Коксування
Коксування (рос. коксование, англ. coking process, нім. Verkoken n, Verkokung f, Koken n, Verkokungsvorgang m) — переробка природного палива нагріванням до температури 900–1050 °С без доступу повітря для одержання коксу, коксового газу та деяких побічних продуктів.
| Коксування | |
| Місце розташування | коксова батарея |
|---|---|
| З матеріалу | кам'яне вугілля |
| Продукція | кокс |
Процес коксування ред.
Процес коксування складається з трьох стадій: підготовки сировини, власне коксування і переробки коксового газу. Сировиною для коксування служить суміш кам'яного вугілля, що здатна при нагріванні спікатись (тобто розм'якшуватись і злипатись в спільну масу). Таку здатність має коксівне вугілля марок К, ПС, Ж, Г.
Коксування кам'яного вугілля проводять у коксових печах, коксування важких продуктів переробки нафти — в металевих кубах або спеціальних печах. В результаті коксування паливо розкладається з утворенням летких продуктів і твердого залишку — коксу. Основним цільовим продуктом цього процесу є кокс, який використовується головним чином як відновник і паливо у металургійній промисловості.
Коксові батареї складаються з десятків вузьких камер, розташованих паралельно. Процес коксування починається із завантаження камер вугільною шихтою. Коксування звичайно здійснюється з зовнішнім підводом тепла. Під дією тепла вугілля прогрівається, сушиться і при температурі 350–450 оС розм'якшується і перетворюється в напіврідку пластичну масу, одночасно починається виділення летких речовин. При температурі 500–550 °С відбувається інтенсивне виділення смоли і продовжується виділення летких речовин. В результаті розм'якшення і виділення газів вугілля спучується і набирає пористої будови. Поступово в'язка маса густіє, твердіє (спікається) і утворює «коксовий пиріг», який до кінця процесу зменшується в об'ємі і розтріскується на окремі грудки. По мірі збільшення температури коксування зростає об'єм прямого коксового газу, що може бути використаний як газоподібне паливо (його теплота згоряння — 21–23 МДж/м³). При підвищенні кінцевої температури коксування до 1000–1150 °С зростає вихід смоли і сирого бензолу.
В результаті коксування одержують 75–80 % коксу, 10–15% коксового газу, 1 % бензолу, 3 % смол.
Процес коксування триває 13–14 годин, по закінченні його кокс (з теплотою згоряння 29–31 МДж/кг) виштовхують з камери в гасильний вагон і заливають водою (гасять).
Продукти коксування ред.
В результаті коксування одержують 75–80 % коксу, 10–15 % коксового газу, 1 % бензолу, 3 % смол.
Кокс — головний продукт коксування ред.
Головним споживачем крупних класів коксу є чорна металургія. Крупний кокс (клас +25 мм) використовують також в кольоровій металургії при виплавці міді, свинцю, нікелю, в хімічній промисловості як відновник для отримання сульфіду натрію, цинкових білил, вуглекислого газу, сухого льоду, для випалювання вапняку, як висококалорійне бездимне паливо для комунально-побутових і промислових цілей і ін. Кокс середньої крупності (5-25 мм) застосовується в електротермічному виробництві для одержання феросплавів, карбіду кальцію, цинку, жовтого фосфору і ін., дрібний кокс (-5 мм) використовується як паливо.
Кокс використовується як відновник і паливо в металургійній промисловості, а леткі речовини служать сировиною для виробництва різних хімічних продуктів. Найважливіші властивості коксу — гранулометричний склад і механічна міцність.
Таблиця — Кількість елементів, що містяться в твердому залишку при 500 °С (% до початкового вугілля)
| Вид ТГК | С | Н | N | О |
| Сапропеліти | 54-61 | 21-27 | 17-32 | 17-32 |
| Буре вугілля | 78-83 | 36-39 | - | 14-43 |
| Молоде кам'яне вугілля | 75-82 | 35-60 | 68-85 | 10-52 |
Таблиця — Розподіл елементів (% від змісту їх в шихті) при ВТК
| Продукти коксування | С | Н | N | O |
| Кокс | 84,2 | 6,6 | 13,8 | 5,9 |
| Смола | 3,8 | 11,8 | 6,4 | 0,9 |
| «Сирий бензол» | 1,4 | 1,8 | - | - |
| Пірогенетична вода | - | 12,5 | - | 59,2 |
| Коксовий газ | 10,6 | 66,3 | 72,0 | 34,0 |
| Аміак | - | 1,0 | 10,8 | - |
Таблиця — Вихід фракцій кам'яновугільної смоли (%)
| Найменування фракцій | Температурні границі, °С | Вихід фракції, % |
| Легке масло | До 170–180 | 0,5-1,0 |
| Середня фракція | 170-230 | 10,0-12,0 |
| Важка фракція | 230-270 | 5,0-8,0 |
| 1-а антраценова фракція | 270-300 | 3,0-5,0 |
| 2-а антраценова фракція | 300-360 | 16,0-20,0 |
| Пек кам'яновугільний | Вище 360 | 54,0-65,0 |
Таблиця — Середній склад сухого зворотного газу
| Коксохімічні заводи | CO2+H2S | CO | CmHn | O2 | H2 | CH4 і гомологи | N2 | , кг/м3 |
QH, МДж/м³ | |
| України | А | 2,0 | 7,6 | 2,3 | 1,0 | 61,2 | 21,7 | 4,2 | 0,472 | 19,1 |
| Б | 2,1 | 6,4 | 0,4 | 0,2 | 50,5 | 25,0 | 15,0 | 0,543 | 15,5 | |
| Росії | А | 2,7 | 8,1 | 2,4 | 0,4 | 54,4 | 25,9 | 4,9 | 0,501 | 19,1 |
| Б | 3,8 | 4,8 | 3,8 | 0,7 | 60,2 | 23,1 | 3,6 | 0,454 | 17,6 |
Таблиця — Склад коксового газу
| Компоненти | Кількість, г/м³ | |
| Прямий газ | Після другого рівня охолодження | |
| Водяні пари | 250-450 | 25-30 |
| Пари смоли | 80-150 | 2-5 |
| Ароматичні вуглеводні |
30-40 | 32-36 |
| Аміак | 8-13 | 7-11 |
| Нафталін | До 10 | 2-3 |
| Сірководень | 6-40 | 16-26 |
| Піридинові основи | 0,4-0,6 | 0,4-0,6 |
Таблиця Вимоги до хімічного складу коксу в Німеччині (% на суху масу)
| Показник, % | Значення |
| Зольність | менше 9,0 |
| Вихід летких речовин | менше 0,75 |
| Вміст сірки | менше 0,70 |
| Вміст лугів (Na2O + K2O) | менше 0,20 |
| Вміст хлору | менше 0,05 |
| Вміст фосфору | менше 0,03 |
| Вміст цинку | менше 0,003 |
'Таблиця . -' Вимоги до фізичних властивостей коксу
| CSR*(<10 мм), % | >65 |
| CRI**, % | ≤23 |
| М40>40 мм,% | >55 |
| М10>10 мм,% | <15 |
| Гранулометричний склад***(%) за класами, мм: | |
| понад 80 мм | ≤10% |
| менше 40 мм | ≤18% |
| понад 20 мм | ≤3% |
Таблиця — Вимоги до якості коксу
| Показники якості коксу | Сучасні вимоги |
Фактична якість коксу | Перспективні вимоги (при витраті коксу <300 кг/т чавуну) | |
| $$DeleteCell$$ |
Північно- американського |
Імпортованого | ||
| Механічна міцність %: індекс стабільності (>25 мм) індекс твердості (> 6,4 мм) |
60 68 |
59 69 |
59-64 68 |
>61 >70 |
| Середня крупність, мм | 50 | 50 | 50 | >50 |
| Вміст класів,% >50 мм >25 мм >12,5 мм |
46 94 2 |
25-75 93 2 |
21-75 93 3 |
>50 >96 0 |
| Вихід летких речовин % | 0,9 | 0,75 | 0,8 | <1,0 |
| Вміст % вологи золи сірки лугів |
5,0 8,5 0,75 0,20 |
5,0 8,5 0,7 0,18 |
5,0 7,5-10,0 0,6-0,7 0,17 |
<5,0 <8,5 <0,75 <0,2 |
| CSR, % CRI, % |
61 23 |
61 25 |
60-65 25-19 |
>61 <22 |
| Індекс стабільності % | Зміни витрати коксу, кг/т чавуну |
| <55 | 8,0 |
| 55-62 | 4,0 |
| >62 | 2,0 |
| Вміст, % | |
| золи | 10,0 |
| сірки* | 5,0 |
| вологи | 2,5 |
| Гаряча міцність CSR % | |
| <58 | 0,75 |
| >58 | 1,50 |
- при зміні сірчистості коксу на 0,1 %
Див. також ред.
Література ред.
- В. І. Саранчук, М. О. Ільяшов, В. В. Ошовський, В. С. Білецький. Основи хімії і фізики горючих копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2008. — с. 600. ISBN 978-966-317-024-4
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.