48. Коксование каменного угля……………..

Коксованием называется разновидность сухой перегонки (пиролиза) каменного угля, проводимая при температуре 900-1200ºС с целью получения кокса.

Продукты коксового производства:

1. Кокс – основной продукт коксохимического производства – искусственное твёрдое топливо, выход которого составляет 75% от массы коксуемого угля.

Основные потребители кокса – чёрная и цветная металлургия (85% от общего потребления кокса), химическая промышленность.

Кокс служит источником теплоты, участником восстановительных процессов и компонентом реакционной смеси (шихты), обеспечивающим её газопроницаемость и фильтрующую способность.

1) Кокс – это пористое вещество, содержащее 96,5-97,5% углерода в органической массе, обладающее высокой теплотой сгорания (32 000 кДж/кг) и высокой механической прочностью.

2. Прямой коксовый газ – парогазовая смесь, содержащая около 250 химических соединений.

Из охлажденного коксового газа путём конденсации и абсорбции извлекают:

а) лёгкие ароматические углеводороды (сырой бензол);

б) каменноугольную смолу (смесь конденсированных и гетероциклических соединений), нафталин, аммиак, фенолы и др.

3. Обратный коксовый газ (неконденсирующийся газ) используется как топливо или для получения водорода, этилена, метана.

4. Каменноугольная смола – вязкая чёрная жидкость, конденсирующаяся при охлаждении коксового газа, содержащая до 10 000 индивидуальных химических соединений, из которых удалось выделить 300.

Важнейшие химические продукты каменноугольной смолы:

а) ароматические соединения с конденсированными ядрами – нафталин и его производные, фенантрен, антрацен, карбазол, фенол, пиридин, крезолы, лёгкие ароматические углеводороды.

б) сырой бензол – смесь лёгких ароматических, а также непредельных и других углеводородов, которую извлекают из прямого коксового газа поглощением каменноугольными маслами.

Путём ректификации и очистки из бензола получают чистые и технические ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилолы.

Химико-технологическая схема коксования угля

Химические реакции, идущие при коксовании, эндотермичны, поэтому требуют:

- непрерывного подвода теплоты;

- высокой температуры носителя.

Процесс коксования угля

1) Процесс коксования начинается в слоях шихты, соприкасающихся с нагретыми до высокой температуры простенками и подом.

2) Затем он медленно распространяется в направлении к середине толщи шихты, причём возникающий в результате выделения смолы при ~ 350ºС вязкий пластический слой перемещается в том же направлении.

Соответственно этому и состав слоев (начиная от стенок) меняется в последовательности:

кокс — полукокс — уголь в пластическом состоянии — сухой уголь — сырой уголь.

Химические превращения при коксовании могут быть сведены к реакциям двух типов: первичным и вторичным.

Последовательность процессов, протекающих в шихте при повышении температуры в печи, может быть представлена в следующем виде:

до 100ºС - подсушка шихты;

до 250ºС - отщепление H₂O, из угля испаряется влага и выделяются продукты разложения — СО, СО₂ и H₂;

300ºС – начало выделения каменноугольной смолы и пирогенетической влаги, содержащей пары воды, образующейся при расщеплении кислородных соединений, входящих в состав угля;

350-500ºС - пластификация шихты - уголь размягчается, переходя в тестообразное, пластическое состояние;

500-550ºС – в расплаве происходит интенсивное разложение органической части угля с выделением первичного газа и паров первичной смолы, а также спекание твёрдого остатка.

В первичном газе преобладает метан и содержится много олефинов (C_nH_2n, C_nH_2n+2).

Пары первичной смолы содержат в значительном количестве фенолы, нафтены и парафины.

!!! Первичные продукты не в состоянии преодолеть сопротивление пластического слоя, поэтому они направляются к стенкам камеры и подвергаются пиролизу.

В результате пиролиза из первичных продуктов коксования возникают вторичные продукты коксования:

а) – прямой коксовый газ, в котором главной составной частью является метан и водород;

б)- пары каменноугольной смолы, которая, главным образом состоит, из наиболее устойчивых к нагреванию ароматических углеводородов

500-650ºС – полукоксование - тяжелые углеродистые остатки от разложения угля спекаются с образованием твёрдого пористого продукта — полукокса;

650-1100ºС - образование кокса - при дальнейшем нагревании полукокс теряет остаточные летучие вещества, главным образом водород, и претерпевает усадку, вызывающую его растрескивание.

!!! Коксование считается законченным, когда все увеличивающиеся по толщине слои кокса сойдутся в середине печи.

К концу коксования вследствие усадки образовавшийся «коксовый пирог» оказывается

разделенным пополам швом-разрывом, идущим параллельно стенкам камеры,

каждая половина «пирога» — расчленённой на более или менее крупные куски трещинами, проходящими перпендикулярно стенке.

.