К печати и в свет icon

К печати и в свет




Скачати 388.44 Kb.
НазваК печати и в свет
Сторінка1/2
Дата04.07.2012
Розмір388.44 Kb.
ТипКонспект
  1   2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

К печати и в свет


разрешаю на основании

“Единых правил”,

п.2.6.14


Заместитель первого проректора–

начальник организационно–

методического управления В.Б.Юскаев

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по курсу


Общая химическая технология”

для студентов специальности 6.090200 всех форм обучения

Часть 4



Все 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
^

Сумы

Изд-во СумГУ

2007




Конспект лекций по курсу “Общая химическая технология”

/ 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.


^

Учебное издание




КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по курсу


Общая химическая технология”

для студентов специальности 6.090200

всех форм обучения

Часть 4




Ответственный за выпуск С.Ю.Лебедев
^

Составители: Инесса Геннадиевна Воробьева,

Людмила Максимовна Миронович


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


^

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по курсу


Общая химическая технология”

для студентов специальности 6.090200

всех форм обучения

Часть 4




Сумы

Изд-во СумГУ

2007




МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


^

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по курсу


Общая химическая технология”

для студентов специальности 6.090200

всех форм обучения

Часть 4




Утверждено

на заседании кафедры общей химии как конспект лекций по курсу «Общая химическая технология».

Протокол № 4 от 26.01.2007 года

Сумы
^

Изд-во СумГУ

2007



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.

^ Ископаемым твердым топливом (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:

  • гуммиты, состоящие в основном из гумусовых веществ;

  • линтобиолиты, образовавшиеся из стойких структурных элементов низших растений (споры, пыльца и т. п.).

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


Топливо

Торф

Бурые угли

Каменные угли

Антрацит

Степень углефикации,

мас. %

и . –

58–62

67–75

76–92

93–96

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 Каменные угли


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.

  1. Зольность. Золой называется негорючая часть угля, со­стоящая из минеральных веществ, содержащихся в топливе. В состав золы входят оксиды алюминия, кремния, железа (III), кальция и магния. Высокая зольность снижает теплоту сгорания угля и ухудшает качество получаемого кокса. Зольность каменных углей колеблется от 3 до 30% и может быть снижена их обогащением. Угли, используемые для коксования, должны иметь зольность не выше 7–7,5%.

  2. Влажность. Общая влажность угля состоит из внешней, образующей капли или пленки на поверхности, и внутренней (пирогенетической), выделяемой в процессе кок­сования. Влага, являясь балластом, удорожает транспортировку угля, затрудняет подготовку его к коксованию, хранение и дозировку, а также повышает расход тепла на коксование и увеличивает время коксования. Влажность углей, используемых для термохимической переработки, не должна превышать 7%.

  3. Сернистость. Сера в каменных углях находится в виде колчеданной, сульфатной и органической. Общее содержание серы в углях колеблется от 0,4 до 8% . Так как в процессе кок­сования большая часть серы остается в коксе и может при вып­лавке чугуна переходить в металл, вызывая его краснолом­кость, уголь необходимо десульфировать обогащением.

  4. ^ Выход летучих веществ. Летучими веществами камен­ного угля называются парообразные и газообразные вещества, выделяющиеся из угля при нагревании его без доступа возду­ха при определенной фиксированной температуре. Выход ле­тучих веществ зависит от условий образования, химического состава и степени углефикации угля, а также от температу­ры, скорости нагревания и выдержки при заданной температуре. С увеличением степени углефикации выход летучих ве­ществ уменьшается. Так, для торфа он составляет около 70%, для бурых углей - 65–45%, каменных углей - 45-10% , для ант­рацита - менее 10%. Методика выхода летучих веществ стандартизирована. Он определяется нагреванием навески угля при 850єС и выдерживании при этой температуре в течение семи минут.

  5. Коксуемость. Это свойство углей рассматривается в п. 7.3.2


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


Марка угля

Выход летучих веществ, %



Толщина пластического слоя, мм



Наименование

Обозначение

Длиннопламенный Газовый

Жирный

Коксовый

Отощенный спекающ. Тощий

Антрацит

Д

Г

Ж

К

ОС

Т

А

42

35

35–27

27–18

22–14

17–19

9

-

6–15

13–20

14–20

6–13

-

-


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.


^ 7.3 Коксование каменного угля


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:

  • заводы с полным циклом коксохимического производства, размещаемые отдельно от металлургических предприятий;

  • коксохимические цеха (производства), входящие в состав металлургических комбинатов и размещаемые на одной пло­щадке с ними.

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:

  1. углеподготовительный цех, где осуществляются прием, хранение и подготовка углей к коксованию. Готовая продукция цеха – угольная шихта;

  2. коксовый цех, в котором происходит основной процесс – переработка угольной шихты с получением целевого продукта кокса и летучих химических продуктов – прямого коксового газа (ПКГ) – коксование;

  3. цех улавливания, в котором происходит охлаждение пря­мого коксового газа и выделение из него химических продук­тов: сырого бензола (СБ), каменноугольной смолы (КУС) и со­единений аммиака;

  4. перерабатывающие цехи (коксовый, смолоперегонный, ректификации и другие), в которых химические продукты, по­ступающие из цеха улавливания, подвергаются дальнейшей пе­реработке. Готовой продукцией этих цехов являются индиви­дуальные ароматические углеводороды, нафталин, фталевый ангидрид, фенолы и пиридиновые основания, пек, пековый коки другие.

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».

^ Коксуемость углей 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:

  • прием и разгрузка углей;

  • складирование, усреднение состава и хранение углей;

  • обогащение углей;

  • дозирование компонентов шихты;

  • измельчение шихты (или, ранее, ее компонентов);

  • составление шихты (шихтовка).

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.

^ Обогащение углей 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».

^ Дозирование компонентов 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.

^ Измельчение коксуемого сырья 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.

^ Шихтовка, или смешение компонентов, - 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:

  • теплопередачу от стенки к материалу шихты;

  • диффузию продуктов пиролиза (паров воды и летучих веществ) через слой шихты;

  • удаление этих продуктов из шихты.


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:

  • реакции деструкции сложных молекул;

  • реакции фенолизации;

  • реакции карбонизации органической части угля;

  • реакции отщепления атомов водорода, гидроксильных, карбоксильной и метоксильной ОСН3 групп.

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

6Н6 ? 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:

  • камеры для загрузки угольной шихты;

  • обогревательного простенка, в котором расположены 28–32 отопительных канала (вертикала), где происходит горение нагретого газообразного топлива для обогрева стенок камеры, системы газораспределительных и воздухоподводящих каналов для подачи газа и воздуха для отопления печи, регенераторов для подогрева газообразного топлива и возду­ха, подаваемых в печь, и для отвода продуктов горения топлива;

  • системы отвода летучих продуктов коксования.

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



Vп м3

Размеры, м

mш, т

.

Пк· т/год

W, мм/ч




Ь

h

/




Ч








21,6 32,3 41,6

0,407 0,410 0,410

4,3

5,5

7,0

14,08 16,00 16,00

23,3 23,5 30,6

16

14

14

729

730

1000

27,3

-

32,0


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.

^ 3 Выгрузка кокса (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;

^ W – 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


  • отсутствие выбросов пара и сточных вод;

  • получение кокса с минимальной влажностью;

  • утилизация теплоты кокса и выработка технологическо­го пара.

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 Улавливание и разделение летучих продуктов коксования


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



Вещество

Содержание, г/м3

Пары воды (пирогенетической и влаги шихты)

250 – 450

Каменноугольная смола (пары)

80 – 150

Ароматические углеводороды

30 – 40

Аммиак

8 – 13

Нафталин

до 10

Сероводород

6 – 40

Цианистый водород

0,5 – 2,5


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:

  • процессы теплообмена (охлаждение и конденсация паров);

  • процессы разделения фаз (от­стаивание и осветление);

  • процессы массопередачи (аб­сорбция и десорбция, хемосорбция реагентами, реагирующими с кислыми и основными продуктами);

  • процессы ректификации и фракционной конденсации.

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


Продукт

Выход,

мас. долей

Кокс

0,77—0,73

Каменноугольная

смола

0,03—0,04

Сырой бензол

0.01—0,012

Сульфат аммония

0,01—0,013

Обратный

коксовый газ

0,15—0,18
  1   2

Схожі:

К печати и в свет iconК печати и в свет
Физическая химия: Конспект лекций/ Составитель С. Ю. Лебедев. Сумы: Изд-во СумГУ, 2007. 37 с
К печати и в свет iconMiсrosoft Word 2003
Представление wysiwig (от английского “What You See Is What You Get”) позволяет просматривать на экране готовый к печати документ...
К печати и в свет iconПрограмма 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...
К печати и в свет iconПрограмма 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...
К печати и в свет iconДокументи
1. /Методичка готовая к печати .doc
К печати и в свет iconФилософия
Рекомендовано к печати Ученым Советом Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького (протокол №8 от 27. 11. 2009...
К печати и в свет iconФилософия древнего востока
Рекомендовано к печати Ученым Советом Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького (протокол №8 от 27. 11. 2009...
К печати и в свет iconФилософия эпохи возрождения
Рекомендовано к печати Ученым Советом Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького (протокол №8 от 27. 11. 2009...
К печати и в свет iconАлександровская В. Н., Клевец Л. Н. Религиоведение
Рекомендовано к печати Ученым Советом Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького (протокол №8 от 27. 11. 2009...
К печати и в свет iconС. А. Орлов технологии разработки программного обеспечения
Филиппович Ю. Н., канд техн наук, доцент Московского государственного Университета печати
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи