Какие основные продукты получают из каменного угля
Коксова́ние — процесс переработки жидкого или твёрдого топлива нагреванием без доступа кислорода. При разложении топлива образуется твёрдый продукт — нефтяной или каменноугольный кокс и летучие продукты. Основное количество кокса получают из каменного угля[1].
История[править | править код]
Производство каменноугольного кокса возникло в XVIII веке[2], когда понадобилось заменить становившийся всё более дефицитным древесный уголь для доменных печей. Первая промышленная плавка на коксе выполнена в Великобритании в 1735 году. К 1983 году мировое производство кокса составило около 360 млн тонн[1].
Коксование углей[править | править код]
Коксотушильный вагон перед башней мокрого тушения
Широко распространённый технологический процесс, состоящий из следующих стадий: подготовка к коксованию, собственно коксование, улавливание и переработка летучих продуктов[2].
Подготовка включает обогащение (для удаления минеральных примесей) низкосернистых, малозольных, коксующихся углей, измельчение до зёрен размером около 0,3 мм, смешение нескольких сортов угля, сушка полученной шихты.
Коксовая печь — технологический агрегат, в котором осуществляется коксование каменного угля (на заводе бездымного топлива, Южный Уэльс)
Для коксования шихту загружают в щелевидную коксовую печь (ширина 400—450 мм, объём 30—40 м3). Каналы боковых простенков печей, выложенных огнеупорным кирпичом, обогреваются продуктами сгорания газов: коксового (чаще всего), доменного, генераторного, их смесей и др.
Продолжительность нагрева составляет 14—16 часов. Температура процесса — 900—1050 °C. Полученный кокс (75—78 % от массы исходного угля) в виде так называемого «коксового пирога» (спёкшейся пластической массы) — выталкивается специальными машинами («коксовыталкивателями») в железнодорожные вагоны, в которых охлаждается («тушится») водой или газом (азотом).
При 250 градусах Цельсия из угля испаряется вода, улетучиваются угарный газ и углекислый газ, при 350 градусах улетучиваются углеводороды, соединения азота и фосфора, при 500 градусах происходит спекание — образуется полукокс, при 700 градусах и больше улетучивается водород и образуется кокс[2].
Парогазовая смесь выделяющихся летучих продуктов (до 25 % от массы угля) отводится через газосборник для улавливания и переработки. Для разделения летучие продукты охлаждают впрыскиванием распыленной воды (от 70 °C до 80 °C) — при этом из паровой фазы выделяется большая часть смол, дальнейшее охлаждение парогазовой смеси проводят в кожухотрубчатых холодильниках (до 25—35 °C). Конденсаты объединяют и отстаиванием выделяют надсмольную воду и каменноугольную смолу. Затем сырой коксовый газ последовательно очищают от NH3 и H2S, промывают поглотительным маслом (для улавливания сырого бензола и фенола), серной кислотой (для улавливания пиридиновых оснований). Очищенный коксовый газ (14—15 % от массы угля) используют в качестве топлива для обогрева батареи коксовых печей и для других целей.
Из надсмольной воды (9—12 % от массы угля) отгонкой с паром выделяют: NH3 (в виде концентрированной аммиачной воды), фенолы, пиридиновые основания. Очищенную воду после разбавления технической водой направляют на тушение кокса или на биологическую очистку сточных вод на очистные сооружения.
Каменноугольная смола (3—4 % от массы угля) является сложной смесью органических веществ (в настоящее время идентифицировано только ~60 % компонентов смолы — более 500 веществ). Смолу методом ректификации подвергают разделению на фракции: нафталиновую, поглотительную, антраценовую и каменноугольный пёк. Из них, в свою очередь, кристаллизацией, фильтрованием, прессованием и химической очисткой выделяют: нафталин, антрацен, фенантрен, фенолы и каменноугольные масла.
Коксохимические заводы являются одним из крупнейших потребителей каменного угля — до ¼ мировой добычи[1].
Полукоксование твёрдого топлива[править | править код]
Метод переработки твёрдых горючих топлив нагреванием до 500—600 °C без доступа воздуха. Наиболее распространено полукоксование горючих сланцев и бурых углей. Для проведения процесса используют аппараты непрерывного действия с внешним или внутренним подводом тепла. В результате процесса образуются: полукокс (50—70 % от массы исходного топлива), первичная смола (5—25 %), первичный газ, подсмольная вода.
Коксование тяжёлых нефтяных остатков[править | править код]
Нефтяной кокс получают коксованием жидких нефтяных остатков и пеков, при крекинге и пиролизе продуктов перегонки нефти, электродный пековый кокс — коксованием высокоплавкого каменноугольного пека. Нефтяной и электродный пековый кокс являются основным сырьём для производства электродов. Нефтяной и электродный пековый кокс имеют по сравнению с каменноугольным очень низкую зольность, как правило, не выше 0,3 % (до 0,8 % у нефтяного кокса)[1].
Коксование тяжёлых нефтяных остатков является разновидностью глубокого термического крекинга углеводородов с целью получения нефтяного кокса и газойлевых фракций. Осуществляется при 420—560 °C и давлениях до 0,65 МПа. Продолжительность процесса варьирует от десятков минут до десятков часов. Сырьём для процесса служат: тяжёлые фракции перегонки нефти, остатки деасфальтизации, термического и каталитического крекинга, пиролиза бензинов и газойлей.
Сущность процесса состоит в последовательном протекании реакций крекинга, дегидрирования, циклизации, ароматизации, поликонденсации и уплотнения с образованием сплошного «коксового пирога». Выделяющиеся летучие продукты подвергают ректификации для выделения целевых фракций и их стабилизации, кубовый остаток возвращают в процесс. Готовый кокс периодически выгружают, подвергают сушке и прокаливанию.
По аппаратурному оформлению различают: замедленное коксование в необогреваемых камерах (для получения малозольного кокса), обогреваемых кубах (для получения электродного и специальных видов кокса), коксование в «кипящем слое» порошкообразного кокса (так называемый «термоконтактный крекинг»). При сочетании последнего способа с газификацией кокса в процесс могут быть вовлечены кроме нефтяных остатков природные асфальты и битумы.
См. также[править | править код]
- Сухая перегонка
- Коксовая батарея
Ссылки[править | править код]
- bse.sci-lib.com // Большая советская энциклопедия — Коксование
- https://charcoal.mybb.ru //Применение кокса в чёрной металлургии
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- Гл. ред. Е. А. Козловский. Горная энциклопедия в пяти томах. Том 2. — Москва: Советская энциклопедия, 1985. — 575 с.
Источник
Читайте также:
- Переработка угля
Каменный уголь появился на планете Земля около 360 миллионов лет назад. Данный отрезок нашей истории ученые именовали Карбоном или Каменноугольным периодом. В это же время фиксируется и появление первых наземных рептилий, первых крупных растений. Погибшие животные и растения разлагались, а колоссальное количество кислорода активно способствовало ускорению этого процесса. Сейчас на нашей планете присутствует лишь 20% кислорода, а в то время животные дышали полной грудью, ведь количество кислорода в атмосфере Карбона достигал 50%. Именно такому количеству кислорода мы обязаны современным богатством угольных залежей в недрах Земли.
Но уголь – это еще не все. Вследствие различных видов переработки из угля получают огромное количество разнообразных полезных веществ и продуктов. Что делают из угля? Именно об этом мы поговорим в данной статье.
Основные продукты угля
Самые скромные подсчеты говорят о том, что продукты угля составляют 600 наименований.
Ученые разработали различные методы получения продуктов переработки каменного угля. Метод переработки зависит от желаемого конечного продукта. Например, чтобы получить чистые продукты, такие первичные продукты переработки каменного угля – коксовый газ, аммиак, толуол, бензол – применяют жидкие промывочные масла. В особых аппаратах обеспечивается герметизация продуктов и защита их от преждевременного разрушения. Процессы первичной переработки предполагают и метод коксования, при котором каменный уголь нагревается до температуры +1000оС при полностью перекрытом доступе кислорода.
По окончанию все необходимых процедур любой первичный продукт дополнительно очищается. Основные продукты переработки каменного угля:
- нафталин
- фенол
- углеводород
- салициловый спирт
- свинец
- ванадий
- германий
- сера
- цинк.
Без всех этих продуктов наша жизнь была бы намного сложнее.
Взять хотя бы косметологическую промышленность, она является наиболее полезной для людей областью применения продуктов переработки угля. Такой продукт переработки угля, как цинк широко применяется для лечения жирной кожи и угревой сыпи. Цинк, а также серу добавляют в кремы, сыворотки, маски, лосьоны и тоники. Сера ликвидирует имеющееся воспаление, а цинк предупреждает развитие новых воспалений.
Кроме этого, лечебные мази на основе свинца и цинка применяют для лечения ожогов и травм. Идеальным помощником при псориазе является тот же цинк, а также глинистые продукты каменного угля.
Каменный уголь является сырьем для создания отличных сорбентов, которые применяются в медицине для лечения заболеваний кишечника и желудка. Сорбенты, в составе которых присутствует цинк, используют для лечения перхоти и жирной себореи.
В результате такого процесса, как гидрогенизация, из каменного угля на предприятиях получают жидкое топливо. А продукты сжигания, которые остаются после этого процесса, являются идеальным сырьем для разнообразных стройматериалов, имеющих огнеупорные свойства. К примеру, именно таким образом создается керамика.
Направление использования | Марки, группы и подгруппы |
|---|---|
1. Технологическое | |
1.1. Слоевое коксование | Все группы и подгруппы марок: ДГ, Г, ГЖО, ГЖ, Ж, КЖ, К, КО, КСН, КС, ОС, ТС, СС |
1.2. Специальные процессы подготовки к коксованию | Все угли, используемые для слоевого коксования, а также марки Т и Д (подгруппа ДВ) |
1.3. Производство генераторного газа в газогенераторах стационарного типа: | |
смешанного газа | Марки КС, СС, группы: ЗБ, 1ГЖО, подгруппы — ДГФ, ТСВ, 1ТВ |
водяного газа | Группа 2Т, а также антрациты |
1.4. Производство синтетического жидкого топлива | Марка ГЖ, группы: 1Б, 2Г, подгруппы — 2БВ, ЗБВ, ДВ, ДГВ, 1ГВ |
1.5. Полукоксование | Марка ДГ, группы: 1Б,1Г,подгруппы — 2БВ, ЗБВ, ДВ |
1.6. Производство углеродистого наполнителя (термоантрацита) для электродных изделий и литейного кокса | Группы 2Л, ЗА, подгруппы — 2ТФ и 1АФ |
1.7. Производство карбида кальция, электрокорунда | Все антрациты, а также подгруппа 2ТФ |
2. Энергетическое | |
2.1. Пылевидное и слоевое сжигание в стационарных котельных установках | Вес бурые угли и атрациты.а также неиспользуемые для коксования каменные угли. Для факельно-слоевого сжигания антрациты не используются |
2.2. Сжигание в отражательных печах | Марка ДГ, i руппы — 1Г, 1СС, 2СС |
2.3. Сжигание в подвижных теплоустановках и использование для коммунальных и бытовых нужд | Марки Д, ДГ, Г, СС, Т, А, бурые yгли, антрациты и неиспользуемые для коксования каменные угли |
3. Производство строительных материалов | |
3.1. Известь | Марки Д, ДГ, СС, А, группы 2Б и ЗБ; неиспользуемые для коксования марки ГЖ, К и группы 2Г, 2Ж |
3.2. Цемент | Марки Б, ДГ, СС, ТС, Т, Л, подгруппа ДВ и неиспользуемые для коксования марки КС, КСН, группы 27, 1ГЖО |
3.3. Кирпич | Неиспользуемые для коксования угли |
4. Прочие производства | |
4.1. Углеродные адсорбенты | Подгруппы: ДВ, 1ГВ, 1ГЖОВ, 2ГЖОВ |
4.2. Активные угли | Группа ЗСС, подгруппа 2ТФ |
4.3. Агломерация руд | Подгруппы: 2ТФ, 1АВ, 1АФ, 2АВ, ЗАВ |
Продукты коксования угля
Коксующийся уголь – это уголь, который при помощи промышленного коксования дает возможность получить кокс, представляющий собой техническую ценность. В процессе коксования каменных углей обязательно учитывается их технический состав, коксуемость, спекаемость, и прочие характеристики.
Как же протекает процесс коксования угля? Коксование является технологическим процессом, который имеет конкретные стадии:
- подготовка к коксованию. На этом этапе происходит измельчение и смешение угля с образованием шихты (смеси для коксования)
- коксование. Этот процесс осуществляется в камерах коксовой печи с применением газового нагрева. Шихта помещается в коксовую печь, где на протяжении 15 часов осуществляется нагревание в условиях температуры примерно 1000 °C
- образование «коксового пирога».
Коксование – это совокупность процессов, происходящих в каменном угле при его нагревании. При этом из тонны сухой шихты получается около 650–750 кг кокса. Его применяют в металлургии, используют в качестве реагента и топлива в некоторых отраслях химической отрасли. Кроме этого, из него создают карбид кальция.
Качественные характеристики кокса – это горючесть и реакционная способность. Основные продукты коксования угля, помимо собственно кокса:
- коксовый газ. Из тонны сухого угля получают около 310-340 м3. Качественный и количественный состав коксового газа определяет температура коксования. Из коксовальной камеры выходит прямой коксовый газ, который имеет в своем составе газообразные продуты, пары каменноугольной смолы, сырого бензола и воды. Если удалить из него смолу, сырой бензол, воду и аммиак образуется обратный коксовый газ. Именно его применяют в качестве сырья для химического синтеза. Сегодня этот газ применяют в качестве топлива на металлургических комбинатах, в коммунальном хозяйстве и как химическое сырье
- каменноугольная смола – это вязкая черно-бурая жидкость, в которой содержится примерно 300 разнообразных веществ. Самые ценные составляющие этой смолы – это ароматические и гетероциклические соединения: бензол, толуол, ксилолы, фенол, нафталин. Количество смолы достигает 3-4% от массы коксуемого газа. Из каменноугольной смолы получают примерно 60 различных продуктов. Эти вещества являются сырьем для получения красителей, химических волокон, пластмасс
- сырой бензол является смесью, в которой присутствует сероуглерод, бензол, толуол, ксилолы. Выход сырого бензола достигает лишь 1.1% от массы угля. В процессе разгонки из сырого бензола выделяют индивидуальные ароматические углеводороды и смеси углеводородов
- концентрат химических (ароматических) веществ (бензол и его гомологи) предназначен для создания чистых продуктов, которые применяются в химической отрасли, для производства пластмасс, растворителей, красителей
- надсмольная вода – это низко концентрированный водный раствор аммиака и аммонийных солей, в которой присутствует примесь фенола, пиридиновых оснований и некоторых других продуктов. Из надсмольной воды в процессе переработки выделяют аммиак, который вместе с аммиаком коксового газа применяется для изготовления сульфата аммония и концентрированной аммиачной воды.
Классы | Условные обозначения | Пределы крупности кусков | |
|---|---|---|---|
нижний | верхний | ||
Сортовые | |||
Плитный | П | 100(80) | 200; 300 |
Крупный (кулак) | К | 50 (40) | 100(80) |
Орех | О | 25 (20) | 50 (40) |
Мелкий | М | 13(10) | 25 (20) |
Семечко | С | 6 (5; 8) | 13(10) |
Штыб | Ш | 6 (5; 8) | |
Совмещённые и отсевы | |||
Крупный с плитным | ПК | 50 (40) | 200; 300 |
Орех с крупным | КО | 25 (20) | 100(80) |
Мелкий с орехом | ОМ | 13(10) | 50 (40) |
Семечко с мелким | МС | 6 (5; 8) | 25 (20) |
Семечко со штыбом | СШ | 13(10) | |
Мелкий с семечком и штыбом | МСШ | 50 (40) | |
Орех с мелким, семечком и штыбом | ОМСШ | 25(20) | |
Рядовой | Р | 200; 300 | |
Источник
Каменный уголь начал зарождаться на нашей планете примерно 360 миллионов лет назад. Эту эру ученые назвали Карбоном или Каменноугольным периодом. Тогда появились первые наземные рептилии, первые крупные растения. Их тела и стволы разлагались после смерти животных и растений, а невероятный процент кислорода только способствовал ускорению этого процесса. Это сейчас мы довольствуемся ничтожно малыми 20% кислорода, а тогда животные дышали полной грудью – процент кислорода в атмосфере Карбона достигал 50%! Это огромная цифра, и именно ей мы обязаны сегодняшним богатством угольных залежей на нашей планете.
А ведь уголь – это еще не все. После переработки из него выделяют такое количество различных полезных веществ и продуктов, что и представить нельзя! По самым скромным подсчетам число наименований продуктов переработки каменного угля доходит до 600!
Получение продуктов переработки каменного угля
Продукты переработки каменного угля получают разными способами. В зависимости от желаемого конечного продукта. К примеру, для получения чистых продуктов (к ним относятся первичные продукты переработки каменного угля) – коксового газа, аммиака, толуола, бензола – используют жидкие промывочные масла. Специальные устройства обеспечивают герметизацию продуктов и защиту их от преждевременного распада. Первичная переработка включает в себя также и метод коксования – каменный уголь нагревают до температуры +1000оС! Доступ кислорода также полностью перекрывается.
После всех этих процедур любой первичный продукт проходит дополнительную очистку. К продуктам переработки каменного угля относят также:
- нафталин;
- фенол;
- углеводород;
- салициловый спирт;
- свинец;
- ванадий;
- германий;
- сера;
- цинк.
Как видите, продукты чрезвычайно разнообразны. Без них наша жизнь не была бы такой простой.
Сфера применения продуктов переработки каменного угля
Возьмем, к примеру, косметологию (пожалуй, самая полезная для людей область применения продуктов переработки угля). Для лечения жирной кожи и угревой сыпи используют кремы, сыворотки, маски, лосьоны и тоники с добавлением серы, кислоты и цинка. Сера устраняет уже имеющееся воспаление, цинк предупреждает возможное появление новых воспалений, салициловая кислота используется в лосьонах, пенках и гелях для умывания. Продукты переработки каменного угля спасли от насмешек сверстников уже не один миллион подростков и молодых людей.
Для лечения ожогов и травм используют продукты соединения свинца и цинка, от псориаза идеально помогает цинк и глинистые продукты каменного угля (правда, только на ранних стадиях, пока болезнь имеет явную кожную форму, и еще не перешла на кости).
Из каменного угля получают великолепные сорбенты, использующиеся в медицине для лечения заболеваний кишечника и желудка, в том числе и таких серьезных, как дисбактериоз. Сорбенты, в которые добавлен цинк, применяют для лечения перхоти и жирной себореи, причем очень успешно. Недоработанные пикриновые вещества (взрывчатые) хороши для заживления ран.
Но и это еще не все. Существует процедура под названием гидрогенизация – с ее помощью из каменного угля вырабатывают жидкое топливо. А продукты сжигания, образующиеся в ходе этого процесса, представляют собой идеальное сырье для различных стройматериалов, причем огнеупорных. В частности, керамика производится именно таким образом.
В тяжелой промышленности углю также нашли отличное применение – он незаменим при выплавке различных металлов и железной руды. Единственное, что немного странно, это то, что стоимость почти всех продуктов переработки угля значительно превышает стоимость самого угля. Конечно, нужны деньги на все материалы, оборудование, помещение, оплату работы мастеров, занимающихся переработкой – это естественные затраты на производство продуктов. Но стоимость некоторых компонентов превышает стоимость каменного угля в сотни раз, а это уже вызывает некоторые подозрения.
Источник