verwendet werden;
• um die Stabilität der Qualität der Komponenten der Eisenerzladung sicherzustellen;
• Reduzierung des Feinanteils im Eisenerz auf 3...5 %;
• Strahltemperatur auf 1200...1250 °C erhöhen;
• Erhöhen Sie den Sauerstoffgehalt in der Explosion auf 28...33 %.

Parallel zur Reduzierung des Koksverbrauchs beim Einblasen großer Kohlenstaubmengen steigen zunächst die Anforderungen an die Koksqualität ( siehe Abschnitt "Download/Ergänzende Literatur"), da Koks der einzige Feststoff unterhalb der Hochofen-Kohäsionszone ist und hier langsamer, d. h. längerer Belastung durch hohe Temperaturen und das Gewicht der Ladesäule ausgesetzt. Dabei muss der Koks physikalisch fester und widerstandsfähiger gegenüber chemischem Angriff sein, um eine hohe Gasdurchlässigkeit der Charge zu gewährleisten.

Die Koksstreckreaktivität (CSR) hängt weitgehend von der chemischen Zusammensetzung der Asche ab, die die Reaktivität des Kokses beeinflusst.

Auch die Zusammensetzung der Hochofenschlacke wirkt sich auf die Effizienz der PCB-Einblasung aus – die Forscher fanden eine deutliche Abschreckungswirkung bei der Erhöhung der Druckverluste durch den Einsatz von Eisenerz-Rohstoffen mit geringem Al2O3-Gehalt.

Besonderheiten der Verbrennung von Kohlenstaub in den Windformen eines Hochofens

Die wichtigste Anforderung an die neue Technologie ist die vollständige Verbrennung des Brennstoffs innerhalb der Blaszone des Hochofens. Die Freisetzung von Kohlenstaubpartikeln außerhalb der Blasdüsenzone bewirkt eine Abnahme des Koksaustauschverhältnisses, eine Verschlechterung der Viskosität der Schlacke und der Gasdurchlässigkeit des unteren Teils des Hochofens.
Die vollständige Verbrennung von Kohlenstaubpartikeln in Blasdüsenkammern wird durch die fraktionierte Zusammensetzung der Kohle, den Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, die Temperatur der Blasdüsenzone und den Sauerstoffgehalt in der Windung bestimmt.

Anhand theoretischer und praktischer Untersuchungen wurde gezeigt, dass innerhalb der Düsenzonen Partikel kleiner als 200...100 µm vollständig ausbrennen können. Die negative Seite der Verringerung der Größe der eingespritzten Kohle ist eine erhebliche Erhöhung der Kosten für die Herstellung von Kohlenstaub, eine Verringerung der Produktivität von Mahlanlagen, eine Erhöhung der Kohleverluste usw.
Der Verbrennungsprozess von Kohlepartikeln kann in drei Phasen unterteilt werden:

1. Erwärmung und Freisetzung flüchtiger Substanzen;
2. Zündung flüchtiger Stoffe und Entgasung;
3. Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Rückständen und Schmelzen von anorganischen Elementen der Kohle.

Die erste Stufe umfasst das Erhitzen eines Kohlepartikels von Umgebungstemperatur auf 450 °C, läuft fast sofort ab und benötigt nicht mehr als 5 % der gesamten Brennzeit des Partikels. Die Erwärmungszeit ist direkt proportional zum Partikeldurchmesser und umgekehrt proportional zur Temperatur um das Partikel herum. Außerdem ist der Einfluss des Partikeldurchmessers auf die Aufheizrate signifikanter.

Tatsächlich laufen der Prozess der Entgasung und die dritte Stufe – die Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Reststoffe – nicht strikt nacheinander ab, sondern überlagern sich. Das heißt, die Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Rückstands beginnt vor Abschluss des Entgasungsprozesses. Die Brenndauer wird durch die Formel bestimmt:

wobei ρ die Teilchendichte in g/cm3 ist; d – Teilchendurchmesser, mm; β ist die Stoffübergangszahl (cm/s), bestimmt durch die Gleichung von Rantz und Marshall; C_O2 ist die Sauerstoffkonzentration im Gasraum, mol/cm3. Die Verbrennung des Koksrückstands nimmt einen erheblichen Teil des Prozesses ein, und die Verbrennungszeit ist direkt proportional zum Partikeldurchmesser, umgekehrt proportional zum Sauerstoffgehalt und hängt in diesem Stadium nicht von der Umgebungstemperatur ab.

Die vorgestellte Beschreibung gibt eine qualitative Beschreibung des Verbrennungsprozesses von Kohlepartikeln im Blasformherd. In Wirklichkeit ist der Verbrennungsprozess von Partikeln komplexer - während der Verbrennung ändern die Partikel ihre Geschwindigkeit relativ zur Strömung, die Größe und Form der Partikel ändern sich und die Wärmekoeffizienten und die Temperaturleitfähigkeit ändern sich. Auch die Temperatur des Gasmediums und der darin enthaltene Sauerstoffgehalt sind Variablen.

Es ist zu beachten, dass im Windformherd eines Hochofens die Bedingungen für die Verbrennung von Kohlenstaub günstiger sind:

• Staub wird in einen heißen Windstrahl mit einer Temperatur von 1100 ... 1250 °C geleitet, der sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt, wodurch sich der Staub gut erwärmt und verteilt;
• Vor den Blasformen des Hochofens befindet sich ein erheblicher Raum mit einer geringen Konzentration zirkulierender Koksstücke und einer hohen Sauerstoffkonzentration - in diesem Volumen entwickelt sich der Fackelprozess zum Verbrennen von Kohlenstaub.
• Unverbrannte Staubpartikel, die mit einem Schmelzfilm auf erhitzte Koksstücke fallen, können an ihnen haften bleiben und bei der Rückkehr in die Blasdüsenzone ausbrennen.

Selbst unter solchen Bedingungen kann jedoch ein Teil des Kohlenstaubs nicht verbrennen. Die Verringerung der Größe der Kohlepartikel und die Erhöhung der Temperatur verkürzen die Zeit, die für eine vollständige Verbrennung erforderlich ist. Dabei wirkt sich eine Temperaturerhöhung stärker auf die Vollständigkeit des Prozesses aus als die Partikelgröße.

Die durchgeführten Berechnungen zeigen, dass beim Einblasen von Partikeln mit einer Größe von 100 µm in die Düsenzone und einer Blastemperatur von 1000 °C etwa 60 ... der Rest die Grenzen der Zone in Form von entgasten Partikeln erreicht. Das weitere Verhalten von unverbrannten Partikeln kann sich nach einem der folgenden Szenarien entwickeln:

• Sekundärvergasung von Staubkohle mit CO2;
• Oxidation von Kohlenstaubkohle mit Flüssigphasenoxiden (FeO, SiO2, MnO usw.);
• Beschickungsabscheidung von Partikeln mit Übergang in die unteren Schichten eines Hochofens mit anschließender Verbrennung in Blasformherden.

Berechnungen zufolge werden unabhängig vom Verbrauch der eingespritzten Kohle 66 % aller unverbrannten Kohle nach oben ausgetragen, 23 % werden in der Kohlenstoffvergasungsreaktion verbraucht und die restlichen 11 % gelangen in die zentrale Zone des Herds einer Explosion Ofen.

Die Untersuchung der Zusammensetzung des Flugstaubs für den Kohlenstoffgehalt von Koks und geblasener Kohle zeigte, dass der Kohlenstoffgehalt im trockenen Staub etwa 55 % beträgt, wovon 90 % Kokskohle und 10 % Halbkokskohle aus Kohlenstaub sind . Bezogen auf die Gesamtentfernung von Hochofenstaub beträgt die Entfernung von Kohlenstaub durch den Hochofen etwa 1 % der geblasenen Kohle.

Kohlereaktivität, niedriger Aschegehalt, niedriger Flammpunkt und niedriger Gehalt an flüchtigen Bestandteilen sind die günstigste Kombination. Der Gehalt an Schwefel und Phosphor wird durch die spezifischen Schmelzbedingungen und die Anforderungen an den Gehalt dieser Elemente im Gusseisen begrenzt. In Bezug auf die Qualitätsmerkmale des Kohlenstaubs und die Parameter eines Hochofens wird die Effizienz seiner Einblasung also durch die folgenden grundlegenden Merkmale bestimmt:

• Einsatz aschearmer Kohlen für PUT (5...14%);
• Zerkleinerung von PUT bis 22...75 Mikron;
• akzeptabler Kohlemahlbarkeitsindex (HGI);
• gleichmäßige Zufuhr von Kohlenstaub in die Windformen des Hochofens (Ungleichmäßigkeit ±4...10%).

Weltweite Praxis der Verwendung von Kohle für PUT

Die Eigenschaften der als PUT verwendeten Kohlen sind in der Tabelle angegeben. 6.

Tabelle 6. Eigenschaften von Kohlen für PUT

Für Injektionszwecke werden Kohlen mit geringen Verkokungseigenschaften verwendet – CSN-Index kleiner als 4 Einheiten, Fluidität innerhalb von 200 ddpm. Der Schwefelgehalt ist auf 0,6% begrenzt, der Aschegehalt - nicht mehr als 10%.

Zu beachten ist, dass Kohlen mit einem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen (32...38 %) und Kohlen mit geringen flüchtigen Bestandteilen (15...20 %) hauptsächlich zum Einblasen verwendet werden:

Abbildung 4 – Der Gehalt an flüchtigen Substanzen in Kohlen für PUT

Kohlen mit einem geringen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen zeichnen sich durch einen hohen Kohlenstoffgehalt aus, der das Koksersatzverhältnis stark erhöht. Gleichzeitig hat hochflüchtige Kohle ein niedriges Koksersetzungsverhältnis, aber einen guten Verbrennungswirkungsgrad. Außerdem fördert die Verwendung von Kohlen mit einem hohen Gehalt an flüchtigen Substanzen zum Einblasen die Reduktionsreaktion aufgrund des höheren Wasserstoffgehalts in solchen Kohlen.

Vielfach werden zur Verbesserung der technologischen Beherrschbarkeit des Prozesses Kohlemischungen aus hoch- und schwerflüchtigen Kohlen eingesetzt, um den Gehalt an flüchtigen Stoffen und den Aschegehalt des eingeblasenen PUT zu steuern. Darüber hinaus ist es mit der gemeinsamen Einblasung von Kohlenstaub und Erdgas aus wirtschaftlichen Gründen möglich, in Zeiten steigender Erdgaspreise den Anteil leichtflüchtiger Kohlen in Mischungen zu erhöhen. Dadurch ist es möglich, das Reduktionsvermögen der entstehenden Gase durch den Wasserstoff flüchtiger Stoffe teilweise zu kompensieren.

Auf der Kurve der Beziehung zwischen Kohletyp und plastischen Eigenschaften nehmen Injektionskohlen als PCI die Extrempositionen ein:

Abbildung 5 – Beziehung zwischen Kohletyp und plastischen Eigenschaften

Eine solche Position der Kohlen für PUT spiegelt sich direkt in ihrem Preis wider. PCI-Kohle ist eine Kohlekategorie, die nicht zum Verkoken geeignet ist. Diese Kohle ist den Premiummarken der Kokskohle preislich unterlegen (-31 % im Durchschnitt pro Jahr). Durch den Einsatz der Kohlenstaub-Einblastechnik wird jedoch teurer Koks eingespart, was zu einer Preisüberlegenheit gegenüber Kokskohlen der Kategorie Semi Soft führt (+12 % im Schnitt pro Jahr). Die Dynamik der Preisänderungen ist in Abb. 1 dargestellt. 6.

Abbildung 6 – Das Verhältnis der Notierungen für metallurgische Kohle

Implementierung der Injektionstechnologie von PUT in der Russischen Föderation

Trotz der Tatsache, dass die ersten Experimente zur Injektion von PUT in der UdSSR auf die Mitte des 20. Jahrhunderts zurückgehen, hat diese Technologie in russischen Unternehmen noch keine breite Anwendung gefunden. Ursachen:

• das Vorhandensein von überschüssigen Erdgasreserven;
• komplexe Infrastruktur für die Bereitstellung, Speicherung und Bereitstellung von IKT;
• ungelöste Probleme bei der Beschickung von Hochöfen mit Kohlenstaub (Düsendesign, Verteilungsgleichmäßigkeit);
• die Notwendigkeit paralleler Investitionen zur Verbesserung der Qualität von Koks und Eisenerz.

Der letzte Versuch, die Technologie des Einblasens von Kohlenstaub in der Russischen Föderation umzusetzen, war die Umsetzung des Projekts in Tulachermet in den Jahren 1992-1993. Während des Experiments war es nicht möglich, die Probleme im Zusammenhang mit der PUT-Versorgung des Hochofens zu lösen.

Bisher war das Interesse an der Injektionstechnologie von PUT akademischer Natur. Aber die veränderten wirtschaftlichen Bedingungen führten zu einer Überarbeitung der Strategie für die Entwicklung der heimischen Metallurgie. Der aktuelle Trend zur Erhöhung der Erdgaskosten für Industrieunternehmen veranlasste die führenden metallurgischen Unternehmen der Russischen Föderation, Projekte zur Injektion von Kohlenstaub (NLMK, Evraz ZSMK, Evraz NTMK) umzusetzen. In Anbetracht der komplexeren technischen und technologischen Bedingungen russischer Unternehmen (Tabelle 7, siehe Abschnitt "Download/Ergänzende Literatur") und der Qualität der heimischen Kohlebasis wird die Umsetzung von Projekten zur Einblasung von Kohlenstaub mit gewissen Schwierigkeiten behaftet sein, und es ist unwahrscheinlich, dass hohe Raten in Bezug auf die Menge an eingeblasener Kohlenstaub und das Koksersatzverhältnis erreicht werden.

Tabelle 7. Technologische Bedingungen von Hochöfen

Der Übergang zu einer neuen Technologie ist jedoch ein naheliegender Schritt zur Optimierung der Roheisenkosten durch eine Kombination verschiedener technologischer Ersatzstoffe für Koks.

Wenn wir über die Kohlebasis für PUT in der Russischen Föderation sprechen, dann scheint es möglich, für diese Zwecke Kohlen mit geringen Verkokungseigenschaften (GZhO, SS, TS) und thermische Kohlequalitäten zu verwenden, die an Verkokungsqualitäten (G, T) grenzen. Die Kombination von Sorten mit hoher Flüchtigkeit (G, GZhO) und geringer Flüchtigkeit (SS, TS, T) wird es ermöglichen, kontrollierte Kohlemischungen für die Verwendung als Kohlenstaub herzustellen.

Qualität und Verwendung der Kohle werden maßgeblich durch die Zusammensetzung des ursprünglichen Pflanzenmaterials und den Metamorphosegrad bestimmt. Es wird die Beschreibung der qualitativen Hauptmerkmale der metallurgischen Kohlen gegeben. Einen besonderen Platz nehmen Kohlen zur Verwendung als Kohlenstaubbrennstoff (PCF) ein. Es werden die Anforderungen für die erfolgreiche Implementierung der Technologie des Einblasens von Kohlenstaub aufgeführt, die Merkmale der Verbrennung von Kohlestaub in einem Hochofen und die Merkmale der Implementierung der Technologie des Einblasens von Kohlenstaub in der Russischen Föderation widergespiegelt. Es werden die Anforderungen an Kohlen zur Verwendung als PUT angegeben und die Kohlequalitäten zur Verwendung als PUT aufgeführt.

• pulverisierter Kohlebrennstoff
• Kohlequalität für PUT
• PUT-Preis
• ITB-Anforderungen

Hauptliteratur:

Unterstützende Literatur:

• Injektion von PUT an der Schwelle eines neuen Jahrhunderts ("NChMZR" 02.2001)
• Verbesserung der Rohstoffqualität beim Einblasen von Kohlenstaub ("NChMZR" 03.2001)
• Anforderungen an die Koksqualität für BF mit hohem Kohlenstaubverbrauch ("Stahl" 06.2009)
• Perspektiven für den Einsatz von PUT in den DCs Ukraine und Russland ("Stal" 02.2008)

Kursarbeit

CARBON PETROGRAPHIC METHODEN FÜR DIE DIAGNOSE DER KATAGENESE ORGANISCHER STOFFE

EINLEITUNG

Sedimentgesteine ​​enthalten oft organisches Material (OM), aus dem während der katagenetischen Umwandlung Öl und Gas entstehen. Und die Untersuchung des Prozesses seiner Umwandlung im Prozess der Sedimentogenese und der anschließenden Katagenese ist ein sehr wichtiger Teil der Untersuchung des Prozesses der Ölbildung. Bis 1960 blieb DOM unerforscht und wurde als kontinuierliche, homogene Masse aus organischem Kohlenstoff im Gestein aufgezeichnet und beschrieben.Die große Erfahrung in der Kohlegeologie ermöglichte jedoch die Entwicklung von Forschungsmethoden und deren Anwendung auf die Untersuchung von DOM.

Die Kohlepetrologie oder Kohlepetrographie ist eine ziemlich junge geologische Wissenschaft und entstand aufgrund der Notwendigkeit, die verschiedenen Bestandteile von Kohle zu unterscheiden und zu beschreiben sowie den Grad der Umwandlung, das Stadium der Katagenese eines OM-haltigen Gesteins zu beurteilen durch ihre Zusammensetzung. In den Anfangsstadien ihrer Entwicklung verwendete die Kohlepetrographie Forschungsmethoden, die in der Geologie verwendet wurden. So wurden zum Beispiel polierte Schnitte aktiv verwendet, um undurchsichtige organische Überreste zu untersuchen, während Schnitte für transparente verwendet wurden. Die Spezifität der physikalischen Eigenschaften von Kohle, die erforderlich ist, um Forschungsmethoden anzupassen, insbesondere um die Technologie zur Herstellung von Schliffen usw. zu ändern.

Die Kohlepetrographie hat sich in kurzer Zeit zu einer eigenständigen Wissenschaft entwickelt. Und es wurde verwendet, um praktische Probleme zu lösen, wie z. B. die Bestimmung der Zusammensetzung und damit der Qualität von Kohle, sowie die Analyse und Vorhersage einiger wertvoller Eigenschaften von Kohle, wie z. B. der Verkokung. Mit der Entwicklung der Wissenschaft erweiterte sich das Spektrum der zu lösenden Aufgaben, und Fragen wie die Genese, Erforschung und Optimierung der Nutzung brennbarer Mineralien fielen in den Bereich der Forschung. Darüber hinaus werden die Methoden der petrografischen Kohlestudien aktiv zur Untersuchung von Gesteins-DOM eingesetzt. Das Studium von DOM ist von großer Bedeutung, weil es ist in Sedimentgesteinen sehr weit verbreitet und führt zu flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffen und kann Wissenschaftlern auch wertvolle Informationen über die Fazieseinstellung der Sedimentation, den Grad der Katagenese geben und auch als Maximum-Geothermometer dienen.

Die Bestimmung des Grades der katagenetischen Umwandlung unter Verwendung von petrographischen Kohleindikatoren hilft bei der Lösung einer Reihe von theoretischen und praktischen Problemen, beispielsweise bei der Exploration und Bewertung der Aussichten, Mineralien in einer bestimmten Region zu finden, sowie bei der Bestimmung der Richtung für die Durchführung geologischer Prospektionsaktivitäten. sowie das Studium des Prozesses der Öl - und Gasbildung . Die Methoden der Kohlepetrographie haben auch in anderen Bereichen der Geologie Anwendung gefunden, beispielsweise werden sie zur Wiederherstellung der tektonischen, klimatischen Bedingungen der Sedimentation sowie der Fazies eines bestimmten Sediments und in der Stratigraphie zur Zerstückelung stiller Abschnitte verwendet.

Dank der Verwendung von Kohlepetrographiemethoden wurde die Natur des Ausgangsmaterials von Sapropel OM geklärt. Es wurde auch vermutet, dass der Grund für die Akkumulation und Erhaltung großer Massen von Sapropel-OM mit hohem Öl- und Gaspotenzial die antibakterielle Aktivität von Algenlipiden ist. Die facies-genetische Klassifikation von DOM wurde ergänzt. Eine auf Sapropel-Mikrokomponenten basierende Skala der DOM-Katagenese wurde entwickelt.

Vitrinitkatagenese Mikrokomponente organische Substanz

1. Kapitel. Katagenese organischer Materie

Die Katagenese ist die längste Stufe der OM-Transformation, die die Diagenese fortsetzt und der metamorphen Transformation vorausgeht. Das heißt, wenn barische und thermische Effekte beginnen, eine vorherrschende Rolle bei der Umwandlung von Gesteinen zu spielen.

Die Katagenese ist einer der steuernden Faktoren im Prozess der Ölbildung. In der Katagenese befindet sich die sogenannte Hauptzone der Gas- und Ölbildung.

Das ist wahrscheinlich der Grund, warum die Untersuchung des OM-Umwandlungsprozesses eine so bedeutende Rolle in der Ölforschung spielt. Darüber hinaus ist das Studium der Katagenese nicht nur für die Erdölgeologie wichtig, es ermöglicht auch die Lösung von Problemen der historischen Geologie, der Strukturgeologie, hilft bei der Suche und Bewertung von Erzkörpern, Ansammlungen fester Caustobiolithe.

Nun ist es üblich, bei der Katagenese die Protokatagenese, die Mesokatagenese und die Apokatagenese herauszugreifen.

Jede dieser Stufen ist in kleinere Phasen unterteilt, verschiedene Forscher verwenden unterschiedliche Skalen, die gebräuchlichste ist die Skala, die auf Buchstabenindizes basiert.

Diese Indizes entsprechen den Kohlesorten, die im Prozess der katagenetischen Umwandlung gerade ersetzt werden.

Sie sind sowohl in der Kohle- als auch in der Erdölgeologie zugelassen und werden dort eingesetzt.

Manchmal wird in organischen Überresten ein Zwischenzustand fixiert, wenn die genaue Bestimmung des Stadiums der Katagenese etwas schwierig ist.

In diesem Fall wird ein doppelter Index verwendet, bei dem es sich um eine Kombination von Buchstaben handelt, die die nächsten Phasen der Katagenese bezeichnen.

In verschiedenen Quellen gibt es verschiedene Möglichkeiten, Stadien zum Vergleich zu bezeichnen, einige davon können zitiert werden.

Bei der Katagenese tritt eine Veränderung des OM auf, die das Ergebnis der Wirkung eines ganzen Komplexes verschiedener Faktoren ist, von denen die wichtigsten Temperatur, Druck und geologische Zeit sind. Betrachten wir den Einfluss dieser drei Faktoren genauer. Es wird angenommen, dass die Temperatur die dominierende Rolle im Prozess der Katagenese spielt, was durch die Rolle der Temperatur in chemischen Prozessen erklärt wird. Dies wird durch einige praktische und experimentelle Daten bestätigt [Parparova G. M., 1990; 136]. Die wichtigste Rolle der Temperatur spiegelt die Regel von Hilt wider. Die Essenz davon liegt darin, dass in Kohlebecken mit zunehmender Tiefe Kohlen mit flüchtigen Bestandteilen verbunden und mit Kohlenstoff angereichert werden, d.h. verkohlt sind.

Wärmequellen während der Katagenese können als Energie bezeichnet werden, die beim radioaktiven Zerfall, bei magmatischen Prozessen, bei tektonischen Prozessen sowie bei einem allgemeinen Temperaturanstieg während des Absinkens von Schichten im Prozess der regionalen Metamorphose freigesetzt wird. Bei magmatischen Prozessen tritt ein lokaler intensiver thermischer Effekt auf, bei dem sich das Geotemperaturregime eines bestimmten Bereichs der Erdkruste erheblich ändert. Die thermische Wirkung bei tektonischen Prozessen ist ebenfalls lokal, aber schwach ausgeprägt, weil manifestiert sich nur unter der Bedingung eines schnellen Ablaufs des Prozesses selbst und ohne intensive Wärmeabfuhr aus dem Herd.

Die Frage nach den tatsächlichen spezifischen Temperaturen während des Prozesses der Katagenese und Kohlebildung bleibt umstritten.

Das Problem wird durch das Fehlen direkter Methoden zur Bestimmung der Paläotemperaturen verkompliziert, wodurch alle Urteile darüber ausschließlich auf indirekten Daten und Forschungsmethoden beruhen. Die Meinungen der Wissenschaftler bei der Beurteilung realer Temperaturen gehen auseinander. Früher ging man davon aus, dass die Temperatur hoch sein sollte: für Steinkohle 300–350 °C, für Anthrazit 500–550 °C. In Wirklichkeit sind diese Temperaturen deutlich niedriger als auf der Grundlage von Modellierungs- und experimentellen Daten erwartet. Alle Kohlen wurden in einer Tiefe von nicht mehr als 10 km gebildet, und die diesen Prozess begleitende Temperatur überschritt 200-250 ° C nicht, was auch durch Studien in in den USA gebohrten Bohrlöchern bestätigt wird, hier die Temperaturintervalle in einer Tiefe von 5- 6 km überschreiten nicht 120-150?S.

Nun können wir nach den Ergebnissen der Untersuchung der Zonen der Kontaktveränderung von Gesteinen in der Nähe der Magmakammer sowie nach einigen anderen Daten sagen, dass die Temperatur dieses Prozesses zwischen 90 und 350 °C liegt. Die maximale Temperatur wird bei der maximalen Absenkung der Schichten erreicht, während dieser Zeit findet die maximale OM-Katagenese statt.

Der Druck gilt zusammen mit der Temperatur als der wichtigste Faktor bei Änderungen des OM während der Katagenese. Es gibt verschiedene kontroverse Meinungen über die Rolle des Drucks im Prozess der Katagenese. Einige Forscher glauben, dass Druck einer der wichtigsten Faktoren der Katagenese ist. Andere glauben, dass sich Druck negativ auf den Inkohlungsprozess auswirkt. So wird beispielsweise angenommen, dass Druck zur Verdichtung des Gesteinsmaterials und damit zur Konvergenz seiner Bestandteile beiträgt; Dies soll zu einer besseren Interaktion zwischen ihnen und dem Transformationsprozess beitragen. Dies wird durch die Verletzung der Anisotropie von Vitrinit belegt. Es gibt eine andere Meinung zu diesem Thema, einige Wissenschaftler glauben, dass nicht der Druck der Hauptfaktor bei der Umwandlung ist, sondern die Freisetzung von Wärme und der Temperaturanstieg, der mit tektonischen Verschiebungen einhergeht.

Daher ist in den meisten Fällen in Faltengürteln, Bedingungen aktiver Kompression, der Grad der OM-Umwandlung merklich höher als in Plattformzonen [Fomin A.N., 1987; 98]. Andererseits wird der Inkohlungsprozess von einer reichlichen Gasfreisetzung begleitet, und infolgedessen sollte eine Druckerhöhung das Gleichgewicht dieses Prozesses in die entgegengesetzte Richtung verschieben, d.h. Es stellt sich heraus, dass Druck im Transformationsprozess von OM eine negative Rolle spielt. Wobei wir nicht vergessen dürfen, dass Druck und Temperatur im natürlichen Prozess miteinander verbunden sind. Und die Art der Umwandlung von OM bei der gleichen Temperatur. Aber unterschiedliche Drücke werden unterschiedlich sein. Der Druck spielt also eine wichtige Rolle im Prozess der OM-Umwandlung, aber er ist natürlich zweitrangig und kann nicht mit der Rolle der Temperatur verglichen werden.

Ein weiterer Faktor im Prozess der katagenetischen Transformation ist die geologische Zeit, deren Rolle am schwierigsten zu untersuchen ist, da die Möglichkeit einer direkten Beobachtung und Untersuchung des Einflusses der Zeit auf den Prozess der Katagenese fehlt. Zu diesem Thema gibt es unterschiedliche Meinungen von Wissenschaftlern. Einige Wissenschaftler glauben, dass die geologische Zeit keinen signifikanten Einfluss auf den Prozess der OM-Transformation hat, und beziehen sich auf die Entdeckung eines alten, aber dennoch leicht veränderten OM. Andere argumentieren, dass die Zeit den Mangel an Temperatur kompensieren kann, diese Aussage basiert auf dem Prinzip von Le Chatelier, das besagt, dass eine Erhöhung der Temperatur um etwa 10 Grad eine Verdoppelung der Reaktionsgeschwindigkeit nach sich zieht. Unter Verwendung dieses Gesetzes argumentieren einige Wissenschaftler, dass die Reaktion über einen langen Zeitraum bei einer beliebig niedrigen Temperatur des Prozesses ablaufen kann. Aber wir sollten nicht vergessen, dass der Verkohlungsprozess mit der Aufnahme von Wärme abläuft, und folglich ist es für den Ablauf der Reaktion notwendig, das System in einen Zustand zu bringen, in dem es die notwendige Energiebarriere der Aktivierung überwindet . Es wird angenommen, dass der zum Starten des OM-Umwandlungsprozesses erforderliche Temperaturwert 50°C beträgt [Fomin A. N., 1987; 100]. Daher kann die Zeit offenbar nur innerhalb bestimmter Grenzen die Temperatur kompensieren.

Wir sollten auch einen solchen Faktor erwähnen wie die lithologische Zusammensetzung von Gesteinen, die einer Katagenese unterliegen. Der Einfluss dieses Faktors wird durch experimentelle Daten bestätigt. So war beispielsweise P. P. Timofeev der erste, der darauf aufmerksam machte, dass der Kohlenstoffgehalt in Glas natürlich zunimmt, während der Sauerstoffgehalt in der Reihe Sandstein-Tonstein-Kohle abnimmt. G. M. Parparova zeigte auch, dass in den mesozoischen Ablagerungen der Region Surgut in Westsibirien gezeigt wurde, dass in Sandsteinen und Schlicken die Brechungsindizes von Vitren meistens um 00,1 - 00,2 niedriger sind als in Tonsteinen und kohligen Gesteinen.

Möglicherweise hängt dieser Effekt mit der unterschiedlichen Erwärmungsfähigkeit von Gesteinen zusammen, beispielsweise erklärt sich die ungewöhnlich geringe Katagenese von OM in großen Tiefen im Bereich der Kaspischen Senke durch die wärmeleitende Wirkung von Salzstöcken, die spielen die Rolle von natürlichen natürlichen Kühlschränken. Die Rolle der lithologischen Zusammensetzung ist noch nicht zuverlässig geklärt. Die Autoren erklären diese Unsicherheit mit verschiedenen Gründen, wie der Art der Pflanzenassoziation, dem Grad der Gelierung und der biochemischen Veränderung von Gesteinen während der Katagenese. Außerdem gibt es Daten, die auf das Fehlen einer Beziehung zwischen der lithologischen Zusammensetzung und Katageneseindikatoren unter ähnlichen Bedingungen hinweisen [Fomin A.N., 1987; 115]. Diese Daten ermöglichen es, die Daten über die Änderung der optischen Eigenschaften des OF während seiner Transformation zu vereinheitlichen.

Im Allgemeinen hängt der Prozess der Katagenese hauptsächlich von der Temperatur ab, in geringerem Maße von einer Reihe anderer Faktoren.

Bei der Untersuchung der Katagenese werden verschiedene Methoden verwendet. Am zuverlässigsten und genauesten sind petrografische Forschungsmethoden für Kohle. Insbesondere Diagnostik des Stadiums der Katagenese durch die Reflektivität gemeinsamer Mikrokomponenten von Gesteinen. Diese Methoden sind von Natur aus einfach, erfordern keine hochentwickelte Ausrüstung und, was am wichtigsten ist, sie sind zuverlässig. Neben kohlepetrografischen Methoden werden eine Reihe anderer Merkmale verwendet, die hauptsächlich auf der chemischen Zusammensetzung basieren. Dies sind Indikatoren wie: die elementare Zusammensetzung von Kerogen, die Ausbeute an flüchtigen Bestandteilen, IR-Spektroskopie von Bitumoiden und viele andere, sie sind nicht so genau, aber zusammen können sie genaue Schätzungen liefern, insbesondere wenn es um die Apokatagenese geht, seit der Primärzeit genetische Merkmale von OM sind hier nicht mehr betroffen.

Die Messung von kohlenstoffpetrographischen Parametern hat im Hinblick auf die Rationalität der Forschungstechnologie eine Reihe von Vorteilen: Es ist möglich, die Reflexions- und Brechungsindizes an einer kleinen Probe schnell und genau zu messen, was oft nicht ausreicht chemische Analyse; es ist möglich, an mikroskopischen Einschlüssen im Gestein zu forschen; Als Ergebnis der Analyse erhalten wir Parameter nicht eines Komplexes von Mikrokomponenten, sondern eines spezifischen, was es ermöglicht, diese Methode auf alle Sedimentbecken anzuwenden, da bestimmte Mikrokomponenten allgegenwärtig sind und als zuverlässiges diagnostisches Zeichen für dienen können Katagenesestadien. Vitrinit ist ein so weit verbreitetes Mikrobauteil, dessen Reflexionsvermögen hauptsächlich gemessen wird. Vitrinit ist auch dahingehend praktisch, dass es während des Umwandlungsprozesses eine regelmäßige Änderung seiner optischen Eigenschaften aufweist. Deshalb wird die Reflektivität von Vitrinit als Maßstab für die Diagnose der Katagenesestadien genommen.

KAPITEL 2 Reflexionsvermögen von Maceralen organischer Materie

Reflexionsvermögen von Vitrinit

Von allen OM-Mikrokomponenten ist Vitrinit die beste Aussagekraft bei der Untersuchung des Grades der katagenetischen Umwandlung. Tatsache ist, dass für eine zuverlässige Diagnostik eine Mikrokomponente benötigt wird, die während des Transformationsprozesses eine regelmäßige Änderung ihrer Eigenschaften aufweisen muss, gleichzeitig muss sie im OM weit verbreitet sein. Vitrinite erfüllt alle oben genannten Anforderungen im Gegensatz zu anderen Mikrokomponenten von Kohlen und DOM. Die entweder bereits in den mittleren Stadien der Katagenese mit der gesamten organischen Masse der Kohle verschmelzen (Leuptinit) oder schwach und ungleichmäßig auf Änderungen der Umweltparameter reagieren (Fusinit). Und nur Vitrinit verändert seine Eigenschaften auf natürliche Weise nach und nach und ist sehr einfach zu diagnostizieren.

Auf der Grundlage des Reflexionsvermögens von Vitrinit werden die meisten Skalen zur Bestimmung des Katagenesegrades gebaut. Darüber hinaus werden auch andere Mikrokomponenten von DOM verwendet, jedoch in geringerem Umfang. Das Verfahren basiert auf dem Muster der Glanzzunahme während der Katagenese. Dies ist visuell leicht zu erkennen, wenn wir die Veränderung der Brillanz von Kohlen während des Austauschprozesses betrachten. Es bedarf keiner speziellen Instrumente, um festzustellen, dass die Brillanz von Anthrazit beispielsweise viel höher ist als die von Braunkohle. Das Reflexionsvermögen steht in engem Zusammenhang mit der inneren Struktur einer Substanz, nämlich dem Packungsgrad von Partikeln in einer Substanz. Darauf ist sie angewiesen. Natürlich wird die Untersuchung des Katagenesegrades durch Reflexion mit speziellen Geräten durchgeführt, zum Beispiel besteht das POOS-I-Gerät aus einem Polarisationsmikroskop, einem optischen Aufsatz, einem Photomultiplier (PMT) und einem Aufzeichnungsgerät. Bei der Durchführung einer Studie werden Photoströme, die durch Licht verursacht werden, das von der Oberfläche der Probe und des Standards reflektiert wird, verglichen.

Also wurde Vitrinit, oder besser gesagt sein Reflexionsvermögen, als Standard für die Forschung genommen. Sie wird mit verschiedenen Photometern und Standards in Luft und Immersionsmedium bei streng senkrechtem Lichteinfall auf eine gut polierte Probenoberfläche gemessen. Messungen werden nur in einem schmalen Wellenlängenbereich durchgeführt: von 525 bis 552 nm. Diese Einschränkung ist auf die technischen Eigenschaften des Geräts zurückzuführen. Als Standard wird eine Wellenlänge von 546,1 nm angenommen, kleine Schwankungen um diesen Wert haben jedoch praktisch keinen merklichen Einfluss auf den Messwert. Die Probe wird auf dem Mikroskoptisch fixiert und so gestoppt, dass ihre Oberfläche senkrecht zur Achse des optischen Aufsatzes steht. Wie oben erwähnt, messen wir die Intensität des reflektierten Lichts abwechselnd an der Probe und dem Standard mit einem PMT. Per Definition ist Reflexionsvermögen die Fähigkeit, einen Teil des Lichts zu reflektieren, das auf eine Oberfläche trifft. Wenn wir das in Zahlensprache übersetzen, dann ist das das Verhältnis von reflektiertem zu einfallendem Licht.

Was geschrieben werden kann als:

Wobei I1 die Intensität des reflektierten Lichts und I2 die Intensität des einfallenden Lichts ist. In der Praxis wird bei der Durchführung von Messungen die Formel verwendet

Dabei ist R der gewünschte Reflexionsindex, d der Messwert des Geräts bei der Messung der Testsubstanz, bzw. R1 der Reflexionsgrad des Standards und d1 der Messwert des Geräts bei der Messung des Standards. Wenn Sie das Empfängergerät für die Referenz auf Null setzen, vereinfacht sich die Formel zu R=d.

Neben Vitrinit werden auch andere OM-Mikrokomponenten für Messungen verwendet. Einige von ihnen haben die Eigenschaft der Reflexionsanisotropie. Üblicherweise werden drei Messgrößen verwendet: Rmax Rmin Rcp. Die Zunahme der Vitrinit-Anisotropie während der Katagenese ist hauptsächlich auf den Prozess der allmählichen Ordnung aromatischer Humin-Micellen zurückzuführen, der mit einem Anstieg des Drucks mit zunehmender Eintauchtiefe verbunden ist. Messungen bei einer anisotropen Präparation unterscheiden sich konzeptionell nicht von der Messung einer homogenen Probe, jedoch werden mehrere Messungen durchgeführt. Der Mikroskoptisch dreht sich um 360? in Abständen von 90?. Es werden immer zwei Positionen mit maximaler Reflektivität und zwei mit minimaler Reflektivität erkannt. Der Winkel zwischen ihnen beträgt 180°. An mehreren Gesteinsbrocken werden Messungen durchgeführt und später der Mittelwert errechnet. Als arithmetisches Mittel der Mittelwerte der Maximal- und Minimalmessungen:

Sie können sofort den Durchschnittswert ermitteln, indem Sie einen Drehwinkel von 45? vom Maximal- oder Minimalwert, aber diese Messung ist nur gültig, wenn ein schwach transformiertes OF untersucht wird.

Bei der Durchführung von Forschungsarbeiten gibt es mehrere Probleme, die mit der Technologie verbunden sind. Wenn wir beispielsweise ein Gestein mit einem geringen Gesamtgehalt an organischer Substanz haben, ist eine spezielle Verarbeitung der Probe und ihre Umwandlung in konzentrierte polierte Schnittbriketts erforderlich. Bei der Gewinnung von Konzentraten wird das ursprüngliche organische Material jedoch einer chemischen Behandlung unterzogen, die die optischen Eigenschaften der Substanz nur beeinträchtigen kann. Außerdem gehen Informationen über die Struktur der organischen Substanz des Gesteins verloren. Verfälschungen der Messwerte können auch dadurch entstehen, dass die Technologie des Anicht standardisiert ist und die Probenreife meist visuell bestimmt wird. Das Problem sind auch die physikalischen Eigenschaften der Gesteine, wie z. B. starke Mineralisierung oder Sprödigkeit der Kohle, in diesem Fall ist es notwendig, das Reflexionsvermögen auf der erhaltenen Oberfläche zu untersuchen. Wenn der Bereich richtig gewählt ist, beeinflussen die umgebenden Defekte die Messungen praktisch nicht. Grundsätzlich wirken sich die quantitativen Fehlerwerte jedoch praktisch nicht auf die Bestimmung des Katagenesestadiums aus.

Die Proben werden normalerweise unter normalen Luftbedingungen untersucht, es ist einfach und schnell. Wenn Sie jedoch eine detaillierte Untersuchung unter starker Vergrößerung benötigen, werden Immersionsmedien verwendet, normalerweise Zedernöl. Beide Messungen sind korrekt und jede von ihnen wird verwendet, aber jede in ihrem eigenen speziellen Fall. Die Messungen in einem Immersionsmedium haben den Vorteil, dass Partikel mit kleiner Abmessung untersucht werden können, zudem steigt die Schärfe, was eine genauere Diagnose des Katagenesegrades ermöglicht.

Eine zusätzliche Schwierigkeit in der Forschung stellt die Diagnose von OM-Mikrokomponenten dar, da diese meist im Durchlicht bestimmt werden. Während die Reflektivität offensichtlich in der Reflexion liegt. So. Üblicherweise werden im Forschungsprozess zwei Methoden kombiniert. Das heißt, durchgelassenes und reflektiertes Licht werden abwechselnd verwendet, um dasselbe DOM-Fragment zu untersuchen. Dazu werden in der Regel beidseitig Anschliffe verwendet. Bei ihnen wird nach Betrachtung und Bestimmung des Mikrobauteils im Durchlicht die Beleuchtung umgeschaltet und im Auflicht gemessen.

Mit Vitrinit lässt sich nicht nur der Umwandlungsgrad organischer Materie bestimmen, sondern auch deren Beziehung zum Gestein. Bei syngenetischem Vitrinit sind die Fragmente normalerweise länglich, die Partikel sind parallel zu den Bettungsebenen und haben normalerweise eine zellulare Struktur. Wenn es sich um Vitrinitpartikel mit runder, abgerundeter Form handelt, handelt es sich höchstwahrscheinlich um eine umgelagerte Substanz.

Reflexionsvermögen anderer Mikrokomponenten von OF

Vitrinit eignet sich zweifellos am besten zur Bestimmung des Katagenesegrades von OM-Mikrokomponenten, aber es ist nicht immer möglich, es im Gestein nachzuweisen, und es ist nicht immer gut erhalten. In diesem Fall werden andere Mikrokomponenten der Kohle untersucht, um die Stufen der Katagenese zu untersuchen, z. B. Semivitrinit SVt, Semifusinit F1, Fusinit F3, Leuptinit L. Katagenese-Skalen wurden bereits gemäß den Daten von Studien dieser Komponenten zusammengestellt. Sie ermöglichen es, die bei der Untersuchung von Semivitrinitis, Semifusinitis und Fusinitis erhaltenen Ergebnisse für die Diagnose von Stadien zu verwenden. Die Genauigkeit der Bestimmung ist aufgrund der Nichtlinearität der Änderung der optischen Eigenschaften dieser Mikrokomponenten durch den Tisch begrenzt. Nichtlinearität ist charakteristisch für die Anfangsstadien der Transformation, die mit den primären genetischen Merkmalen des OM verbunden ist. In späteren Stadien steigt die Reflektivität aller Mikrokomponenten gleichmäßig an.

Einige Wissenschaftler haben versucht, die Reflektivität zu verwenden, um die Transformation des OM zu bestimmen. Es ist zwar nur in einem engen Intervall anwendbar, die Einschränkung ist jedoch mit dem Problem der Leuptinitis-Diagnostik selbst verbunden. Sein Reflexionsvermögen variiert von 0,04 % R? in Stufe B bis zu 5,5 % R? im Anthrazit-Stadium. Die allgemeine Art des Änderungsmusters des Reflexionsvermögens ist ähnlich wie bei Vitrinit, unterscheidet sich jedoch von letzterem in absoluten Werten.

Oben werden Methoden zur Bestimmung des Grades der OM-Umwandlung durch humische Mikrokomponenten betrachtet, und diese Methode kann auf Ölquelllagerstätten angewendet werden, wenn sie die Reste höherer terrestrischer Vegetation enthalten. Oft ist die Situation jedoch anders, und im Gestein sind nur Sapropel-Sorten organischer Substanz vorhanden. Dann stellt sich die Frage, ob es möglich ist, die Stadien der Katagenese durch bestimmte Bestandteile des Faulbaums OM zu diagnostizieren. Einige Forscher verwenden weithin den Brechungsindex von Colloalginit, Colochitinit, Pseudovitrinit und einigen anderen Überresten von Meeressedimenten [Fomin A. N., 1987; 121]. Gleichzeitig müssen jedoch Kerogenkonzentrate verwendet werden, die die Eigenschaften der Substanz nur beeinträchtigen können. Viel genauer sind die Indikatoren für den Fluss von OM-Mikrokomponenten, die einen regelmäßigen Charakter von Änderungen der Eigenschaften im Transformationsprozess aufweisen und die in polierten Schnitten untersucht werden können - Stücke, ohne die Art der Anwesenheit von OM in den zu ändern Felsen. Außerdem ist Pseudovitrinit in Quellgesteinen allgegenwärtig, was eine Vereinheitlichung der Skala ermöglicht.

Anhand von Proben, die sowohl Humus- als auch Sapropelbestandteile organischer Substanz enthielten, wurde das Verhalten von Pseudovitrinit untersucht und eine Regelmäßigkeit der Änderung des Reflexionsvermögens abgeleitet. Es zeigte sich, dass im gesamten Bereich der Katagenese-Skala das Reflexionsvermögen von Pseudovitrinit geringer ist als das von Vitrinit. In den späteren Stadien verlangsamt sich die Wachstumsrate des Reflexionsvermögens bei Pseudovitrinit, während bei Vitrinit im Gegenteil die Wachstumsrate zunimmt [Fomin A. N., 1987; 123].

Zusätzlich zu all den oben genannten Mikrokomponenten von DOM werden in Sedimentschichten häufig organische Bituminiteinschlüsse gefunden. Bituminit kommt in Poren, Rissen und entlang der Peripherie von Hohlräumen vor. Ausgangsmaterial dafür waren flüssige oder plastische Naphthide, die wanderten und im Gestein verblieben. Später wurden sie mit ihm umgeformt, Druck und Temperatur ausgesetzt, härteten aus und wurden fest. Anhand der Eigenschaften von Bituminit kann man den Grad der Gesteinsumwandlung nach der Migration beurteilen. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass die HC-Migration ein langwieriger Prozess ist und es daher in einer Probe zu Datenabweichungen kommen kann. Es gibt verschiedene Arten von Bituinit: Diabituminit, Katabituminit und Metabituminit.

KAPITEL 3 Brechungsindex optischer Komponenten

Neben der Reflektivität wird in der Forschungspraxis häufig ein Parameter wie der Brechungsindex verwendet. Der Brechungsindex ist ein Zeichen für sekundäre Veränderungen in der molekularen Struktur von OM-Mikrokomponenten während der Katagenese. Und als Ergebnis ist es durch Messen des Brechungsindex bestimmter Mikrokomponenten möglich, den Transformationsgrad einer gegebenen OM-haltigen Ablagerung mit ausreichender Genauigkeit zu diagnostizieren. Die graduellste Änderung des Brechungsindex tritt beim Vitrinit auf, für den eine Brechungsindexskala für die gesamte Katagenese erstellt wurde. Andere Mikrokomponenten werden ebenfalls verwendet, jedoch in geringerem Ausmaß.

Die Genauigkeit des Verfahrens wird durch eine Eigenschaft organischer Materie wie Transparenz sichergestellt. So wird beispielsweise der Transformationsgrad in den Stufen B-T genau bestimmt, wenn der OB im Durchlicht transparent ist. Der Brechungsindex kann natürlich auch bei der Untersuchung von OM des Anthrazitstadiums verwendet werden, obwohl ein Problem bei der Diagnose von Mikrokomponenten auftritt, da bei einem hohen Transformationsstadium die optischen Eigenschaften von Mikrokomponenten merklich konvergieren. Das Intervall zur Bestimmung der optischen Parameter hängt von der verwendeten Flüssigkeit ab, beispielsweise können bei Verwendung herkömmlicher Immersionsflüssigkeiten die Stadien B und D bestimmt werden. Bei Verwendung von hochbrechenden Immersionsflüssigkeiten ist es möglich, die Stadien B - A inklusive zu diagnostizieren. Wenn jedoch Legierungen von Arseniodiden, Antimon mit Piperin verwendet werden, ist es möglich, die Stufen von G - T zu bestimmen.

Die Messungen werden an einer fein gemahlenen Probekrümelung durchgeführt. Es wird durch einfache mechanische Extraktion aus dem Gestein mit anschließendem Mahlen oder durch chemische Extraktion gewonnen.

Die Untersuchung wird in ähnlicher Weise wie die Messung des Reflexionsvermögens durchgeführt, dh das Vergleichsverfahren. Dazu werden mehrere kohlenstoffhaltige Partikel auf einen Objektträger gegeben und gleichmäßig über die Glasfläche verteilt, sodass sich die Partikel nicht berühren oder überlappen; und mit einem weiteren Glas aufgefüllt. In den Hohlraum zwischen den Gläsern wird eine Flüssigkeit mit dem erwarteten Brechungsindex der Probe gegeben. Ist die visuelle Bestimmung nicht sicher, empfiehlt es sich, mehrere Präparate mit unterschiedlichen Flüssigkeiten herzustellen.

Um hohe Umwandlungsgrade zu bestimmen, werden Legierungen verwendet, für die Herstellung von Präparaten ist es notwendig, die Substanz zu schmelzen und Partikel der Substanz in die resultierende Schmelze einzubringen. Die Definition selbst ist ähnlich der Definition in Immersionsflüssigkeiten. Es basiert auf einem Phänomen wie dem Beke-Streifen, es ist eine dünne Lichtgrenze um das Testpräparat, es erscheint an der Grenze zweier Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Um die Messung durchzuführen, ist es notwendig, die Schärfe des Mikroskops einzustellen und den Becke-Streifen zu finden und dann den Mikroskoptubus sanft wegzubewegen, während sich der Streifen in Richtung des Mediums bewegt, das einen höheren Brechungsindex hat. Bewegt sich der Streifen zur flüssigen Seite der Probe, dann hat er einen höheren Brechungsindex und umgekehrt. Wenn man also den Brechungsindex der Probe wiederum mit den Indizes bekannter Flüssigkeiten vergleicht, ist es möglich, das vollständige Verschwinden des Streifens zu erreichen, dann können wir sagen, dass der Brechungsindex gleich dem Referenzindex ist.

KAPITEL 4. Visuelle Diagnostik der Katagenesestadien

Für eine qualitativere und schnellere Beurteilung des Stadiums der Katagenese ist es notwendig, vor einer quantitativen genauen Beurteilung eine qualitative ungefähre Beurteilung der Umwandlung von OM durchzuführen. Dies geschieht in der Regel aus optischen Gründen, wie Farbe im Durch- und Auflicht, Erhaltung der anatomischen Struktur, Relief, sowie Farbe und Intensität des Leuchtens im ultravioletten Licht. Trotz der Erhaltung der Eigenschaften des pflanzlichen Ausgangsmaterials von Mikrokomponenten ändert jede von ihnen während der Karbonisierung ihre optischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften. Das passiert aber unterschiedlich schnell, manche reagieren sehr stark. Daher müssen für die visuelle Diagnostik hauptsächlich Lipoidkomponenten verwendet werden, die sehr empfindlich auf Änderungen der Umgebungsbedingungen reagieren. Dies wirkt sich stark auf ihre Farbe aus, und infolgedessen kann man den Umwandlungsgrad anhand der Farbe der Mikrokomponenten beurteilen.

Verschiedene Parameter von Mikrokomponenten reagieren unterschiedlich auf den Umwandlungsprozess, beispielsweise geht die anatomische Struktur von Mikrokomponenten allmählich verloren. In den Stadien B - G ist es deutlich, später wird es allmählich verdeckt. Gleichzeitig wächst während der Zunahme des Katagenesestadiums das Relief von Mikrokomponenten in der HTO. Auch die Anisotropie der Mikrokomponenten nimmt im Verlauf der Katagenese zu. Im Allgemeinen nimmt die Anisotropie einiger Mikrokomponenten während der Umwandlung zu. Anisotropie ist im Allgemeinen die Eigenschaft von Substanzen, unterschiedliche Werte bestimmter Eigenschaften in verschiedenen Richtungen zu haben, kristallographisch oder einfach in Bezug auf die Struktur der Substanz, dies manifestiert sich hauptsächlich in der Farbe der Substanz. Die Farbe ändert sich in Abhängigkeit von der Schwingungsrichtung des polarisierten Lichts, das die Substanz durchdringt. Dieses Phänomen wird Pleochroismus genannt. Es wird im Durchlicht bei einem Nicol beobachtet. Bei der Verwendung von reflektiertem Licht äußert sich die Anisotropie der Probe in ihrer Polarisation.

Für jede Stufe der OM-Transformation gibt es einen bestimmten Satz visueller Merkmale, und sie können verwendet werden, um die Stufen der Katagenese leicht zu diagnostizieren. Betrachten wir sie genauer.

Stadium B ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lipoidkomponenten bei einem Nicol fast weiß sind, mit einem leichten Gelbstich. Vitrinit ist orangerot oder braun mit einem roten Farbton, mit Trocknungsrissen und einer gut erhaltenen Struktur, anhand derer festgestellt werden kann, ob die Substanz zu einer bestimmten Art von Pflanzengewebe gehört. Bei gekreuzten Nicols sind die Lipoidkomponenten praktisch homogen oder zeigen wenig Klärung. Einzelne Partikel sind praktisch nicht geordnet, Sporen sind leicht abgeflacht. Vitrinit ist im Auflicht grau, Leuptinit hat einen bräunlich-grauen Ton, Sporen sind deutlich sichtbar und von einem charakteristischen Rand umgeben.

Stufe D ist durch eine größere Ordnung in der Anordnung der Pflanzenreste gekennzeichnet. Leiptinit ist hellgelb, anisotrop. Gelierte Komponenten sind leicht zu unterscheiden, ihre Farbe ändert sich von rötlich-gelb nach bräunlich-rot. In diesem Stadium beginnt deutlich die OM-Anisotropie zu erscheinen.Die Gewebeanisotropie manifestiert sich in strukturellen Vitriniten. Oft kann man bei gekreuzten Nicols die Struktur der Gewebe der ursprünglichen Substanz verfolgen. Betrachtet man die Proben im Auflicht, so ist das OM in der Regel isotrop, bei einem Nicol sind Zusammensetzung und Struktur deutlich erkennbar. Cutinite ist bräunlich grau und gut unterscheidbar. Vitrinit hat Grautöne unterschiedlicher Intensität.

In Stufe D nimmt der Ordnungsgrad zu, die Orientierung der Mikrokomponenten ist parallel zur Bettung. Bauteile mit einer Gewebestruktur, einer Gitterstruktur sind deutlich unterscheidbar. Wichtigstes diagnostisches Merkmal ist die Farbe der Sporenhüllen, anhand derer dieses Stadium in Unterstadien unterteilt werden kann. Bei Unterstadium G1 sind sie goldgelb und seltener strohgelb, bei G2 sind sie gelb, bei G3 sind sie dunkelgelb. Vitrinit zeichnet sich durch eine rötlich-gelbe Farbe aus. Im Auflicht ist Leiptinit bräunlichgrau oder grau, die Sporen sind geprägt und Vitrinit ist grau.

Stadium G ist durch orangefarbene Sporen sowohl im durchfallenden als auch im reflektierten Licht gekennzeichnet. Nach den Orangetönen lässt sich das G-Stadium in drei Unterstadien unterteilen: G1 ist durch einen Gelbstich in der Farbe gekennzeichnet, bei G2 sind es orange und dunkelorange, bei G3 mit einem rötlichen Stich. Im Auflicht sind die Sporen im G1-Stadium beigegrau, im G2-Stadium sandgrau und im G3-Stadium hellgrau.

In Stufe K werden zwei Teilstufen K1 und K2 unterschieden. Im Stadium K1 hat Leuptinit im Durchlicht einen rötlichen Ton, im Auflicht ist es grauweiß. Im Substadium K2 sind im Durchlicht nur einzelne braune Fragmente von Sporinit oder Cutinit sichtbar. Die Struktur der gelierten Substanz ist grundsätzlich monolithisch ohne eine deutliche Manifestation der Struktur der ursprünglichen Substanz.

Das OS-Stadium ist quantitativ in zwei Unterstadien unterteilt: OS1 und OS2, aber sie sind durch petrographische Merkmale praktisch nicht zu unterscheiden. In der Gesamtmasse lassen sich einzelne Cutinit- oder Sporenreste unterscheiden. Alle Details der OF-Struktur sind vor allem im Durchlicht deutlich sichtbar. Bei gekreuzten Nicols ist die Sekundär-, manchmal Primärstruktur verschiedener Vitrinit-Typen gut sichtbar.

Das T-Stadium ist wie das OS in zwei Unterstadien unterteilt. Im T-Stadium sind seltene Lipoidkomponenten sichtbar, die eine bräunliche Farbe haben. Es gibt einen deutlichen Pleochroismus, der im Substadium T2 besser zu sehen ist als im Substadium T3. In der organischen Masse werden nur einzelne helle Schlieren und fadenförmige Bruchstücke beobachtet.

Im PA-Stadium sind die gelierten Komponenten in dünnen Schnitten mit einem Nicol rotbraun, braun, seltener schwarz. Leiptinit hat einen leicht bräunlichen Ton. Sporinit und Cutinit in gekreuzten Nicols sind rosa-gelb. Am anisotropischsten sind Fragmente von Vitrinit und einige weiße Formationen, die in ihrer Form Leuptinit ähneln. Im Stadium A scheint in dünnen Schliffen die organische Substanz nur stellenweise durch. Im Auflicht sind aufgrund einer ausgeprägten Anisotropie viele Details in der Struktur einzelner Mikrokomponenten sowohl bei einem als auch bei zwei Nicols relativ gut unterscheidbar. Im Zuge der Katagenese ändert sich auch die Farbe von Mikrokomponenten der Alginit-Gruppe. Dies geschieht am natürlichsten in Thallamoalginit, konservierten Algenresten. So beispielsweise im Bereich der Katagenesestufen von B bis G seine Farbe im Durchlicht. Außerdem nimmt es mit dem Wachstum der Katagenese eine gräuliche Färbung an. Im Stadium B hat Thallamoalginit eine helle grünlich-gelbe Lumineszenz, seltener blau. In den Stadien D und D lässt seine Intensität merklich nach und ist nicht mehr auf Stadium G fixiert. Im reflektierten Licht ändert sich die Farbe von Thallamoalginit von dunkel in den Anfangsstadien der Katagenese zu grau-weiß in Anthrazit.

Im Allgemeinen reagieren Lipoidkomponenten am deutlichsten auf Änderungen der thermobaren Bedingungen. Die Färbung von Gel- und Algenbestandteilen ist für mich ein Anhaltspunkt. während der Katagenese. Jede der Mikrokomponenten bleibt individuell und behält bestimmte Eigenschaften. Aber physikalische Eigenschaften und andere Merkmale unterliegen erheblichen Änderungen. Die allgemeine Reihenfolge der Änderungen der petrografischen Indikatoren für Kohle ist in Tabelle 1 dargestellt.