12 Дәріс. Жартылай кокстің түйірленуі мен соның негізіндегі композициялар

Гидрофобты материалдардағы шөгіңдіге ұқсас түйіршіктердің беріктігі аз өлшемді құрайды. Сондықтан жартылай кокс және кокс беткі қабатының белгілі бір дамуында ешбір технологиялық режимде арнайы қоспаларсыз түйіршіктеуде ірі және берік түйіршіктер алу мүмкін емес. Кокстен немесе жартылай кокстен түйірлерді алу соңғы шамада мүмкін: а) сулаушыны енгізу немесе гидрофобты байланыстырушыны қолдану және б) қатты гидрофильді қоспаларды қосу.

Жартылай коксті брикеттеу үшін қолданатын жағдайда байланыстырушы қолдану мүмкін емес. Соның ішінде өзіне тән процестерге (байланыстырушының кейбір қасиеттерінің және оның шығынының қатынасында) жалпы заңдылықтар анықталған:

– түйіршіктеу кезінде байланыстырушының шығыны белгілі бір дәрежеде оның топтық құрамына тәуелді (асфальтендер, шайырлар, майлар және т.б.). Асфальтендердің артық мөлшері сынғыштық, қаттылық қасиет береді, байланыстырушының пластикалығының төмендеуіне әсер етеді; шайырлардың көп мөлшерінде тұтқыр және байланыстырушының пластикалық қасиеттері шартталады. Шайырлар асфальтендерді еріте отырып тұрақты ерітінді түзеді. Карбендер мен карбоидтар тұтқыр қасиетін төмендетеді; парафиндер сынғыштық қасиет береді, пластикалығын, материалға ену тереңдігін, тұтқыр және жабысқақ қасиеттерін төмендетеді, сонымен қатар жұмсару температурасын жоғарылатады. Парафиндердің әсері май мен байланыстырушысы бар шайырдың мөлшерінің өсуімен төмендейді. Күкірт байланыстырушыға тұрақтылық қасиет береді. Аз мөлшердегі механикалық қоспалардың өзі күшті дәрежеде оның сапасын төмендетеді.

• Байланыстырушының жіңішке тесікті құрылымға ие материалмен өзара әрекеттесуі жоғары активті компоненттердің таңдаулы адсорбциясы жүреді. Осы кезде беткі қабатта көмірдің компоненттерінің еруі, ісіну, сонымен бірге материалдың тесіктеріндегі жеке компоненттердің капиллярлы диффузиясы сияқты химиялық процестер жүреді;

• Байланыстырушының адсорбциясының интенсивтілігі мен сипаттамасы материал бетінің табиғатына, сонымен бірге байланыстырушы мен адсобция шарттарының физико-химиялық қасиеттеріне тәуелді;

• Ішкі бетінің дамыған және байланыстырушымен тектес топтардың құрылымдары жоғары адсорбциялық қабілетке ие;

• Байланыстырушының адсобциясының мүмкіншілігі бөлшектердің ішкі бетінде олардың тесігінің өлшемі мен құрылымы және осы тесіктерге байланыстырушылардың ену қасиеті шартталған;

• Адсорбирленген байланыстырушының құрылымы мен қасиеті еркін байланыстырушының құрылымы мен қасиетінен ерекшеленеді;

Түйіршіктеуде қолданылатын байланыстырушы заттар келесі талаптарға сай болуы керек:

• түйіршіктелетін материалдың беткі қабатының толықтай сулануын қамтамасыз ету керек;

• жартылай кокстің беткі қабатына жабысу қасиеттерімен және жоғары аққыштық қасиетін сақтай отырып, жоғары когезиялық беріктікке ие болу керек;

• түйіршіктерге қажетті термотұрақтылық пен ылғалды ұстау қасиеттерімен қамтамасыз ету;

• максимальді қысқа уақытта түйіршіктерге механикалық беріктігі туралы хабарлау қасиетіболу керек;

• түйіршіктерде балластардың болмауы керек.

Барлық жоғарыда айтылғандар бөлшектелген жартылай кокстің және кокстің біріккіштігі төмен және бірікпейтін көмірлерден алынуы сұрақтың қиындығын көрсетеді.

Жартылай кокстің мөлшері көп шихталарды кокстеудің көптеген әдістері шихтаға белгілі бір мөлшерде байланыстырушы заттарды енгізумен және алдын-ала брикеттеуге негізделген.

Байланыстырушы мөлшері қосылатын біріккіш көмір мен жартылай кокстің санымен және сапасымен анықталады. Шихтада біріккіш көмірдің мөлшері көп болған сайын байланыстырушының мөлшері аз керек болады. Байланыстырушының мөлшерін тек белгілі бір аралықта өзгертуге болады, олай істемесе шикі брикеттердің беріктігі төмендеуі мүмкін. Байланыстырушының артық мөлшерінде шихта майлы болады, ал брикеттер ісінген, аққыш күйде болады.

Байланыстырушысыз жартылай коксті брикеттеу жақсы нәтижелер бермейді. Қандай да бір ұсақтауда немесе қысымда болсын байланыстырушысыз беріктігі жеткілікті дәрежедегі брикеттер алу мүмкін емес. Ұсақ массадан ауаны мүмкіндігінше жою үшін массаны және пішінді жеткілікті мөлшерде жоғары қыздыруда брикеттеуді жасап көрді. Нәтижесі өзгеріссіз, яғни, жеіл басуда брикеттер тығыздалды. Қанағаттандырарлық нәтижелер байланыстырушы ретінде 10% жартылай коксті шайырды қосу кезінде алынды.

Жартылай коксті 10% дейін ылғалдандырса жақсы брикеттеледі. Бұл құбылыс қоңыр көмірлі жартылай кокстен кокс алудың әдістерін өңдеуде қолданылды. Құрғақ қоңыр көмірді Борзиг—Гейсеннің жартылай коксті пешінде жартылай коксте 1-ден 2%-ға дейін шайыр қалу керек деген есеппен өңдейді. Жартылай коксті 1 мм класқа дейін ұсақтайды, 10% сумен ылғалдандырады және штемпельді престе брикеттейді. Алынған брикеттер 800-900°С температурада термоөңделеді.

Өңделетін көмірде қалған шайырлы заттардың мөлшерін нәтижелеу айтарлықтай қиын. Бірігетін заттар құрамын кокстелмейтін көмірде оптимальді жағдайға жеткізу кокстеу алдында кокстеудің тура газдарымен оларды өңдеумен жүргізіледі. Көмірлер үшін жүргізілген жұмыстар фустарды және жартылай коксте кокстеудегі тура газдан алынған шайырдың ауыр фракцияларын конденсациялау кезінде жақсы нәтиже беруі мүмкін.

1963 жылы Югославияда жылына 350 мың т дейін көлемде немесе елдегі барлық кокс өндірісінің 40% «Луковец» әдісі бойынша металлургиялық кокстің өндірісі салынды. Лигнитті жартылай кокстеу 450— 500°С кезінде жүргізеді. Осы кезде ұшқыш заттардың шығымы 45-тен 20%-ға дейін төмендейді. 100° С дейін сумен суытылған жартылай кокс қос линзалы қоспалауыштарда шайырдың ауыр фракцияларымен суландырылады және шайырлы сумен 6% дейін ылғалдандырылады. Өңделген жартылай коксті тас көмірмен араластырады және себумен тиелген коксті пештерде классикалық әдіс бойынша кокстейді.

Сатылы кокстеудегі әдістер жартылай кокстің жартылай кокс алынғандағы температураға дейін және содан жоғары екіншілік қыздыруды қарастырады. Соңғысы жартылай кокс және байланыстырушының бірлескен шөгіндісі үшін, сонымен қатар нәтижесінде жақсы адгезия жүретін байланыстырушы зат пен жартылай кокстен бөлінетін екіншілік шайырдың әсер етуіне қажет. Егер осылай 400-тан 650°С температурада алынған жартылай кокс брикеттейтелетін болса, онда брикеттерді 650° С жоғары температураларда қыздыру қажет.

Дидье процесінде ұсақталған көмірді 440—650° С-та ішкі қыздырылуы бар ретортта солармен бірге жартылай кокстен ұшқыш заттар шығымы 17—11% дейін және шайыр шығымының максимальді болуы үшін жартылай кокстейді. Содан кейін жартылай коксті төмен температуралы шайырмен 12% пекпен араластырады, жаныштайтын престерде брикеттейді және камералы пештерде кокстейді.

Жартылай коксті брикеттеу үшін байланыстырушы ретінде брикеттерді кезекті термоөңдеуде пек, битум, асфальт, жартылай кокстеу шайыры, крахмал, сульфитті негіздер кеңінен қолданылады. Тербектің ұсынған әдісі бойынша ұсақталған немесе шаң түріндегі көмірді өлшенген түрінде газификацияға ұшыратады, содан кейін брикеттейді және алынған брикеттерді шаншиды.

20-сыншы жылдардың соңында Серов зауытында: қоңыр көмірлі жартылай кокстен кокс алды. Соңғыда 2—3 мм дейін ұсақтады, содан кейін оны 3—10% пекпен араластырды. Буланған массаны 60 ат қысымда брикеттейді және брикеттерді пештерде 30—45 мин жағады. Коксті брикеттерге келесі сипаттамалар тән: А^с = 17%, : W^р = 1,13%, V^v = 4,11%, Q = 6490 ккал/кг, П = 2486 кГ/см², өлшемі 100100 мм. Кәдімгі кокске 60% мөлшерінде брикеттерді қосу кезінде домналы пештегі процесс барысы бұзылмады.

Таскөмірлі шайырмен кокстелетін көмірді ұзаққа созылған қыздыруда көмірдің пластификациялануы жүреді, қолдануға қажет болатын байланыстырушы материал түзіледі. Пластификация кезінде қоспа бумен өңделеді. Бумен өңдеу біріккіш көмір және пек немесе шайыр арасында реакциялардың жүруіне, сонымен қатар жартылай кокс пен көмір массаларындағы байланыстырушының біркелкі бөлінуіне әсер етеді.

Ұқсас қоспаларды жылдам қыздыру көмірдің деструкциясына және жартылай кокспен, пектермен берік, біріккіш кокс түзе отырып, өзара әрекеттесуге түсетін сұйық балқымалы пластикалық массалы заттардың түзілуіне мүмкіндік туғызады.

Көмірлердің пектермен қоспасындағы пластификациясы берік, тұрмыстық, аз күкіртті отын алу әдістерінің негізінде жатыр. Англияда біріккіш көмір мен пектер қоспасы бар жартылай кокстен тұрмыстық отын алу кезінде жартылай коксті пектің пластификациясын 400° С температурада брикеттерде жүргізеді. Көмірді тез қыздыру агломерирленген кокс өндірісінің әдістері негізінде жатыр. Процесс 400—440° С-та, тотықпаған атмосфера жағдайында айналушы ретортта жүреді. Көмірдің пластификациясы 815—980° С кезінде шаншылатын пектер және агломераттардың түзілуімен жүреді. «Баумко» процесінде жартылай кокстен алынған шикі брикеттерде көмірдің пластикалық аралықтарының кеңеюі 1200° С температурада газдармен брикеттерді жылдам қыздырумен қол жеткізіледі. 10—35% ұсақталған кокстелетін көмір, 80—45% жалған сығылған қабатта тас көмірден алынған жартылай кокс және 6—20% таскөмірлі пектер құрамды қоспадан пішінделген кокс алу өндірісінің әдістері бар. Қоспаны брикеттейді және 30 мин-тан аз уақытта оларды жылулық соққымен 500° С дейін брикеттерді кокстейді. 700° С дейінгі жылулық соққы газдың жануы жүретін трубадан шыққан жылулық сәулемен жүзеге асырылады. Брикеттер шаншылудан кейін камераларға бөлінген жартылай коксті газбен қыздырылатын, 950—1000° С-та олардың кокстелуі аяқталатын пештерге түсіріледі.

Ұшқыш фракциялардың айдауынан кейінгі жартылай коксті шайырлар жартылай коксті брикеттеу кезінде байланыстырушы ретінде қолданылуы мүмкін. Осы кездегі шайырдың шығымы 10% болады. Бірақ тотыққын жартылай коксті шайырды қолдануда жақсы нәтижелер алынады. Жартылай коксті шайырды алдын-ала ауаның тотыққан оттегі қатысында байланыстырушы ретінде қолданғанда біркелкі құрылымды берік кокс алынады. Польшада жартылай коксті брикеттеу үшін 300° С жоғары температурада қайнайтын шайыр фракцияларын байланыстырушы ретінде қолданады. Шайырдың тотығуы қалыптың өзінде қарастырылған.

Румынияда 750—800° С кезінде алынған жартылай коксті 10% мұнай битумы мен пектерден брикеттейді. Шикі брикеттерді 250—280° С кезінде жану өнімдердің тогында тотығады. Австралияда қоңыр көмірлі кокс (ұшқыш заттардың шығымы V^г = 2%) пен пектерден байланыстырушы ретінде брикеттерді тотықтыруды өте төмен температураларда, 2 сағат ішінде жанғыш газдардың ауамен қоспасының атмосферасында жүргізеді. Брикеттерді 500° С кезінде термоөңдеудің қосымша сатылары қарастырылған. Алынған отынның тығыздалу кедергісі 200 кГ/см² құрайды және кеуектілігі 36—42%.

0— 2,5 мм болатын коксті түйірлер класын 11—12% мұнайлы битуммен араластырады және 330 кГ/ см² қысымда брикеттерге пішіндейді. Шикі брикеттер 265° С температурада және 18% оттегі бар ортада 4 сағат ұстайды да 950° С-та 40 минутта шынықтырады.

«Кармонуа» процесінде 160—170° С кезінде тотықтыру көмірлі пекті брикеттердің беріктілігін жоғарлатуға мүмкіндік береді. Брикеттер 10 сағаттық өңдеуден кейін кокстеу үшін жеткілікті дәрежеде біріккіш қасиетін сақтайды, бірақ ісініп бір-бірімен бірікпейді.

Принципиальді технологиялық кескінде белгіленгенмен келісе отырып көмірді химиялық өнімдерден бөлу үшін бастапқыда жартылай кокстеуге жібереді; түзілген жартылай коксті тесіктерінің мөлшері 0,25 мм болатын електен өту үшін бөлшектерге бөледі және бір мезгілде қыздырылған мұнайлы байланыстырушы түсіп тұратын престерге немесе грануляторға түсіреді. Байланыстырушы ретінде М80 маркалы мазутты қолданылады. Түйіршіктеуден кейін окатыштар термототыққан беріктікке ұшырайды.

Мазуттың сәйкес фракциялық құрамымен тотығудың келесі температуралық режимі анықталған: 150°С дейін температураның көтерілуі 5 град/мин, 150° С кезінде 3 сағатқа төзімді; 270—340° С дейін жылдамдық 15 град/мин құрайды, төзімділігі 270° С және 3 сағат ішінде. Ауадағы оттегі байланыстырушымен реакцияға түсе отырып сутегіге әсерін беріп су түзеді. Түзілетін судың мөлшері жиынтық және құрамды біріктіруші бірлікке келетін ауаның шығымына, процесті өткізу температурасына тәуелді.

Мазутты құраушы жеңіл қайнайтын заттар 280° С дейін температураны жоғарылатумен 97% олардың байланыстырушыдағы жалпы мөлшерде айдалады. Олардың орны материалдағы байланыстырушының біркелкірек бөлуінуіне алып келеді. 10—12% байланыстырушымен (300° С қайнайтын фракциялар) брикеттерді тотықтыруда лақтыруда сыналуды қанағаттандыратын пішінделген отындар алынды. Түйіршіктер 55—60 кГ/ см² қысымды ұстап тұрады. Отын жанған кезде кесектің пішініні сақталады..

Түйіршіктерде мазуттың тотығу уақытының әсері олардың беріктігіне 250°С температура кезінде тотығуы келесі мәндерде көрсетілген:

Тотығу уақыты, сағ 3 4 5 6 7

Коксті түйірлер материалы кеуектілігінің

беріктігі, кГ м/м² 75 97 87 79 75

Түйірлердің беріктігі көлемі бойынша бірдей емес; жоғарғы қабаттардың, ортасының және орталық бөлігінің беріктігі сәйкес 87, 91 және 39 кГ м/м² болады.

Шихталарды жартылай кокстің негізінде кокстеудің басқа да әдістері айтылған жоғары әдістердің модификациясы болып табылады, технологиялық процестің конструктивті құрылымымен ерекшеленеді.

Мұндай жолмен жартылай кокс негізінде кесектелген отынды алу кезінде көптеген әдістері жылдам қыздыру мен оттегі қатысында өңдеуді қарастырады.

Біріккіш көмірлерден жартылай кокстің және кокстің рациональді қолданылуының өңдеу жолдары шешімі өте ауқымды қиын мәселеге айналады. Төменде бұл сұрақты термототықтырғышпен кокстеудегі қосымша әдісті негізгі айқындау бағытынан қарағанда мүмкіндіктерді анықтауды шешудің әрекеттері қарастырылған.

Жартылай кокстің үлесі жоғары болғандағы шихтаны кокстеудің қажетті шарты: жақсы бірігетін көмірді қолдану, көмір мен жартылай кокстің ұсақталуы және олардың тығыз жанасуы. Соңғысы кокстеу алдында шихтаны түйіршіктеуде жүзеге асуы мүмкін. Түйіршіктеумен шихтаны тығыздау оның себілгіш массасының және кокс материалының кеуектілігі беріктігінің өсуіне апарып соғады.

Негізгі әдебиет [5(81-92)]

Қосымша әдебиет [8(44-58)]

Бақылау сұрақтары:

1. Жартылай кокс пен кокстен қандай жағдайларда түйіршіктер алуға болады?

2. Түйіршіктеу кезінде байланыстырушы шығыны неге тәуелді?

3. Қандай құрылымдар жоғары адсорбциялық қабілетке ие?

4. Түйіршіктеу үшін қажет байланыстырушы заттар қандай талаптарды қанағаттандыру керек?

5. Жартылай кокстің негізінде кокстеуде қолданылатын әдістер қандай?