В технических процессах речь может идти о скоростях нагревания от 5 до 10⁴ °С/мин. В современной практике обычного коксования в камерах применяют, как правило, низкие скорости нагревания. Для процессов полукоксования и коксования, находящихся в ста­дии разработки, скорости нагревания приближаются в основном к верхней границе указанного интервала. Средняя скорость при современном полукоксовании бурого угля в обычных печах Лурги с    внутренним   обогревом    газовым    теплоносителем    составляет 1 °С/мин.

В лабораторном масштабе легко можно осуществить полукок­сование [2, 3], при котором образуются продукты, характерные для условий медленного нагревания и невысоких температур, в то время как для процесса при высоких скоростях нагревания необходимы специальные лабораторные опыты.

В табл. 6 показано изменение выхода продуктов из углей Рур­ского бассейна (с высоким выходом летучих) от скорости нагре­вания угля. Из этих данных следует, что с увеличением скорости нагревания выход жидких продуктов растет за счет соответству­ющего снижения количества полученного газа, подсмольной воды и полукокса [4, 5].

Таблица 6. Сравнительные данные по выходу продуктов при быстром и медленном нагревании в процессе полукоксования угля

Выход дан в расчете на чистый уголь * 

* В РФ термин «чистый уголь> не употребляют, а используют равноценное понятие «органическая масса угля» (ОМУ), т. е. условная масса угля за вычетом влаги и минеральной массы (Прим. перев.).

Рис. 4.   Расширение  пор  жирного угля в зависимости от скорости его нагрева­ния при  коксовании: а—0,5° С/мин; б—3 °С/мин; в—260 °С/мин. Увеличение 3,5 кратное; размер зерен 3—5 мм.

Следующие соображения объясняют более высокий выход смо­лы при скоростном полукоксовании. При относительно невысокой температуре и любой скорости нагревания из коксообразного ос­татка выделяется первичный битум в жидком виде. При медлен­ном нагревании из первичного битума, прежде чем будет достиг­нута температура его кипения, выделяются летучие компоненты. Остаток, температура кипения которого стала более высокой, при повышении температуры разделяется на летучие соединения и на еще более высококипящий остаток.

Таким образом протекает цепочка последовательных превра­щений, до тех пор пока будет достигнута температура, равная температуре кипения наименее летучего компонента. Первые из этих превращений, в результате которых образуется смола, начи­нают протекать более или менее интенсивно (в зависимости от степени углефикации угля) при ≈ 320 С. При высокой скорости нагревания эти превращения происходят стремительно. Жидкий первичный битум почти весь испаряется прежде, чем начнется его разложение. То, что при медленном полукоксовании остается в виде остатка в коксе, при быстром нагревании отгоняется; это при­водит прежде всего к увеличению выхода пека.

Естественно, что с изменением скорости нагревания изменя­ются свойства кокса и образовавшихся углеводородов. Например, кокс, полученный в результате медленного нагревания в коксовой камере, имеет прочность при дроблении по Брабендеру 270 кгс-м/кг, а кокс, образовавшийся при быстром нагревании в псевдоожиженном слое, имеет прочность всего 103 кгс-м/кг [6]. В обоих случаях в качестве исходного сырья применяли коксовый уголь со средним выходом летучих веществ. Влияние скорости на­гревания на структуру образовавшегося кокса видно при сравне­нии аншлифов (рис. 4). С увеличением скорости образуются бо­лее  крупные   полости,   причем   первоначальная   граненая   форма зерен все более и более скруг­ляется. Наконец, при особенно высоком давлении газа обра­зуются большие полости в сере­дине зерна, а более мелкие поры оттесняются к краю  [7].

 Рис. 5. Кривые разгонки смолы скоростного полукоксования (1)   и  смолы полу­коксования по Фишеру (2).

При высокой скорости нагре­вания значительно снижается до­ля алифатических, ароматических углеводородов и воды, в то время как количество остаточно­го пека увеличивается. Это иллю­стрируется данными по составу смолы скоростного и медленного полукоксования угля (% масс.)  

Плотность получаемых  смол   повышается   с  ростом   скорости нагревания:    

Для смолы, образовавшейся в условиях высокой скорости нагре­вания, характерно большое содержание кислорода.

Сравнение кривых разгонки двух смол, приведенное на рис. 5, показывает, что смола скоростного полукоксования содержит значительно меньше легкокипящих компонентов, чем смола, полу­ченная при медленном нагревании. Если не учитывать самых низкокипящих углеводородов, основными конденсируемыми компо­нентами низкокипящих продуктов являются толуол и бензол [8]: 

Влияние скорости нагревания сказывается не только на коли­честве и составе получаемого газа, но и на его плотности и тепло­те сгорания. При высокой скорости полукоксования образуется меньшее количество газа, но с более высокой теплотой сгорания:

* В расчете на сырой уголь.

Выход ненасыщенных углеводородов   особенно   повышается   с увеличением скорости полукоксования, в то время как малая скорость полукоксования обусловливает высокий выход водорода [4]. В случае бурых углей, как и для каменных, скорость нагрева­ния влияет на количество и состав получаемых продуктов:

Если скорость нагревания в печах Лурги с газовым теплоноси­телем принять равной ~ 1 °С/мин, то в печах Борзиг — Гейссена (их в настоящее время больше не применяют) благодаря тонкому слою и постоянной циркуляции скорость нагревания достигала 15—17 °С/мин. Если в печах Лурги с газовым теплоносителем вы­ход смолы (включая газовый бензин) достигал 95% от выхода по Фишеру, то в печах Борзиг — Гейссена он составлял 108—110% от выхода по Фишеру. Смола из печей Борзиг — Гейссена, в отли­чие от смолы из печи Лурги, склонна к изменениям на воздухе. Показанные различия между этими смолами касаются в основном фракций с т. кип. >230°С. Различия особенно существенны в от­ношении температуры размягчения и выхода   кокса   по   Конрадсону [9].

Еще более высокие скорости нагревания достигнуты при полу­коксовании бурого угля с циркуляцией теплоносителя по методу, разработанному Lurgi — Ruhrgas.