Коксування кам'яного вугiлля

Коксування – метод переробки палива (вугiлля). Суть методу – нагрiвання без доступу повiтря до температур 900-1050⁰ С. Паливо при цьому розкладається з утворенням летких речовин та твердого залишку – коксу.

При поступовому нагрiваннi з компонентами вугiлля відбуваються глибокi фiзичнi та хiмiчнi перетворення:

- до 250⁰С випаровується волога, видiляються оксид та диоксид карбону;

- при 300⁰С починається видiлення парiв смоли та утворення пiрогенетичної води;

- вище 350⁰С вугiлля переходить в пластичний стан;

- при 500-550⁰С спостерiгається швидкий розклад пластичної маси з видiленням первинних продуктiв (газу та смоли) i тверднення її з утворенням напiвкоксу;

- пiдвищення температури до 700⁰С супроводжується подальшим розкладом напiвкоксу, видiленням з нього газових продуктiв;

- вище 700⁰С відбувається переважно процес змiцнення коксу. Леткi продукти в контактi з нагрiтим коксом, стiнками та стелею камери пiролiзуються, перетворюються в складну сумiш парiв (переважно сполук ароматичного ряду) та газiв, якi містять водень, метан тощо. Бiльшiсть сiрки, яка є у вугiллi, та всi мiнеральнi сполуки залишаються в коксi.

Таким чином, коксування – це складний двофазний процес, що складається з процесiв теплопередачi, дифузiї та великої кiлькостi хiмiчних реакцiй. При коксуваннi кам'яного вугiлля отримують такі продукти: кокс, коксовий газ, кам'яновугiльну смолу, сирий бензен, надсмольну воду та солi амонiю (амоній сульфат).

Сировиною для коксування є вугiлля, яке спiкається. Це дозволяє отримувати мiцний та пористий металургiйний кокс.

Продукти коксування та їх використання

Кокс – твердий, матово-чорний, пористий продукт. З 1 тонни сухої шихти при коксуваннi отримують 0,65- 0,75 т коксу.

Кокс використовують в металургiї, а також для газифiкацiї, виробництва кальцій карбiду, електродiв, і як реагент та паливо в рядi галузей хiмічної промисловостi.

До коксу, який широко використовують в металургiї, висуненi високi вимоги: вiн повинен мати високу механiчну міцність. В іншому випадку кокс руйнуватиметься в металургiйних печах пiд тиском стовба шихти, що приведе до збiльшення опору руху газiв, зниження продуктивностi доменної печi. Кокс повинен мати теплотвірну здатнiсть не меншу за 31500-33500 кДж/кг.

Показниками якостi коксу є його горючiсть та реакцiйна здатнiсть. Перший показник характеризує швидкiсть горiння коксу, другий – швидкiсть вiдновлення ним карбон(IV) оксиду. Цi два процеси гетерогеннi, то їх швидкiсть визначається дифузiйними процесами, а не тiльки складом коксу.

Коксовий газ отримують в кiлькостях до 340 м³ на 1 тонну сухого вугiлля. Склад та вихiд коксового газу визначається, в основному, температурою коксування. В камери, в якiй проводять коксування, входить прямий коксовий газ з вмiстом газоподiбних продуктiв, парiв кам'яновугiльної смоли, сирого бензену та води. Пiсля вiдокремлення вiд коксового газу смоли, сирого бензену, води та амонiаку отримують так званий зворотнiй коксовий газ, який використовують як сировину для хiмiчних синтезiв. Окрiм цього, коксовий газ використовують як промислове паливо для обiгрiву коксових, сталеплавильних та iнших печей.

Кам'яновугiльна смола – в’язка чорно-бура з специфiчним запахом рiдина, яка містить до 300 рiзних речовин. Найбiльш цiнними компонентами кам'яновугiльної смоли є бензен, толуен, ксилени, фенол, крезол, антрацен, фенантрен, пiридiн, карбазол, кумарон тощо. Густина смоли – 1,17-1,20 г/см³. Вихiд смоли складає вiд 3 до 4% вiд ваги вугiлля, взятого для коксування.

Склад смоли, в основному, залежить вiд температури коксування, а вихiд - вiд температури та складу кам'яного вугiлля. З пiдвищенням температури поглиблюється пiролiз вуглеводнiв, а це знижує вихiд смоли та збiльшує вихiд газу.

Сирий бензен – це сумiш, яка складається з сiрководню, бензену, толуену, ксиленів, кумарону та iнших речовин. Вихiд сирого бензену складає в середньому 1,1 % вiд кiлькостi вугiлля i залежить вiд складу, властивостей вугiлля та температури коксування. При перегонцi з сирого бензену отримують такі iндивiдуальнi речовини: ароматичнi вуглеводнi та сумiшi насичених вуглеводнiв, сировину для органiчного синтезу.

Надсмольна вода – це слабкий водний розчин амонiаку та амонiйних солей з домiшками фенолу, пiридинових основ та деяких iнших продуктiв. З надсмольної води при її переробцi видiляють амонiак, який спiльно з амонiаком коксового газу використовують для одержання амоній сульфату та концентрованої амонійної води.