Кокс. Коксохимическое производство. Технологическое топливо

26/12/2013 11:18am

Автор: редакционная статья

Категории: коксохимическое производство

Топливо — вещество, выделяющее в результате тех или иных преобра­зований энергию, которая может быть технически использована. По прин­ципу освобождения энергии различают два вида топлива: ядерное топливо, выделяю­щее энергию в результате ядерных преобразований, и химическое топливо, кото­рое выделяет энергию при окислении горючих элементов, входящих в со­став этого топлива.

 

Кокс. Коксохимическое производство. Технологическое топливо. Общие понятия и определения.


Основные разновидности природного топлива древесина, торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, сланец, нефть, природный горючий газ. Все горючие ископаемые (ГИ) — твердые, жидкие и газообразные — обра­зовались из остатков растительного и животного происхождения и называ­ются каустобиолитами (от греческого каустос — горючий, биос — жизнь, литое — камень). Нефть и природный газ относят к каустобиолитам пото­му, что они образовались из нефтегазоматеринского вещества, пребываю­щего в твердом состоянии.
Особенности различных природных топлив связаны типом исходного органического вещества, геологическим возрастом и горно-геологическими условиями. Торф, бурые и каменные угли, антрациты произошли из выс­ших растений. Каждый из указанных видов топлив именует соответствую­щую стадию зрелости: торфяную, буроугольную, каменноугольную и ан­трацитовую. Этим стадиям соответствуют определенные свойства: содер­жание углерода, выход летучих веществ, зольность, теплотворная способ­ность (см. УГОЛЬ).
Наиболее важной технической характеристикой топлива является его состав, который служит исходной информацией для анализа процессов го­рения в промышленных установках (котлы, металлургические печи, возду­хонагреватели, зажигательные горны и т. п.). Состав топлива выражают результа­тыэлементного и технического анализов. В табл. 108 представлены па­раметры, характеризующие составы твердого, жидкого и газообразного топлива и принятые символы их обозначений. В табл. 109 приведены элементные анализы восьми видов топлива: торфа, бурого угля, каменного угля и др. Здесь следует обратить внимание на следующее: по мере возрастания стадии зре­лости в топливе увеличивается содержание углерода и уменьшается сумма 0+N+S (в торфе и буром угле — 39—30%, в антраците — 1%). Нефть и природный газ характеризуются большим отношением Н/С , чем каменный уголь и антрацит.

Средний элементный состав горючих ископаемых


п/п

Вид топлива

Состав, % (масс.)

С

H

О, N, S

1

Торф

55

6

39

2

Бурый уголь

65

5

30

3

Каменный уголь

80

5

15

4

Антрацит

96

3

1

5

Сапропелитовые угли

78

9

13

6

Сланцы

77

8

15

7

Нефть

85

13

2

8

Природный газ

75

25

Следы

Характеристики топлива когут бать отнесены к разной массе: рабочей, сухой, горючей, органической и аналитической. Эти понятия отражают состояние испытуемом пробы топлива. Пересчет результатов анализа твердого топлива на различное его состояние выполняется с помощью Множителей. С помощью этих множителей пересчитывают все данные состава, теплоты сгорания и выхода летучих веществ, кроме низшей теплоты сгора­ния, которую рассчитывают по формуле.

Важнейшими характеристиками топлива являются: I) теплота сгорания, 2) максимальная энтальпия продуктов сгора­ния, 3) жаропропзводительность ( температура горения калориметрическая), 4) влажность, 5) зольность, 6) содержание серы, 7) содержание фосфора, 8) выход летучих.
Эффективность использования топлива в высокотемпературных процес­сах в значительной степени определяется его жаропроизводительностью. В зависимости от величины t max топливо делится на две группы: высокой и пони­женной жаропроизводительности.
топливо  высокой жаропроизводительности — t max >2000° С. К этой группе относятся: коксовый газ, природный газ, кокс, каменный уголь, мазут и др.
Топливо  пониженной жаропроизводительности —t max < 2000° С, но > 1700° С. К этой группе относятся: доменный газ, бурые угли, торф, дрова.
Влажность. Содержание влаги в Т. понижает его теплоту сгора­ния вследствие уменьшения содержания горючих компонентов и увеличе­ния расхода тепла на испарение воды. Влажность снижает и жаропроизво­дительность топлива.
Зольность. Минеральные вещества, содержащиеся в топливе понижают его теплоту сгорания вследствие уменьшения содержания горючих компо­нентов и увеличения расхода тепла на нагревши плавление минеральной массы. Повышение зольности  металлургического кокса на 1% увеличивает расход флюсов при выплавке чугуна примерно до 1,5%, расход кокса на 1,5—2.5% и снижает производительность доменных печей примерно на 1,5…2,5 %.

Содержание фосфора. Фосфор углей в процессе коксования прак­тически полностью остается в коксе, а в доменной печи почти полностью переходит в чугун. Кузнецкие угли высокофосфористые и кокс из них со­держит 0,030—0,050% Р. Донецкие угли содержат меньше Р и фосфористость кокса из них колеблется в пределах 0,015-—0,020%.
На производство 1 т стали расходуется примерно 1,5 т условного топлива. Наибольшая доля этой величины приходится на доменное  производство — 50%, агломерационное производство — 7%, сталеплавильное — 7%, про­катное — 10%.
Используемое на металлургических заводах топливо подразделяется на технологическое и энергетическое. К технологическому относят топливо, которое используют в технологических процессах. Кроме кокса сюда могут отно­ситься природный газ, мазут, угольная пыль, которые используются при выплавке чугуна, при металлизации окатышей и т. д. К энергетическому относят топливо, которое используется для получения физического тепла.
Все виды используемых топлива относятся к невозобновляемым энерге­тическим ресурсам, входящих в число важнейших факторов жизнеобеспе­чения человека на Земле. Использование топлива сопряжено с усилением антро­погенного влияния на биосферу. Во-первых, при добыче выводятся из ис­пользования в сельском хозяйстве большие площади земли, и происходит их загрязнение промышленными отходами. Во-вторых, при сжигании топлива из атмосферы забирается кислород, а выбрасываются с дымом С02, СО, СН, NO, сажа, частички угля и золы, соединения серы. Твердые частицы, по­ступая в приземные слои атмосферы, оседают на почве и концентрируются на растениях, с которыми они попадают в организм животных и человека. В районах интенсивной добычи угля и нефти наблюдается оседание по­верхности земли с нарушением ландшафта. Все это составляет большую экологическую опасность для человека.
Уголь— горная осадочная порода растительного происхождения. Уголь представляет собой один из видов твердых горючих ископаемых: торф, бурые и каменные угли, антрациты . По гинезису исходного растительного материала все виды твёрдых горючих ископаемых подразделяются на три класса: из высших растений образовались гуммиты, из наиболее стойких час­тей высших растений (восков, смол, спороиолленина, кутииа) — липтобиолиты, из низших растений, микроводорослей и животных организмов, пре­вращенных за счет биохимических процессов в планктон, образовались ТГИ, именуемые сапропелитами. Смешанные угли. образовались в результате совместного преобразования высшей наземной и низшей водной расти­тельности.
Принято различать четыре стадии зрелости ТГИ: торфяную, буро­угольную, каменноугольную и антрацитовую. Глубину и степень преобразования органических веществ в горную осадочную породу опреде­ляют по свойствам твердых органических веществ, содержанию углерода, выходу летучих веществ и отражательной способности витринита (петрографический микрокомпонент угля). Эти признаки положены в осно­ву классификации углей. Каменные угли делятся на марки по выходу летучих веществ (которые определяются в пробах с зольностью менее 10% или обогащен­ных до этого предела) и толщине пластического слоя, выраженной в мил­лиметрах. Различают следующие марки каменных У.: длиннопламенный — Д (1ДВ, 1ДФ, 2ДВ, 2ДФ); газовый (1ГВ, 1ГФ, 2Г); газовый жирный — ГЖ (1ГЖОВ, 1ГЖОФ, 2ГЖОВ, 2ГЖОФ); жирный — Ж (ІЖ, 2ЖВ, 2 ЖФ); кок­совый жирный — КЖ; коксовый — К (1КВ, ІКФ, 2КВ, 2КФ); коксовый отощенный — КО (1КОВ, 1КОФ, 2 КОВ, 2КОФ); отощенный спекающийся — ОС (ОСВ, ОСФ); слабоспекающийся — СС (ICC, 2СС, ЗСС); тощий — Т (ITB, 1ТФ, 2ТВ, 2ТФ); антрацит (1АВ, 1АФ, 2АВ, 2АФ, ЗАВ, ЗАФ).

По размеру кусков: бурые, каменные и антрацитовые У. подразде­ляют на классы (ГОСТ 19242-73) (табл. 108). Для получения металлургиче­ского кокса используют каменные У., способные при коксовании (см. коксование) — спекаться и образовывать нелетучий остаток со свойст­вами металлургического кокса. Этим свойством обладают У. марок Ж, К, Г и частично — ОС.
Типы углей устанавливают в следующем порядке. Бурые угли по вели­чине максимальной влагоемкости подразделяют на 3 типа. Камен­ные угли подразделяют по выходу летучих веществ на 9 типов; антра­циты по объемному выходу летучих веществ — на три типа.
По данным мировой энергетической конференции на долю ТГИ приходится 697 млрд. т массы условного топлива, в том числе (числитель — достоверные или технически реализуемые, знаменатель — перспектив­ные или потенциальные):
Критериями качества У. как энергетического топлива являются параметры физико-химических свойств топлива: влажность, зольность, со­держание общей серы, выход летучих веществ, низшая теплота сгорания. По методу определения эти признаки называют технической характеристи­кой У. (см. топливо).
По данным Всемирной энергетической конференции (1980 г.) ми­ровые запасы всех видов У., которые можно извлечь (пласты мощностью более 0,30 м, залегающих на глубине не более 2000 м) составляют 13800 млрд. т. География их распределения такова: на территории б. СССР — 43%, в Северной Америке — 29%, в странах Азии (без СССР) — 14,5%, а Европе — 5,5%. На остальной мир приходится только 8%.
Экономически пригодные для эксплуатации мировые запасы угля могут обеспечить нужды промышленности на срок около 170 лет (по дан­ным за 1988—1990 гг.), запасов природного газа хватит на 58 лет, а запасы нефти будут исчерпаны за 30 лет.
В структуре топливного баланса черной металлургии за последние годы  вполне четко определилась тенденция снижения потребления коксующихся У. и увеличения доли энергетических углей. Это вызвано приме­нением новых, более дешевых технологий коксования и замещением кокса Энергетическими углями с малым содержанием золы и серы путем его вдувания в доменные печи.

Топливо доменной плавки

Основным топливом доменной плавки является каменноугольный кокс, который представляет собой твердую, пористую спекшуюся массу, оставшуюся после удаления из каменного угля летучих ве­ществ в результате прокаливания его при высокой температуре без доступа воздуха. Кокс должен быть чистым по сере и фосфору, со­держать минимальное количество золы и обладать высокой прочно­стью и сопротивлением истиранию.

 

  • Кокс (англ. coke) - твердый горючий остаток, образующийся при нагреве органических веществ (главным образом угля) без доступа воздуха. Кокс используется в качестве топлива и восстановителя в доменных печах .
  • Кокс каменноугольный (от нем. Koks) — твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путем коксования каменного угля при температурах 950—1100оС без доступа воздуха.

кокс доменный

Химический состав кокса характеризуется массовой долей различных элементов в органическом веществе и содержанием минеральных примесей. Что касается показателей химического состава кокса (содержание летучих веществ, золы, серы, металлов и воды), то при обработке и транспортировании они практически не изменяются. Важнейшими из них при рассмотрении закономерностей окислительной регенерации являются химический состав кокса, его структура и дисперсность, а также распределение отложений по грануле катализатора. Вместе с тем на результаты доменной плавки оказывает влияние химический состав кокса - содержание золы; еще большее значение имеет содержание серы, а в отдельных случаях фосфора.
Обычно кокс имеет следующий химический состав 82 - 88 % твердого (нелетучего) углерода, 10 - 15 % золы, 0,5 - 1,8 % серы. 
Химический состав кокса  зависит от природы каменных углей.
Кокс имеет достаточную пористость (до 50 %) и хорошую горючесть. Теплота сгорания равна 27,2 - 31,4 МДж / кг.
К основным областям применения кокса можно отнести:

 

  • выплавка чугуна (доменный кокс) - как высококачественное бездымное топливо, восстановитель железной руды, разрыхлитель шихтовых материалов.

Доменный кокс должен иметь размеры кусков не менее 25—40 мм при ограниченном содержании кусков менее 25 мм (не более 3 %) и не более 80 мм. Такие размеры кусков связаны с тем, что доменная печь является печью шахтного типа в которой происходит противоток отходящих газов и шихтовых материалов. Если куски кокса будут менее требуемого они будут удаляться из печи вместе с отходящими газами.

  • в литейное производство (литейный кокс) - как ваграночное топливо.

Литейный кокс по размерам кусков крупнее доменного; наиболее пригоден продукт, в котором присутствуют куски менее 60—80 мм. Главное отличие литейного кокса от доменного — малое содержание S, которое не должно превышать 1 % (в доменном коксе до 2 %).

  • химическая и ферросплавная промышленность (специальные виды кокса)

В промышленности ферросплавов используют мелкий кокс (например, фракцию 10—25 мм), при этом в отличие от доменного и литейного производств предпочитают применять продукт с большой реакционной способностью.

  • для бытовых целей (бытовой кокс).

Бытовой кокс применяется для удовлетворения бытовых нужд, в частности отопления. Требования по прочности к бытовому коксу менее жесткие, чем к доменному и литейному.
Во всех приведенных выше производствах лучшее сырье — наиболее прочный малозольный и малосернистый кокс, который содержит небольшое количество мелких фракций.
В настоящее время мировое производство каменноугольного кокса составляет около 500 млн т/год.

C:Documents and Settings\_GrinevРабочий столкокс 1.jpg

Коксохимическая промышленность — отрасль черной металлургии, занимающаяся переработкой каменного угля методом коксования.
Основная продукция коксохимической промышленности (в % к общему выпуску):

  • Каменноугольный кокс — 76-78 %
  • Коксовый газ — 14-15 %
  • Химические продукты (бензол, толуол, этилен, различные смолы, масла и пр.) — 5-6 %

Каменноугольный кокс используется в металлургии в качестве топлива в доменных и литейных производствах. Коксовый газ и другие продукты коксования служат сырьем для химических производств. На их основе выпускают различные полимеры, азотные удобрения, синтетические моющие средства, пестициды, лекарственные препараты и многое другое.
Начало применения кокса при выплавке металлов, и последующее за этим их удешевление, послужило одним из факторов успеха Промышленной революции. Первая выплавка чугуна с использованием кокса в качестве топлива была произведена в Великобритании в 1735 году.
В 1830-х годах в Великобритании начали строить коксовые печи с закрытыми камерами, а в 1880-х стали появляться печи с улавливанием продуктов коксования. В это время коксохимическая промышленность из придатка металлургии начала превращаться в самостоятельную отрасль.
К 1970-м годам XX века относится период внедрения в коксохимическое производство ресурсосберегающих технологий, автоматизации и механизации технологических процессов.

Производство кокса

Шихтой для производства кокса служат различные сорта каменного угля: коксовые, жирные, тощие, газовые. Основу шихты составляет коксующийся уголь, наиболее дорогой сорт угля. Металлургические заводы России снабжаются коксующимися углями Кузбасса, Печо­ры. Богатейшие залежи коксующихся углей расположены в Якутии - месторождения Нюренгри, куда подведена железная дорога. Перед коксованием уголь измельчают и обогащают. Из него стремятся уда­лить минеральную породу, что позволяет понизить содержание золы в коксе. Шихту увлажняют и направляют в коксовые печи.
При нагревании без доступа воздуха мелкие угольные частички переходят в пластическое состояние и размягчаются. Пластическая масса обволакивает твердые зерна некоксующегося угля. При темпе­ратуре >450°С в сплошной склеивающейся массе начинается процесс разложения угля на составные части. Выделяются углеводородные соединения, аммиак, другие органические соединения. Выделяющие­ся газообразные вещества вспучивают размягченную массу угля, об­разуют в ней многочисленные поры. По мере протекания процесса сухой перегонки масса все более обогащается углеродом, теряет пла­стичность и при 600-650 °С переходит в состояние полукокса. При 1000 °С образуется кокс.
Кокс получают в камерных печах, объединенных в коксовые ба­тареи, производительностью до 1 млн т кокса в гбд. Батарея может иметь до 80 камер коксования. Стенки камер футеруют огнеупорным динасовым кирпичом. Объем камеры составляет до 42 м3, что позво­ляет получать в ней за один прием до 20 т кокса. Камера имеет форму спичечного коробка с размерами: ширина 0,5, высота 5 и длина 15 м.

 

В потолке камеры устроены люки для загрузки шихты. Спереди и сзади камера закрыта дверцами, которые открываются специальны­ми устройствами.
Коксовые печи отапливаются доменным и коксовым газом, сжи­гаемым в простенках между камерами - вертикалах. Тепло,

Рис. Разрез коксовой батареи:
- подача воздуха; 2 - подача газа; 3 - вертикальные отопительные каналы; 4 - каме­ры коксования; 5 - борова для продуктов горения; 6- отвод газообразных продуктов коксования: 7 – регенераторы

 

выделяемое при сгорании газа, отдается кирпичной кладке стен и идет на нагрев угольной массы. Для обеспечения процесса коксо­вания температура внутри камеры должна быть не ниже 1100 °С, а в вертикалах 1400 °С. Высокий нагрев достигается благодаря при­менению подогретого воздуха. Нагрев воздуха производится в ре­генераторах, расположенных под коксовыми печами и представля­ющими собой устройства, в которых аккумулируется тепло отходя­щих газов.
Продукты сжигания газа из вертикала поступают в камеру реге­нератора, футерованную огнеупорным кирпичом наподобие пчели­ных сот. Через решетчатую насадку в регенераторе проходят раскаленные печные газы. Насадка разогревается до высокой температу­ры, а продукты сгорания охлаждаются. По достижении определенной температуры кладки, закрывают поступление горячего дыма и в ре­генератор направляют холодный воздух.
Воздух, проходя через регенератор, нагревается, а огнеупорная кладка охлаждается. Дым направляют в другой регенератор. Затем производят смену направлений потоков газа и воздуха. Принцип ре­генерации тепла для подогрева воздуха и возвращения тепла назад в металлургический агрегат широко используется в металлургии. .
Образование коксового пирога продолжается 14-16 ч. За это время угольная масса проходит постепенно все стадии коксования. Процесс идет от наружной стенки камеры к ее центру. Сначала про­гревается уголь, расположенный около стенок камеры, он быстро спекается и превращается в кокс. Средние слои превращаются в кокс значительно позднее. Только через 8-9 ч размягчение и коксование угля, начавшиеся у стенок камеры, достигают середины угольного слоя.
Поскольку процесс коксования направлен к центру с двух сторон - от стенок, то примерно по осевой линии происходит разрывание коксового пирога по смоляной линии - шву. Кроме образования вер­тикальной центральной трещины в результате выделения газов, кок­совый пирог разрывается рядом горизонтальных трещин. Он, пре­терпевает значительную усадку, отходит от стенок.
Для выгрузки кокса камеру отключают от трубопровода, в ко­торый уходят газообразные продукты коксования. Открываются с обеих сторон дверцы. С передней стороны по рельсам подкатывается коксовыталкиватель. Горизонтальная штанга коксовыталкивателя вводит в камеру башмак и, постепенно вдвигая его внутрь, выдав­ливает коксовый пирог из печи в вагон для тушения и сбора кокса. При выталкивании в вагон коксовый пирог разламывается по смоля­ному шву на две половины и рассыпается на более мелкие куски. Ва­гон с горячим коксом направляется в башню для тушения, где го­рячий кокс интенсивно охлаждается струями воды. Большое распространение получает способ сухого тушения кокса азотом. Этот способ позволяет использовать теплоту раскаленного кокса и получать более прочный кокс. Нагретые при тушении кокса . газы используют для получения пара и электроэнергии. Другими методами повышения производительности коксовых батарей являют­ся брикетирование угольной шихты перед коксованием в куски раз­мером с грецкий орех, а также трамбование шихты, загруженной в коксовую камеру и предварительный подогрев шихты.
В потолке камеры устроены люки для загрузки шихты. Спереди и сзади камера закрыта дверцами, которые открываются специальны­ми устройствами.
Подогрев шихты осуществляется горячим азотом, который на­гревается при сухом тушении кокса до 1000-1100 °С. После того, как азот проходит котел-утилизатор, его температура снижается до
400 °С и он направляется в реторты для нагрева угольной шихты. Холодный азот вновь используется для тушения кокса. Подогрев угольной шихты осуществляется в реакторах кипящего слоя во взве­шенном состоянии. Длительность такого подогрева 3^5 мин. Далее шихта пневмотранспортом, при помощи того же азота, направляется в коксовые печи для загрузки. Сама загрузка значительно упрощает­ся и облегчается.

  Куски кокса имеют правильную форму и максимальный раз­мер, не превышающий половины ширины камеры коксования. Цвет кокса светло-серый или слегка серебристый. Хороший кокс не пачка­ет рук, при ударе куска о твердую поверхность издается легкий звон. Куски кокса пористые с трещинами на поверхности. Кокс плотнее и прочнее древесного угля. Для оценки кокса принимают во внимание различные его свойства. Содержание золы в коксе должно быть ми­нимальным. Зола является не только балластом, уменьшающим со­держание углерода в коксе, но требует добавочного расхода извест­няка для ошлакования и дополнительного расхода тепла для рас­плавления шлака. Зола снижает прочность кокса. Среднее содержа­ние золы в коксе 8-12 %. Обычно кокс содержит 0,5-2,0 % S. Повы­шенное содержание серы нежелательно: использование сернистого кокса в доменной плавке требует повышенного расхода флюса для снижения концентрации серы в чугуне до заданной, что уменьшает производительность доменной печи. Так, при повышении содержания серы в коксе на 0,1 % расход кокса в доменной печи возрастает на 10- 15 кг/т чугуна, а производительность печи уменьшается на 2,0 %. Со­держание фосфора в коксе обычно не превышает 0,05 %, влаги 2-6 %, летучих 0,9-1,25 % .
Основными физико-химическими свойствами кокса являются: 1) реакционная способность взаимодействия с СО2 с образованием СО, которая необходима для восстановления оксидов железа; 2) горю­честь, т. е. скорость сгорания; 3) температура воспламенения (600-700 °С). Большое значение имеют физико-механические свойства кокса: механическая прочность, сопротивляемость дроблению и истиранию.
Значительную роль играет гранулометрический состав кокса. Весь полученный в коксовых печах кокс рассеивается после тушения на три фракции: мелочь размером <15 мм, орешек 15-25 мм и метал­лургический кокс >25 мм. По пути в доменный цех происходит до­полнительное измельчение кокса, поэтому перед загрузкой в подъем­ник доменной печи кокс снова проходит грохочение с целью отсева фракции <25 мм. Для крупных доменных печей отсеивают фракции размером <40 мм. Кузнецкий кокс содержит меньше 0,5 % S, до 12 % золы и 0,04 % Р. Печорский кокс содержит 0,55 % S, 0,02 % Р, около 11 % золы.
Кроме кокса, в процессе коксования получают коксовый газ и ценные химические продукты. Из 1 т сухой угольной шихты получа­ют 750-800 кг кокса, 320 м3 газа, 38 кг каменноугольной смолы, 11 кг бензола. Теплота сгорания коксового газа составляет 17 МДж/м3. Кокс является дорогим и дефицитным сырьем. Для использования менее дефицитных плохо коксующихся углей делаются попытки заме­нить обычный кокс формованным, который получают высокотемпера­турным прессованием угольной шихты из некоксующихся углей.
Используемый в качестве топлива для доменной плавки природ­ный газ имеет теплотворную способность 38 МДж/м3. Основной со­ставляющей природного газа является метан (~90 %), остальное - другие, углеводороды. Природный газ практически не содержит вредных примесей - серы и фосфора. Он успешно применяется для интенсификации доменного процесса совместно с газообразным ки­слородом. В доменной плавке используют в качестве топлива также каменноугольную пыль, мазут.
Горючесть кокса определяется скоростью взаимодействия его с ки­слородом. Способы определения горючести не стандартизированы.
Под реакционной способностью кокса понимают способность угле­рода К. реагировать с окислительными газами — кислородом, двуокисью углерода и водяным паром.
Поскольку кокс в доменной печи обеспечивает газопроницаемость столба шихты, то к нему предъявляются жёсткие требования по прочности и гранулометрическому составу. Прочность кокса определяют постандартам. Суть определения прочности кокса сводится к тому, что испытывают его сопротив­ляемость разрушению при вращении барабана, куда помещают пробу кокса массой 50±0,5 кг крупностью > 25 мм и определённого гранулометрическо­го состава. Размеры барабана стандартизированы (Д = 1000 мм, В = 1000 мм, на внутренней поверхности параллельно продольной оси закреплены 4 угловых профиля размером 100x50x10 мм). Скорость вращения барабана 25±1 об/мин. Продолжительность испытания — 4 мин (100 оборотов бара­бана). Испытанию подвергают три параллельные пробы. После испытания пробы выгружают и рассевают на ситах с отверстиями 80x80; 60x60; 40x40; 25x25; 10x10 мм. На основании средних данных ситового анализа подсчи­тывают показатель выхода класса менее 10 мм (М10) и больше 25 мм (М25). Первый из них характеризует истираемость кокса (%), второй — количество товарной крупности (%) после наложения разрушающих уси­лий
В США наиболее распространен метод контроля тумблер-тест, ме­тод опрокидывания (опыт в барабане), при котором определяется остаток на сите 1,06", называемый фактором стабильности (27 мм); остаток на сите 0,265", называемый фактором прочности.
Анализ сырьевой базы коксования свидетельствует о том, что ма­рочная структура угольных шихт практически на всех коксохимических заводах мира ухудшается из-за недостаточного количества запасов хорошо спекающихся углей (Ж, К, ОС). В связи с этим ведутся работы по изыска­нию новых технологий, обеспечивающих получение кокса из углей менее дефицитных.

Мировые мощности по производству 1C. м. составляют около 400 млн. г/год. Наибольшие мощности сосредоточены, млн. г/год: страны СНГ — 67, Россия — 34, КНР и КНДР — 58, страны ЕC —48,7. К прогрессивным технологиям относятся производство формованного  кокса из некоксующихся углей. Суть этой технологии заключается в скоростном нагреве угля с последующим формированием пластичной угольной массы под небольшим давлением и прокаливанием формовок.

C:Documents and Settings\_GrinevРабочий столкокс 2.jpg

Кокс нефтяной— собирательное название продуктов глубокой пере­работки нефти. Это твёрдые вещества, состоящие в основном из углерода [около 90% (масс.)]. Сырьём для производства Кокса нефтяного служат продукты первичной пере­работки нефти: крекинг-остаток, гудрон, полугудрон, асфальт, экстракт. Получают Кокс нефтяной двумя способами: замедленным коксованием в необогреваемых реакторах и на, так называемых,- кубовых установках в горизонталь­ных обогреваемых реакторах. По первому способу получают более 80% от всего количества производимого Кокса нефтяного (бывший СССР — 85%, США — 92%, в Западной Европе, Японии и на Ближнем Востоке— 100%).
По  стандарту «Коксы нефтяные малосернистые (технические условия)» регламентируются следующие марки Н. к.: 1) кокс нефтяной пиролизный специальный (кубовый) — КНПС; 2) кокс нефтяной пиролизный электродный (кубовый) — КНГ1Э; 3) кокс нефтяной крегинго- вый электродный (кубовый) — КНКЭ; 4) кокс с размером кусков от 8 до 250 мм — КЗ-8; 5) коксовая мелочь для производства абразивов и другой продукции с размером кусков меньше 8 мм — КЗ-0.

C:Documents and Settings\_GrinevРабочий столкокс 3.jpg

Критериями качества кокса нефтяного служат: влажность, выход летучих ве­ществ, зольность, содержание серы, плотность, содержание Si,  Fe и V.

Нефтяной кокс используют для производства электродов (15 —16%), анодов и анодных масс для выплавки алюминия (около 50% и выше), для производ­ства ферросплавов, кремния, абразивов и в химической промышленности.
Технология получения нефтяного кокса связана с испаренном в атмосферу уг­леводородов, выбросом пылевидных фракции, загрязнением воды, боль­шим расходом пара и воды. Конденсаты, образующиеся прп пропаривании реакторов, содержат значительные количества бензопирена (от 36 до 470 мг/л), сульфидов, фенолов и других вредных веществ.

Коксование -процесс переработки углей (угольных сме­сей — шихты) путём их нагрева без доступа воздуха до 900—1100° С с по­лучением твёрдого углеродистого остатка, называемого коксом, а также летучих парогазовых продуктов, из которых конденсируются и извлекаются химические соединения и вещества.
При постепенном нагревании компоненты угля претерпевают глу­бокие термохимические превращения, сопровождающиеся изменением его физической структуры.

C:Documents and Settings\_GrinevРабочий столкокс 4.jpg

 

Для получения металлургического кокса используют каменные уг­ли, способные при нагревании спекаться и давать нелетучий остаток. При  коксовании получаются следующие продукты (на 1 т коксуемой загруз­ки в сухом состоянии): кокса — 750—800 кг, коксового газа — 22—15 кг, аммиака — 0,2—0,4 кг.

Процесс спекания состоит из двух стадий — деструкции и синтеза. Сначала угольное вещество подвергается деструкции, в результате кото­рой образуется подвижная жидкость. После этого образовавшиеся при де­струкции фрагменты вместе с термостабильными при 400° С структурами угля образуют полукокс и далее кокс. Переход угля в пластическое состоя­ние определяется его молекулярной структурой, а более конкретно — коли­чеством и строением доноров водорода и передающих элементов в струк­туре угля. Зародыши новой твёрдой фазы формируются как на имеющихся твёрдых частицах (в пластической массе всегда существует разлагающийся уголь), так и непосредственно в массе жидкой фазы при взаимодействии её компонентов. При достаточно большой концентрации зародышей между ними возникают с и яз и и происходит структурирование пластической мас­сы. Вязкость её при  этом быстро возрастает и образуется твёрдая структура.
Низкоуглефицированные угли, например, газовые, при термиче­ской деструкции образуют жидкофазные продукты, отличающиеся невысо­кой термической стойкостью и низким пластифицирующим действием. Пластическая масса из жирных и коксовых углей более однородна по со­ставу, содержит меньше низкомолекулярных компонентов. Жидкофазные компоненты удаляются из угольных зёрен при более высоких температурах и обладают хорошим пластифицирующим действием.
Пластическое состояние углей в процессе термической обработки ограничивается определённым температурным интервалом, который имеет большое значение при составлении угольных шихт. Установлено, что и температура образования пластической массы, и температура превращения её в кокс изменяются в зависимости от стадии углефикации: газовые угли
превращаются в пластическое состояние при 320—335° С, жирные — при 330—345° С, коксовые — при 335—372° С и отощенные при ~ 400° С.
С повышением стадии углефикации углей температурный интервал пластического состояния а целом сдвигается в область более высоких тем­ператур, а его абсолютная величина уменьшается: Ж — 70—75° С: К — 35—40° С; ОС — 21—33° С. Коксование является наиболее крупномасштабной отраслью тер­мической переработки углей. Процесс коксования протекает в специальных камерах, которые в совокупности с обогревательными устройствами и сис­темой газоходов называются коксовыми батареями (рис. 79). Каждая каме­ра представляет собой параллелепипед объёмом от 20 до 70 mj (L=14— 18 м, Н=4—7,8 м, В=0,4—0,6 м). В одной батарее группируется до 80 ка­мер.
Технологический процесс коксования по производству кокса состоит из следующих операций: подготовка шихты, спекание кокса, улавливание и переработка выделяющихся химических продуктов, предварительная обра­ботка кокса.
Подготовка шихты включает: приём и складирование углей, усред­нение, составление шихты, дробление, смешение и загрузка шихты в каме­ры. Требования к качеству шихты предусматривают соблюдение постоян­ства состава, крупности (<3 мм) и влажности (7—8%).

Для производства высококачественного металлургического кокса необходимо, чтобы угольная шихта состояла не менее чем на 64% из углей марок Ж, К и ОС. Однако марочная структура добываемых углей на крупнейших угольных бассейнах не удовлетворяет этому требова­нию. В связи с этим ведутся научно-исследовательские разработки по изы­сканию новых технологий, которые обеспечили бы получение кокса тре­буемого качества из шихт с меньшим содержанием хорошо спекающихся углей. К ним относятся: коксование угольных шихт с использованием бри­кетов из слабо спекающихся углей; предварительная термическая обработка угольных шихт и пределах 200—250С из углей с пониженным пласто-метрическим показателем (y=l I —12 мм). Предварительная обработка кокса заключается и его тушении и сортировке на разные по крупности фракции. В настоящее время применяется сухое тушение путём продувания через раскалённый кокс газа охладителя: СОу~-3.9%; СО- —18%; О:—0,2%; И2—6,7%; СИ4—0,5%; N2—70,0%.

                                
1 — регенератор; 2 — газопровод доменного газа; 3 — транспорт на коксосортировку; 4 — коксовая рампа; 5 — коксотушительный вагон; 6 — двересъемная машина; 7 — дверь камеры; 8 — камера коксования; 9 — загрузочный вагон; 10 — газосборщик; 11 — газопро­вод сырого коксового газа; 12 — планир; 13 — штанга коксовыталкивателя; 14 — коксовы­талкиватель
Колошниковое устройство— комплекс механизмов и уст­ройств, обеспечивающих отвод газов из доменной печи и загрузку шихтокомпонентов.
Подробней о коксохимическом производстве расскажут наши авторы в статьях этой рубрики.


Презентация

Контакты

 

 

Контакты

[email protected]

[email protected]

 г. Днепр

тел. +38 (056) 794-36-74

факс. +38 (056) 794-36-75

моб. +38 (050) 320 69 72

ISSN 20760507

Руководитель проекта - Гринев Владимир Анатольевич

Партнеры