Производство кокса: технология и особенности

Содержание
  1. Кокс в металлургии и для чего нужен литейный кокс | XLOM.RU – это лучший портал о металлоломе и вторсырье в России!
  2. Немного истории
  3. Основные производители на территории страны
  4. Некоторые энциклопедические данные
  5. Важная характеристика, влияющая на свойства – пористость
  6. Производство кокса и нефтепродуктов
  7. Как пекут кокс на Московском коксогазовом заводе (часть 1)
  8. Что такое кокс и зачем он нужен
  9. Москокс
  10. Уголь
  11. Станция Заводская
  12. Склады угля
  13. Угольная башня и углезагрузочная машина
  14. Печи и батареи
  15. Коксохимическая промышленность
  16. История отрасли
  17. Область применения
  18. Сырье и виды кокса
  19. Процессы производства
  20. Наиболее крупные коксохимические представители
  21. Влияние на экологию
  22. Трудности и перспективы отрасли
  23. Коксующийся уголь: производство, характеристики и применение
  24. Запасы угля. Добыча угля
  25. Как получают кокс
  26. Основные характеристики коксующегося угля
  27. Процесс коксования
  28. Кокс в доменом производстве
  29. Функции кокса в доменной печи
  30. Качество кокса
  31. Заключение

Кокс в металлургии и для чего нужен литейный кокс | XLOM.RU – это лучший портал о металлоломе и вторсырье в России!

Производство кокса: технология и особенности

Что такое кокс? Процесс переработки жидкого или твердого топлива путем его нагрева до высоких температур называют коксованием. Результатом становится твердый осадок, впоследствии используемый, как топливный материал – это и есть кокс.

Если говорить проще, то кокс – это  твердый (каменный) уголь, запеченный при высоких температурах в специальных печах, температура запекания составляет 950-1200 °C.

Остывание запеченного кокса – одна из конечных стадий производства кокса

Для чего нужен кокс в металлургии? Основная область применения – плавка чугуна для получения железа. До начала 18 века этот процесс происходил с участием древесного угля.

Немного истории

В 1735 году были впервые применены коксовые печи. Они имели камеры сгорания закрытого типа. Тогда же впервые для плавки чугуна не использовали древесный уголь.

Но справедливости ради необходимо отметить, что первое упоминание о коксование угля пришли еще из Китая, в первом веке до н.э. В провинции Юньнань использовали процесс нагревания угля идентичный тому, что все еще используется сегодняшними металлургами. Сырье поддавалось термической обработке в камерах без доступа воздуха.

Производство кокса в дореволюционной России сильно тормозилось. 1913 год промышленность выдала только 4,5 млн. т кокса. Это лишь на 20% покрывало внутренние потребности страны.

Более того, не совершенство технологий того времени не позволяло эффективно использовать газовый кокс, он просто выбрасывался в атмосферу.

Поэтому у многих до сих пор, есть устойчивые ассоциации о коксовой промышленности: вечно висящие черные тучи, специфический запах по утрам.

Вплоть до 1929 года производство кокса в России, что называется буксовало на одном месте. Уровень выработки неукоснительно сокращался и только с установлением мирных процессов в обществе, КП начала новый виток развития.

Причиной тому стало открытие сразу нескольких новых месторождений, дающих сырье, чтобы производить кокс – уголь, подходящий для переработки коксованием. Это на весь мир известные: Кузнецкий, Карагандинский, Печорский угольные бассейны.

Тогда же по всей стране началось строительство коксохимических заводов.

Стакер на угольном разрезе

Основные производители на территории страны

Сегодня на территории России создан крупный промышленный холдинг (ПМХ) в состав, которого входят предприятия, производящие кокс.

коксовый цех

Параллельно с этим работает, входящий в группу НЛМК – ОАО «Алтай-кокс», . Хотя именно это предприятия стартовало только в 1981 году, Алтайский край один из первых принял участие в развитии коксовой промышленности в целом.

Начало было положено еще в середине 17 века. Сегодня город Заринск фактически существует за счет того, что было открыто предприятие «Алтай-кокс», только в 2006 оно вошло в состав «Новолипецкого металлургического комбината».

Поставки идут для многих зарубежных партнеров.

Также известен далеко за пределами России Московский коксогазовый завод, сокращенно «Москокс». Одной из отраслей предприятия является производство кокса для нужд промышленности. “Московский коксогазовый завод” входит в группу “Мечел”.

Часть территории “Московского газового завода” – на фото коксовые батареи, где запекается уголь

Еще одно крупное предприятие, которое невозможно не упомянуть – “Череповецкий металлургический комбинат” – это второй по величине сталелитейный комбинат в России, входит в состав группы компаний “Северсталь”. Имеет в своем составе коксохимическое производство.

Коксовый цех Череповецкого металлургического комбината

Некоторые энциклопедические данные

Как уже было отмечено, к основным направления применения кокса относятся такие:

  • производство чугуна;
  • обеспечение работы кузниц;
  • выполнение функции науглероживателя при использовании новой технологии пылеугогольного вдувания топлива;
  • восстановление железной руды;
  • топливо.

По способу изготовления или используемого сырья для производства кокса различают следующие виды продукта:

  • литейный, доменный или кузнечный;
  • нефтяной;
  • пековый электродный;
  • кокс орех (орешек), иногда называемый мелочью (из-за фракции).

Так выглядит кокс

Применительно к промышленности, в том числе металлургии, под коксом подразумевают топливо, полученной искусственным способом. Температура нагревание сырья достигает следующих значений: 950-1050 °С, с ограничением доступа воздуха или продуктов переработки природного топлива (древесины, например).

На внешний вид каменноугольный кокс представляет россыпи различных фракций темно-серого (или даже черного) цвета. Это твердый пористый продукт. Плотность кокса разделяется на истинную и кажущуюся. Первая составляет 1.80-1.95 г/см3, вторая – приблизительно единица.

Однако эта величина может меняться в зависимости от условий получения, сырья (шихты), других технологических тонкостей. Так, при высоком содержании газовых углей прочность конечного продукта уменьшается. Но при этом наблюдается более легкая воспламеняемость материала.

Если понимать, как делают кокс из угля, то совсем нетрудно увеличить прочность, иногда заменяемую понятием истирание. Это достигается созданием условий для более длительного процесса коксования, что выполняется в основном за счет снижения температуры. Если в первом случае коксование идет при Т 1050 градусов, то во втором – около 950.

: Как делается кокс на ОАО «Кокс» (Кемеровский коксохимический завод)

Уже было отмечено, где используется кокс, но есть потребность немного повторится:

  1. Плавка чугуна, где требуется высококачественное (с низкой долей серы) бездымное сырье.
  2. Материал для восстановления железной руды.
  3. Обогащение шихты.
  4. Литейное производство, как ваграночное топливо, используемое для эксплуатации специальных печей.

Все виды представляют кокс металлургический, но между первым и четвертым пунктами огромная пропасть по типу сырьевой базы. Суть отличий понятна в большей степени специалистам.

Для выплавки чугуна используют кокс доменный. К которому предъявляется ряд специфических требований. Часть из них регламентируется ГОСТ 5.1261-72 (с внесенными изменениями в 1974 году).

Выплавка чугуна

Туда входят такие параметры:

  • зольность и серность (средние и предельные значения);
  • выход летучих веществ;
  • два вида показателя прочности М25 и М10;
  • допустимый процент присутствия кусков менее 25 мм (максимум 3%);
  • средний размер фракции 25-40 мм, но не более 80.

В свою очередь кокс литейный считается более пригодным продуктом для металлургии. Размер фракций варьируется в диапазоне 60-80 мм.

Желающий кокс литейный купить могут согласовывать потребности предприятия с ГОСТ 3340-88, по которому регламентируется изготовление этого вида сырья. В нем описываются все те же параметры, что и для доменной разновидности.

При этом есть только один показатель прочности М40, который на самом деле имеет промежуточное значение между М10 и М25.

Кокс литейный и цена на него интересует предприятия, занимающиеся производством:

  • стали;
  • ферросплавов;
  • машиностроением;
  • в других отраслях тяжелой промышленности.

Если сравнивать показатели перечисленных параметров, нетрудно убедиться в том, что литейный кокс в металлургии ценится за следующее:

  • меньшее содержание серы (не более 1%);
  • слабое выделение легкоиспаряющихся веществ;
  • низкая электрическая проводимость;
  • высокая реакционная способность;
  • повышенная калорийность.

Но следует отметить, что для производства ферросплавов используют мелкие фракции, размером от 10 до 25 мм. Это не подходит под описание чисто литейного продукта, однако качественное содержимое – да. Поэтому в этой отрасли используют так называемые отходы (побочный продукт).

Схема загрузки кокса и шихты в доменную печь при производстве чугуна

Важная характеристика, влияющая на свойства – пористость

Угольный кокс, как и другие, имеет слабые места трех видов, это следующие:

  • трещины;
  • пор;
  • спекшиеся включения.

Наличие этих дефектов сильно влияет на твердость выходного материала. Производство кокса, технология получения качественного продукта уже могут учитывать некоторые факторы, которые позволяют регулировать получение данных дефектов.

Наличие последних, как и размер пор металлургического кокса сильно влияют на его горючесть, реакционную способность. Это как раз важные характеристики, за которые один вид сырья предпочитают другому (как, например, в случае с производством ферросплавов).

Температура горения кокса в технологическом процессе крайне важна, как и ее постоянство. Если доменная печь будет «разогреваться» не стабильным пламенем, которое могут вызывать наличествующие дефекты, качество литейного продукта значительно ухудшится и будет непредсказуемым.

Таблица: Требования к литейному коксу по ГОСТ 3340-88

Наименование показателяНорма для марки и классаМетод испытания
КЛ 1КЛ 2КЛ 3
60 мм и более10 мм и более60 мм и более40 мм и более60 мм и более40 мм и более
1.     Массовая доля общей серы Sdt %, не более0,61,01,4По ГОСТ 8606 или ГОСТ 4339
2.     Зольность Ad, % не более12,011,011,5По ГОСТ 27564
3.     Массовая доля общей влаги в рабочем состоянии топлива Wrt, % не более5,05,05,0По ГОСТ 27588
4.    Показатель прочности М40, % не более767378777877По ГОСТ 8929
5.    Массовая доля кусков размером менее нижнего предела, % не болееВ том числе кусков менее 40 мм, % не более14 (20)56–14 (20)56–14 (20)56–По ГОСТ 5954

При этом наличие самих пор не всегда становится проблемой для фактической твердости материала. Гораздо важнее, как много из отверстий ослаблены трещинами, именно этот дефект считается наиболее опасным для металлургического кокса.

Образование пор, как и твердость материала регламентируют следующим:

  • тщательным отбором сырья под производство (фракции, состав, прочее);
  • выбором температурного режима;
  • длительностью процесса коксования.

Для литейного кокса подбираются параметры, позволяющие получать материал с мельчайшими порами, чем для доменного аналога.

Производство кокса и нефтепродуктов

Эта отрасль промышленности сравнительно недавно стала осваиваться российскими предприятиями. Сырьевая база для не прокаленного или прокаленного нефтяного кокса – это в основном остатки термической переработки основного продукта:

  • мазуты;
  • смолы и асфальтены (коксообразующие вещества);
  • крекинг отходы и нефтяные пеки.

Кокс из нефти отличают по процентной доле содержания серы в общей массе:

  • малосернистые;
  • сернистые;
  • высокосернистые.

Если для первой группы содержание серы не превышает одного процента, то в последней этого элемента может быть более 2.

Так выглядит нефтяной кокс

Кокс металлургический и ГОСТы, которым следует его производство мало, чем отличается для тех классификационных параметров, что должны быть присущи и нефтяному переработанному сырью. Поэтому здесь правомерно говорить о разной зольности, размерности, кажущейся и действительной плотности.

Химический состав нефтяного кокса (цена за тонну зависит именно от состава) принципиального не отличается от каменноугольного и в целом металлургического. В него входят такие элементы: углерод в районе 90-95%, сера до 3%, водород не более 1%, соединение азота и кислорода около 1.5%.

Остаток занимают металлы.

Отличительной чертой нефтяного кокса можно считать наличие классической маркировки, от которой зависит область применения этих материалов. Названия отличные от предлагаемых расшифровок чаще являются простонародными или используемыми частными лицами (учеными) для описания продукта.

Так, например, кокс нефтяной анодный имеет маркировку КЗА. Производится при медленном коксовании, на выходе получают фракции размером 8-250 мм. Используют для получения анодной массы, необходимой при производстве алюминия. Откуда и получил свое неформальное название.

Марка КНПС-КМ применяется для изготовления коррозионноустойчивой аппаратуры, с первоначальным получением конструкционных материалов. Как и марку КНПС-СМ его получают коксованием смолы.

Нефтяной кокс и применение не ограничивается перечисленным. Это прекрасный материал для получения карбидов кремния и кальция, на сегодня высоко востребованные материалы в машиностроении, образующих защитных пленках, строительстве.

А вот производство игольчатого кокса в России пока только получает импульсы к развитию. Так, например, в сентябре 2017 года на Омский завод прибыло оборудование, которое позволит в ближайшие несколько лет начать самостоятельный выпуск именно нефтяного игольчатого кокса. До этого момента предприятие закупало сырьевую базу за рубежом.

Структура игольчатого кокса

Игольчатый кокс востребован в атомной, космической, химической и металлургической промышленностях. Его иногда называют кокс нефтяной электродный, поскольку используют для изготовления соответствующих изделий, обладающих низким электрическим сопротивлением и таким же по значимости, коэффициентом термического расширения.

Нефтяной кокс и цена за тонну на экспорт, вопрос еще обсуждаемый. Так как его производство не имеет таких масштабов, в которых заинтересован даже российский потребитель. А производство игольчатого нефтяного кокса и вовсе только налаживается (это направление отрасли едва ли отпраздновало десятилетие).

Еще одно видео про производство кокса:

Источник: https://xlom.ru/spravochnik/koks-v-metallurgii-i-dlya-chego-nuzhen-litejnyj-koks

Как пекут кокс на Московском коксогазовом заводе (часть 1)

Производство кокса: технология и особенности
Это начало рассказа. Продолжение –в следующей публикации

Это происходит из раза в раз. Сперва все замирает, затем горновой открывает лётку и из горна печи вырывается наружу поток жидкого чугуна, который по желобам направляется на литейный двор, а там разливается по чугуновозам.

В этот момент доменная печь словно облегченно выдыхает – “уфф”. Даже чувствуется, как спадает напряжение, но это буквально на несколько минут.

После того, как завершится выпуск чугуна, горновой закроет лётку и начнется загрузка печи новой партией шихты, в состав которой входят руда, известняковый флюс и кокс.

Для производства 1 т. чугуна требуется 430 – 490 кг. кокса.

Что такое кокс и зачем он нужен

Кокс – очень твердый пористый материал серого цвета. На 98 – 99% он состоит из углерода.

Так чем же кокс так полюбился металлургам, которые активно применяют его в доменном и литейном производстве?

Он является высококачественным бездымным топливом, источником тепла. Углерод, содержащийся в коксе, играет ключевую роль в восстановлении железа.

Кроме того, в процессе плавки кокс служит разрыхлителем шихты, его куски образуют что-то вроде сита, через которое проходят доменные газы, стекают вниз расплавленный металл и шлак.

Эта способность кокса обусловлена еще одной особенностью – он очень прочный и, нагреваясь, не становится вязким или жидким. Поэтому столб шихты, загруженной в печь, не способен раздавить кокс и тот играет свою роль разрыхлителя – сита до тех пор, пока не сгорит.

Изначально в доменных печах в качестве топлива применялся древесный уголь. Но уже в XVIII веке истребление лесов для его производства достигло таких масштабов, что металлурги всерьез задумались об альтернативном источнике топлива.

Информацию о том, кто и как придумал выжигать каменный уголь в кокс, мне не удалось найти. Однако известно, что первая плавка чугуна на коксе состоялась аж в 1735-м году.

С тех пор процесс коксования прошел огромный путь развития, но одно осталось неизменным: качество кокса определяется свойствами угля, из которого его делают.

Москокс

То, как готовят кокс, нам удалось увидеть на заводе АО “Московский коксогазовый завод”, входящем в состав Группы “Мечел”.

Условная схема Московского коксогазового завода: 1 – склад угля, 2 – мостовые грейферные краны, з – электрический вагонотолкатель, 4 – вагоноопрокидыватель, 5 – подземный конвейер доставки углей на склад, 6 – подземный конвейер доставки углей в закрытый склад (силосы), 7 – бункер разгрузки угля, 8 – башня сортировки и погрузки кокса в вагоны, 9 – электрический вагонотолкатель, 10 – закрытый склад углей (силосы), 11 – конвейер подачи шихты в угольную башню, 12 – конвейер подачи кокса на погрузку, 13 – рампа выгрузки кокса из коксотушильного вагона, 14 – двересъемная машина, 15 – коксотушильный электровоз, 16 – коксотушильный вагон, 17 – кокостушильная башня, 18 – коксовыталкиватель, 19 – коксовый цех, 20 – коксовая батарея, 21 – угольная башня

Уголь

Процесс коксования заключается в том, что при нагреве из каменного угля испаряется вода, улетучиваются газы, соединения азота и фосфора, водород. А сам каменный уголь при этом сперва становится вязким, а с повышением температуры спекается в единую массу. Свойство становиться вязким при нагреве отличает коксующиеся угли от некоксующихся.

Существует несколько марок коксующихся углей: коксовые (К), коксовые спекающиеся (КС), коксовые отощенные (КО), жирные (Ж), газово-жирные (ГЖ), отощенно-спекающиеся (ОС) и слабо-спекающиеся (СС).

Идеально для коксования подходят угли марки К. Но как это часто бывает, запасы наиболее подходящего сырья на нашей планете невелики и приходится как-то выкручиваться.

Поэтому коксохимики придумывают свои рецепты: берут, к примеру, марку Ж, которая обладает отличными показателями вязкопластичности. Но вот незадача: при нагреве из нее вместе с летучими веществами уйдет до 30% массы и кокс получится очень пористым, а соответственно механически слабым.

Чтобы этого избежать, добавляют марки КС и КО. Однако они совсем не спекаются и обладают высокой реакционной способностью. Чтобы ее компенсировать, добавляют марку ГЖ. В общем, процесс поиска правильной формулы – творческий.

Математика здесь не помогает, тут важнее личный опыт, эксперимент, знание угля, технологии и техники.

Зачем я все это рассказываю? Да затем, что производство кокса начинается со склада углей. А коксогазовый завод – с заводской станции.

Станция Заводская

Московский коксогазовый завод производит в год до 1.1 млн. тонн кокса. На это уходит примерно 1.3 млн. тонн угля. Т.е. ежедневно завод принимает в среднем до 50 вагонов угля и отправляет около 45 вагонов кокса. Этот грузопоток обеспечивает железнодорожная станция Заводская.

Станция условно разделяет завод на две части. В северной стороне находится склад угля, в южной – производство. Для разгрузки угля оборудованы бокс для размораживания вагонов на два стойла и вагоноопрокидыватель, а для погрузки кокса – башня сортировки кокса и его погрузки в вагоны.

Подачу вагонов на разгрузку в вагонооопрокидыватель обеспечивает электрический вагонотолкатель. Уголь высыпается в бункер, расположенный под вагонооопрокидвателем, а затем по подземному конвейеру отправляется на склад угля.

Станция Заводская. Синее сооружение на фоне – бункер для разгрузки угля, кирпичное сооружение правее – башня сортировки и погрузки кокса в вагоны, силосные башни в правой части кадра – закрытый склад угляСтанция Заводская.

ТГМ6А-2073 выполняет маневровую работу.

В левой части кадра вагоны, груженые коксом, ожидают отправки с завода, а в правой части кадра – стоят в очередь на погрузку коксаМаневровый тепловоз ТГМ6А-2073 с составом коксаДиспетчерский пульт станции ЗаводскаяДиспетчерская станции Заводская

Склады угля

Угольный склад – это открытая площадка, по которой ровными штабелями – конусами разложены угли. А над ним парит мостовой кран с грейфером (специальным захватом для сыпучих грузов).

Как мы уже говорили, для производства кокса используют угли разных марок, которые смешиваются в определенных пропорциях в зависимости от тех свойств, которые ожидаются от продукта.

Поэтому они раздельно хранятся и раздельно подаются на закрытый склад (силосные башни): грейферный кран берет уголь из соответствующего штабеля и грузит его на подземный конвейер, которым тот доставляется в соответствующую силосную башню.

Подземные конвейеры – дань чистоте. Благодаря им такое понятие, как угольная пыль, Москоксу почти не знакомо.

Кроме конвейеров, со склада угля на станцию Заводская ведет подъездной путь . Если конвейеры встанут, уголь грузят в полувагоны и доставляют на разгрузку в бункер, который находится на станции.

Из закрытого склада угли каждой марки подаются в дозировочное отделение углеподготовительного цеха. Начинается подготовка шихты для загрузки в коксовые печи.

В дозировочном отделении угли измельчаются в барабанных дробилках, отбираются дозаторами, смешиваются в необходимой пропорции, а затем еще раз измельчаются, на этот раз молотковыми дробилками. Когда угольная смесь измельчена до зерен размером около 0.3 мм., подготовка шихты завершается и она подается в угольную башню.

Слева – гараж для размораживания вагонов, справа – вагоноопрокидватель. На путях перед ним – электрический вагонотолкательСклад угляТГМ6А-2073 перед бункером разгрузки угляБункер разгрузки угля

Угольная башня и углезагрузочная машина

В распоряжении коксового цеха “Москокса” находится 178 печей, объединенных в четыре коксовые батареи. Угольная башня возвышается над ними, прямо по центру . Она предназначена для хранения шихты и ее погрузки в углезагрузочные машины. Поэтому в угольной башне творит организованное двоевластие: верхняя часть принадлежит углеподготовительному цеху, а нижняя – коксовому.

Под башней работает углезагрузочная машина, выполняющая загрузку шихты в печь. Она самоходная, с электрическим приводом, передвигается по рельсам, уложенным по крыше коксовых батарей, а ее питание осуществляется по троллеям.

Поскольку у коксовой печи в крыше предусмотрено три загрузочных люка (один в центре, два по краям), углезагрузочная машина оборудована тремя бункерами для шихты.

Для погрузки шихты машина заезжает под угольную башню. Шихта загружается в бункеры. Затем она направляется к печи, загрузку которой нужно выполнить.

Благодаря загрузке через три люка шихта равномерно распределяется по коксовой камере печи. По завершении загрузки угольную смесь дополнительно выравнивают планирной штангой.

А затем печь плотно закрывают и начинается процесс коксования. Он продлится от 18 до 40 часов при температуре 1000 – 1100 градусов.

Угольная башня

Печи и батареи

Камера коксовой печи расположена горизонтально. Ее длина составляет около 12 м, высота – 4 м, а ширина – 0.5 м. В верхнем перекрытии камеры предусмотрено три отверстия для загрузки шихты и отверстия для отвода летучих продуктов коксования. Они через газоотоводную арматуру направляются в газосборник. Газы, выделяющиеся при кокосовании, используются для нагрева коксовых печей.

С торцов камера печи плотно закрывается дверьми, которые открываются только по завершении процесса коксования для выталкивания готового кокса. Для успешного протекания процесса коксовая камера должна быть герметична как для наружного воздуха, так и для отопительных газов.

Коксовые печи. В каждой из них запекается по 13 т. кокса

Коксовые печи собираются в батареи. В состав батареи входит несколько десятков печей. Камеры печей разделены между собой обогревательными простенками, каждый из которых содержит несколько десятков вертикальных отопительных каналов (вертикалов), разделенных между собой глухими перегородками.

Качество кокса зависит от равномерности прогрева загруженной в печь шихты. Поэтому в простенке так много вертикалов, а каждый из них оборудован устройствами для регулирования поступающих в него на сгорание газа и воздуха. Это позволяет очень точно настроить необходимый прогрев шихты.

Кроме вертикалов, в состав отопительной системы батареи входят регенераторы – накопители тепла отходящих дымовых газов. Дым проходит через регенератор и нагревает его до температуры около 1000 градусов.

Затем происходит смена потока и через регенератор направляется газ, который подогревается в нем перед подачей в отопительные каналы. В это время тепло отходящих дымовых газов накапливает другой регенератор.

Через 20 – 30 минут, когда первый регенератор остынет до 300 – 400 градусов, а второй наоборот нагреется, произойдет очередная смена потоков газов. Соответственно вертикали поочередно используются то для сжигания газа, то для отвода продуктов горения.

Из всего этого вытекает ответ на вопрос о том, зачем печи собирают в батареи: одной сложной термической системой управлять проще, чем четырьмя десятками.

Коксовый цех Московского коксогазового заводаКоксовые печиПост управления коксовыми печами

Продолжение – в следующей публикации

Если Вам понравилась эта публикация, буду рад Вас видеть на своих страницах ви.Список всех моих рассказов о предприятиях можно найтиздесь >>>.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/b282/kak-pekut-koks-na-moskovskom-koksogazovom-zavode-chast-1-5d2d4a80bc228f00aec3641e

Коксохимическая промышленность

Производство кокса: технология и особенности

Коксохимия – обособленная часть химии и химической промышленности, специализирующаяся на переработке природного топлива (каменного угля) в кокс методом коксования.

При этом даже побочные продукты, образующиеся в процессе (коксовый газ, масла, смолы), становятся исходным сырьем для ряда других производств: изготовления удобрений, химических реагентов, выпуска полимеров, моющих средств и прочего. Поэтому нужность этой отрасли сложно переоценить.

История отрасли

Коксовый уголь долгое время не находил промышленного применения. И это несмотря на то, что как ископаемое он был известен давно. Массовое использование началось только с середины XVIII века после того, как при доменной плавке стал использоваться кокс, а не древесный уголь.

Извлечение побочных продуктов из коксового газа началось гораздо позже, так как до этого времени считалось, что смола, содержащаяся в газе – просто отход производства, поэтому она не находила практического применения. Хотя уже тогда промышленники знали, что эти «побочные продукты» содержат бензол, аммиак, нафталин, однако технологии тех времен попросту не позволяли извлечь их.

Ситуация изменилась во второй половине XIX века: в это время налаживалось производство синтетических красителей, а потому спрос на смолу, бензол и прочие «отходы» коксохимической промышленности вырос.

В России, несмотря на богатейшие месторождения марганцевых и железных руд, каменного угля и известняков, коксохимическая промышленность начала «расти» только после Октябрьской революции. Правда, развивалась отрасль гигантскими темпами: строились заводы, оснащенные по последним техническим возможностям.

Начавшаяся в 1941 году ВОВ временно затормозила развитие промышленности, однако в период 1946-1950 гг. все разрушенные заводы были восстановлены и даже запущены новые.

В настоящее время отрасль продолжает развиваться: разрабатываются месторождения, изыскиваются новые технологии обработки сырья и переработки отходов.

Область применения

Основной потребитель коксохимической отрасли – черная металлургия (доменное производство). При этом уголь должен обладать определенными характеристиками:

  • приемлемым содержанием примесей (серы и влаги);
  • более высокими температурами сгорания;
  • возможностью спекаться (это обуславливает наличие витрена в составе) и приобретать пластическое состояние;
  • «правильной» калорийностью;
  • необходимой механической прочностью.

Несоблюдение этих требований приведет к расстройству хода домны.

Примечание: только 10% каменного угля подвергаются коксованию.

Также находят применение и побочные продукты. Речь идет о таких веществах:

  • коксовый газ – используется как промышленное топливо и сырье для химического синтеза;
  • каменноугольная смола – содержит около 300 различных компонентов, среди которых толуол, бензол, фенол, нафталин, ксилол;
  • надсмольная вода – слабый водный раствор аммиака и аммонийных солей, служит для получения сульфата аммония (удобрение) и аммиачной воды.

Они используются «смежными» индустриями:

  • цветной металлургией;
  • при изготовлении стройматериалов;
  • для металлообработки;
  • пищевой индустрией (изготовление сахара);
  • производством электродов;
  • при производстве электрокорунда;
  • производством огнеупоров;
  • для изготовления искусственного графита;
  • в химической промышленности (изготовление углеродистого кальция, карбида кремния, фосфора, соды, сульфида натрия) и других отраслях.

Есть еще одна область применения – бытовая (топливо). В этом случае к продукту не предъявляется высоких требований относительно его прочности.

Сырье и виды кокса

Основной продукт – искусственное твердое топливо (кокс). Получается он в процессе нагрева природного горючего (древесина, каменный уголь, нефтепродукты) до высоких температур. В зависимости от состава и качества исходного материала, а также от техники его обработки можно получить несколько видов продукта:

  • Нефтяной (низкозольный – до 0,8%). Его получают путем пиролиза (термическое разложение без доступа кислорода) и крекинга (высокотемпературная переработка) жидких отходов нефтепроизводства.
  • Электродный пековый (зольность до 0,3%) – результат коксования каменноугольного пека при высоких температурах.
  • Каменноугольный – самый распространенный – выделяют доменный, литейный, бытовой и прочие виды.

По качеству наилучшим считается доменный кокс.

Процессы производства

Условно процесс можно разделить на три стадии:

  1. Подготовка. Сюда относится обогащение малозольных коксующихся углей с низким содержанием серы – это необходимо, чтобы удалить примеси, затем последующее измельчение (в результате получаются «угольные зерна» размером до 0,3мм), смешивание нескольких пород угля, сушка полученной смеси (шихты).
  2. Коксование. На этой стадии полученную смесь загружают в коксовую печь на 14-16 часов при температуре 900-1050°C. Полученный продукт (спекшийся «коксовый пирог») выталкивается специальными устройствами в железнодорожные вагоны, где он будет охлаждаться азотом или водой.
  3. Полученная при охлаждении парогазовая смесь через газосборник отводится для улавливания и переработки.

Полученные газо- и парообразные продукты также нуждаются в охлаждении. Делается это при помощи воды, которая впрыскивается (она необходима для разделения газовой смеси). Процесс дальнейшего «остывания» проходит в кожухотрубчатых холодильниках. Полученные вещества (конденсаты) смешивают. Затем оттуда извлекают надсмольную воду и каменноугольную смолу.

Следующая стадия – очистка сырого коксового газа от аммиака и сероводорода:

  • улавливание фенола и сырого бензола происходит в результате промывки газа специальным поглотительным маслом;
  • улавливание пиридиновых оснований происходит при участии серной кислоты.

 «Чистый» коксовый газ используют как топливо в батареях коксовых печей.

Из надсмольной воды выделяется аммиак, фенолы, пиридиновые основания.

Оставшуюся воду, предварительно разбавленную технической, используют для охлаждения кокса после печи или направляют на очистные сооружения с целью последующей биоочистки.

Из каменноугольной смолы ректификацией (разделение многокомпонентных смесей за счет противоточного массообмена между паром и жидкостью) получают такие фракции:

  • каменноугольный пек;
  • нафталиновую;
  • антраценовую;
  • поглотительную.

Из них в последующем будут выделены каменноугольные масла, фенантрен, фенолы, антрацен, нафталин.

Наиболее крупные коксохимические представители

Другие компании, работающие в данной отрасли, представлены в разделе Коксохимические предприятия.

Влияние на экологию

На всех стадиях производства происходит выделение вредных веществ (аммиак, сероводород, угарный газ, бензол, синильная кислота). Это наносит вред не только экологии, но и здоровью человека (влияет на нормальную работу печени, системы кроветворения, органов дыхания и пр.). Кроме того, действие токсических веществ может усиливаться (эффект суммации).

Причем распределение токсических веществ «по окрестностям завода» с течением времени происходит неравномерно: в одном месте показатели могут продемонстрировать небольшие отклонения от нормативов, а в другом – значительные.

Для того чтобы улучшить экологическую ситуацию в регионах расположения коксохимических предприятий, нужно продолжать совершенствовать технологические процессы: стараться довести их до малоотходного или безотходного производства.

Но это потребует значительных финансовых инвестиций.

Поэтому для начала необходимо хотя бы вывести из использования устаревшие агрегаты и оборудование (а таких на заводах большинство) и заменить их на более новые аппараты, оснащенные современными природоохранными установками.

Трудности и перспективы отрасли

Несмотря на свою полезность и востребованность, эта отрасль промышленности также имеет свои сложности. В первую очередь они касаются сырья: большинство угля на территории России добывается открытым способом, а это значит, что спекаемость у этого материала недостаточна для того, чтобы получить кокс высокого качества.

Примечание: сырье, поставляемое из соседних стран, хотя и имеет более высокую спекаемость, но также содержит и большое количество примесей (сера). Полученный из них кокс не будет обладать необходимой прочностью.

Кроме того, многие коксохимические предприятия России находятся на значительном расстоянии от места добычи (например, уголь из Кузбасса нужно везти в центр страны или на Урал), поэтому транспортировка материала всегда связана со значительными расходами. А еще с потерями: уголь перевозится в открытых вагонах, поэтому часто большое количество сырья попросту остается на железнодорожном полотне. Все это будет накладывать свой отпечаток на себестоимость конечного продукта.

Однако спрос на сталелитейную продукцию только растет. То же самое можно сказать и о производстве чугуна. Это приводит к тому, что потребности в коксе «элитного» качества будут только прогрессировать, что, возможно, сделает отрасль более привлекательной в плане инвестиций. А увеличившееся финансирование позволит вывести индустрию на более высокий уровень.

13.01.2020

Источник: https://fabricators.ru/article/koksohimicheskaya-promyshlennost

Коксующийся уголь: производство, характеристики и применение

Производство кокса: технология и особенности

Возрастающая ценность основных используемых источников энергии приводит к разработке новых технологий в области энергетики и топлива.
Рост цен на природный газ, электрическую энергию, различные виды топлива особенно остро сказывается на затратах производства, что ложится в себестоимость продукции и, как следствие, ложится на конечного потребителя.

Коксующийся уголь за 2016 год подорожал на 126%, то есть более, чем в 2 раза.

В себестоимости готовой стальной продукции затраты на кокс составляют около 50%.

Коксующийся уголь добывают коксованием каменного угля. Твердое топливо под названием кокс, представляет собой огромную техническую ценность.

Не менее 10% всего каменного угля подвергают коксованию, это говорит о важности кокса в энергетике и промышленности, в частности, металлургической- при выплавке чугуна.

В доменном производстве применяют исключительно доменный кокс, который применяется и при восстановлении металлов из руды, и в качестве разрыхлителя шихтовых материалов.
В литейном производстве используют каменноугольный или литейный кокс, в химмической промышленности и при производстве ферросплавов – его специальные разновидности.

В металлургической промышленности использовать некоксующийся уголь- запрещено.
Коксующиеся угли ценятся выше, чем некоксующиеся.

Запасы угля. Добыча угля

Основное количество общего запаса угля находится на глубинах до 600 м. Стоит отметить, что в некоторых крупных бассейнах, таких, как Донецкий (Украина) и Рурский (Германия и Бельгия), запас угля находящегося на глубине до 600 м практически выработаны, а оставшиеся запасы содержатся на значительно больших глубинах.

В 2016 году Украина увеличила добычу угля на 2,82% (на 1,12 млн  тонн) до 40,86 млн тонн, по сравнению с 2015 годом.

Как получают кокс

Кокс – не весь каменный уголь, а его нелетучий углеродистый остаток. Для его получения уголь должен быть следующим:

  • жирным,
  • отощенно-спекающимся,
  • газовым,
  • слабоспекающимся, 
  • коксовым.

По данным МЭА (IEA) в 2015 году в мире произвели 1,09 млрд тонн коксующегося угля, что на 1,6% меньше, чем в 2014.  Производство Китая составило 611,1 млн т, или 56,1% от общего количества. 

Основные характеристики коксующегося угля

При коксовании учитываются такие показатели, как:

  • спекаемость,
  • приобретение пластичности,
  • технический состав,
  • количесво примесей,
  • температура сгорания.

Изменения этих характеристик влияет на стадии распределения шихты в печи.

Процесс коксования

Все процессы коксования происходят в каменном угле при его нагревании.

  1. Для начала его измельчают и смешивают, с целью получения, так называемой, смеси коксования или шихты.
  2. Далее производится само коксование. Прокаливание смеси, в течении 15 часов, в камере печи при высокой температуре (+ 1000-1200 град. по Цельсию). В таких печах используется газовый нагрев с минимальным доступом воздуха. 
  3. Изъятие «коксового пирога» из печи.

Кокс в доменом производстве

Одним из основных направлений использования коксующегося угля является доменное производсто.

С 18 века кокс является основным источником углерода в доменном процессе. С 1960 года до настоящего времени в доменном процессе всё больше и больше используют дополнительные топлива, такие как мазут, смола, уголь и природный газ.

Дополнительные топлива вдуваются в печь через воздушные фурмы, снижая теоретическую температуру горения топлива на фурмах. Для компенсации снижения теоретической температуры горения дутьё обогащают кислородом.

За последние 50 лет расход кокса в доменном производстве значительно снизился.

Это произошло благодаря:

  • вдуванию в доменные печи дополнительных топлив (При вдувании пылеуглеродного топлива нормальной практикой считается работа доменной печи с расходом кокса около 300 килограмм на одну тонну чугуна, вместо привычных 500кг/тн)
  • улучшению качества шихтовых материалов,
  • повышению температуры дутья,
  • увеличению объема печи,
  • усовершенствованию управления процессом.

Функции кокса в доменной печи

Кокс и железорудное материалы в доменную печь загружают чередующимися слоями.

Структура слоя кокса способствует распределению газа по сечению и проникновению его в слои железорудных материалов.

Наиболее важными функциями кокса являются:

  •  Генерация в процессе горения на формах тепла и восстановленного газа, необходимого для восстановления и плавления железорудных материалов.
  • Создание в печи газопроницаемой структуры, обеспечивающей необходимое распределение газа по сечению печи и прохождение его через железорудные материалы.
  • Создание в нижней части печи прочной структуры (коксовой насадки), проницаемость для жидких продуктов плавки. Кокс остается твердым и пористым материалом при его нагреве до высоких температур (более 2000 градусов Цельсия), что имеет особое значение в горне и зоне когезии. Под зоной плавления кокс остается единственным твердым материалом. Столб всей шихты заполняющий доменную печь, поддерживается слоем кокса, заполняющего нижнюю часть печи- коксовой насадкой.

Коксовая насадка должна быть хорошо проницаема для продуктов плавки, чтобы чугун и шлак могли стекать по ней из зоны плавления в горн, накапливаться и свободно перетекать к летке во время выпуска.

Участие в процессах прямого восстановления железа, кремния, марганца, науглероживания чугуна в качестве поставщика углерода.
При прохождении в доменной печи кокс подвергается механическому и химическому воздействию. Средний размер кусков уменьшается, при этом показатель его холодной прочности (I40) остается постоянным.

Использование концентрированного нелетучего угля. 

Нелетучий углеродистый остаток повышает газопроницаемость доменных зарядов, воздействующих на него. Температура в печи должна быть максимально высокой, а это возможно лишь при использовани концентрированных нелетучих материалов.

Пар и газ обеспечивают в печи необходимую температуру, которая потреблялась бы для газообразования от самой печи. Углеродистый остаток должен быть плотным и тяжелым, что бы загрузить в горн максимальное количество горючих материалов.

Качество кокса

Качество кокса можно описать двумя широкими категориями:

      1. Состав.
      2. Механическая холодная и горячая прочность.

Важные характеристики состава – содержание золы и влажность кокса. Оба показатели должны быть как можно меньше.

золы обычно составляет 8-12 % и зависит от зольности используемых углей.

Влажность является последствием тушения и последующей транспортировки и хранения кокса.

Другие важные показатели химического состава – содержание серы и щелочей.
Качество кокса влияет на износ футеровки горна.

Физическим характеристикам качества Кокса относятся следующие:

      • Размеры, гранулометрический состав. Средний размер металлургического кокса обычно составляет от 45 до 55 миллиметров миллиметров. Для обеспечения высокой проницаемости слоя кокса гранулометрический состав его должен быть узким. Повышенное содержание в коксе фракции более 80 указывает на плохое регулирования процесса коксования.
      • Сопротивление физическому разрушению при транспортировке и других механических воздействиях. Показателями, которые оценивает эту характеристику являются – I40, М40, “Стабильность”. Данные показатели указывают на гранулометрический состав кокса после его химической стабилизации.
      • Стойкость к истиранию, которая характеризует показателями – I10, М10, “Твердость”.
      • Реакционная способность кокса. Кокс может реагировать с CO2, что приводит к его разупрочнение и увеличивает его расход в доменной печи. Кокс с меньшей реакционной способностью (показатели реакционной способности кокса – CRI) и высокой горячей прочностью ( показатель горячей прочности – CSR) имеет более высокую механическую прочность в нижней части печи.
      • Постоянство качественных характеристик кокса, особенно его размера и гранулометрический состав, оказывает большое влияние на работу доменной печи.

Качество кокса в основном зависит от качества используемой угольной шихты, хотя ее подготовка, время коксования, состояние оборудования и способ тушения также оказывают влияние на качество кокса.

Оптимизация угольной шихты сама по себе является искусством, в котором следует учитывать множество важных факторов.

К ним относятся содержание летучих веществ в угле,  давление газа, выделяющегося из угля в процессе коксования.

Получаемый кокс должен достаточно уменьшиться в объеме, чтобы его легко было вытолкнуть из камеры коксования, а давление выделяющегося при коксовании газа не должно быть высоким, чтобы не повредить стенки камеры коксования.

Скорость коксования зависит от температуры. Чем выше скорость коксования, тем больше трещин образуется в коксовом “пироге” и тем меньше размер кусков полученного кокса. Среднее время коксования 16- 24 часа.

Заключение

Сталелитейные предприятия являются основными покупателями коксующегося угля. Кроме них кокс применяется в цветной металлургии и в других производствах. В мире для производства 1 628 млн тонн стали необходимо использовано около 800 млн тонн кокса.

В черной металлургии для производства одной тонны чугуна уходит около 0,4 т кокса. Это достигается за счет использования экономных и альтернативных технологий (вдувание пылеуглеродного топлива), заменяющих кокс, которые развиваются и применяются несколько ограниченно.

Наиболее активно технология вдувания пылеугольного топлива используется в Азии. Приблизительно 45% из действующих комплексов PCI (без учета Китая) установлены на азиатских заводах в Японии, Южной Корее, Индии. 

В 2017 году азиатскими металлургами планируется открытие новых доменных производств, с установками PCI, что будет способствовать снижению расхода кокса.

Учитывая дефицит угля, при сохранении такой тенденции, в ближайшие годы мировая металлургическая промышленность продолжит характеризоваться устойчивым спросом на кокс и высокими ценами на продукцию.

: 26.01.2017

Источник: https://vikant.com.ua/news/koks

Бизнес
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: