 |
Коксование каменных углей. Сырье, устройство коксовой батареии, химизм процесса. Переработка твердого топлива.
|
|
|
|
В настоящее время переработка твердого топлива ведется комплексно при этом получается свыше 200 наименований продуктов.
Способы выокотемпературной переработки топлива (каменного угля).
1. Газификация.
2. Гидрогенезация.
3. Пиролиз (коксование).
1. Это превращение органической части твердого топлива в смесь газов путем неполного окисления воздухом, водяным паром, кислородом или их смесями при температуре 1000 градусов. Ведется в металлических аппаратах, которые называются газогенераторы. Существует подземная газификация низкокалорийных сортов каменного угля.
Сырьевая база.
Низкосортный каменный уголь, торф и сланцы.
Продукты.
Воздушный (СО + N2), водяной (CO + H2), паровоздушный и парокислородный газогенераторный газ.
2. Содержание водорода в нефти составляет 12%. Содержание водорода в каменном угле составляет 8%. Если повысить содержание водорода в каменном угле, то он превратится в жидкость. Для этого проводят гидрогенезацию угля.
Условия.
Температура 300-600 градусов. Давление 200-700 атм. Процесс может проводиться в присутствии и без катализатора. В качестве источника водорода используется молекулярный водород, а также оргаанические вещества, которые могут служить донором водорода.
Одновременно они могут являться и растворителем. В процессе гидрогенезации идет разрушение межмолекулярных связей и внутримолекулярных связей. Попутно восстанавливаются гетероциклические соединения, содержащие кислород, азот и серу с образование воды и сероводорода. При этом получается газовая фаза, жидкая фаза, которые могут перерабатываться в моторное топливо и высококипящие остатки, которые могут быть наравлены на коксование.
|
|
|
3. Пиролиз - это продолжительное нагревание топлива в закрытых реакторах без доступа воздуха при этом происходит *** и вторичное превращение продуктов распада в результате следующих реакций: алкилирование, ароматизация, полимеризация, поликонденсация.
Это все эндотермические процессы требующие подвода большого количества тепла. Различают:
1. Полукоксование (500-600 градусов)
2. Коксование (пиролиз 900-1100 градусов).
Полукоксование.
Цель: получение синтетического жидкого и газообразного топлива, а также химического сырья.
Сырье.
Некоксующийся каменный уголь, торф, сланцы.
Продукты.
1. От 6-25% газ используется как топливо. Состав: УВ от 20-40%, СО2 от 20-50%.
2. смола от 10-20%. Этоисточник искуственного маторного топлива - бензина, киросина, газойль.
3. Полукокс - хрупкий кусковой материал или порошок. Используется для газификации или как компонент шихты для коксования.
Коксование.
Сырье: используются коксующиеся каменные угли. В промышленности готовят шихту, которя состоит из коксующегося каменного угля и угля других низкосортных марок. Это позволяет расширить сырьевую базу.
Перед использованием уголь дробят и сушат. Продукты коксования: коксовый газ, используется как топливо, а также для выделения водорода в чистом виде, этилена и метана. Коксовая смола - это густая, черная, вязкая жидкость, содержащая около 10000 продуктов.концентрация многих веществ не превышает 1%. Из смолы в настоящее время выделяют около 300 продуктов. Кокс - это прочный легкий пористый материал, содержащий до 98% углерода. Используется в доменных печах в качестве теплоносителя и восстановителя. Около 15% кокса используется в химической промышленности в качестве сырья. Напрмер, получеие карбида кальция. Сульфат бария используется в качестве удобрения.
Теоретические основы коксования каменного угля.
Коксование каменного угля это многостадийный гетерогенный эндотермический процесс идущий в твердой фазе и газовой фазе.
|
|
|
Стадии процесса.
1. Подсушка шихты до 100 градусов.
2. Пластическое состояние (400-500 градусов).
3. Полукоксование (600-650).
4. Образование кокса (650-1000).
При нмгревании коксовой камеры шихта у стенки камеры разогревается и начинается химический процесс, который постепенно переходит в среднюю часть камеры. При температуре 200 градуов начинается выделение паров воды свободной и связанной. При темп6ратуре 350 градусов за счет выделения воды уголь превращается в вязкий пластический слой, который постепенно распространяется вглубь слоя. При температуре 500 градусов за счет расщепления полициклических соединений с разрывом боковых радикалов образуются первичные продукты коксования: газовая фаза с преимущественным содеожанием метана и этиленовых углеводородов, пары первичной смолы, содежащие парафиновые, ароматические углеводороды, нафтеновые углеводороды, фенолы и другие. Образующиеся пары н в состоянии преодолеть сопротивление пластического слоя и направляются к стенкам камеры, накоторых они плдвергаются процессу пиролиза.
При темп6ратуре 600-700 градусов из первичных продуктов коксования возле стенок начинают образовываться вторичные продукты коксовния, главной составной частьюю которых являются водород и пары каменноугоьнй смолы, содержащей преимущественно ароматические углеводороды. При температуре 900 гиадуов заканчивается образование газов. Полужидкая маса в камере пронизывается порми во всем объеме и затвердевает. В дальнейшем она спекается с образованием коксового пирога. При температуре 950 градусов пирог отходит от стенок, растрескивается и раскалывается на куски, когда температура в середине камеры достигнет 1000 градусов процесс заканчиуается.
Аппаратура.
Коксовая печь это сложный агрегат, состоящий из камеры коксования 1, обогревательных простенков 2, в которых производится сжигание отопительных газов, регенераторов 6, которые используются для подогрева воздуха и отопительного газа и для утилизации тепла отходящих газов, вагон для загрузки сырья, коксовыталкиватель служит для выгрузки кокса из коксовых камер, машина для семки и установи дверей с коксовых камер, коксотушильный вагон с электровозом, камеры коксования в количестве 60-80 штук компануются в батареи, батареи компануются в блоки. В целом каждый блок это аппарат непрерывного действия. Каждая камера работает как аппарат периодического действия. Одни камеры находятся на загрузке, в других камерах производится процесс коксования, в третьх производится выгрузка продукта. Процесс коксования длится 14-16 часов.
|
|
|
Камера коксования 1 - это реактор косвенного нагрева: тепло передается коксующемуся углю через стенку. В камере имеется 2 обогревательных простенка и прямоугольное сечение (длина 14-15 м, высота 5-6 м, ширина 0,4 м). Внутренняя часть выложена огнупорным гинасовым кирпичом. В каеру коксования через 3 загрузочных люка загружается шихта массой 30 тонн. Вверху камеры имеются также отверстия для отвода коксового газа.
Обогревательные простенки 2 это каналы шириной 0,8 м, котрые разделены 27 перегородками, в каждой секции имеется горелка для сжигания коксовогг или природного газа в токе воздуха. При сжигании температура достигает 1500 градусов. Вверху над камерами имеются перекидные каналы для топочных газов.
Регенераторы 6 - это камеры, заполненные кирпичной насадкой для аккумулирования тепла. Одну камеру коксования обслуживает 4 регенератора, работающие попарно. Через 2 регенератора пропускают воздух и топочный газ. Через 2 другие отходят топочные газы с температурой 1400 градусов в противоположном направлении. Через 20 минут направление этих двух потокв меняетчя на противоположное. Таким путем беспечивается работа регенератора и достиается равномерныйобогрев коксовой камеры слева и справа.
Технологическая схема процесса коксования.
В камеру коксования 1 загружается из вагона шихта чер6з загрузочнге устройство в количестве 30 тонн. Перед этим с помощью специальной машины на камере были укреплены слева и справа. Для достижения необходимой тепературы в отопительных простенках 2 (1500 градусов) и экономии тепла воздух и тпочный газ предварительно подогревают в 2-х соседних регеераторах 6, предварительно нагретых топочными газами. При использовании коксового газа можно направлять газ непосредственно прямо на горелку без использования газа. Подогретый топочный газ и воздух по касым ходам 5 поступают в отопительные простенки 2. Газы поступают на горелки и температура топочных газов может достигать 15000 градусов. Продукты сгорания из несколький секций около5 собираются в горизонтальных каналах 3 и по перекидному каналу 4 поступают в отопительный простенок обогревающий камеру коксов с другой стороны.
|
|
|
После этого топочные газы отдают своетепло соседней паре регенераторов 6 до температуры 350 градусов, а далее по борову в дымовую трубу. Через каждые 20 минут направление топочных газов меняется на противоположное. Через 14-17 часов температура достигает 1000 градусов.
Для завершения процесса открывают заглушки вверху камеры и стравливают коксовый газ в трубопровод. Для снижения температуры коксового газа в него вбрызгиваю надсмольную воду.
С помощью специальной машины снимают двери. Далее коксовыталкиватель выгружает коксовый пирог в тушильный вагон, который отвозит его в тушильную камеру. При соприкосновении с воздухом кокс загорается поэтому его приходится тушить водой. В тушильной камере на 1 тону кокса расходуется до 5 м3 воды. При мокром тушении теряется большое количество тепловой энергии. В СССР были разработаны установки сухого тушения кокса в герметически закрытых камерах. В качестве хладоагента используется смесь 80% азота + углекислый газ. Полувенный газ с температурой 800 градусов направляется в котел утилизатор, где из него производится водной пар. Экономия 50-60 млн. тонн условного топлива в год. Охлажденный кокс далее высыпается для охлаждения на бетонированные площадки и подвергается сортировки. Частицы размером 20-50 мм идут на производство чугуна и стали. Мелкий кокс идет на производство электродов, газогенероторного газа, карбида кальция. Выход 70-80% от массы шихты.
|
|
|
