Разгонка

Нейтрализация

п ереработку

Серная кислота

Сульфат аммония

Рис. 12.1. Структурная схема коксохимического производства

На схеме обозначено: ОКГ – обратный коксовый газ; ПКГ – прямой коксовый газ; КУС – каменноугольная смола; СБ – сырой бензол.

По физико-химической природе коксование – это сложный двухфазный эндотермический процесс, в котором протекают термофизические превраще­ния коксуемого сырья и вторичные реакции с участием органических полу­продуктов первой стадии коксования. Коксование угля ведут в коксовых пе­чах периодического действия, в которых теплота передается к коксуемой уголь­ной шихте через стенку реактора.

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 коксования уравнение теплопередачи опи­сывается известным уравнением:

Q = K_т ^. F ^. T, (12.1)

где Q – количество теплоты, которое необходимо подвести к системе, кДж;

F – поверхность теплопередачи, м²

K_т – коэффициент теплопередачи, кДж/м^{2 .} град ^. ч;

T = Т_г – Т_ш – градиент температур обогревающих стенку камеры печи газов и нагреваемой шихты (температуры коксования).

Коэффициент теплопередачи рассчитывают по формуле:

К_т = , (12.2)

где α₁ и α₂ – коэффициенты теплоотдачи от греющих газов к стенке печи и от стенки к шихте соответственно, кДж /м^{2 .} град ^. ч;

δ₁ – толщина стенки, м;

δ₂ – половина толщины слоя загрузки шихты, м;

λ₁ и λ₂ – коэффициенты теплопроводности стенки и шихты соответ­ст­венно, кДж /м^{2 .} град ^. ч.

Химические превращения при коксовании бывают двух типов: первич­ные и вторичные. Первичные реакции протекают в объеме шихты при ее на­греве. К ним относят:

- реакции деструкции сложных молекул;

- реакции фенолизации;

- реакции карбонизации органической массы угля;

- реакции отщепления атомов водорода, гидроксильных, карбоксиль­ных и метоксильных (– ОСН₃) групп.

В процессе первичных превращений из угольной шихты выделяются первичный газ и пары первичной смолы, и образуется кокс. К вторичным реакциям относят:

- реакции крекинга алканов:

С_nH_{2n +2} C_mH_2m+2 + C_pH_2p (12.3)

- реакции полимеризации алкенов:

nC_nH_2n (– CH₂ –)_n исправить!!! (12.4)

- реакции дегидрогенизации нафтенов:

С_nН_2n С_nН_2n-6 + 3Н₂ (12.5)

- реакции конденсации ароматических углеводородов, например:

2С₆Н₆ С₁₀Н₈ + С₂Н₄ (12.6)

бензол нафталин

Продуктом вторичных превращений процесса коксования является ком­по­зиция газообразных и парообразных веществ различной природы – пря­мой коксовый газ (ПКГ). Порядок процессов, протекающих в шихте при повышении температуры коксования в печи представлен в табл. 12.2.

Таблица 12.2

В России наиболее распространены коксовые печи с рециркуляцией про­дуктов горения (ПВР). Их характеристика приведена в таблице 12.3.

Таблица 12.3

Техническая характеристика печей типа ПВР исправить!!!

^*влажность шихты не более 0,085 масс. долей; ^**влажность кокса не более 0,06 масс. долей

Процесс коксования включает несколько стадий.

1. Загрузка шихты.

2. Коксование.

3. Выгрузка кокса. При периоде коксования 13–16 часов и числе печей в коксовой батарее 68–78 шт., выгрузку кокса ведут чеpeз 10–12 мин. Поэ­то­му коксовую батарею можно рассматривать как реактор идеального вытес­не­ния непрерывного действия, хотя каждая печь работает периодически.

4. Тушение кокса. Кокс выгружают из печи в коксосушильный вагон с температурой 950–1100 ^оС. Поэтому для предотвращения горения кокса на воздухе его охлаждают до 100–250 ^оС мокрым или сухим способом. При мо-к­ром способе раскаленный кокс орошают в тушильной камере водой. При сухом способе охлаждение ведут циркулирующими инертными газами. В качестве инертных газов используют топочные газы (СО₂ + N₂).

5. Сортировка кокса. Кокс после тушения сортируют по классам круп-ности грохочением. Для доменного процесса применяют кокс класса более 40 мм, в цветной металлургии класса 10–25 мм, для производства карбида кальция класса 25–40 мм. Коксовая мелочь (менее 10 мм) используется в про­цессе агломерации железных руд.