^ Коксовый газ
Коксовый газ, получают сразу с коксом в печах коксохимических заводов, при сухой перегонке каменного угля в границах температур от 900 до 1200° С.

Ранее коксовый газ рассматривался как побочный, продукт при выработке кокса и 1-ое время даже выводился в атмосферу. Позже его стали на сто процентов использовать для отопления коксовых печей, и с улучшением, их конструкций расход; коксового газа на собственные нужды сократился до 60%, а остальное количество передавалось для использования другим потребителям, приемущественно, для отопления высокотемпературных металлургических печей и для бытовых целей.

В текущее время считается более целесообразным отдавать весь коксовальный газ сторонним потребителям, нуждающимся в высококалорийном газе, а для собственных нужд, т. е. для отопления коксовых печей, использовать более дешевенький газ – доменный либо генераторный.

Состав(Примечание: Примерный состав коксового газа (в % по объёму): Н2 – 55-60, СН4 – 20-30, СО – 5-7, СО2 – 2-3, N2 – 4, ненасыщенных углеводородов – 2-3, О2 – 0,4-0,8). и выход коксовального газа зависят от состава и свойства угля и режима коксования. Зависимо от этих причин выход коксовального газа колеблется в границах от 300 до 330 нм3/т сухой шихты, либо от 400 до. 450 нм3/т получаемого кокса.

Плотность при 0 °С и 760 мм.рт.ст. 0,45-0,50 кг/м3; теплота сгорания (низшая) 17,5 МДж/м3; теплоёмкость 1,35 кДж/(м3.К); температура воспламенения 600-650°С.

Коксовый газ ядовит и взрывоопасен, взрывная концентрация в воздухе – от 6 до 30 %. Выход коксового газа на 1 т сухой шихты – около 300 м3. Применяется как горючее, также как сырьё для синтеза аммиака.

Очищенный коксовый газ, именуемый оборотным, употребляется как горючее, также в качестве сырья для синтеза аммиака.

Сопутствующий коксовому газу и являющийся вредной примесью сероводород превращают в простую серу либо серную кислоту, цианистые соединения можно использовать для получения солей роданистоводородной кислоты и других товаров.

Угли, богатые летучими субстанциями, дают больший выход газа и поболее калорийный газ, вследствие более высочайшего содержания метана и других углеводородов. Повышение влажности шихты увеличивает выход газа и его теплотворную способность, вследствие роста содержания водорода и окиси углерода в газе. С повышением зольности шихты выход газа миниатюризируется и качество его усугубляется.

Увеличение температуры, при которой ведется коксование, наращивает выход газа и понижает теплотворную способность, при всем этом содержание водорода в газе увеличивается, а содержание метана понижается. Повышение выхода газа достигается при всем этом за счет теплового разложения (крекинга) смолы и бензола, приемущественно, за счет их более ценных составляющих: оксибензола и толуола.

Выход и качество газа изменяются также и в течение периода коксования. Состав газа меняется, приемущественно, за счет роста выхода водорода и понижения выхода метана к концу коксования. Выход газа в 1-ые часы некординально понижается, по истечении 4-5 часов он начинает возрастать, добивается наибольшей величины после 10-11 часов коксования, потом резко миниатюризируется. В связи с этим продолжительность процесса коксования оказывает такое же воздействие, как и температура процесса.

С повышением длительности цикла коксования возрастает выход газа и имеется тенденция к возрастанию содержания водорода и к понижению содержания метана.

Содержание нафталина в газе, выходящем из коксовых печей, обычно составляет от 6 до 10 г/нм3. Работа с незаполненными печами связана с удлинением времени пребывания газа в печах и приводит к разложению смол и томных углеводородов (что очень не лучше); при всем этом выход газа соответственно возрастает. Обычная продолжительность процесса коксования составляет обычно 13-14 часов.

Присос воздуха в камеры коксовых печей является предпосылкой завышенного содержания в газе азота и его окислов. Потому на коксохимических заводах обычно имеется одна либо несколько батарей коксовых печей. Любая батарея состоит из 30-70 печей, работающих по поочередно сдвинутому циклу, в итоге чего в сборный газопровод сразу поступает газ от печей, находящихся в различной стадии коксования. Этим обеспечивается сравнимо неизменный состав коксового газа у потребителей.

Коксовый газ, выходящий из печей (рис. 6.2), перед внедрением его в качестве горючего, направляется на хим завод, где из него улавливаются содержащиеся ценные продукты сухой перегонки угля. Сразу с этим из газа удаляется влага, содержащаяся в нем в большенном количестве.

Набросок 6.2 – Коксовые батарея

Коксовальный газ, выходящий из печей и идущий на хим завод, именуется прямым газом. Он обычно содержит: водяные пары в количестве 300-500 г/нм3, смолу 100-125 г/нм3, бензольные углеводороды 30-40 г/нм3, аммиак 7-15 г/нм3, сероводород 5-20 г/нм3, также циан, окислы азота, сероуглерод и другие вещества в маленьких количествах.

Необходимость улавливания обозначенных выше веществ диктуется рядом технологических суждений. Так, влага, содержащаяся в газе, понижает его теплотворную способность, а при конденсации в трубопроводах может послужить предпосылкой забивания их и образования гидравлических ударов.

Влага улавливается методом конденсации сразу после выхода газа из печей и до поступления на хим фабрики. При всем этом содержание воды понижается до величины, соответственной насыщению газа водяными парами при температуре 25-30° С. При передаче газа на огромные расстояния делается более полное улавливание воды методом ее вымораживания.

Смола, содержащаяся в газе, с одной стороны, является ценным продуктом, с другой стороны она забивает трубопроводы и аппаратуру хим заводов. По этим суждениям смолу нужно улавливать из газа может быть полнее методом конденсации совместно с водяными парами и следующего осаждения остатков в электрофильтрах. Конечное содержание смолы в газе после электрофильтров, при температуре газа 25-30°С, составляет обычно 0,005-0,020 г/нм3.

Аммиак улавливается с целью получения сульфата аммония и концентрированной аммиачной воды (на старенькых заводах), идущей в последующую переработку. После улавливания аммиака в газе остаются только его следы.

Пиридиновые основания улавливаются из газа для получения очень ценных мед препаратов, таких, к примеру, как сульфидин и другие.

Бензол улавливается из газа, приемущественно, методом поглощения его соляровым, либо каменноугольным маслом, также методом вымораживания и поглощения его жесткими поглотителями (активированным углем, селикагелем и др.). Конечное содержание бензола в газе после чистки составляет около 5 г/нм3.

Коксовый газ очищается также от серы с целью предохранения металла от насыщения сероватой в металлургических печах и чтоб предохранить поверхности нагрева от коррозии. По этим суждениям считается достаточным очищать газ до содержания серы не больше 2 г/нм3. На коксохимических заводах, по технологическим суждениям и вследствие того, что сера сама по для себя является ценным продуктом, осуществляется более узкая чистка газа от серы до конечного содержания ее 0,1- 0,2 г/нм3.

Окислы азота, совместно с находящимися в газе ненасыщенными соединениями, образуют нитросмолки, которые, отлагаясь в аппаратах хим заводов, делают взрывоопасные условия.

Коксовый газ, после улавливания из него вышеперечисленных веществ, ворачивается хим заводами в газораспределительные сети для использования его в качестве горючего.

Выход обеспеченного газа составляет по калорийности около 50-60 % от начального коксового газа, подвергающегося переработке.

Коксовый газ, в главном, расходуется в консистенции с низкокалорийными газами (доменным и генераторным) для отопления мартеновских и разных нагревательных печей, для бытовых и транспортных целей, а в неких случаях и для отопления паровых котлов.
^ Образование коксового газа
Коксохимические фабрики сооружаются, обычно, поблизости металлургических заводов и входят в их состав, или как отдельные предприятия. Коксохимическая индустрия отличается высочайшей концентрацией производства, т. е. фабрики являются очень сильными и имеют высшую производительность.

В текущее время существует три способа пирогенетической: переработки твердого горючего без доступа воздуха:

1) переработка при низких температурах 450–550 °С (полукоксование);

2) переработка при средних температурах 600–750°С (среднетемпературное коксование);

3) переработка при больших температурах 900–1000°С (коксование).

Эти способы различаются не только лишь температурными факторами, да и, почти всегда, составом перерабатываемого сырья, аппаратурным оформлением и конечной целью процесса.

Основной целью процесса полукоксования, в первый раз осуществленного в 1846 г., является получение первичной (полукоксовой) смолы (выход 5-15 % от сырья), находящей применение при производстве водянистого горючего. Жесткий остаток, так именуемый полукокс, выход которого колеблется в границах 55-75 % от перерабатываемого горючего, употребляется в качестве бездымного горючего, сжигается в котлах электрических станций, подвергается безостаточной газификации и пр.

Необходимо подчеркнуть возможность внедрения полукокса в качестве отощающей добавки к шихте для коксования. Большая часть газа, получаемого в количестве 60-120 м3 из 1 т перерабатываемого сырья, употребляется для отопления полукоксовых печей и только относительно маленькие количества – для других нужд (в большей степени энергетических.

Полукоксованию подвергаются торф, бурые угли, каменные – неспекающиеся угли, сапропелита, сапромикситы, горючие сланцы. Обилию видов топлив, подвергаемых полукоксованию, соответствует очень существенное количество конструкций печей, используемых для низкотемпературной переработки. По принципу подогрева эти печи обычно разделяются на две группы: печи с внутренним подогревом и печи с наружным подогревом; существует также подразделение печей полукоксования на недвижные реторты, крутящиеся реторты, камерные печи и пр.

В текущее время полукоксовые печи обычно сочетают с газовыми установками и котлами электрических станций. В неких типах газогенераторов конструктивно объединены процессы полукоксования и газификации: верхняя, более узенькая часть газогенератора является шахтой полукоксования, нижняя – более широкая – шахтой газификации.

При комбинировании полукоксовых установок с электрическими станциями жаркий полукокс на герметически, закрытом конвейере подается на колосниковую решетку топки котла.

Комбинирование полукоксовых установок с электрическими станциями позволяет существенно повысить общий коэффициент полезного деяния.

Среднетемпературное коксование как самостоятельный процесс появилось сравнимо не так давно (1930 г.) и масштабы его очень невелики. В процессе среднетемпературного коксования получают ценную по качеству смолу, высококалорийный газ и жесткий остаток – карболюкс (кармолит), применяемый в качестве бездымного горючего, также для других энергетических целей.

Сырьем при среднетемпературном коксовании служат спекающиеся и слабо спекающиеся каменные угли, желательно с огромным содержанием летучих веществ – типа газовых и газопламенных. Среднетемпературное коксование осуществляется в узкокамерных печах .

В итоге процесса выходит около 75 % твердого остатка с выходом 9–10 % летучих веществ, 8,5 % смолы и около 150-200 мг/т газа. Смола содержит значимые количества оксибензолов; бензино-бензоловая фракция является полностью высококачественным мототопливом. Около 50% производимого газа расходуется на подогрев печей, остаток же употребляется для бытовых нужд.

Среднетемпературное коксование правильно для переработки слабоспекающихся углей с целью получения ценной смолы (мототопливо, оксибензолы) и неметаллургического кокса. Оно прибыльнее для таких углей и в технико-экономическом отношении, чем конкретное сжигание в топках. В ряде всевозможных случаев используемые для среднетемпературного коксования печи могут быть применены и для получения металлургического кокса при условии соответственного подъема температур в отопительной системе.

Набросок 6.3 – Главные конструктивные элементы кладки коксовой батареи: 1 — газоотводящие лючки, 2 — загрузочные лючки, 3 — смотровые шахточки,. 4 _-перекидной канал, 5 — сборный горизонтальный канал, 6 — вертикал, 7 — газопровод коксового газа, 8 — газопровод доменного газа, 9 — борова, 10 — соединительные окна, 11 — фундаментная плита, 12 — канал вентиляции, 13 — дымовой канал. 14 — газовоздушный клапан, 15 — камера коксования, 16 — насадка регенератора, 17 — регенератор, 18 — подовый канал; 19 — корнюр, 20 — косые ходы, 21 — колосниковая решетка

Высокотемпературная переработка (коксование) спекающихся каменных углей является в текущее время по своим масштабам главным процессом хим переработки горючего. Хотя, не считая спекающихся углей, коксованию могут подвергаться также торф и горючие сланцы, коксование последних имеет существенно наименьшее распространение и значение.

Современные печи для коксования углей представляют собой горизонтальные прямоугольные камеры, выложенные из огнеупорного материала. Камеры печей обогреваются через боковые стенки. Печи размещаются в ряд и соединяются воединыжды в батареи для уменьшения утраты тепла и заслуги компактности. В типовую батарею печей с шириной камер 410 мм входят обычно 65 печей, а в батарею большой емкости с камерами шириною 450 мм входят 77 печей. Обыденные камеры имеют нужный объем 20-21,6 м, а печи большой емкости – 30 м3. Ширина печей более 450 мм нецелесообразна из-за ухудшения свойства кокса (увеличения истираемости). Для облегчения выталкивания кокса из камеры коксования ширину камеры со стороны выдачи кокса делают на 40-50 мм обширнее, чем с машинной стороны. Таким макаром, камера имеет вид конуса. Главные, конструктивные элементы коксовой батареи показаны на рис. 6.3. За главные элементы батареи нужно принять последующие: фундамент, регенераторы, корнюрную зону, зону обогревательных простенков, перекрытия простенков и перекрытия камер.

Фундамент представляет собой бетонное основание, имеющее с боков железобетонные укрепления – контрфорсы, которые сдерживают перемещение кладки батареи при ее разогреве. Фундамент состоит из 2-ух плит. На нижней плите установлены верхние сооружения батареи. В верхней плите обычно располагают борова печей. Батарея имеет четыре борова для отвода товаров горения. Над фундаментом размещен подовый канал для подвода воздуха и бедного газа либо же отвода товаров горения из регенераторов.

Регенераторы созданы для обогрева воздуха и бедного газа собственной насадкой, за ранее нагретой теплом отходящих товаров горения из обогревательного простенка печей.

Над регенераторами находится корнюрная зона, которая является основанием камер печей и обогревательных простенков. В ней размещены каналы для подвода коксового газа к вертикальным каналам обогревательного простенка. Эти каналы по другому именуются корнюрами.

Над корнюрной зоной размещена зона обогревательных простенков, в какой находятся камеры печей для коксования углей. Внешние стенки обогревательных простенков сразу являются стенками камер печи.

Для отопления печей используются коксовый, доменный, генераторный, обезводороженный коксовый газы и их консистенции.

Коксование торфа производилось также с целью получения кокса, применимого для использования в доменной и литейной плавках.

Создание высококалорийного газа из низкосортного зольного горючего является достижением нашей техники и очень отлично.

Главным сырьем для высокотемпературной переработки являются, как указывалось, спекающиеся каменные угли, дающие при коксовании около 73-78 % кокса (в том числе 70-74 % металлургического), 15-18% газа, 2,5-4,5% смолы, 0,8-1,2% бензольных углеводородов, 0,25-0,4% аммиака и 3-5% пирогенетической воды.

Кокс и газ являются основными по количеству продуктами коксования. Создание кокса и создание газа в течение относительно долгого периода времени развивались независимо друг от друга, с внедрением даже разных по конструкции аппаратов (реторты газовых заводов, камерные печи коксовых заводов). Числилось, что в производстве городского (бытового) газа главным продуктом является газ, а побочным – кокс; в коксовом производстве основным продуктом – кокс, а побочным – коксовый газ. Зависимо от целеустремленности изменялись схемы чистки газа и извлечения из него хим товаров; так, к примеру, на газовых заводах бензол из газа обычно не улавливался с целью увеличения теплотворности газа. Создание кокса без одновременного использования газа и хим товаров коксования в текущее время занимает малозначительное место. Не достаточно сохранилось также газовых заводов, квалифицированно не использующих кокс. Газовые фабрики обязаны придавать все большее значение производству кокса, коксовые же фабрики преобразуются в больших поставщиков газа. В последние годы газовые фабрики строятся практически только как обыденные коксохимические фабрики, осуществляющие только ряд особых мероприятий для увеличения выхода газа и его чистки от вредных примесей. В текущее время создание газа и создание кокса соединились по существу в одну ветвь индустрии — высокотемпературной переработки углей.

Аналогичное явление можно следить и в области унификации оборудования коксовых и газовых заводов. Реторты газовых заводов, к примеру, удачно вытесняются более теплотехнически совершенными камерными печами. Нет сомнения, что в недалеком будущем отличия в оборудовании газового и коксового производств будут иметь только исторический энтузиазм.

Как следует, процесс производства коксового газа можно рассматривать как процесс, осуществляемый в камерных печах, с одновременным получением кокса и хим товаров коксований

Выход и качество газа в процессе пирогенетической переработки углей

На состав и в особенности выход газа приметно оказывает влияние качество перерабатываемого угля, также условия процесса его переработки. Температуры коксования углей фактически колеблются в малозначительных границах, температуры же полукоксования часто колеблются в границах, существенно сказывающихся на составе получающегося газа.

С увеличением температуры растет содержание простых компонент газа (водорода, метана) и понижается содержание более сложных углеводородов, также кислородсодержащих компонент, что может быть объяснено ускорением хода реакций пиролиза.

Более сравнимы данные о выходах и качестве полукоксового, среднетемпературного и коксового газов, приобретенных из голубого такого же угля, ибо, как будет тщательно сказано ниже, состав угля в значимой степени сказывается на свойствах получаемого газа. Данные, приобретенные при полукоксовании, средне- и высокотемпературном коксовании 1-го газового угля, дополненные некими нашими расчетами.

Не анализируя тщательно зависимости количественного конфигурации компонент газа от конфигурации температуры пиролиза угля, что будет изготовлено дальше, отметим только закономерное понижение молекулярного веса газа с увеличением температуры процесса.

Такое же уменьшение молекулярного веса с увеличением температуры пиролиза наблюдается и для водянистых товаров коксования.

Теплотворная способность газа резко понижается при повышении температуры пиролиза; но теплосодержание газа, отнесенное к тонне перерабатываемого угля, возрастает при переходе от полукоксования к среднетемпературному и дальше к высокотемпературному коксованию.