Экологические проблемы основных производств (стр. 17 )

Основными потребителями кокса являются черная и цветная металлургия, литейное производство и химическая промышленность.

Кокс в доменном производстве является источникам тепла, восстановителем железных руд и разрыхлителем шихтовых материалов. В литейном производстве кокс является основным источником тепла, необходимого для переплавки чугуна и скрапа.

Кокс также применяют для восстановления свинцовых, оловянных и медных руд, в производстве цинка, для обжига известняка и цемента.

Кокс с размером частиц 10 – 25 мм, т. е. кокс класса 10 – 25 , широко используется в производстве ферросплавов (ферросилиция, феррохрома, ферромарганца и т. п.). Кокс класса 40 – 25 применяют для производства карбида кальция. Коксовая мелочь широко используется для агломерации железных руд.

12.2. Сырье и технология производства кокса

Сырьем для коксования служат специальные сорта каменных углей, способных спекаться (коксующиеся угли). Добываются длиннопламенные (Д), газовые (Г), газожирные (ГЖ), коксовожирные (КЖ), жирные (Ж), коксовые (К), оттощенноспекающиеся (ОС) и тощие (Т) угли. Угли марок ОС, Т, Г, ГЖ, Д дают плохой кокс. Однако ввиду дефицитности коксующихся углей перед коксованием обычно составляют смесь углей разных сортов (шихту). В шихту могут вводиться значительные количества самостоятельно не коксующихся углей, однако с таким расчетом, чтобы суммарные свойства шихты обеспечивали нормальный процесс коксования. Основным свойством, определяющим пригодность шихты для коксования, является ее способность образовывать при нагревании пластический слой достаточной толщины, вязкости и с требуемым ходом термического разложения. Проверка качества углей выполняется в лаборатории. Показателями служат толщина пластического слоя и усадка угля при коксовании. Последняя необходима для обеспечения выдачи «коксового пирога» из печи. Кроме того, состав шихты регламентируется по содержанию золы, серы, влаги и ряда других примесей. Для удаления из компонентов шихты нежелательных примесей угли предварительно обогащают и затем (для придания шихте однородности) тщательно смешивают, дробят (содержание фракции 3 мм в измельченной шихте должно быть около 95%).

В таблице 12.1 представлены данные по производству каменноугольного кокса в период с 1913 по 2000 годы.

Таблица 12.1

Динамика производства каменноугольного кокса в России, СССР и РФ

Год	Производство валового кокса, тыс. т	Год	Производство валового кокса, тыс. т
1913	444,3	1970	7540,4
1927	417,6	1980	8591,5
1937	2002,8	1992	30423,0
1940	2110,1	1994	25392,0
1945	1364,8	1997	25603,0
1955	4359,2	2000	28100,0
1965	6746,2	-	-

Из данной таблицы отчетливо видно, что потребность, а следовательно, и производство кокса постоянно растет. Колебание производства кокса связано с политической обстановкой в стране. Кокс и химические продукты коксования производятся на современных коксохимических заводах, имеющих в своем составе ряд основных производственных цехов и вспомогательных служб.

К основным производственным цехам относятся:

1.  Углеподготовительный цех, где осуществляются прием, хранение, подготовка углей и получение угольной шихты для коксования;

2.  Коксовый цех, в котором происходит термическая переработка угольной шихты с получением кокса и парогазовых продуктов коксования;

3.  Цех охлаждения и улавливания парогазовых продуктов и выделения химических соединений (аммиака, сырого бензола, каменноугольной смолы и др.);

4.  Цех по переработке уловленных продуктов (ректификации, смолоперегонный, пекококсовый и др.).

К вспомогательным службам относятся: железнодорожный и ремонтно-механический цехи, центральная и цеховая заводская лаборатории, отдел технического контроля (ОТК), энергетический и другие отделы.

Технология процесса коксования углей. Коксование осуществляется в высокопроизводительных коксовых печах, обогреваемых низкокалорийным (доменным) или высококалорийным (коксовым и др.) газом. На рис.12.2 представлена одна из существующих схем производства кокса.

Для получения кокса изначально используют смесь углей разных составов. Смешивание углей осуществляется непосредственно на коксовой установке и сопровождается значительным пылением.

Подготовленную угольную смесь перед загрузкой в печную камеру обычно подогревают до » 200°С с тем, чтобы снизить в углях содержание влаги (до 6 – 10%). Предварительный нагрев, способствующий также повышению стабильности кокса, осуществляется в камерах сгорания.

Коксование углей протекает в несколько стадий. При нагревании до 300°С, выделяется небольшое количество легкой смолы, образующейся при расщеплении кислородных соединений, входящих в состав угля. Приблизительно при 350°С уголь размягчается, переходя в тестообразное, пластическое состояние. В расплаве происходит интенсивное разложение угля с выделением так называемых первичных продуктов (первичного газа и первичного дегтя), имеющих сложный состав.

Тяжелые углеродистые остатки от разложения угля спекаются при температуре около 500°С, образуется твердый пористый продукт – полукокс. После охлаждения и конденсации из летучих продуктов выделяют полукоксовую или низкотемпературную смолу, газообразные продукты – полукоксовый газ.

Полукокс находит широкое применение. В частности, он является высокоэффективным бытовым и энергетическим топливом, так как горит практически бездымно, не образуя смол при нагревании, как многие угли, обладает большой реакционной способностью при взаимодействии с кислородом. Полукокс используется также в процессах газификации и при производстве ферросплавов. В последнее время полукокс применяется в качестве промежуточного продукта при производстве формованного металлургического кокса. Буроугольный полукокс можно использовать в шихтах для коксования. Значительный эффект достигается при вдувании измельченного полукокса в доменную печь, где он играет роль топлива, а также химического реагента, что позволяет сэкономить значительное количество доменного кокса из дорогих и дефицитных спекающихся углей.

Полукоксовый газ в основном используется на нагрев топлива и другие нужды на самом предприятии, где проводится коксование. Избыток полукоксового газа может быть использован как бытовое топливо, а также для органического синтеза.

Полукоксовые смолы, в принципе, могут быть сырьем для получения моторных топлив, фенолов, парафинов, углеводородов ароматического ряда, в частности, бензолов, гомологов нафталина и др.

При дальнейшем нагревании полукокс теряет остаточные летучие вещества, главным образом водород, и претерпевает усадку, вызывающую его растрескивание. При температуре от 650°С до 800°С полукокс переходит в кокс среднетемпературного коксования. Выше 950°С полукокс полностью превращается в кокс. Первичные же продукты разложения, соприкасаясь с раскаленными стенками и сводом печи, а также с коксом, подвергаются пиролизу и превращаются во вторичные продукты. В составе газа преобладающими становятся Н2 (50% об.) и СН4 (25% об.). Вторичные продукты улавливаются и используются как ценное сырье для химической промышленности.

В коксовой печи коксование протекает послойно, причем температура слоев снижается от нагретых (свыше 1000°С) стенок печи к середине загрузки. Соответственно этому и состав слоев (начиная от стенок) меняется в последовательности: кокс – полукокс – уголь в пластическом состоянии – сухой уголь – сырой уголь. Коксование считается законченным, когда все увеличивающиеся по толщине слои кокса сойдутся в середине печи. К концу коксования, вследствие усадки, образовавшийся «коксовый пирог» оказывается разделенным пополам швом-разрывом, идущим параллельно стенкам камеры, а каждая половина «пирога» – расчлененной на более или менее крупные куски трещинами, проходящими перпендикулярно стенке. Коксование длится 13 – 18 часов.

По окончании процесса коксования готовый кокс выгружают (выталкивают) из камерных печей. На рис. 12.3 представлена схема коксовой печи.

 

Мокрое тушение кокса. Технологический процесс производства кокса заканчивается выдачей его из печей с температурой 950 - 1100°С. Чтобы предотвратить горение раскаленного кокса после выгрузки из печи, а так же сделать кокс пригодным для транспортировки и хранения, необходимо снизить его температуру до 250 - 100°С, при которой исключается самовозгорание и тление, т. е. кокс необходимо «потушить».

Коксотушильная установка состоит из тушильной башни и отстойников для осветления вод тушения. Под куполом или навесом тушильной башни находиться оросительное устройство, над ним вытяжная труба для отвода водяных паров. Вода на тушение подается в оросительную систему насосами из сборника осветленной воды. Расход свежей воды, поступающей на тушение, зависит от свойств кокса, в среднем он составляет 4 – 5 м³/т кокса. Часть (10 – 15%) воды, идущей на тушение, испаряется, часть остается в коксе. При этом его влажность увеличивается в среднем до 3 – 5%, а все тепло кокса, поглощенное водой, теряется полностью. Большая же часть воды входит в оборотный цикл; вода оборотного цикла загрязняется коксовой мелочью и поступает для осветления в специальные отстойники. После отстоя вода снова используется для тушение кокса. Коксовый шлам грейфером периодически удаляют из отстойников.

Основным недостатком мокрого тушения является потеря тепла (почти половина тепла теряется с парами воды). При мокром тушении в кусках возникают тепловые напряжения, приводящие к образованию трещин и разрушению кокса. При последующем использовании в доменной печи этот кокс подвергается еще большему дроблению. В результате кокс поступает в зону фурм домны с большим содержанием мелочи, что приводит к ухудшению ее работы, т. к. происходит засорение отводящих газы труб коксовой мелочью за счет уноса ее вместе с газовым потоком.