Дополнительный материал по выполнению практических работ и домашних заданий по курсу «Основы технологических производственных процессов» (стр. 1 )

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УГТУ - УПИ

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

по выполнению практических работ и домашних заданий

по курсу «Основы технологических производственных процессов»

для студентов факультета экономики и управления, филиалов и представительств университета по специальностям:

060600 «Управление внешнеэкономической деятельностью предприятий»,

060500 «Банковское дело», 060500 «Бухгалтерский учет и аудит»,

060400 «Финансы и кредит»

Автор: доцент, к. т.н.

Кафедра химической технологии топлива и промышленной экологии

Екатеринбург 2005

ХРЕСТОМАТИЯ

Лотош основных производств в природопользовании. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. Экон. ун-та, 1998. 536 с.

(библиотека УГТУ – УПИ)

С. 130 – 155 (соответствует разделу 10 рабочей программы).

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Химическая технология органических веществ………………………………………………………...3

2. Коксохимическое производство…………………………4

3.Переработки нефти………………………………………..10

3.1. Характеристика нефтепродуктов……………………...11

3.2. Методы переработки……………………………………13

3.3. Прямая перегонка нефти (физический метод)…………14

3.4.Химические методы………………………………………...17

4. Загрязнение и защита окружающей среды в нефтяной отрасли……………………………………………………21

5. Комплексная переработка природных газов сложного

состава…………………………………………………………24

1. Химическая технология органических веществ

К органическим относятся вещества, в состав которых входит углерод. Исключения составляют его простейшие соединения, напри­мер оксиды углерода, угольная кислота, ее соли и некоторые другие вещества, которые по свойствам близки к неорганическим соединени­ям. Наряду с углеродом в состав органических веществ входят водород, кислород и азот, значительно реже - сера и фосфор, галогены и некоторые металлы (порознь или в различных комбинациях).

Производится до 600 тыс. органических соединений, и число их продолжает быстро расти за счет синтеза веществ, в природе не встречающихся, но играющих существенную роль в жизни человече­ского сообщества (пластмасс, каучуков, синтетических волокон, краси­телей, взрывчатых веществ, пестицидов, лекарственных препаратов).

Наиболее важным источником органических соединений явля­ется нефть, состоящая в основном из смеси углеводородов различного строения. Большие запасы последних содержатся также в природном газе, каменном угле, торфе, горючих сланцах. Богаты органическими веществами растительный и животный миры нашей планеты.

В данной главе рассмотрены наиболее крупнотоннажные и экологически напряженные технологии переработки жидкого, твердого и газообразного органических веществ природного происхождения со­ответственно в кокс, нефтепродукты и др., охарактеризовано произ­водство важнейших и наиболее широко распространенных из высоко­молекулярных соединений (целлюлозы, пластмасс, резины).

2. Коксохимическое производство

Основным сырьем для этого передела является каменный уголь. Главная цель его переработки - получение кокса.

Кокс служит основным видом топлива в ряде металлургиче­ских процессов. Его широко применяют в доменном производстве, в вагранках литейных цехов, в шахтных печах цветной металлургии. Коксовая мелочь является основным видом топлива при агломерации железных руд. Однако значение процессов коксования этим не огра­ничивается. Получаемые попутно с коксом нецелевые продукты (газ, смолы, бензол и т. д.) используют как сырье для ряда других произ­водств (фотохимия, парфюмерия, лаки, анилиновые краски, пластмас­сы, взрывчатые вещества, медикаменты и т. п.). Химическая продук­ция современных коксохимических заводов составляет около 40 /о стоимости кокса.

Коксованию подвергают специальные сорта неокисленных ка­менных углей, способных в процессе сухой перегонки превращаться в твердую спекшуюся массу с высокими техническими и другими специ­фическими свойствами (реакционной способностью, горючестью, тем­пературой воспламенения).

Технологический процесс коксохимического завода включает подготовку шихты, сухую перегонку (без доступа воздуха) и спекание угля при температурах 1100-1200ºС (коксование), улавливание выде­ляющихся химических продуктов и обработку пека.

Подготовка шихты состоит из приема и складирования уг­лей, их усреднения, дозирования компонентов шихты, ее обогащения и последующего обезвоживания. Крупнокусковой уголь перед обогаще­нием предварительно измельчают до крупности 0-80 мм. Уголь обо­гащают на поршневой отсадочной машине, в тяжелых суспензиях или флотацией. Обогащение при выходе концентрата 66-73 /о уменьшает зольность угля в 2-3 раза, позволяет частично удалить из него пиритную и сульфатную серу. Промпродукт используют для энергетических нужд, хвосты поступают в отвал. Обезвоживание снижает влажность концентрата до 7-8 /о, после чего его дробят до фракции 3-0 мм в молотковых дробилках или дезинтеграторах.

Спекание шихты - основной этап производства кокса, осуще­ствляемый в коксовых печах.

Коксовые печи представляют собой камеру в форме вытяну­того параллелепипеда с габаритами по высоте, длине, ширине до 8 х 18 х 0,65 м и вмещают свыше 22 т сухой шихты, из которой полу­чают около 17 т кокса. Группа из 45-70 камер составляет одну коксовую батарею. Между камерами расположены обогревательные про­стенки в виде вертикальных котлов (вертикалов), в которых движутся продукты горения доменного газа. Вертикалы в верхней части соеди­нены перекидными каналами. Воздух для сжигания газа предваритель­но подогревают до 900-1100 С в кирпичных регенераторах, расположенных в нижней части коксовой батареи. На каждую камеру прихо­дится два регенератора, один из которых нагревается продуктами го­рения, прошедшимb по вертикалу, а затем выбрасываемыми с темпе­ратурой 300-400 С. В другом регенераторе, разогретом ранее, проис­ходит подогрев доменного газа, сгорающего в нижней части вертикала (рис.1). Через некоторое время (примерно 20 мин) направление движения газов изменяют - в нагретый регенератор подают газ и воз­дух, а в охлажденный - продукты горения. На рис.1 первый период показан сплошными, а второй - пунктирными линиями.

Рис.1. Разрез коксовой батареи с перекидными каналами и схема потоков газа:

1 - перекидной канал; 2 - камера коксования; 3 - обогревательный простенок (вертикал); 4 - регенератор; I" - газ; В - воздух; ПГ - продукты горения

В тех случаях, когда коксовый газ, более калорийный, чем доменный, не используется для нагревания мартеновских печей и аг­регатов термообработки металла, его применяют для отопления коксо­вых батарей. Газ в этом случае не подогревают, и оба регенератора используют только для повышения температура подаваемого воздуха.

В камерах коксования, работающих периодически, по мере роста температуры из шихты вначале удаляются пары воды и летучие вещества. При 350º С и продолжающемся выделении летучих начинается разложение угля с выделением смол. При 350-500 ºС шихта пе­реходит в пластическое состояние. Механизм перехода состоит в том, что образующийся при разложении каменного угля битум расплавляет­ся и начинает растворять остаточный уголь, формируя вязкую пла­стичную массу. При дальнейшем нагревании эта масса разлагается с выделением летучих веществ, частицы угля вспучиваются, плавкая масса затекает во все пустоты, давая однородный расплав, который постепенно отвердевает, превращаясь в пек (полукокс). Наконец, при повышении температуры до 1000-1100ºС получают кокс (спекшуюся массу). Спекание коксующегося угля сопровождается усадкой и появ­лением пор. Выделяющиеся смола и летучие вещества из верхней час­ти камеры отсасываются для химической переработки.

Поскольку коксовая камера прогревается от стенок к ее цен­тру, то и описанные стадии коксования идут в этом же направлении. Процесс считают законченным, когда и в центре камеры вся шихта превращается в кокс. Продолжительность коксования в зависимости от ширины камеры и системы обогрева составляет 15,0-17,5 ч. Совре­менные батареи производят до 2,0 тыс. т кокса в сутки.

Загрузка коксовой камеры производится через люки, распо­ложенные в своде печи. Для выдачи готового кокса открывают две противоположные дверцы, закрывающие оба конца сквозной коксовой камеры, и раскаленный кокс при помощи коксовыталкивателя выдав­ливается из нее. Загрузка шихты и выгрузка кокса происходят во всех камерах батареи последовательно, так что эти операции во времени распределяются равномерно.

Вытолкнутый из камеры кокс попадает в стальной вагон, ко­торым передается в тушильную башню для мокрого или сухого туше­ния. Эта операция позволяет предотвратить горение раскаленного кок­са. Мокрое тушение предусматривает охлаждение кокса под сильным напором тонких водяных струй, при этом тепло кокса не утилизирует­ся. Сухое тушение производят азотом, который, нагревшись до 750-800 ºС, передает тепло паровым котлам. Влажность затушенного кокса не превышает 5 %. После тушения кокс фракционируют на грохотах, куски, содержащие не менее 90 % кл. 25-60 мм, направляют в до­менную плавку. Более мелкий кокс используют как энергетическое топливо и на аглофабриках.

Готовый металлургический кокс имеет серебряный или матово-серо-черный цвета, при постукивании издает металлический звук. Его качество определяется содержанием летучих, золы, серы, влаги, физи­ко-химическими и физическими свойствами. Нормальное содержание летучих в коксе составляет 0,9-1,25 %, более 1,5 % их указывает на наличие «недопала» (недококсованного угля). Содержание золы в коксе равно обычно 8-12, редко 26 %, серы - 0,5-2,0 %. Часть пиритной и сульфатной серы удаляется при коксовании. Горючая масса достигает 85-96% при ее теплотворной способности 33-35,5 кДж/кг. Механическая прочность лучшего кокса после стандартных испытаний в барабане не ниже 72-86% (выход класса + 40 мм), а фракция менее 10 мм не превышает 8,5-10,0 %. Пористость кокса при насыпной массе 450 кг/м составляет 49-53 %, а температура его воспламенения варьирует в пределах 600-750 ºС.