Кокс

9.2. Технология коксохимического производства

Кокс – твердый матово-черный, пористый продукт. Из 1 т сухой шихты получают 650-750кг кокса. Он используется главным образом в черной и цветной металлургии, литейном производстве, а также для газификации, производства карбида кальция, электродов, как реагент и топливо в ряде отраслей химической промышленности. Кокс должен обладать достаточной механической прочностью, так как он может разрушаться в металлургических печах под давлением столба шихты, что нарушает их нормальную работу, снижает производительность и т.п.; он должен обладать теплотворной способностью 31,4 – 33,5 МДж/кг. Кокс получают на коксохимических заводах путем разложения коксующихся углей без доступа воздуха. Показателями качества кокса является горючесть и реакционная способность. Первый характеризует скорость горения кокса, второй – скорость восстановления им двуокиси углерода. Оба эти процесса гетерогенные, скорость их определяется не только составом кокса, но и его пористостью, так как от нее зависит поверхность контакта взаимодействующих фаз. Качество кокса также характеризуется содержанием в нем серы, золы, влаги и выходом летучих.

Сера, содержащаяся в коксе, при доменной плавке переходит в чугун, ухудшая его качество. Допустимое содержание серы в коксе 1,2 – 1,7%. Зола в коксе — это балласт, и содержание ее равно примерно 17%. Выход летучих веществ из кокса составляет около 1,0%. В коксе допустимо до 5% влаги, так как увеличение влажности понижает его теплотворную способность.

Коксовый газ получается в количестве 310 – 340 м3 на 1 т сухого угля. Состав и выход коксового газа определяются главным образом температурой коксования. Из камеры, в которой проводится коксование, выходит так называемый прямой коксовый газ, содержащий газообразные продукты, пары каменноугольной смолы, сырого бензола и воды. После удаления из него смолы, сырого бензола, воды и аммиака получается так называемый обратный коксовый газ, который используется как сырье для химических синтезов. Помимо этого коксовый газ применяется для обогрева коксовых, сталеплавильных и других печей.

Каменноугольная смола – вязкая черно-бурая, со специфическим запахом жидкость, содержащая около 300 различных веществ. Наиболее ценными компонентами смолы являются бензол, толуол, ксилолы, фенол, крезолы, нафталин, антрацен, фенантрен, пиридин, карбазол, кумарон и др. Плотность смолы 1,7 – 1,20 г/см3. Выход смолы составляет от 3 до 4% от массы коксуемого сухого угля. Состав смолы зависит главным образом от температуры коксования, а выход – от температуры и природы исходных углей. С повышением температуры углубляется пиролиз углеводородов, что снижает выход смолы и увеличивает выход газа. Из каменноугольной смолы выделяют около 60 продуктов, используемых в качестве сырья для производства красителей, фармацевтических препаратов, инсектофунгицидов, пластических масс, химических волокон и т.п.

Сырой бензол – это смесь, состоящая из сероуглерода, бензола, толуола, ксилолов, кумарона и других веществ. Выход сырого бензола составляет в среднем 1,1% от массы угля. Выход зависит от состава и свойств исходного угля и температурных условий процесса. При разгонке из сырого бензола получают индивидуальные ароматические углеводороды и смеси углеводородов, служащие сырьем для химической промышленности.

Смола и сырой бензол служат главными источниками получения ароматических углеводородов для химической промышленности.

Надсмольная вода представляет собой слабый водный раствор аммиака и аммонийных солей с примесью фенола, пиридиновых оснований и некоторых других продуктов. Из надсмольной воды при ее переработке выделяется аммиак, который совместно с аммиаком коксового газа используется для получения сульфата -аммония и концентрированной аммиачной воды.

Коксование является одним из старейших химических производств. До середины XIX в. коксование проводилось для производства кокса для металлургии. Со второй половины XIX в. после получения в России Н.Н. Зининым анилина из нитробензола потребовались бензол, толуол, фонолы, крезолы, нафталин, антрацен и другие продукты, содержащиеся в каменноугольной смоле и сыром бензоле. Каменноугольная смола и сырой бензол превращаются из отходов производства в основные и важнейшие продукты. Почти на всех заводах строятся установки, на которых улавливаются каменноугольная смола и сырой бензол. Таким образом, создаются единые коксохимические производства.

Сырьем для коксования служат спекающиеся угли, которые дают прочный и пористый металлургический’ кокс, например коксующиеся угли марки К. В промышленной практике обычно составляется смесь – шихта, состоящая не только из коксующихся углей, но из углей других марок. Это позволяет расширить сырьевую базу коксохимической промышленности, получить качественный кокс и обеспечить высокий выход смолы, сырого бензола и коксового газа. В углях, используемых для коксования, количество влаги должно быть в пределах 5…9%, золы до 7%, серы до 2%.

Технологический процесс химического производства начинается с подготовки сырья и приготовления шихты. Поступающий на предприятие уголь разделяется по составу и свойствам на группы, дробится и перемешивается, затем проходит стадию обогащения путем грохочения, обеспыливания, флотации и других процессов с целью устранения посторонних примесей.

Далее компоненты шихты подвергаются сушке и окончательному дроблению до крупности зерен не более 3 мм. Подготовленные компоненты шихты подаются в смесительные машины и затем в бункеры-накопители угольной башни.

Готовая шихта определенными дозами высыпается в бункеры загрузочного вагона, который доставляет ее в камеры коксовой батареи (рис. 9.1).

Нагревание угля сопровождается физическими и химическими превращениями: до 250 °С испаряется влага, выделяются окись и двуокись углерода; около 300° С начинается выделение паров смолы и образование так называемой пирогенетической воды; выше 350°С уголь переходит в пластическое состояние; при 500-550°С наблюдается разложение пластической массы с выделением первичных продуктов (газа и смолы) и твердение ее с образованием полукокса. Повышение температуры до 700°С приводит к разложению полукокса, выделению из него газообразных продуктов; выше 700°С преимущественно происходит упрочнение кокса. Летучие продукты, соприкасаясь с раскаленным коксом, нагретыми стенками и сводом камеры, в которой происходит коксование, превращаются в сложную смесь паров (с преобладанием соединений ароматического ряда) и газов, содержащих водород, метан и др. Большая часть серы исходных углей и все минеральные вещества остаются в коксе.

Рис. 9.1. Устройство коксовой батареи:

1 – коксовыталкиватель; 2 – газосборник; 3 – стояк; 4 – люк; 5 – загрузочный вагон; 6 – башня для тушения; 7 – герметичная дверь; 8 – рампа; 9 – тушильный вагон; 10 – газопровод; 11 – коксовая камера; 12 – регенератор; 13 – простенок; 14 – угольная башня 3000 т.

Устройство и работа коксовых печей – аппаратов косвенного нагрева, в которых тепло к коксуемому углю от греющих газов передается через стенку. Основным фактором, определяющим протекание процесса коксования, является повышение температуры, которое необходимо для нагрева шихты до температуры сухой перегонки и проведения эндотермических реакций коксования. Предел повышения температуры ограничивается снижением выхода смолы и. сырого бензола, изменением состава продуктов коксования, нарушением прочности огнеупорных материалов, используемых для кладки печей.

Коксовая печь или батарея (рис. 9.1.) состоит из 61-69 параллельно работающих камер 11, представляющих собой длинные, узкие каналы прямоугольного сечения, выложенные из огнеупорного кирпича (динаса). Каждая камера вмещает от 15 до 23т шихты, имеет переднюю и заднюю съемные двери, которые в момент загрузки камеры плотно закрыты и снимаются при выгрузке кокса. В своде камеры находятся загрузочные люки 4, которые открываются при загрузке угля и закрыты в период коксования. По рельсовому пути, расположенному над коксовыми камерами, перемещается загрузочный вагон 5, который через загрузочные люки подает шихту в коксовые камеры. Вдоль одной из сторон батареи по рельсовому пути перемещается коксовыталкиватель 1 – машина, которая после окончания процесса коксования вскрывает двери камеры и выталкивает образовавшийся кокс. С другой стороны по рельсовому пути перемещается тушильный вагон 9, который принимает раскаленный кокс, транспортирует его под башню тушения 6 и затем выгружает на рампу 8. Нагревание угля в камере происходит через стенки камеры дымовыми газами, проходящими по обогревательным простенкам, расположенным между камерами. Горячие дымовые газы получаются в результате сжигания доменного, обратного коксового или реже генераторного газов. Тепло дымовых газов, выходящих из обогревательного простенка, используется в регенераторах 12 для нагрева воздуха и газообразного топлива, поступающих на обогрев коксовых печей, в результате чего увеличивается тепловой кпд печи. При работе коксовой камеры для обеспечения равномерности прогрева угольной загрузки необходимо правильно выбрать габариты камеры и равномерно распределить греющие газы в обогревательном простенке. Ширина камеры обычно составляет 400-450 мм. Длина камеры ограничивается статической прочностью простенков, трудностью удаления кокса из камеры, сложностью распределения газов в обогревательном простенке. Длина камеры равна примерно 14м. Высота камеры определяется в основном условиями равномерного обогрева ее по высоте. С этой точки зрения удовлетворительные результаты получаются при высоте камеры около 5,5 м.

Р

Рис. 9.2. Разрез камеры с шихтой:

1 – стенка камеры; 2 – кокс; 3 – уголь в пластическом состоянии; 4 – неизмельченная шихта; 5 — полукокс

авномерное распределение греющих газов достигается разделением обогревательных простенков вертикальными перегородками на ряд каналов, называемых вертикалами. По вертикалам движутся греющие газы, которые отдают тепло стенкам камеры и уходят в регенераторы. Разность температуры между греющими газами в обогревательном канале и угольной шихтой изменяется во времени. После загрузки камеры шихтой значение ее велико, в холодную шихту в единицу времени поступает большое количество тепла, и уголь у стенок камер начинает коксоваться. Однако средние слои шихты при этом остаются холодными.

По мере прогрева угля разность температур постепен-но уменьшается, количество передаваемого тепла в единицу времени падает, но все же вследствие непрерывного при-тока тепла от газов происходит постепенное повышение темпе-ратуры по сечению камеры. Поэтому состояние материалов в камере во время коксования (рис. 9.2): у стенок будет слой образовавшегося кокса, далее при снижении температуры от стенок к оси камеры распо-лагается слой полукокса, затем угля, находящегося в пласти-ческом состоянии, и наконец в центре камеры неизменная шихта. Через 12-14 ч темпе-ратура по сечению выравнивается, слои перемещаются к оси камеры и постепенно угольная загрузка прококсовывается. Таким образом, по окончанию процесса коксования нагревающие устройства отключаются, стояки переключаются, к дверям камеры подводится выталкиватель, который выгружает коксовый пирог в тушильный вагон, медленно движущийся вдоль батареи. Затем выталкиватель навешивает двери освободившейся камеры и отправляется к следующей камере, а загрузочный вагон открывает загрузочные люки и производит загрузку новой дозы шихты.

Продолжительность выгрузки-загрузки камеры составляет около 15 минут. Поэтому для рационального использования механизмов число камер в батарее доводят до 70.

Выгруженный кокс подвергается тушению, так как при соприкосновении с воздухом он загорается.

Тушильный вагон доставляет его в башню, где кокс гасится водой, а после тушения высыпается на рампу, где остывает в течение 20 минут. Остывший кокс транспортируется на сортировку.

Выход кокса составляет 70-80% от массы шихты. Производительность одной кокосовой батареи составляет около 1500т кокса в сутки. В зависимости от назначения кокс делится на доменный, литейный, энергетический (предназначенный для получения ферросплавов, карбида кальция, электродов, для агломерации железных руд).

Выход продуктов из 1 т шихты, %, на Авдеевском коксохимическом заводе

Кокс сухой валовой – 75,3

Пековый кокс – 0,02

Смола каменноугольная – 3,85

Нафталин – 0,15

Бензол каменноугольный – 0,87

Фталевый ангидрид – 0,001

Сульфат аммония – 0,01

Обратный кокс газ – 12,8

Серная кислота – 0,007

Повышение экономической эффективности коксохимического производства достигается, прежде всего, совершенствованием технологии получения кокса. Так, внедрение непрерывного способа коксования позволяет снизить себестоимость кокса в среднем на 30% и повысить производительность труда в 3 раза по сравнению с обычным способом. Значительный эффект достигается при внедрении метода сухого (инертными газами) тушения кокса, позволяющего улучшить его качество и повысить производительность коксохимического производства.

Технология коксохимического производства (стр. 1 из 2)

Технология коксохимического производства

Введение

Основным сырьём для коксохимической промышленности служат угли. Структура и строение углей могут быть изучены при помощи микроскопа. Грубая структура угля, обнаруживаемая невооруженным глазом, называется макроструктурой. Обычный микроскоп позволяет видеть тонкую структуру угля, называемую микроструктурой/

В углях можно различить более или менее однородную блестящую массу (витрен), сероватую массу (дюрен), содержащую различные включения, волокнистую часть (фюзен), похожую на древесный уголь, и минеральные включения. Витрен, дюрен и фюзен — основные компоненты угля, представляющие его петрографический состав/

При использовании каменных углей для коксования необходимо знать также их технический состав, спекаемость, коксуемость, распределение минеральных примесей в классах углей по их крупности и насыпной вес угольной шихты/

Под техническим составом топлива обычно подразумевают данные, характеризующие техническую применимость топлива. Технический состав угля определяется содержанием влаги и минеральных примесей, выходом летучих веществ, содержанием серы и фосфора, углерода, водорода и азота, а также теплотой сгорания топлива/

Влажность углей

При нагревании угля до 100 – 105°С из него испаряется вода. Количество испаренной воды при этих условиях обычно выражают в процентах к весу топлива и называют содержанием влаги в углях, или короче — влажностью углей

Содержание минеральных примесей в угле характеризуется его зольностью. Зольность топлива определяется по выходу остатка после сжигания угля при температуре 800°С. Зольность угля, как и влажность, выражается в процентах к его весу. Чем меньше зольность исходной шихты, тем меньше зольность получаемого металлургического кокса.

Выход летучих веществ

Представляет собой количество образовавшихся газообразных продуктов в результате различных химических реакций в процессе термического разложения топлива. Выход летучих веществ характеризует химический возраст (зрелость) углей. Чем меньше выход летучих веществ из углей, тем выше их возраст.

Спекаемость углей

Так называется способность смеси угольных зерен образовывать при нагревании без доступа воздуха спекшийся или сплавленный нелетучий остаток. Спекание углей — результат процессов термической деструкции, вызывающий переход их в пластическое состояние с последующим образованием полукокса, протекает главным образом в зоне температур 400 – 450°С.

Коксуемость углей

Обуславливается совокупностью всех процессов, которые протекают при нагреве их до более высоких температур (1000 – 1100°С) и включают, кроме процессов спекания, упрочнение и усадку материала полукокса и кокса, образование трещин и другие явления. Поэтому коксуемостью называют способность угля самостоятельно или в смеси с другими углями при определенных условиях подготовки и нагревания до высоких температур образовывать кусковой пористый материал — кокс, обладающий определенной крупностью и механической прочностью.

Таким образом, понятия «спекаемость» и «коксуемость» различны. В первом случае мы имеем дело со способностью углей спекаться, а во втором — со способностью углей давать металлургический кокс.

Группы углей обычно обозначаются начальными буквами их названий. Буквами Д, Г, Ж, К, О, С и Т обозначены: длиннопламенные, газовые, жирные, коксовые, отощенные, спекающиеся и тощие угли. Вышеприведенный ряд углей характеризуется увеличением степени их химической зрелости (возраста). Часто для обозначения групп углей применяют их сочетание или дополнительные индексы, подразделяющие группы углей на подгруппы. Систематизация углей по группам и маркам представляет собой их классификацию.

Подготовка углей к коксованию

Качество полученного кокса зависит в значительной мере от подготовки углей и правильности составления угольной шихты. На коксохимические заводы уголь поступает обычно с многих шахт и углеобогатительных фабрик, и специалист должен не только знать свойства и состав углей, но и умело составлять из них смесь, которая дает наилучший кокс. Составление угольных шихт для коксования (шихтование) производится эмпирически. Одно из основных требований к качеству кокса — высокая прочность при достаточной крупности. Поэтому спекаемость угольной шихты как фактор, обеспечивающий высокую прочность коксового вещества, должна быть всегда достаточной.

Однако при чрезмерно большой спекаемости, как, например, углей марок ПЖ и некоторых Г, получается кокс с высокой прочностью вещества, но мелкий, пористый и непригодный для доменных плавок. Чрезмерно отощенные угли или шихты при коксовании дают кокс крупный, но непрочный, легко истирающийся, также непригодный для доменных плавок. Отсюда следует, что спекаемость угольной шихты должна иметь оптимальное значение.

Для получения качественного кокса необходимо провести предварительную подготовку угольного материала к процессу коксования. Подготовка углей к коксованию включает ряд технологических процессов: обогащение, усреднение состава углей, дробление, грохочение, дозирование, уплотнение, сушку и др.

Угли при обогащении проходят обычно следующие технологические операции:

· разгрузка в углеприемные ямы, передача в дозировочные бункеры или же прямо на обогатительную фабрику;

· дозирование углей и передача их в заданной пропорции транспортером на грохоты;

· отделение крупных кусков углей размером более 80 мм (на грохотах), дробление крупных кусков углей и присоединение дробленого продукта к рядовому углю;

· грохочение — разделение смеси сыпучих материалов на несколько классов по их крупности при помощи аппаратов, называемых грохотами; поверхности грохота, имеющие отверстия для прохождения материала, называются ситами, или решетами;

· разделение рядового угля на классы с размером кусков 10 – 80 мм и 0 – 10 мм;

· обогащение класса 10 – 80 мм на отсадочных машинах, реожелобах, в сепараторах с тяжелой жидкостью или какими-либо другими способами;

· подача класса 0 – 10 мм на обеспыливающие устройства или грохот для удаления пыли (шлама);

· обогащение обеспыленного мелкого класса углей;

· передача пыли (шлама) на обогащение методом флотации. При отсутствии флотационной установки мелочь в необогащенном виде может быть присажена к концентрату или промежуточному продукту.

При выборе схемы подготовки углей к коксованию необходимо стремиться, прежде всего, к получению кокса наивысшего качества. Качество кокса будет тем выше, чем однороднее шихта по составу частиц угля. Частицы отощающего угля, имеющие меньший выход летучих веществ и пониженную спекаемость, должны более тонко дробиться по сравнению с углями других марок. Особенно тонко должны быть раздроблены минерализованные частицы шихты. Они не спекаются и около них в процессе коксования возникают трещины, понижающие качество кокса. С другой стороны, передрабливание угольных частиц ведет к образованию большого количества пыли, приводит к уменьшению насыпной плотности шихты и к понижению ее спекаемости. Все это указывает на то, что схема дробления углей должна выбираться, прежде всего, с учетом распределения минеральных примесей в угольных частицах.

В России широкое распространение получили две схемы подготовки углей к коксованию: схема «ДШ» (дробления шихты) и схема «ДК» (дробления компонентов). Выбор схемы подготовки углей зависит, прежде всего, от качества применяемых для приготовления шихты углей и от имеющегося на предприятии технологического оборудования.

Одним из факторов, влияющим на качество кокса, является спекаемость углей. Одним из весьма эффективных способов повышения спекаемости угольных шихт является их механическое уплотнение. Для этого шихту загружают слоями в специальный металлический ящик, имеющий форму камеры печи для коксования. Этот ящик устанавливают на машине, выталкивающей кокс из печи (коксовыталкивателе). Стены ящика могут сниматься или раздвигаться. Слои угля в ящике уплотняют специальными механическими трамбовками. Если уголь содержит 8 – 12% влаги, то из него получается не рассыпающийся достаточно крепкий блок, который можно на металлической подине, как на лопате, ввести в камеру коксования. В результате коксования такого блока получается спекшийся пирог кокса, который далее обычным образом выдают из камер коксования. Трамбование позволяет получить кокс лучшего качества из слабоспекающихся угольных шихт.

Кокс хорошего качества можно получить из слабоспекающихся углей также и в том случае, если их массу уплотнить путем брикетирования. Брикеты каменных углей можно добавлять в обычную шихту и загружать вместе с ней в камеры для коксования. Этот способ в настоящее время нашел широкое применение.

Устройство коксовых печей

Коксохимические заводы сооружаются, как правило, вблизи металлургических заводов и входят в их состав, либо существуют как отдельные предприятия. Коксохимическая промышленность отличается высокой концентрацией производства, т. е. заводы являются весьма мощными и имеют высокую производительность.

Современные печи для коксования углей представляют собой горизонтальные прямоугольные камеры, выложенные из огнеупорного материала. Камеры течей обогреваются через боковые стены. Печи располагаются в ряд и объединяются в батареи для уменьшения потери тепла и достижения компактности. В типовую батарею печей с шириной камер 410 мм входят обычно 65 печей, а в батарею большой емкости с камерами шириною 450 мм входят 77 печей. Обычные камеры имеют полезный объем 20 – 21,6 м3 , а печи большой емкости — 30 м3 . Ширина печей более 450 мм нецелесообразна из-за ухудшения качества кокса (повышения истираемости). Для облегчения выталкивания кокса из камеры коксования ширину камеры со стороны выдачи кокса делают на 40 – 50 мм шире, чем с машинной стороны. Таким образом, камера имеет вид конуса. Основные, конструктивные элементы коксовой батареи показаны на рис. 4. За основные элементы батареи надо принять следующие: фундамент, регенераторы, корнюрную зону, зону обогревательных простенков, перекрытия простенков и перекрытия камер.

Технологические схемы углеподготовки

Первая стадия производства − подготовка углей к коксованию осуществляется в углеподготовительных цехах. Вначале уголь различных марок поступает на склады завода, затем его дробят, обогащают, дозируют и усредняют на всех стадиях технологического передела для получения готовой угольной шихты. Угольную шихту можно обогащать, если она составлена из необогащенных углей. Готовая шихта направляется в угольные башни коксового цеха.

На второй стадии производства (собственно коксование углей) угольную шихту загружают в камеру коксования, в которой под действием высокой температуры без доступа воздуха шихта превращается в кокс, коксовый газ и химические продукты.

Третья стадия производства − выделение из коксового газа химических продуктов коксования осуществляется в химических цехах, отделениях. Коксовый газ после извлечения из него ценных химических веществ направляют по газопроводам потребителям или возвращают на обогрев коксовых батарей.

На четвертой стадии производства осуществляется переработка первичных продуктов коксования: каменноугольной смолы, сырого бензола, сырых пиридиновых оснований, фенолов и др.

Типы коксохимических предприятий:

  1. заводы с полным циклом коксохимического производства, строящиеся отдельно от металлургических предприятий;
  2. коксохимические цеха (производства), входящие в состав металлургического завода (комбината) и строящиеся на одной площадке с ним.

Генеральным планом коксохимического завода предусматривается следующая схема горизонтальной планировки. Коксовый цех, как правило, располагается в центре заводской площадки, что обеспечивает четкое разграничение химических и углеподготовительного цехов. Химические цеха располагаются с машинной стороны коксовых печей, а углеподготовительный может располагаться с коксовой или с машинной стороны.

Основные стадии подготовки угля к коксованию:

  • обогащения,
  • измельчения
  • составления шихты (шихтовки).

Шихтовкой называют процесс составления максимально однородной угольной смеси из различных по физическим и химическим свойствам горючей массы углей в строго установленной пропорции. Процесс шихтовки состоит из двух последовательных операций − дозирования и смешения.

В связи с ухудшением сырьевой базы и увеличением доли газовых углей в шихте качество кокса и постоянство его свойств в основном зависят, при прочих равных условиях, от оборудования и технологических схем углеподготовительных цехов.

Схема углеподготовки − это схема цепи аппаратов, в которых производятся различные процессы. Определяется схема местом расположения отделения окончательного измельчения шихты или отдельных ее компонентов.

В зависимости от свойств углей применяют измельчение (дробление) шихты − схема ДШ, измельчение отдельных компонентов − схема ДК, групповое дробление компонентов − ГДК, дифференцированное дробление компонентов − ДДК, избирательное дробление шихты или компонентов с пневмосепарацией − ИД.

Следует напомнить, что по определению комитета по терминологии еще АН СССР дробление определяется как уменьшение размеров материала до крупности более 5 мм, а измельчение − это уменьшение размеров материала до крупности менее 5 мм. В производстве и в технической литературе часто смемивают эти понятия, и старое наименование схем подготовки угольной шихты часто подразумевает понятие не дробления, а измельчения (например, название схемы − ДШ, ДК, ИД и пр.).

Выбор технологической схемы углеподготовки решается в зависимости от особенностей угольной сырьевой базы коксования. Например, на заводах Украины, работающих преимущественно с использованием углей Донецкого бассейна, подготовку шихты осуществляют преимущественно по схемам дробления компонентов (ДК), группового (ГДК) и дифференцированного (ДДК) дробления компонентов, позволяющим увеличить плотность шихты на 2−2, 5% и улучшить показатели прочности кокса. Для петрографически неоднородных углей (сырьевая база России) предпочтителен процесс избирательного дробления шихты с пневмомеханической сепарацией; при этом значительно улучшаются качественные показатели металлургического кокса, и расширяется угольная сырьевая база.

Измельчение шихты позволяет улучшить ее коксуемость в результате повышения однородности дисперсной массы, что приводит к улучшению качества кокса. Однако значительное измельчение шихты может привести к отрицательным результатам. Поскольку плотность насыпной массы шихты зависит от степени ее измельчения, определяющей экономические показатели работы углеподготовительного и коксового цехов, то для шихт разного состава находят оптимальную степень измельчения.

При одной и той же степени измельчения, характеризуемой содержанием классов < 3 мм, различные способы подготовки шихты могут давать в конечном продукте различное содержание пыли (класс крупности < 0,5 мм).

При подготовке углей к коксованию необходимо достигать оптимального соотношения классов крупности в шихте для обеспечения более высокой плотности загрузки; избегать образования большого количества тонких классов, снижающих спекаемость углей. Крупные классы шихты по спекаемости, зольности и петрографическому составу не должны резко отличаться от остальных классов.

Способы измельчения углей:

  • При обычном способе ДШ измельчают всю массу шихты. Более твердые компоненты будут иметь большую крупность, чем легко дробимые компоненты.
  • В случае дифференцированного измельчения (ДК, ДДК, ГДК) каждый компонент или некоторые из компонентов шихты измельчают до заданной степени. Этот способ обеспечивает регулирование степени измельчения компонентов шихты.
  • При избирательном измельчении помолу подвергают только крупные классы угля или шихты, при этом измельчение отдельных классов может осуществляться дифференцированно. Разделение на классы может производиться при помощи грохотов и центробежных отделителей или гравитационным способом в кипящем слое.

Используя любой из указанных способов, можно достичь необходимую степень измельчения. При этом содержание тонких классов (0−0, 5 мм) в шихте получается меньше при избирательном измельчении и, в особенности, при воздушной сепарации в кипящем слое.

Основными положительными результатами подготовки угля к коксованию методом избирательного измельчения является уменьшение зольности, уменьшение содержания дюрена и увеличение содержания витринита в крупных классах.

При любом из указанных способов слабоспекающиеся компоненты (дюрен) должны иметь большую степень измельчения, а хорошо спекающиеся − меньшую.

Положение оптимума измельчения изменяется в зависимости от глубины обогащения углей, их петрографического состава и спекаемости. Чем более уголь минерализован и петрографически неоднороден, тем выше должна быть степень измельчения угля для получения более прочного кокса.

Для уплотнения угольной шихты применяют обмасливание, трамбование, брикетирование и гранулирование всей или части угольной загрузки.

Коксование углей

Коксотушильный вагон перед башней мокрого тушения

Внешние изображения

Углеподготовка

Коксовый цех

Угольная башня

Вид сверху на строящуюся коксовую батарею

Наверху коксовой батареи

Коксовая батарея со стороны выдачи кокса

Коксовыталкиватель

Выдача кокса

Коксовая печь

Коксотушильный вагон с горящим коксом

Коксовая рампа и башня тушения

Установка сухого тушения кокса

Коксосортировка и погрузка товарного кокса

Широко распространённый технологический процесс, состоящий из следующих стадий: подготовка к коксованию, собственно коксование, улавливание и переработка летучих продуктов.

Подготовка включает обогащение (для удаления минеральных примесей) низкосернистых, малозольных, коксующихся углей, измельчение до зёрен размером около 0,3 мм, смешение нескольких сортов угля, сушка полученной шихты.

Коксовая печь — технологический агрегат, в котором осуществляется коксование каменного угля (на заводе бездымного топлива, Южный Уэльс)

Для коксования шихту загружают в щелевидную коксовую печь (ширина 400—450 мм, объём 30—40 м3). Каналы боковых простенков печей, выложенных огнеупорным кирпичом, обогреваются продуктами сгорания газов: коксового (чаще всего), доменного, генераторного, их смесей и др.

Продолжительность нагрева составляет 14—16 часов. Температура процесса — 900—1050 °C. Полученный кокс (75—78 % от массы исходного угля) в виде так называемого «коксового пирога» (спёкшейся пластической массы) — выталкивается специальными машинами («коксовыталкивателями») в железнодорожные вагоны, в которых охлаждается («тушится») водой или газом (азотом).

При 250 градусах Цельсия из угля испаряется вода, улетучиваются угарный газ и углекислый газ, при 350 градусах улетучиваются углеводороды, соединения азота и фосфора, при 500 градусах происходит спекание — образуется полукокс, при 700 градусах и больше улетучивается водород и образуется кокс.

Парогазовая смесь выделяющихся летучих продуктов (до 25 % от массы угля) отводится через газосборник для улавливания и переработки. Для разделения летучие продукты охлаждают впрыскиванием распыленной воды (от 70 °C до 80 °C) — при этом из паровой фазы выделяется большая часть смол, дальнейшее охлаждение парогазовой смеси проводят в кожухотрубчатых холодильниках (до 25—35 °C). Конденсаты объединяют и отстаиванием выделяют надсмольную воду и каменноугольную смолу. Затем сырой коксовый газ последовательно очищают от NH3 и H2S, промывают поглотительным маслом (для улавливания сырого бензола и фенола), серной кислотой (для улавливания пиридиновых оснований). Очищенный коксовый газ (14—15 % от массы угля) используют в качестве топлива для обогрева батареи коксовых печей и для других целей.

Из надсмольной воды (9—12 % от массы угля) отгонкой с паром выделяют: NH3 (в виде концентрированной аммиачной воды), фенолы, пиридиновые основания. Очищенную воду после разбавления технической водой направляют на тушение кокса или на биологическую очистку сточных вод на очистные сооружения.

Каменноугольная смола (3—4 % от массы угля) является сложной смесью органических веществ (в настоящее время идентифицировано только ~60 % компонентов смолы — более 500 веществ). Смолу методом ректификации подвергают разделению на фракции: нафталиновую, поглотительную, антраценовую и каменноугольный пёк. Из них, в свою очередь, кристаллизацией, фильтрованием, прессованием и химической очисткой выделяют: нафталин, антрацен, фенантрен, фенолы и каменноугольные масла.

Коксохимические заводы являются одним из крупнейших потребителей каменного угля — до ¼ мировой добычи.

Коксование тяжёлых нефтяных остатков

Нефтяной кокс получают коксованием жидких нефтяных остатков и пеков, при крекинге и пиролизе продуктов перегонки нефти, электродный пековый кокс — коксованием высокоплавкого каменноугольного пека. Нефтяной и электродный пековый кокс являются основным сырьём для производства электродов. Нефтяной и электродный пековый кокс имеют по сравнению с каменноугольным очень низкую зольность, как правило, не выше 0,3 % (до 0,8 % у нефтяного кокса).

Коксование тяжёлых нефтяных остатков является разновидностью глубокого термического крекинга углеводородов с целью получения нефтяного кокса и газойлевых фракций. Осуществляется при 420—560 °C и давлениях до 0,65 МПа. Продолжительность процесса варьирует от десятков минут до десятков часов. Сырьём для процесса служат: тяжёлые фракции перегонки нефти, остатки деасфальтизации, термического и каталитического крекинга, пиролиза бензинов и газойлей.

Сущность процесса состоит в последовательном протекании реакций крекинга, дегидрирования, циклизации, ароматизации, поликонденсации и уплотнения с образованием сплошного «коксового пирога». Выделяющиеся летучие продукты подвергают ректификации для выделения целевых фракций и их стабилизации, кубовый остаток возвращают в процесс. Готовый кокс периодически выгружают, подвергают сушке и прокаливанию.

По аппаратурному оформлению различают: замедленное коксование в необогреваемых камерах (для получения малозольного кокса), обогреваемых кубах (для получения электродного и специальных видов кокса), коксование в «кипящем слое» порошкообразного кокса (так называемый «термоконтактный крекинг»). При сочетании последнего способа с газификацией кокса в процесс могут быть вовлечены кроме нефтяных остатков природные асфальты и битумы.

> См. также

  • Сухая перегонка
  • Коксовая батарея

Немного истории

В 1735 году были впервые применены коксовые печи. Они имели камеры сгорания закрытого типа. Тогда же впервые для плавки чугуна не использовали древесный уголь.

Но справедливости ради необходимо отметить, что первое упоминание о коксование угля пришли еще из Китая, в первом веке до н.э. В провинции Юньнань использовали процесс нагревания угля идентичный тому, что все еще используется сегодняшними металлургами. Сырье поддавалось термической обработке в камерах без доступа воздуха.

Производство кокса в дореволюционной России сильно тормозилось. 1913 год промышленность выдала только 4,5 млн. т кокса. Это лишь на 20% покрывало внутренние потребности страны. Более того, не совершенство технологий того времени не позволяло эффективно использовать газовый кокс, он просто выбрасывался в атмосферу. Поэтому у многих до сих пор, есть устойчивые ассоциации о коксовой промышленности: вечно висящие черные тучи, специфический запах по утрам.

Вплоть до 1929 года производство кокса в России, что называется буксовало на одном месте. Уровень выработки неукоснительно сокращался и только с установлением мирных процессов в обществе, КП начала новый виток развития. Причиной тому стало открытие сразу нескольких новых месторождений, дающих сырье, чтобы производить кокс – уголь, подходящий для переработки коксованием. Это на весь мир известные: Кузнецкий, Карагандинский, Печорский угольные бассейны. Тогда же по всей стране началось строительство коксохимических заводов.

Стакер на угольном разрезе

Основные производители на территории страны

Сегодня на территории России создан крупный промышленный холдинг (ПМХ) в состав, которого входят предприятия, производящие кокс.

коксовый цех

Параллельно с этим работает, входящий в группу НЛМК — ОАО «Алтай-кокс», . Хотя именно это предприятия стартовало только в 1981 году, Алтайский край один из первых принял участие в развитии коксовой промышленности в целом. Начало было положено еще в середине 17 века. Сегодня город Заринск фактически существует за счет того, что было открыто предприятие «Алтай-кокс», только в 2006 оно вошло в состав «Новолипецкого металлургического комбината». Поставки идут для многих зарубежных партнеров.

Также известен далеко за пределами России Московский коксогазовый завод, сокращенно «Москокс». Одной из отраслей предприятия является производство кокса для нужд промышленности. «Московский коксогазовый завод» входит в группу «Мечел».

Часть территории «Московского газового завода» — на фото коксовые батареи, где запекается уголь

Еще одно крупное предприятие, которое невозможно не упомянуть — «Череповецкий металлургический комбинат» — это второй по величине сталелитейный комбинат в России, входит в состав группы компаний «Северсталь». Имеет в своем составе коксохимическое производство.

Коксовый цех Череповецкого металлургического комбината

Основные отличия сырья для металлургической отрасли

На внешний вид каменноугольный кокс представляет россыпи различных фракций темно-серого (или даже черного) цвета. Это твердый пористый продукт. Плотность кокса разделяется на истинную и кажущуюся. Первая составляет 1.80-1.95 г/см3, вторая – приблизительно единица.

Однако эта величина может меняться в зависимости от условий получения, сырья (шихты), других технологических тонкостей. Так, при высоком содержании газовых углей прочность конечного продукта уменьшается. Но при этом наблюдается более легкая воспламеняемость материала.

Если понимать, как делают кокс из угля, то совсем нетрудно увеличить прочность, иногда заменяемую понятием истирание. Это достигается созданием условий для более длительного процесса коксования, что выполняется в основном за счет снижения температуры. Если в первом случае коксование идет при Т 1050 градусов, то во втором – около 950.

Видео: Как делается кокс на ОАО «Кокс» (Кемеровский коксохимический завод)

Уже было отмечено, где используется кокс, но есть потребность немного повторится:

  1. Плавка чугуна, где требуется высококачественное (с низкой долей серы) бездымное сырье.
  2. Материал для восстановления железной руды.
  3. Обогащение шихты.
  4. Литейное производство, как ваграночное топливо, используемое для эксплуатации специальных печей.

Все виды представляют кокс металлургический, но между первым и четвертым пунктами огромная пропасть по типу сырьевой базы. Суть отличий понятна в большей степени специалистам.

Для выплавки чугуна используют кокс доменный. К которому предъявляется ряд специфических требований. Часть из них регламентируется ГОСТ 5.1261-72 (с внесенными изменениями в 1974 году).

Выплавка чугуна

Туда входят такие параметры:

  • зольность и серность (средние и предельные значения);
  • выход летучих веществ;
  • два вида показателя прочности М25 и М10;
  • допустимый процент присутствия кусков менее 25 мм (максимум 3%);
  • средний размер фракции 25-40 мм, но не более 80.

В свою очередь кокс литейный считается более пригодным продуктом для металлургии. Размер фракций варьируется в диапазоне 60-80 мм. Желающий кокс литейный купить могут согласовывать потребности предприятия с ГОСТ 3340-88, по которому регламентируется изготовление этого вида сырья. В нем описываются все те же параметры, что и для доменной разновидности. При этом есть только один показатель прочности М40, который на самом деле имеет промежуточное значение между М10 и М25.

Кокс литейный и цена на него интересует предприятия, занимающиеся производством:

  • стали;
  • ферросплавов;
  • машиностроением;
  • в других отраслях тяжелой промышленности.

Если сравнивать показатели перечисленных параметров, нетрудно убедиться в том, что литейный кокс в металлургии ценится за следующее:

  • меньшее содержание серы (не более 1%);
  • слабое выделение легкоиспаряющихся веществ;
  • низкая электрическая проводимость;
  • высокая реакционная способность;
  • повышенная калорийность.

Но следует отметить, что для производства ферросплавов используют мелкие фракции, размером от 10 до 25 мм. Это не подходит под описание чисто литейного продукта, однако качественное содержимое – да. Поэтому в этой отрасли используют так называемые отходы (побочный продукт).

Схема загрузки кокса и шихты в доменную печь при производстве чугуна

Важная характеристика, влияющая на свойства – пористость

Угольный кокс, как и другие, имеет слабые места трех видов, это следующие:

  • трещины;
  • пор;
  • спекшиеся включения.

Наличие этих дефектов сильно влияет на твердость выходного материала. Производство кокса, технология получения качественного продукта уже могут учитывать некоторые факторы, которые позволяют регулировать получение данных дефектов.

Наличие последних, как и размер пор металлургического кокса сильно влияют на его горючесть, реакционную способность. Это как раз важные характеристики, за которые один вид сырья предпочитают другому (как, например, в случае с производством ферросплавов).

Температура горения кокса в технологическом процессе крайне важна, как и ее постоянство. Если доменная печь будет «разогреваться» не стабильным пламенем, которое могут вызывать наличествующие дефекты, качество литейного продукта значительно ухудшится и будет непредсказуемым.

Таблица: Требования к литейному коксу по ГОСТ 3340-88

Наименование показателя

Норма для марки и класса

Метод испытания

КЛ 1

КЛ 2

КЛ 3

60 мм и более 10 мм и более 60 мм и более 40 мм и более 60 мм и более 40 мм и более
1. Массовая доля общей серы Sdt %, не более

0,6

1,0

1,4

По ГОСТ 8606 или ГОСТ 4339
2. Зольность Ad, % не более

12,0

11,0

11,5

По ГОСТ 27564
3. Массовая доля общей влаги в рабочем состоянии топлива Wrt, % не более

5,0

5,0

5,0

По ГОСТ 27588
4. Показатель прочности М40, % не более

76

73

78

77

78

77

По ГОСТ 8929
5. Массовая доля кусков размером менее нижнего предела, % не более

В том числе кусков менее 40 мм, % не более

14 (20)

5

6

14 (20)

5

6

14 (20)

5

6

По ГОСТ 5954

При этом наличие самих пор не всегда становится проблемой для фактической твердости материала. Гораздо важнее, как много из отверстий ослаблены трещинами, именно этот дефект считается наиболее опасным для металлургического кокса.

Образование пор, как и твердость материала регламентируют следующим:

  • тщательным отбором сырья под производство (фракции, состав, прочее);
  • выбором температурного режима;
  • длительностью процесса коксования.

Для литейного кокса подбираются параметры, позволяющие получать материал с мельчайшими порами, чем для доменного аналога.

Производство кокса и нефтепродуктов

Эта отрасль промышленности сравнительно недавно стала осваиваться российскими предприятиями. Сырьевая база для не прокаленного или прокаленного нефтяного кокса – это в основном остатки термической переработки основного продукта:

  • мазуты;
  • смолы и асфальтены (коксообразующие вещества);
  • крекинг отходы и нефтяные пеки.

Кокс из нефти отличают по процентной доле содержания серы в общей массе:

  • малосернистые;
  • сернистые;
  • высокосернистые.

Если для первой группы содержание серы не превышает одного процента, то в последней этого элемента может быть более 2.

Так выглядит нефтяной кокс

Кокс металлургический и ГОСТы, которым следует его производство мало, чем отличается для тех классификационных параметров, что должны быть присущи и нефтяному переработанному сырью. Поэтому здесь правомерно говорить о разной зольности, размерности, кажущейся и действительной плотности. Химический состав нефтяного кокса (цена за тонну зависит именно от состава) принципиального не отличается от каменноугольного и в целом металлургического. В него входят такие элементы: углерод в районе 90-95%, сера до 3%, водород не более 1%, соединение азота и кислорода около 1.5%. Остаток занимают металлы.

Отличительной чертой нефтяного кокса можно считать наличие классической маркировки, от которой зависит область применения этих материалов. Названия отличные от предлагаемых расшифровок чаще являются простонародными или используемыми частными лицами (учеными) для описания продукта.

Так, например, кокс нефтяной анодный имеет маркировку КЗА. Производится при медленном коксовании, на выходе получают фракции размером 8-250 мм. Используют для получения анодной массы, необходимой при производстве алюминия. Откуда и получил свое неформальное название.

Марка КНПС-КМ применяется для изготовления коррозионноустойчивой аппаратуры, с первоначальным получением конструкционных материалов. Как и марку КНПС-СМ его получают коксованием смолы.

Нефтяной кокс и применение не ограничивается перечисленным. Это прекрасный материал для получения карбидов кремния и кальция, на сегодня высоко востребованные материалы в машиностроении, образующих защитных пленках, строительстве.

А вот производство игольчатого кокса в России пока только получает импульсы к развитию. Так, например, в сентябре 2017 года на Омский завод прибыло оборудование, которое позволит в ближайшие несколько лет начать самостоятельный выпуск именно нефтяного игольчатого кокса. До этого момента предприятие закупало сырьевую базу за рубежом.

Структура игольчатого кокса

Игольчатый кокс востребован в атомной, космической, химической и металлургической промышленностях. Его иногда называют кокс нефтяной электродный, поскольку используют для изготовления соответствующих изделий, обладающих низким электрическим сопротивлением и таким же по значимости, коэффициентом термического расширения.

Нефтяной кокс и цена за тонну на экспорт, вопрос еще обсуждаемый. Так как его производство не имеет таких масштабов, в которых заинтересован даже российский потребитель. А производство игольчатого нефтяного кокса и вовсе только налаживается (это направление отрасли едва ли отпраздновало десятилетие).

Еще одно видео про производство кокса:

Виды кокса

Сегодня необходимые для образования кокса температуры без труда нагнетаются в специализированных печах. Это дает возможность изготавливать кокс как из угля, так и из нефтепродуктов. В зависимости от состава и качества базового сырья, а также от техники переработки, можно получить несколько разновидностей продукта:

  • Нефтяной. Имеет низкую зольность до 0, 8 %. Нефтяную разновидность получают посредством пиролиза и крекинга жидких отходов нефтеперерабатывающей промышленности.
  • Электродный пековый. По техническим характеристикам достаточно близок нефтяному коксу. Зольность данной разновидности не превышает 0,3 %. Электродный пековый кокс — это результат коксования каменноугольного пека в условиях высокого температурного режима.
  • Каменноугольный. Одна из самых распространенных разновидностей. В зависимости от качества (химического состава) исходного сырья и принципа коксования каменного угля выделяют доменный, литейный, бытовой и другие узкоспециальные виды кокса.

В целом каменноугольный вид можно охарактеризовать, как твердое, пористое вещество серого цвета, получаемое в процессе сухой перегонки каменного угля. Однако в зависимости от разновидности и назначения, характеристики будут меняться.

По качеству получаемого сырья доменный кокс считается лучшим вариантом из всех разновидностей каменноугольного. Содержание серы в этом продукте составляет 2 %. Доменный или кузнечный кокс правильной консистенции имеет куски размером 25-80 мм. Допускается присутствие примеси из гранул меньшей фракции, но их количественное соотношение не должно превышать 3% от общей массы вещества.

Литейный кокс отличается от доменного преобладанием более крупных кусков: от 60 мм. А также меньшим содержанием серы: до 1 %.

Бытовой кокс наименее прочный из всех разновидностей, что не мешает ему пользоваться постоянным спросом. Больше чем бытовой, востребован мелкий кокс или орешек. В промышленных масштабах используют кокс с фракцией 10-25 мм.

Особенности производства

Производство нефтяного кокса российскими промышленниками стало осваиваться совсем недавно. Но перспективы этой отрасли пророчат большие. Нефтяной кокс изготавливают из вторсырья. Что делает его производство более выгодным с экономической точки зрения и позволяет рационально использовать природные ресурсы.

В зависимости от используемого сырья, этот вид будет различаться по содержанию серы в готовом продукте: малосернистые (содержат до 1% серы), сернистые и высокосернистые (свыше 2%).

Самой популярной разновидностью считается каменноугольный кокс. Ежегодно в мире производится порядка 400 миллионов тонн этого вещества (из общего количества производимого кокса 600 миллионов тонн).

Качество каменноугольного кокса зависит от состава пласта, из которого был добыт уголь. Например, наличие газового угля приведет к получению кусков более мелкого размера, снизит прочность кокса и повысит пористость.

Повысить прочность можно увеличив температуру плавления. А медленный разогрев и длительное время прокаливания коксуемой смеси позволяют получить более крупную фракцию.

Применение

Нефтяной и электродный пековый применяются при производстве сварочных электродов, изготовлении алюминия, огнеупорных материалов и др. В тяжелой промышленности, и в частности машиностроении применяют литейный кокс, отличающийся малым выделением летучего вещества и отсутствием электропроводимости. С его помощью производят стальные сплавы. Кокс мелкой фракции незаменим для изготовления ферросплавов.

Доменный кокс используют при производстве чугуна, с его помощью восстанавливают железную руду и разрыхляют шихтовые материалы.

Химическая промышленность активно применяет кокс при изготовлении таких элементов, как фосфор, кремний, сернистый натрий и другие. Пищевая промышленность обращается к использованию кокса для выработки сахарного песка.

Кокс востребован во многих отраслях промышленности, каждая из которых специализируется на применении продукта определенного «сорта», обладающего особенными техническими и химическими характеристиками. Однако определенная универсальность при классификации кокса все же присутствует. На любом производстве предпочитают работать с сырьем высокой прочности, малой зольности, минимальным содержанием серы и мелких фракций.

Свойства

Кокс представляет собой твердый материал с пористой структурой. Цвет может варьировать от серого до черного.

Основными показателями качества кокса считаются:

  • массовая доля серы;
  • зольность;
  • влага (не более 3%);
  • выделение летучего вещества;
  • размер гранул; прочность.

Любая разновидность кокса обладает следующими свойствами:

  1. Физические. Газопроницаемость и прочность. Устойчивость к механическим повреждениям проверяется в специальных барабанах.
  2. Физико-химические. Главным здесь является показатель скорости окисления (горючесть) и скорости взаимодействия вещества с оксидом углерода (так называемая реакционная способность). Также к этой группе свойств относят электропроводность. У качественного кокса этот показатель практически отсутствует.
  3. Химические. Наличие различных химических элементов в составе готового продукта.

Свойства во многом зависят от соблюдения технологии коксования и состава химических элементов в исходном сырье.

В целом, изготовление кокса довольно трудоемкий процесс, требующий специального оборудования, специализированных знаний и занимающий довольно много времени. Но, в итоге, затраченные ресурсы окупает широкий спектр применения, экологическая, экономическая и рациональная составляющая использования это продукта.

Кокс: формула, виды, применение

Кокс — это твердый продукт термической обработки без доступа кислорода различного вида топлива (торфа, угля, нефти или древесины). В ходе этого процесса концентрация углерода в исходном веществе повышается, а количество влаги и примесей снижается до минимальных значений. Благодаря этому кокс является очень хорошим топливом, которое горит при достаточно высоких температурах почти без дыма.

Кокс, как и сырье для его изготовления — это смесь многих веществ. Определить их точно невозможно. В химии формулу кокса узнать пока нельзя. Можно лишь определить некоторые его характеристики: содержание углерода, серы, иных примесей, а также влажность. Поэтому под определением «химическая формула кокса» в данной статье можно понимать вышеозначенные характеристики.

Существуют также промежуточные вещества, называемые полукоксами. Их изготавливают при более низкой температуре (обычно в два раза меньшей), чем при получении обычного кокса. Их также используют в промышленности. По виду топлива, из которого кокс изготавливают, вещество делят на несколько видов.

Нефтяной кокс

Нефтяной кокс — это твердый остаток, получаемый после переработки нефти и ее производных. Сама нефть имеет множество сортов, поэтому и получаемый кокс имеет множество разновидностей по составу. Имеет темно-серый или черный цвет. Содержание углерода может доходить до 99,5 %. По формуле этот кокс — почти чистый углерод.

Сырьем для производства нефтяного кокса служат густые остатки после перегонки нефти: гудрон или мазут. Коксование осуществляется при относительно низкой для данного процесса температуре — 480-560 °С и пониженном давлении. Причина низкой температуры в том, что исходные вещества и так содержат достаточно много углерода в своем составе, его необходимо лишь довести до предельного значения.

Из-за высокого содержания углерода подобный кокс применяется для изготовления электродов, карбидов кальция или кремния, шлифовочных материалов, проводников, как восстановители в химической промышленности. Нефтяной кокс довольно инертен, поэтому иногда его используют для изготовления химически- и термостойких деталей и аппаратуры.

Физико-химические свойства

Выше 900 °C легко восстанавливает СО2 (С + СО2 = 2СО); при 1000 °C скорость процесса (стандартная реакционная способность кокса) в расчете на 1 г кокса 0,1—0,2 мл СО2 за 1 с, энергия активации 140—200 кДж/моль. Скорость взаимодействия с О2 (С +О2 = СО2), или горючесть кокса, значительно выше, чем с СО2, и составляет при 500 °C около 0,1 мл О2 за 1 с, энергия активации 100—140 кДж/моль.

Физико-химические свойства кокса каменноугольного определяются его структурой, приближающейся к гексагональной слоистой структуре графита. Структура кокса характеризуется неполной упорядоченностью: отдельные фрагменты (слои), связанные Ван-дер-Ваальсовыми силами, статистически занимают несколько возможных положений (например, накладываются один на другой). Наряду с атомами углерода в пространственной решетке кокса, особенно в её периферийной части, могут располагаться гетероатомы (S, N, O).

Строение и свойства кокса каменноугольного зависят от состава угольной шихты, конечной температуры и скорости нагрева коксуемой массы. С увеличением содержания в шихте газовых и др. углей, характеризующихся малой степенью метаморфизма, понижением конечной температуры коксования и уменьшением выдержки при этой температуре, реакционная способность и горючесть получаемого кокса возрастает. При увеличении содержания газовых углей в шихте прочность и средняя крупность кусков кокса уменьшаются, а пористость его возрастает. Повышение конечной температуры коксования способствует увеличению прочности кокса каменноугольного, особенно к истиранию. При удлинении периода коксования и снижении скорости нагрева коксуемой массы средняя крупность кусков кокса увеличивается.

Применение

Кокс каменноугольный применяют для выплавки чугуна (доменный кокс) как высококачественное бездымное топливо, восстановитель железной руды, разрыхлитель шихтовых материалов. Кокс каменноугольный используют так же, как ваграночное топливо в литейном производстве (литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), в химической и ферросплавной отраслях промышленности (специальные виды кокса). Доменный кокс должен иметь размеры кусков не менее 25—40 мм при ограниченном содержании кусков менее 25 мм (не более 3 %) и более 80 мм. 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 серы, которое не должно превышать 1 % (в доменном коксе до 2 %). 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. Требования по прочности к бытовому коксу менее жесткие, чем к доменному и литейному. Во всех производствах лучшее сырье — наиболее прочный малозольный и малосернистый кокс, содержащий небольшое количество мелких фракций. Современное мировое производство кокса каменноугольного составляет около 550—650 млн т/год. От 60 до 70 % мирового производства осуществляется в КНР.

Коксующийся уголь

Коксующиеся угли, в отличие от других каменных углей, при нагревании без доступа воздуха переходят в пластическое состояние и спекаются. Коксующиеся угли характеризуются в необогащённом виде или в концентратах зольностью менее 10 % и низким содержанием S (менее 3,5 %), выход летучих веществ (Vdaf) 15-37 %. По способности к коксообразованию коксующиеся угли подразделяются на 5 категорий — коксовые, жирные, отощённые коксовые, газовые и слабоспекающиеся. В CCCP отнесение углей к группе коксующихся углей прежде всего базировалось на их пригодности для производства кондиционного доменного кокса. В действовавших в CCCP классификациях к коксующимся углям относили угли марок Г, ГЖ, Ж, КЖ, К, К2, OC и CC. Значительными запасами коксующихся углей располагают CНГ (Донецкий, Печорский, Кизеловский, Кузнецкий, Карагандинский, Южно-Якутский, Тунгусский и другие бассейны), США (Аппалачский, Западный, Юинта, Грин-Ривер и др.), Великобритания (Нортамберлендский, Южно-Уэльский, Ланкаширский и Йоркширский бассейны), ФРГ (Нижнерейнско-Вестфальский, или Рурский, Нижневестфальский), Польша (Верхне- и Нижнесилезский, Люблинский), Бельгия (Льежский), Индия (Бокаро, Ранигандж, Джхария), Канада (Альберта), Австралия (Боуэн, Новый Южный Уэльс), KHP (Шаньси, Датун), Mонголия (Таван-Толгой), Чехия (Остравско-Карвинский и Трутновский); ограниченные по запасам месторождения известны также во Франции (Саарско-Лотарингский, Hop и Па-де-Кале, Аквитанский бассейны), в Испании (Астурийский и Южно-Кантабрийский бассейны), Венгрии, Румынии, Югославии, Турции, Японии, Иране, Афганистане, Мексике, Бразилии, Аргентине. Коксующиеся угли выявлены также в ЮАР (Витбанк), Зимбабве (Саби), Мозамбике.

Около 10 % каменного угля подвергается коксованию.

Характеристики коксующегося угля:

  • Возможность приобретать пластическое состояние и при определённой температуре — спекаться.
  • Более высокие температуры сгорания.
  • Меньшее содержание примесей.

Основное отличие коксового угля от энергетического — наличие в коксующемся угле витрена (от лат. vitrum — стекло). Особенностью витрена является то, что при высокой температуре он способен плавиться и обретает свойство спекания (склеивания) микрочастиц угля в плотную массу — кокс. Чем больше в угле витрена, тем выше его качество коксования.

Вам также может понравиться

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *