Полукоксование
Содержание
Введение
Полукоксование
Факторы, влияющие на выход и качество продуктов полукоксования
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Твердые горючие ископаемые - каменные и бурые угли, горючие
сланцы, торф - составляют 90% всех горючих ископаемых. Переработка твердых
горючих ископаемых позволяет превращать горючие ископаемые в облагороженные
твердые топлива и углеродистые восстановители, получать из угля
высококалорийные горючие газы, смеси органических веществ, используемых в
качестве разнообразного химического сырья.
Наиболее широко распространенным процессом стала термическая
переработка горючих ископаемых без доступа воздуха при 500-1100°С. При этом
происходит расщепление органической массы угля, рекомбинация продуктов
расщепления с получением термдинамически стабильных веществ: твердого остатка,
смолы, газа.
По конечным температурам нагревания различают
низкотемпературное коксование, или полукоксование (500-600°С),
среднетемпературное (650-750°С) и высокотемпературное коксование (950-1100°С).
В данной работе рассмотрим низкотемпературное коксование.
полукоксование низкотемпературный пиролиз топливо
Полукоксование
Полукоксование - процесс термической переработки твердого топлива
(каменного угля, бурого угля и сланцев) без доступа воздуха до температур
500-600
. Для полукоксования используют преимущественно угли с высоким
выходом летучих веществ
<http://www.mining-enc.ru/v/vyxod-letuchix-veschestv/>, дающие большой выход
первичной смолы. Выход первичной смолы и полукокса зависит от качества
исходного сырья, конструкции и режима печей. Большая часть летучих веществ,
выделяющихся в процессе низкотемпературного пиролиза, за исключением паров
свободной влаги, образуется в самых горячих областях пластического слоя.
Продуктами полукоксования являются полукокс, первичная смола, пирогенетическая
вода и первичный газ. Продукты полукоксования - называются первичными, так как
они не претерпевают далеко идущих процессов термического разложения.
Процесс проводят в специальных печах полукоксования. В
зависимости от способа обогрева все существующие печи для полукоксования можно
разделить на две группы: с внешним обогревом и с внутренним.
Полукокс - основной продукт процесса низкотемпературного
пиролиза, твердый остаток составляющий до 90% масс. от угля. Крупность
полукокса зависит от крупности, прочности, термической устойчивости (изменения
прочности, возникновения деформации и распада кусков на более мелкие при
нагревании) исходного кускового материала углей, а также от технологии
полукоксования (устройства печи и механических нагрузок в ней на куски угля,
скорости подвода тепла, температуры.) Обычно в печах для полукоксования
применяются угли крупностью 20-80 мм. Полукокс находит широкое применение.
· В качестве энергетически промышленного
топлива для непосредственного сжигания в топках паровых котлов или промышленных
агрегатов (на электроцентралях, цементных, стекольных и керамических.) Наиболее
распространено потребление кускового полукокса. Благодаря своим особенностям
полукокс при сжигании дает возможность обеспечить более высокие температуры в
топках с меньшей затратой топлива.
· Как бытовое топливо. В странах, где
распространено применение полукокса в домашних печах, к полукоксу предъявляют
ряд особых требований, в первую очередь обеспечение бездымного горения, ровной
кусковатости и т.п. Поэтому только некоторые разновидности идут для бытовых
целей.
· В последнее время полукокс применяется в
качестве промежуточного продукта при производстве формованного
металлургического кокса. Буроугольный кокс можно использовать в шихтах для
коксования в камерных печах, где он в ряде случаев успешно заменяет отощающие
компоненты шихты. Значительный эффект достигается при вдувании измельченного полукокса
в доменную печь, где он играет роль топлива, а также химического реагента, что
позволяет сэкономить значительное количество доменного кокса из дорогих и
дефицитных спекающихся углей.
Первичная смола также имеет название "деготь",
"смола полукоксования". Первичной смолой называют жидкие продукты
конденсирующейся из парогазовой фазы, образующейся при полукоксовании горючих
ископаемых. Первичные смолы различаются по составу и свойствам в зависимости от
природы горючих ископаемых. Плотность первичных смол близка к плотности воды и
изменяется в пределах 0,95-1,05, поэтому смолы плохо отстаиваются от воды.
Выход первичной смолы является важной характеристикой технологического процесса
полукоксования. Современные высокоскоростные процессы как раз ориентированы на
получение максимально возможного количества первичных смол. Их выход зависит
как от генетических особенностей ТГИ, так и от технологических параметров
процесса термической переработки. Смолы представляют собой темно-бурые
жидкости, в зависимости от способа полукоксования плотность смол изменяется в
пределах от 0,95 до 1,1 г/см3. В состав полукоксовых смол может
входить до 35% фенолов, 3-5% олефинов, до 10% нафтеновых, 15-25% ароматических
углеводородов, 1-2% органических оснований и 2-10% парафиновых углеводородов.
Полукоксовые смолы в принципе могут быть сырьем для получения моторных топлив,
фенолов, парафинов, углеводородов ароматического ряда. Фенолы находят
применение в производстве пластических масс, лаков, синтетических волокон,
фармацевтических препаратов. Парафины служат сырьем для производства
поверхностно-активных веществ и моющих препаратов.
Первичный газ - это смесь газообразных продуктов,
образующихся при полукоксовании. После извлечения из него парообразных смоляных
продуктов и газового бензина он состоит в основном из метана, его гомологов и
других углеводородов и водорода. Состав определяется также видом ТГИ,
подвергающегося полукоксованию. Особенностью состава первичного газа является
высокое содержание метана и его гомологов, что способствует высокой температуре
сгорания. Основное количество полукоксового газа расходуется на нагрев топлива
и другие нужды на самом предприятии, где проводится полукоксование. Избыток
полукоксового газа может быть использован как бытовое топливо, а также для
органического синтеза.
Факторы,
влияющие на выход и качество продуктов полукоксования
Выход и качество продуктов полукоксования зависят от свойств
перерабатываемого топлива, условий нагревания, в частности, от скорости подвода
тепла, конечной температуры нагревания, давления. Большое значение имеют также
тип применяемых печей, способ обогрева, время пребывания летучих веществ в
зонах с высокой температурой и другие факторы, которые определяют равномерность
температурного поля и оказывают влияние на формирование конечных продуктов.
Выход смол при полукоксовании бурых углей различных типов может изменяться в
широких пределах - от4,5 до 15-17%, выход смолы, образующейся при
полукоксовании каменных углей, также зависит от особенностей их структуры и
изменяется в пределах от 1,5 до 20% и выше. По мере роста метаморфизма (от
газовых углей к тощим) выход полукоксовой смолы снижается. Исключение
составляют лишь жирные угли, при нагревании которых до 600°С часто образуется
столько же первичных смол, сколько и из газовых углей.
Конечная температура нагрева топлива существенно влияет на
выход и свойства продуктов полукоксования, так как по мере подвода тепла
протекают высокотемпературные превращения. Обычно конечной температурой
полукоксования является 600°С. При этой температуре процессы смолообразования
практически завершаются. Более высокотемпературные превращения, характерные для
стадии перехода полукокса в кокс (дегидрирование, деалкилирование,
взаимодействие водорода с азотосодержащими гетероциклами, их последующее
расщепление и образование аммиака и молекулярного азота), с увеличением
температуры более 600°С усиливаются. Образуется дополнительное количество газов
(водород, метан, аммиак, азот и др.), уменьшается выход твердого остатка,
изменяется его качество. С повышением температуры снижается реакционная
способность продукта, возрастает структурная прочность. Повышение конечной
температуры нагревания в реальном процессе влияет на выход и состав смол. Для
повышения температуры в нагрузке необходимо увеличить температуру газа -
теплоносителя в печах с внутренним подводом тепла или температуру греющих стен
в печах с внешним обогревом. Это вызывает дополнительный пиролиз летучих
веществ.
Таким образом повышение температуры выше 600°С приводит к
снижению выхода твердого продукта и смол, увеличению количества газов.
Важным фактором является скорость нагревания. При более
интенсивном подводе тепла уменьшается выход полукокса и увеличивается выход
смолы. Рассматривая влияние скорости нагрева на выход продуктов полукоксования,
необходимо иметь в виду и следующее соображение, которое учитывает особенности
протекания процесса в определенном аппарате, где перерабатываются большие массы
топлива. При медленном нагреве подвод тепла к топливу происходит равномерно, а
образующиеся летучие продукты проходят через слой нагретого топлива,
подвергаясь вторичному пиролизу в незначительной степени. При увеличении
скорости нагрева, для чего повышают температуру теплоносителя или греющих стен,
летучие компоненты, проходя через слои топлива, подвергаются большему пиролизу
как в массе топлива, смешиваясь с более нагретым теплоносителем, так и у
греющих стен. В результате вторичного пиролиза выход смолы может существенно
снижаться и увеличиваться количество газообразных продуктов.
Заметное влияние на выход продуктов полукоксования оказывает
крупность кусков перерабатываемого топлива. Обычно чем больше размер кусков, тем
меньше образуется смолы, но больше полукокса.
Аналогичное влияние на процесс полукоксования оказывает
увеличение давления: уменьшается выход смолы, но образуется дополнительное
количество полукокса и газообразных продуктов. При повышении давления не только
увеличивается выход полукокса, но и растет его прочность, что объясняется
трудностью выделения летучих, усилением их воздействия с твердыми и нелетучими
жидкофазными продуктами.
Существуют два основных метода полукоксования, в соответствии
со способом обогрева печей для полукоксования, причем получающиеся продукты
количественно и качественно различны. Обогрев печей бывает: внутренний и
внешний. Простейшим видом полукоксования является полукоксование в вертикальной
(шахтной) печи, в которую сверху подается топливо, а снизу равномерно по всему
сечению печи подается предварительно нагретый в специальных аппаратах
газ-теплоноситель. Пройдя через толщу топливной нагрузки, газ отдает ей свое
физическое тепло, за счет которого происходит процесс полукоксования, и
удаляется вверху, вынося с собой из печи жидкие и газообразные продукты
полукоксования. Такое сравнительно быстрое удаление летучих частей перегонки
создает благоприятные условия для получения первичных продуктов. Чем больше
скорость газа в печи, тем благоприятнее условия для получения первичных
продуктов. Не всегда возможно подавать печь большое количество
газа-теплоносителя, так как с увеличением скорости газа возрастает
сопротивление слоя топлива пропорционально квадрату скорости, и это в сильной
степени осложняет ведение процесса. В промышленных условиях, где приходится
иметь дело с топливом, различным по размеру кусков. Соблюдение одного и того же
режима как для крупного. Так и для мелкого топлива невозможно по тем же самым
соображениям. Самым распространенным теплоносителем является газ, получающийся
на той же полукоксовой установке.
Внутренний обогрев печей дает возможность полукоксовать
некоторые сорта спекающихся углей. Благодаря тому, что газообразный
теплоноситель, введенный внутрь печи, понижает парциальное давление угля жидких
и газообразных продуктов, образующихся при разложении угля, удаление их в
парообразном виде происходит ранее достижения температуры пластического
состояния угля и поэтому полукокс плохо спекается. При недостаточном количестве
теплоносителя, т.е. при небольших его скоростях, битум начинает улетучиваться
при температуре образования пластического слоя, куски топлива слипаются и в
печи происходит зависание угля.
В печах с внешним обогревом уголь засыпается в камеру, стены
которой обогреваются дымовыми газами, получаемыми в отдельной топке. Отдав
тепло через стенку печи топливной загрузке, продукты горения удаляются в
атмосферу, а жидкие и газообразные продукты полукоксования через особое
отверстие в верху печи отводятся в конденсационную аппаратуру. Нагрев топлива
происходит от стенки к центру печи. Полукокс поэтому неравномерно
прококсовывается во всей толще загрузки и у стенок будет содержать наименьшее
количество летучих. Чем больше толщина обогреваемого слоя топлива, тем менее
однородным будет полукокс. Поэтому в конструкциях печей с внешним обогревом
стремятся выбрать наименьшую по возможности толщину слоя топлива. В результате
этого разложение топлива идет более равномерно и полно
Заключение
Таким образом в данной работе были рассмотрены такие вопросы
как процесс низкотемпературного коксования, его особенности, методы
полукоксования, характеристика продуктов, также их применение, факторы,
влияющие на выход и свойства продуктов.
Список
использованной литературы
1 Макаров
Г.Н., Харлампович Г.Д. Химическая технология твердых горючих ископаемых. - М.:
Химия, 1986.
2 Глущенко
И.М. Теоретические основы твердых горючих ископаемых. - М.: Металлургия, 1990.
Луазон
Р., Фош П., Буайе А. Кокс - М.: Металлургия, 1975.
Кафтанов
С.В. Общая химическая технология топлива. - М.: Госхимиздат, 1971.
Агроскин
А.А. Химия и технология угля. - М.: Недра, 1969.