К печати и в свет
Скачати 388.44 Kb.
|
1 2
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ К печати и в светразрешаю на основании “Единых правил”, п.2.6.14 Заместитель первого проректора– начальник организационно– методического управления В.Б.Юскаев КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙпо курсу“Общая химическая технология” для студентов специальности 6.090200 всех форм обучения Часть 4Все цитаты, цифровой и фактический материал, библиографические сведе ния проверены, написание единиц соответствует стандартам Составители: И.Г. Воробьева Л.М. Миронович Ответственный за выпуск С.Ю.Лебедев Декан заочного факультета В.Я.Стороженко ^ / Составители: И.Г.Воробьева, Л.М. Миронович. – Сумы: Изд–во СумГУ, 2007. –Ч.4. – 41 с.Кафедра общей химии Конспект лекций по курсу «Общая химическая технология» предназначен для самостоятельного изучения курса студентами. ^ “Общая химическая технология” для студентов специальности 6.090200 всех форм обучения Часть 4Ответственный за выпуск С.Ю.Лебедев ^ Редактор Е. А. Пугаева Подп. в печать , поз. Формат 60х84/16. Бумага офс. Гарнитура Times New Roman Cyr. Печать офс. Усл.печ.л. Уч.–изд.л. Тираж 100 экз. Себестоимость изд. Заказ № Издательство СумГУ при Сумском государственном университете 40007, г.Сумы , ул. Р.– Корсакова, 2 Свидетельство о внесении субъекта издательского дела в Государственный реестр ДК № 2365 от 08.12.2005. Напечатано в типографии СумГУ 40007, г.Сумы , ул. Р.– Корсакова, 2. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ^ “Общая химическая технология” для студентов специальности 6.090200 всех форм обучения Часть 4СумыИзд-во СумГУ2007МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ^ “Общая химическая технология” для студентов специальности 6.090200 всех форм обучения Часть 4Утверждено на заседании кафедры общей химии как конспект лекций по курсу «Общая химическая технология». Протокол № 4 от 26.01.2007 года Сумы ^ Глава VII ПЕРЕРАБОТКА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА 7.1 Виды и происхождение твердых топлив Твердые топлива, используемые как источник энергии и сырье для химического производства, подразделяются на топлива естественного происхождения – природные - и топлива искусственные – синтетические. К природным топливам относятся торф, бурые и каменные угли, антрацит, горючие сланцы. Они называются также ископаемыми твердыми топливами. Искусственными топливами являются каменноугольный, торфяной и нефтяной кокс, полученные пирогенетической переработкой различных видов природного топлива, а также брикеты и угольная пыль – продукты механической переработки твердого топлива. ^ (твердым горючим ископаемым) называются естественные твердые горючие вещества органического происхождения, образовавшиеся из остатков отмерших растений и планктонов в результате бактериального воздействия. В земной коре твердые горючие ископаемые находятся в виде углеродистых осадочных пород, образующих месторождения или бассейны. Все ископаемые твердые топлива по материалу, из которого они образовались, делятся на сапропелиты и гуммолиты. Сапропелиты возникли в результате восстановительного разложения остатков сапропеля – илистых отложений, образовавшихся на дне водных бассейнов из планктона и низших растений. К сапропелитам относятся горючие битуминозные сланцы и некоторые другие ископаемые. Гуммолиты возникли в результате окислительного разложения остатков высших растений. Они подразделяются на:
Основные виды ископаемых твердых топлив (торф, бурые и каменные угли, антрацит) относятся к гуммитам. Глубина превращения исходных биогенных материалов в результате углеобразования в твердые топлива характеризуется так называемой степенью их углефикации (метаморфизма) , под которой понимают среднее содержание углерода в топливе (в мас.%, или дол.). По возрастанию степени углефикации твердые гуммитовые топлива образуют генетический ряд: Торф ? бурые угли ? каменные угли ? антрацит Степень углефикации их приведена в табл. 7.1. Таблица 7.1 - Степень углефикации ископаемых твердых топлив
Твердые топлива составляют основную массу известных ископаемых топлив на планете. Их суммарные запасы на несколько порядков превосходят запасы жидкого (нефть) и газообразного топлива. ^ 7.2.1 Строение и свойства каменных углей Каменные угли различной природы являются наиболее распространенным видом твердого ископаемого топлива. Это неоднородные твердые вещества черного или черно-серого цвета, включающие четыре типа макроингредиентов, различающихся по блеску, внешнему виду и составу: блестящий (витрен), полублестящий (кларен), матовый (дюрен) и волнистый (фюзен). Соотношение этих ингредиентов, составляющих органическую массу каменных углей, характеризует их структуру, химический и минералогический состав и обуславливает их многообразие и различие свойств. В состав органической части каменных углей входят битумы, гумминовые кислоты и остаточный уголь. Молекулярная структура органической части угля представляет собой жесткий трехмерный полимер нерегулярного строения, содержащий подвижную фазу в виде разнообразных мономолекулярных соединений. Обе фазы построены из отдельных фрагментов, включающих ароматические, в том числе многоядерные и гидрированные системы с алифатическими заместителями, и азотсодержащие гетероциклы, соединенные мостиковыми связями С-С, С-О-С, C-S-C и C-NH-C. Степень конденсированности фрагментов (п) зависит от степени углефикации каменного угля. Так, при степени углефикации 78% п = 2, при степени 90% п=4, для антрацита n = 12. В составе каменных углей установлено также наличие различных функциональных групп: гидроксильной (спиртовые и фенольные), карбонильной, карбоксильной и серусодержащих групп -SR- и -SH. Важнейшими характеристиками каменных углей, от которых зависят возможность и эффективность их использования, являются зольность, влажность, сернистость, выход летучих веществ и механические свойства, а для углей, применяемых в качестве сырья для термохимической переработки, - также спекаемость и коксуемость.
7.2.2 Классификация каменных углей В основу технологической классификации каменных углей положены выход летучих веществ и толщина образующегося при нагревании пластического слоя. В табл.7.2. приведена технологическая классификация углей одного из бассейнов, по которой они делятся на 7 марок (классов). Таблица 7.3 - Технологическая классификация углей
7.2.3 Ископаемые угли как химическое сырье Значительная часть ископаемых углей подвергается высокотемпературной (пирогенетической) переработке, то есть является химическим сырьем. Цель такой переработки – получение из угля ценных вторичных продуктов, используемых в качестве топлива и полупродуктов основного органического синтеза. Все методы переработки ископаемых углей основаны на гетерогенных, в большинстве случаев некаталитических процессах, протекающих в многофазной системе при высоких температурах. В этих условиях материал угля претерпевает глубокие изменения, приводящие к образованию новых твердых, жидких и газообразных продуктов. По назначению и условиям процессы пирогенетической переработки твердого топлива подразделяются на три типа: пиролиз, газификация и гидрирование. Пиролизом, или сухой перегонкой, называется процесс нагревания твердого топлива без доступа воздуха с целью получения из него твердых, жидких и газообразных продуктов различного назначения. В зависимости от условий процесса и природы вторичных продуктов различают низкотемпературный пиролиз, или полукоксование, и высокотемпературный пиролиз, или коксование. По масштабам производства, объему и разнообразию производимой продукции процесс коксования занимает первое место среди всех процессов переработки твердого топлива. Полукоксование проводят при 500–580 0 С с целью получения искусственного жидкого и газообразного топлива транспортабельного и более ценного, чем исходное твердое топливо. Продукты полукоксования – горючий газ, используемый в качестве топлива с высокой теплотой сгорания и сырья для органического синтеза, смола, служащая источником получения моторных топлив, растворителей и мономеров, и полукокс, используемый как местное топливо и добавка к шихте для коксования. Сырьем для полукоксования служат низкосортные каменные угли с высоким содержанием золы, бурые угли и горючие сланцы. Процессы гидрирования и газификации ставят целью получение из твердого топлива соответственно жидких продуктов, используемых в качестве моторного топлива, и горючих газов. Внедрение этих методов переработки повышает значение твердых топлив и каменных углей, в частности, в топливном балансе страны. ^ Коксованием называется разновидность сухой перегонки (пиролиза) каменного угля, проводимая при 900–1200°С с целью получения кокса, горючих газов и сырья для химической промышленности. 7.3.1 Общая схема коксохимического производства Современное коксохимическое предприятие – это крупномасштабное комплексное производство, в котором утилизируются и перерабатываются все компоненты коксуемого сырья. Существует два типа коксохимических предприятий:
Металлургический кокс составляет важнейший компонент сырья в доменном процессе и транспортировка его экономически невыгодна. Кроме того, коксохимические заводы часто кооперируют с производствами аммиака и азотной кислоты, основного органического синтеза, красителей, взрывчатых веществ и ракетных топлив, пластических масс, в которых в качестве сырья используются продукты коксохимии. В соответствии с назначением все цехи коксохимического завода подразделяются на основные и вспомогательные. К основным производственным цехам относятся:
К вспомогательным цехам относятся: железнодорожный, ремонтный, энергетический, хозяйственный, ОТК, ЦЗЛ и другие.  На рис. 7.1 представлена общая схема коксохимического производства. 7.3.2 Сырье коксохимического производства Основной продукт коксохимического производства – искусственное твердое топливо - кокс, выход которого составляет до 75% от массы коксуемого сырья. Кокс необходим в черной и цветной металлургии (металлургический кокс), литейном производстве и химической промышленности. Около 80% производимого в стране кокса используется в доменном производстве, поэтому к металлургическому коксу предъявляются определенные требования по прочности, однородности гранулометрического состава, зольности, содержанию серы и др. Обеспечить эти требования можно только при использовании сырья с определенными свойствами. Важнейшим из этих свойств является спекаемость – способность угля при нагревании без доступа воздуха образовывать из разрозненных зерен твердый остаток в виде прочных кусков. Этим свойством обладают угли марок «Г», «Ж», «К» и «ОС». Однако из этих марок углей образовывать металлургический кокс способны только угли марки «коксовые». ^ зависит от их петрографического состава, степени углефикации, выхода летучих веществ, температурного интервала перехода в пластическое состояние, степени вязкости в этом состоянии, динамики газовыделения, а также технологии подготовки угольной шихты и режима коксования. Ограниченные запасы коксующихся углей привели к необходимости использовать в качестве сырья коксохимического производства смеси углей различных марок, взятых в определенном соотношении. Состав подобной шихты должен обеспечивать образование кокса с заданными техническими характеристиками, необходимую полноту спекания при коксовании, надлежащий выход газа и химических продуктов коксования. Состав шихты рассчитывается на основании свойств ее компонентов по результатам технического анализа и других испытаний их по правилу аддитивности Пш = Па?а + Пв?в + ... + Пn?n , где Пш – рассчитываемый показатель качества шихты; Па, Пв, ..., Пп – показатель качества компонентов шихты, ?а, ?в, ?n – массовая доля компонентов в шихте. Технологический процесс составления угольной шихты (углеподготовка) осуществляется в специальном углеподготовительном цехе и включает следующие операции:
Усреднение состава угольной шихты ставит целью выравнивание качества углей внутри каждой группы их и проводится на складе в процессе разгрузки и укладки штабелей. Усредненными считаются угли, у которых все показатели качества разовых проб соответствуют среднему показателю за все время отбора проб. ^ для понижения содержания в них минеральных примесей проводится методами отсадки, сепарации и флотации. Отсадкой называется процесс разделения смеси компонентов по их плотности в турбулентном водном потоке, колеблющемся за счет пульсирующего тока воздуха в вертикальном направлении с определенной амплитудой и частотой. Этим методом обогащается до 50% углей. Обогащение методом сепарации основано на разделении компонентов угля по плотности в тяжелых средах, в которых более легкий уголь всплывает. В качестве тяжелых сред используются стойкие минеральные суспензии пирита, барита и магнезита. Методом флотации в настоящее время обогащается около 15% углей. В большинстве случаев для этого используются флотационные машины механического типа, в которых в качестве реагентов-собирателей применяются керосин, камфарное масло, флотореагент АФ-2. Затем флотированный уголь подвергается обезвоживанию и сушке в барабанных сушилках или «КС». ^ имеет большое значение для последующего составления угольной шихты заданного состава. Для этой цели угли шихты из бункеров с помощью дозаторов различной конструкции поступают на транспортер, которым подаются на окончательное измельчение. В качестве дозирующих устройств используются качающиеся, ленточные и тарельчатые питатели производительностью до 200 т в час. ^ проводится для повышения однородности шихты, что способствует улучшению качества кокса. Так как насыпная масса шихты зависит от ее измельчения, что, в свою очередь, определяет экономические показатели работы углеподготовительного и коксового цехов, то для шихт различного состава выбирают некоторую оптимальную степень измельчения. При этом для обеспечения возможно более высокой плотности загрузки выдерживают определенное соотношение частиц различного размера в шихте. Для измельчения углей используют дробилки различного типа: молотковые, роторные, ударного действия, инерционно-роторные и другие. Окончательное измельчение сырья для коксования может проводиться по двум схемам: по схеме ДШ, при которой измельчается вся масса шихты, и по более совершенной дифференцированной схеме ДК, учитывающей различную твердость измельчаемого материала, при которой каждый компонент шихты измельчается отдельно. Эти схемы представлены на рис. 7.2. ^ - это заключительная операция приготовления угольной шихты для коксования. Шихтовка осуществляется в смесительных машинах различной конструкции: дезинтеграторных, валковых, тарельчатых и в машинах барабанного типа производительностью до 1200 т шихты в час.  Рисунок 7.2 Схемы измельчения коксового сырья: а – обычная ДШ; б – дифференцированная ДК; С – смешение; УБ - угольная башня (склад измельченного сырья) 7.3.3 Физико-химические основы процесса коксования Коксование – это сложный двухфазный эндотермический процесс, в котором протекают термофизические превращения коксуемого сырья и химические реакции с участием компонентов его органической части. Коксование проводят в коксовых печах, являющихся реакторами периодического действия с косвенным нагревом, в которых теплота передается к коксуемой угольной шихте через стенку реактора. Поэтому термофизические процессы при коксовании включают:
При установившемся режиме процесса коксования количество теплоты, передаваемое за единицу времени, определится из уравнения Q = Kт · F · ∆t (7.2) где Кт – коэффициент теплопередачи, кДж/м2·град·ч; F – поверхность теплопередачи, м2, ∆t = tг – tш – разность температур обогревающих стенку камеры печи газов tг и нагреваемой шихты (температуры коксования) tш. Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле  (7.3.)где ?1 и ?2 – коэффициенты теплопередачи соответственно от греющих газов к стенке печи и от стенки к шихте, кДж/м2·град·ч; ?1 – толщина стенки, м, ?2 = b/2 – половина толщины загрузки шихты, м, ?1 и ?- соответственно коэффициенты теплопроводности стенки и шихты, кДж/м2·град·ч. Для увеличения теплового потока и, как следствие, интенсивности обогрева печи необходимо повышать коэффициент теплопередачи Кт и поверхность обогрева F. Так как коэффициент теплопередачи угольной шихты весьма мал, то из формулы 7.2 следует, что для увеличения коэффициента теплопередачи Кт, помимо повышения ?1 и ?2, необходимо уменьшать толщину слоя угольной шихты. Поэтому ширина камеры печи достаточно жестко регламентирована и составляет обычно 0,40–0,41 м. Из этого следует, что поверхность теплопередачи F определяется двумя другими размерами камеры печи – длиной и высотой. Коксовая печь – реактор периодического действия, поэтому температура угольной шихты в ней изменяется во времени. Следовательно, изменяется и движущая сила процесса, то есть разность температур между греющими газами и угольной шихтой ∆t = tг – tш. Непосредственно после загрузки шихты tш мала и разность ∆t велика. Поэтому в холодную шихту поступает в единицу времени большее количество теплоты и уголь у стенок камеры начинает коксоваться, в то время как вследствие низкой теплопроводности шихты средние слои остаются холодными. По мере прогрева шихты ее температура возрастает и движущая сила процесса ∆t падает при одновременном повышении температуры по сечению камеры. Химические превращения при коксовании могут быть сведены к реакциям двух типов: первичным и вторичным. К первичным реакциям, протекающим в шихте при ее нагревании, относятся:
В процессе первичных превращений из угольной шихты выделяются первичный газ и пары первичной смолы и образуется кокс. К вторичным реакциям, которые протекают при контакте выделившихся первичного газа и первичной смолы с нагретой стенкой печи, относятся: – реакции крекинга алканов СnH2n+2 ? CmH2m+2 + CpH2p; – реакции полимеризации алкенов ЗСnН2n ? ∆СnН2n; – реакции дегидрогенизации нафтенов ∆СnН2n ? СnH2n-6 + ЗН2; – реакции конденсации ароматических углеводородов, например 2С6Н6 ? С10Н8 + С2Н4; – реакции образования карбенов с последующим превращением их в полукокс и кокс. Продуктом вторичных превращений является сложная смесь газообразных и парообразных при температуре коксования веществ различной природы – прямой коксовый газ (ПКГ). На рис.7.3 представлена схема химических превращений при коксовании.  Рисунок 7.3 Схема химических превращений при коксовании Последовательность процессов, протекающих в шихте при повышении температуры в печи, может быть представлена в следующем виде: - 250°С - отщепление Н2О, СО, СО2, Н2; -300°С - начало выделения КУС, выделение пирогенетической воды; - 350–500°С - пластификация угольной шихты; - 500–550°С - разложение органической части угля с выделением первичного газа и паров первичной смолы, спекание твердого остатка с образованием полукокса; -600–700°С - разложение полукокса и полное выделение летучих веществ; - 700°С - упрочнение твердой массы и образование кокса. 7.3.4 Технологический процесс коксования Процесс коксования осуществляется в коксовых печах- реакторах периодического действия. Современная коксовая печь представляет сложное теплотехническое сооружение, состоящее из:
Для снижения тепловых потерь на излучение, удобства эксплуатации и повышения производительности труда коксовые печи объединяют в батареи, состоящие из п камер и п + 1 простенков. Число печей в батарее определяется конкретными условиями производства, главным образом возможностью рационального использования машин общего назначения, и равно обычно 68–78. Камера коксовой печи по конфигурации представляет параллелепипед, размеры которого зависят от ряда факторов. Ширина камеры определяется толщиной слоя коксуемой шихты (7.3.3), высоту и длину выбирают исходя из обеспечения равномерности обогрева камеры, качества шихты, размеров территории цеха и др. Камеры современных печей имеют длину 14–16 м и высоту 4,3– 7,0 м. На рис.7.4 приведена схема коксовой печи.  Рисунок 7.4 Схема коксовой печи: 1 – бункера для загрузки шихты; 2 – стояк для отвода летучих продуктов; 3 – передняя дверца; 4 – задняя дверца; 5 – коксовыталкиватель В верхнем перекрытии камеры есть загрузочные отверстия для подачи шихты и отверстия для отвода летучих продуктов коксования (прямого коксового газа), которые через газоотвод поступают в газосборник, откуда направляются в цех улавливания. С торцов камера закрывается дверями, которые снимаются по окончании коксования для выдачи готового кокса из камеры с помощью коксовыталкивателя. Конструкция коксовой камеры полностью обеспечивает ее герметичность и исключает подсос наружного воздуха и отопительных газов. Каждая печь имеет по два регенератора, расположенных под камерой. Газообразное топливо подается в каждый простенок батареи через распределительный газопровод. Батарея коксовых печей обслуживается единым комплексом механизмов для загрузки угольной шихты и выгрузки готового кокса, в который входят углезагрузочный вагон, коксовыталкиватель, разравнивающая шихту штанга, машина для съема дверей камеры и коксотушильный вагон. В коксохимическом производстве применяются печи, различающиеся конструктивными особенностями (расположение камер, способ подвода газа и воздуха, способ утилизации теплоты продуктов горения топлива и др.) и технологическим режимом (последовательность подъема температуры, состав обогревающего газа и др.). Однако все они могут быть сведены к двум типам: печи с перекидными каналами (ПК) и печи с рециркуляцией продуктов горения (ПВР). В печах ПВР для улучшения равномерности обогрева по длине и высоте камер в вертикалах осуществляется рециркуляция продуктов горения путем подачи части их в пламя горящего газа, что замедляет процесс его горения и удлиняет факел пламени. Печи этого типа являются наиболее распространенными. В табл.7.3 приведены характеристики печей ПВР. Таблица 7.3 - Характеристики коксовых печей типа ПВР
Vn – полезный объем камеры, b – ширина камеры; h – высота камеры; l – длина камеры; mш – масса загружаемой в камеру шихты с влажностью 0,085 маc. дол.; ?к– время коксования; Пк – производительность по коксу с влажностью 0,06 маc. дол.; W – скорость коксования Процесс коксования состоит из следующих стадий. 1 Загрузка шихты в камеру печи и разравнивание шихты штангой (планиром). Во избежание задымления атмосферы в камере в период загрузки шихты создается разряжение путем инжекции пара, газа или аммиачной воды или с помощью системы отсоса газа из камеры. 2 Коксование. Производительность коксовой печи определяется так называемым периодом коксования – временем от окончания загрузки камеры до выдачи кокса, в течение которого в шихте происходят все изменения, приводящие к образованию кокса и ПКГ. Период коксования ?к зависит от ширины камеры, то есть толщины слоя шихты, толщины кладки и материала огнеупоров стенового канала, свойств угольной шихты и температуры в вертикалах печи. С достаточной степенью точности период коксования определяется по формуле  (7.4)где а – коэффициент температуропроводности, м2/ч, а значение величин b, tш и tг приведены для формул 7.2 и 7.3. Приняв для расчета практические значения b = 0,4 м, tш = 1100°С, tг = 1400°С, получим ?к = 13 часов, что согласуется с реальным режимом процесса коксования. Период коксования с добавкой времени на операции загрузки шихты и выгрузки кокса (9–10 минут) называется временем оборота или оборотом печи. Оборот печи сокращается при повышении температуры в вертикалах, уменьшением толщины стенового кирпича и снижении влажности шихты, а также при улучшении организации работ по обслуживанию коксовой батареи. Газообразным топливом для обогрева коксовых печей служат обратный коксовый газ, доменный газ, их смеси и, значительно реже, смесь доменного и природного газов. Температура продуктов сгорания топлива, следовательно, температура газов, обогревающих стенки камеры tг, определяется как отношение количества поступающего тепла к средней теплоемкости ,  (7.5)где  – низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м3, равная для ОКГ 1500, для доменного газа – 3800; QT – теплосодержание вводимых топлива и воздуха, кДж/м3; Qдис – теплота диссоциации продуктов горения, кДж/м3; Qoc – потери теплоты в окружающую среду, кДж/м3; Сг – средняя теплоемкость продуктов горения, кДж/м3>К. Удельный расход тепла на коксование может быть рассчитан как ,  (7.6)где q – расход теплоты, кДж/кг, коксуемого угля (шихты); VГ – расход газообразного топлива, м3/ч; т – масса коксуемого угля, кг/ч; – низшая теплота сгорания топлива, кДж/м3.Технологический режим работы коксовых печей во все время коксования регулируется автоматически. При этом параметры процесса: температура в вертикалах, разряжение в регенераторах и коэффициент избытка воздуха, подаваемого в печь, постоянно поддерживаются на среднем заданном уровне. ^ (выдача коксового «пирога») с помощью коксовыталкивателя в тушильный вагон. Режим загрузки шихты в печи коксовой батареи и выгрузки кокса из них подчиняется определенным правилам. Эти операции должны проводиться в строгой последовательности, которая называется серийностью выдачи кокса. Серийность выдачи обеспечивает сохранность кладки печей и одинаковые температурные условия в простенках по длине батареи. Расчет показывает, что при периоде коксования 13–16 часов и числе печей в коксовой батарее 68–78 выдача кокса следует каждые 10–12 минут. Поэтому коксовую батарею в целом можно рассматривать как реактор непрерывного действия РИВ-Н, хотя каждая отдельная печь в ней работает периодически. Производительность коксовой батареи при установившемся режиме работы и постоянном качестве угольной шихты зависит от периода коксования и рассчитывается по формуле ,  (7.7)где П – производительность батареи, т/ч; VП – полезный объем камеры, м3; 5 – насыпная масса (плотность) шихты в пересчете на сухую шихту, т/м3; ?об – время оборота печи, ч; ^ – влажность кокса, мас. дол. 4 Тушение кокса. Кокс, выгружаемый из печи в коксотушильный вагон, имеет температуру 950–1100єС. Чтобы предотвратить его горение на воздухе и обеспечить возможность транспортировки до склада и хранение, кокс должен быть охлажден до температуры 250–100єС, при которой исключается его самовозгорание. Для этого раскаленный кокс интенсивно охлаждают (тушат) мокрым или сухим методом. При мокром тушении вагон с коксом интенсивно орошается в тушильной камере водой. Расход воды на тушение составляет 4–5 м3/т кокса. Недостаток мокрого метода тушения – значительная потеря тепла, так как все тепло кокса, поглощаемое водой, идет на ее испарение и не утилизируется. С парами воды теряется до 50% тепла, затраченного на коксование. При сухом тушении раскаленный кокс охлаждается циркулирующими инертными газами, теплосодержание которых используется затем в котле-утилизаторе (рис.7.5). В качестве инертных газов используются топочные газы (СО2 + N2), образующиеся при пуске установки тушения в результате продувки воздухом первой порции раскаленного кокса. Преимуществами сухого тушения являются:  Рисунок 7.5 Схема сухого тушения 1-тушильная камера; 2-вагон с коксом; 3-котел-утилизатор
5 Сортировка кокса. Кокс после тушения сортируется по классам крупности на грохотах различной конструкции. Для доменного производства применяется кокс класса более 40 мм, в цветной металлургии - кокс класса 10–25 мм, для производства карбида кальция - кокс класса 25–40 мм. Коксовая мелочь используется в процессе агломерации железных руд. ^ 7.4.1 Состав и выход летучих продуктов Летучие продукты, выделяющиеся при коксовании и образующие прямой коксовый газ (ПКГ), составляют до 15% от массы коксуемой шихты, или около 300 нм3 на тонну шихты. В состав ПКГ входят пирогенетическая вода, смесь высококипящих многоядерных и гетероциклических соединений – каменноугольная смола (КУС), ароматические углеводороды ряда бензола, нафталин, аммиак, соединения циана, сернистые соединения и образующие после их отделения обратный коксовый газ (ОКГ), водород, метан, оксиды углерода (II) и (IV) и газообразные углеводороды различной природы. В ПКГ содержатся также в незначительных количествах сероуглерод CS2, сероксид углерода COS, тиофен C4H4S и его гомологи, пиридин C5H5N и пиридиновые основания. В табл. 7.4 приведено содержание основных компонентов в пкг. Таблица 7.4 - Основные компоненты ПКГ
В цехе улавливания и разделения из ПКГ извлекаются основные компоненты не в виде индивидуальных химических соединений, а в виде их смесей: каменноугольной смолы (КУС) и сырого бензола (СБ). Все соединения аммиака и свободный аммиак перерабатываются при этом в сульфат аммония. Выход продуктов коксования зависит от степени углефикации, насыпной плотности, выхода летучих веществ и влажности угольной шихты, конструкции печей, режима коксования (температуры) и других факторов. В частности, выход КУС и СБ выше для углей с большим выходом летучих веществ, то есть марок «Г» и «Ж». Этим, помимо качества кокса, объясняется использование при составлении угольной шихты углей именно этих марок. 7.4.2 Основные процессы и принципиальная схема разделения ПКГ Летучие продукты коксования, составляющие ПКГ, имеют различные физические и химические свойства, которые используются для их разделения. В технологии улавливания и разделения ПКГ используются:
Большинство этих процессов в коксохимическом производстве является непрерывным и, что повышает производительность аппаратуры, улучшает качество выделяемых из ПКГ продуктов и позволяет автоматизировать технологические процессы. ПКГ из коксовых камер при температуре 650—670 0С поступает в газосборники коксовой батареи, где усредняется по составу и охлаждается впрыскиванием холодной надсмольной воды до 85—90°С. После этого газ направляется в цех улавливания и разделения, в котором после дополнительного охлаждения до 25—35°С из него выделяются КУС, СБ и соединения аммиака. Последовательность этих операций представлена на схемах (рис. 7.6 а, б, в, г).  Рисунок 7.6 а - Охлаждение (I стадия) На этой стадии конденсируется часть КУС и собирающаяся над ней надсмольная вода НСВ (отсюда ее незвание). Увлеченная током газа каменноугольная пыль в смеси с КУС оседает в виде фусов.  Рисунок 7.6 б - Охлаждение (II стадия) и выделение КУС На этой стадии в холодильниках, орошаемых НСВ, конденсируется основная масса КУС, к которой добавляется КУС, оседающая из ее тумана в электрофильтрах, и НСВ, содержащая до 30% аммиака в виде его солей. Остальной аммиак (до 70%) остается в газе.  Рисунок 7.6 Выделение аммиака Аммиак после охлаждения ПКГ содержится в свободном состоянии в газе-4 и в виде растворенных солей аммония в НСВ, образовавшихся при взаимодействии аммиака с сероводородом, оксидом углерода (IV), хлористым водородом, цианистым водородом и другими кислыми компонентами ПКГ. Эти соли по отношению к нагреванию делятся на две группы: — стойкие при высокой температуре (NH4CN, NH4CI. (NH4)2S04); — разлагающиеся при нагревании ((NH)4S, (NH4)2CO3). Если технологией не предусмотрено производство из ПКГ индивидуальных сульфида аммония, цианистого водорода и роданистых солей, то все соединения аммиака, содержащиеся в ПКГ, переводятся в стабильный, легко выделяемый сульфат аммония. Для этого нестойкие соли аммония, содержащиеся в НСВ, разлагают нагреванием острым паром, например: (NH4)2CO3 = 2NH3 + С02 + Н2О, а стойкие - обработкой гидроксидом кальция, например: 2NH4C1 + Са(ОН)2 = 2NH3 + СаС12 + 2Н2О. Выделившийся свободный аммиак соединяется с содержащим аммиак газом-4 и поступает в сульфатное отделение цеха, где поглощается серной кислотой с образованием сульфата и бисульфата аммония: 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4; NH3 + H2SO4 = =NH4HSO4.  СБ, представляющий смесь ароматических углеводородов с температурой кипения до 180єС, извлекается из ПКГ абсорбцией высококипящими растворителями с температурой кипения, более высокой, чем температура кипения СБ, с последующей отгонкой последнего. В качестве подобных сорбентов (ПМ) используется соляровое масло (tк = 300—350єС) или фракция КУС (tк = 230—300°С). Предварительно из газа охлаждением выделяют остатки нафталина. Конечными продуктами на стадии улавливания и разделения ПКГ становятся каменноугольная смола, сырой бензол, сульфат аммония и обратный коксовый газ. Выход этих продуктов от массы коксуемой шихты (в расчете на сухую шихту) представлен в табл. 7.5. Таблица 7.5 - Выход продуктов коксования
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
. 1 2
Схожі:
 | К печати и в свет Физическая химия: Конспект лекций/ Составитель С. Ю. Лебедев. Сумы: Изд-во СумГУ, 2007. 37 с | | Miсrosoft Word 2003 Представление wysiwig (от английского “What You See Is What You Get”) позволяет просматривать на экране готовый к печати документ... |
| Программа для создания и обработки текстовых документов. Представление wysiwig Представление wysiwig (от английского “What You See Is What You Get”) позволяет просматривать на экране готовый к печати документ... | | Программа для создания и обработки текстовых документов. Представление wysiwig Представление wysiwig (от английского “What You See Is What You Get”) позволяет просматривать на экране готовый к печати документ... |
| Документи 1. /Методичка готовая к печати .doc | | Философия Рекомендовано к печати Ученым Советом Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького (протокол №8 от 27. 11. 2009... |
| Философия древнего востока Рекомендовано к печати Ученым Советом Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького (протокол №8 от 27. 11. 2009... | | Философия эпохи возрождения Рекомендовано к печати Ученым Советом Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького (протокол №8 от 27. 11. 2009... |
| Александровская В. Н., Клевец Л. Н. Религиоведение Рекомендовано к печати Ученым Советом Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького (протокол №8 от 27. 11. 2009... | | С. А. Орлов технологии разработки программного обеспечения Филиппович Ю. Н., канд техн наук, доцент Московского государственного Университета печати |