3 Технологические схемы получения формованного топлива и восстановителей

В настоящее время известно большое количество способов получе­ния формованного, термически обработанного топлива. По существу все они являются различными вариантами комбинаций рассмотренных выше трех операций и отличаются лишь по способу подготовки топли­ва, его окускования, сложности применяемой аппаратуры и режимом температур термической обработки топлива. Поэтому мы здесь рассмот­рим лишь наиболее принципиально отличающиеся и наиболее распространенные схемы производства.

В ИГИ разработан спо­соб пирогенетического окусковывания углей. Технологическая схема такой ус­тановки представлена на рис. 1.25 и заключается в следующем.

Отсевы газового угля с толщиной пластического слоя 7 – 12 мм или смесь с отсевами неспекающихся, слабоспекающихся углей или антрацитов измельчаются до крупности 0 – 3 мм, бри­кетируются на вальцевом прессе с добавкой 8 % нефтебитума или гранулируются на тарельчатом грануляторе твердым тепло­носителем до температуры 480—510 °С. В качестве теплоносителя используется песок, который поступает из бункера 1 в аппарат 3 для нагрева. Нагрев песка осуществляется продуктами сгорания в печи 2 газа, образующегося при прокаливании изделий. Горячий песок с начальной температурой 923 – 973 °С из промежуточной емкости 4 поступает вместе с брикетами или гранулами в шахтную печь 5. Теп­лота от нагретого песка к угольным изделиям передается гри их не­посредственном контакте. Песок и готовое топливо разделяются Н1 грохоте 6. Песок возвращается в цикл, а готовые изделия после ох­лаждения в охладителе 7 поступают в погрузочные бункера 8. Газ для очистки от пыли поступает в циклон 9, а затем после извлечения ценных химических продуктов может использоваться для сжигания в печи 2. Для производства коксобрикетных изделий, а также для са­мостоятельного использования в качестве топлива в различных от­раслях промышленности в СССР и за рубежом разработаны методы получения мелкозернистого углеродистого материала из неспекающих­ся углей низких стадий зрелости.

Основной особенностью является скоростной нагрев тонкодисперс­ных длиннопламенных и бурых углей теплоносителем до температур, обеспечивающих необходимые свойства углеродистого остатка. Чаще всего они обусловливают получение полукокса, который затем исполь­зуется для дальнейшей переработки. Поэтому этот процесс называется высокоскоростным полукоксованием.

Способ получения коксобрикетного топлива на базе углей Ирша-Бородинского месторождения, которое можно использовать для ли­тейных целей, разработан в ВУХИНе. Были проведены исследования по двум направлениям: получение коксобрикетного топлива двухсту­пенчатым способом, включающим получение из бурого угля полукокса, его брикетирование с добавками жирного угля и связующего, коксо­вание брикетов; получение брикетного топлива из буроугольного по­лукокса его брикетированием с химически активным связующим и тер­моокислением брикетов.

Как видно, второе направление исследований воспроизводит так называемый польский способ получения коксобрикетов. В качестве исходного сырья использовали буроугольный полукокс, а в качестве связующего – нефтяные отходы и тяжелую смолу полукоксования бурого угля. Полукокс измельчали до крупности менее 3 мм (93 – 95 %). Исследования показали, что коксобрикеты диаметром 51 мм, высотой 45 – 50 мм с барабанной прочностью + 40 (92 %) и 10 мм (7,5 %), прочностью пористого тела 61 – 68 % и пористостью 25 % мож­но получить при следующих оптимальных условиях: конечная тем­пература полукоксования – 500 °С; состав смеси для брикетирования, %: полукокс 70, жирный уголь 17, связующее 13; давление прессо­вания 19,6 * 10⁶ Па, нагрев брикетов от 400 до 550°С со скоростью 1,5 °С/мин и от 650 до 850 °С со скоростью 3 °С/мин.

При производстве брикетов по польскому способу оптимальная смесь для брикетирования состоит из 86 % среднетемпературного кокса и 14 % тяжелой смолы. Время термического окисления 10 ч при 300 ^СС. Полученное топливо имеет прочность пористого тела 66 %, пористость 18 %, повышенный выход летучих веществ до 13 %. Даль­нейшие исследования показали, что применение менее 14 % связую­щего ухудшает качество коксобрикетов. Важнейшим параметром про­цесса является время термоокисления. Так, при его увеличении от 5 до 11 ч прочность пористого тела кокса возрастает от 55 до 70 %. Од­нако термоокисленные брикеты имеют невысокую термическую стой­кость. Поэтому в ВУХИНе разработан трехступенчатый процесс, в котором третья ступень – это собственно процесс коксования до 900 °С. Прочные термостойкие коксобрикеты получают из смеси, %: кокс 71, жирный уголь 15, связующее 12; продолжительность окисле­ния 5 и коксования 2 ч. Прочность пористого тела коксобрикетов со­ставляет 60 %, пористость 17,6 %. По своим свойствам коксобрикеты относятся к удовлетворительному литейному топливу.

Первые разработки по получению коксобрикетного топлива были начаты в Уральском политехническом институте под руководством М. В. Гофтмана. Позднее этим вопросом начали заниматься в ВУХИНе – ИГИ, МХТИ им. Менделеева. Суть разработки состоиг в следующем: антрациты, полуантрациты, тощие и слабоспекающиеся угли в количестве 80 – 86 % смешиваются с 5 – 10 % спекающегося угля и 8 % связующего вещества. Смесь подогревают и брикетируют. Брикеты коксуют в кольцевой печи в течение 1 – 4 ч в зависимости от размеров брикетов. Готовый продукт отличается низкой реакционной способностью (в 2 – 10 раз ниже, чем у слоевого кокса), низкой пори­стостью (15 – 20 %) и характеризуется достаточной прочностью. Рас­ход коксобрикетов в литейном производстве по сравнению с коксом слоевого коксования сокращается на 25 – 30 %.

Способ получения коксобрикетов из бурых углей Канско-Ачинского бассейна заключается в том, что рядовой уголь после дробления и сушки подвергается полукоксованию с получением полукокса, смолы, газа и других продуктов. Из полукокса и смолы составляется шихта, из которой производятся брикеты, проходящие термоокисли­тельную обработку. Технологическая схема такого производства при­ведена на рис. 1.26.

Бурый уголь измельчается в шахтной мельнице 2, куда подаются продукты горения топлива для удаления влаги. После отделения из­мельченного угля в циклонах 6 он поступает в реактор 5 для полукок­сования. Этот процесс осуществляется за счет теплоты продуктов сго­рания. Полукокс после охлаждения в аппарате 4 поступает в смеси­тель 8, куда подается тяжелая смола из реактора 10 для смолы. После охлаждения шихты в охладителе 9 она поступает на вальцевый пресс 18, а затем – в установку термоокисления. Для термоокисления ис­пользуют дымовые газы, содержащие 12 – 14 % кислорода. Темпера­тура обработки составляет 220 °С, время – 2,5 ч. Под действием кис­лорода происходит окислительная полимеризация и поликонденсация связующего, в результате чего буроугольно-полукоксовые брикеты упрочняются.

Летучие продукты полукоксования проходят систему очистки охлаждения и улавливания в аппаратах 11 – 17. После выделения фе­нолов и легких масел смола применяется для производства брикетов, а охлажденный газ используется в качестве топлива.

Аналогичный принцип получения брикетного топлива из полу­кокса с использованием получаемой в результате полукоксования смолы в качестве связующего реализован на предприятиях Польши. Технологическая схема (рис. 1.27) включает полукоксование углей в печах Лурги 3 при повышенных температурах, смешение полукокса и тяжелых фракций смолы (остаток после отгона до 300 °С) в вертикаль­ном смесителе, брикетирование на вальцевых прессах 6 под давлени­ем (29,4 – 49,5) * 10⁶ Па, термиче­скую обработку брикетов в тун­нельной печи 8 дымовыми газами, содержащими 14 % кислорода при температуре 220 – 280 °С в течение 4ч.

В результате получают проч­ное формованное топливо. Прочность его в большей мере зависит от темпе­ратуры, при которой осуществляется получение полукокса, чем от темпера­туры последующей термической обра­ботки брикетов. Поэтому полукоксо­вание стремятся вести при высоких температурах, а термическую обработку брикетов – при относительно низких температурах.

В последние годы Институт химической переработки угля в ПНР разработал способ получения коксобрикетов из мелкозернистого ма­териала (рис. 1.28) путем брикетирования со связующим с последую­щей обработкой коксобрикетов в реакторе, где в качестве теплоноси­теля используется песок (рис. 1.29).

На этих же принципах в США разработана технология получения кокса по методу «Фуд машинеры». Этот процесс запатентован в три­дцати странах мира и реализован в промышленных условиях. Отли­чие его от описанных выше методов состоит в многоступенчатой тер­мической обработке измельченного угля до температуры 800 – 1000 °С. На первой стадии уголь подвергается термической обработке до температур 120 – 260 °С (для неспекающихся углей) и 260 – 425 °С (для спекающихся углей) в теплоносителе, содержащем до 20 % кис­лорода в зависимости от спекаемости угля. Нагрев осуществляется в кипящем слое (стадия «катализации»). На второй стадии, названной «стадией карбонизации», материал нагревается до 650 °С за счет частичного горения угля. На третьей стадии (кальци­нация) полукокс нагревается до 800 – 1000 °С. При этом выход летучих веществ снижается до 3 %. На данной стадии газтеплоноситель не должен содержать кислород и другие реакционноспособные газы.

После охлаждения коксования мелочь смешивается с каменноугольной смолой или песком и брикетируется при давлении около 34,3 * 10⁶ Па. Полученные формовки или бри­кеты коксуют в атмосфере оксида углерода (II) или углеводородного газа в шахтных печах или на подвижных колосниках.

За рубежом известны способы производства формованного кокса, получившие название «процесс Дидье» и «процесс Баумко». Отличи­тельная особенность этих способов по сравнению с рассмотренными выше состоит в том, что брикетная шихта приготавливается не только из полукокса с добавкой к нему 6 – 10 % пека, но также с добавкой около 10 % спекающегося угля. Брикеты коксуют в вертикальных печах непрерывного действия до 900 – 1000 °С. Между собой оба про­цесса отличаются, в основном, способом получения полукокса. Эти способы целесообразны для получения металлургического топлива из неспекающихся углей низких стадий зрелости.

Институтом Бергбауфоршунг и фирмой Лурги разработан способ производства формованного кокса горячим брикетированием. Часть тонкоизмельченного угля (75 – 80 % в зависимости от его спекаемости и выхода летучих продуктов) подвергают полукоксованию. Образующийся го­рячий полукокс быстро и тщательно смешивают в шнековом смесителе со второй частью угля (20 – 25 %) или другим хорошо спекающимся компонентом шихты. При этом температура смеси составляет 400 – 520 °С, в результате чего спекающийся уголь переходит в пластическое состояние и за счет жидких веществ его пластической массы происхо­дит смачивание полукокса. Брикетирование смеси осуществляется в двухвалковом прессе. Затем полученные брикеты охлаждают.

Для производства полукокса в этом процессе пригодны практически все угли – от антрацита и до бурых. Однако природа угля и условия процесса полукоксования влияют на свойства полукокса и через него па процесс горячего брикетирования. Например, насыпная масса полукокса из антрацита в реакторе с кипящим слоем почти в два раза выше, чем у полукокса каменных углей (770 против 400 кг/м³). Это определяет и меньший расход хорошо спекающегося угля, необходи­мого для горячего брикетирования полукокса из антрацита, чем для полукокса из каменных углей с более низкой насыпной массой (20 – 25 % против 30 – 35 % для полукокса из каменных углей с более низ­кой насыпной массой). Преимущество способа горячего брикетирования состоит в том, что для производства брикетов не применяются дефицитные связующие ма­териалы. Кроме того, практика показала, что в связи с высокой проч­ностью сырых брикетов нет необходимости в дополнительном их прокаливании. Однако в некоторых случаях эта стадия получения фор­мовок необходима.

В связи с отсутствием спекающихся углей в ГДР налажено произ­водство кокса из бурых углей, запасы которых значительны. Схема технологии производства буроугольных коксобрикетов показана ниже:

После соответствующей подготовки бурый уголь, измельченный до 0 – 1 мм с влажностью 10—12 %, подвергается брикетированию на штемпельных прессах при высоком удельном давлении. Брикеты подвергают термической обработке в специальных коксовых печах, состоя­щих из двух камер: сушки и высокотемператур­ного коксования. Сушка брикетов осуществля­ется отходящими дымовыми газами из системы обогрева коксовых печей. Температура их со­ставляет не более 200 °С. Брикеты подсушивают­ся до содержания в них влаги не более 3 %. Из сушильной камеры брикеты поступают в кок­совую печь, в верхней части которой температу­ра составляет 400 – 520 °С, а в нижней части – 950 ^СС. Готовый кокс охлаждается в установке сухого тушения.

Производство специальных видов углероди­стых восстановителей в большинстве случаев связано с использованием связующего, являю­щегося дефицитным материалом. В ИГИ разра­ботан метод получения формованного недомен­ного кокса для электротермических производств из недефицитных слабоспекающихся углей без использования связую­щего. Сущность метода заключается в следующем. Угли марок К2, Г6 и СС измельчаются до размера менее 3 мм в зависимости от их свойств. При необходимости их увлажняют. На второй стадии про­цесса угольную массу прессуют с получением малоформатных изделий массой 8 – 12 г. На третьей стадии их подвергают термической обра­ботке при температуре 700 – 900 °.

Важнейшей стадией производства недоменного кокса по методу ИГИ является формование или брикетирование. Определяющими факторами образования углеформовок методом брикетирования без связующего являются: размер угольных частичек и их общая удель­ная поверхность, ее гидрофобность и пластичность углей и др. Проч­ность углеформовок зависит от давления прессования. В то же время она закономерно снижается при получении углеформовок из части­чек угля крупностью, мм: < 0,25, 0,25 – 1,1 – 2 и 2 – 3.

В формовании структуры углеформовки участвует остаточная влаж­ность. Каждому давлению прессования при определенном грануло­метрическом составе угольной массы соответствует оптимальная влажность. Остаточная влажность углеформовок является функ­цией гидрофобности поверх­ности угольных частичек и пористости. Технологическая схема производства малофор­матного кокса по методу ИГИ представлена на рис. 1.31.

Уголь из приемных бун­керов 1 ленточным конвейе­ром 2 подается на измельчение в молотковую дробилку 3. Далее он подается пневмоконвейером в циклон 4, а из него поступает в накопительный бункер 5, откуда дозируется питателем 6 в смеситель 7. Затем шихта поступает в бункер 11 и далее брикетируется на вальцовых прессах 9. При подаче в брикетируемую смесь различных добавок предусмотрены емкости 8. Готовые формовки шнеком 10 подаются в прокалочную печь 12 непрерывного действия. Из аппарата гашения 13 и грохота 14 готовые изделия загружают в вагоны 15. Отделяемая на грохоте 14 крошка возвращается через конвейеры 16, 17 в прокалочную печь. Термически обработанные формовки обладают достаточно высокой прочностью по копровому методу – выход классов: 2,5 мм – 71,4 %, 0,5 мм – 13,6 %. Их структурная прочность по методу ВУХИНа приближается к 60 %.

Институтом горючих ископаемых и Московским горным институтом разработана технология получения восстановителя для электротер­мических производств из бурых углей Канско-Ачинского бассейна, запасы которых огромны при благоприятных горно-геологических условиях добычи открытым способом.

Рассматриваемый процесс производства недоменного восстанови­теля включает стадии полукоксования, смешения образующегося полукокса со смолой, брикетирования и термической обработки бри­кетов.

Особенность этой технологии состоит в том, что в качестве связующего используются тяжелые фракции буроугольной смолы, полу­чаемой в этом же процессе. Прочность изделий зависит от свойств свя­зующего материала, в частности, его коксового числа. Для его повы­шения предложено применять модификатор, т. е. органические веще­ства, которые реагируют с химически активными соединениями смолы. Связующее под влиянием модификатора образует пространственную структуру; при этом наблюдается переход его из термопластического п термореактивное состояние.

Для получения качественных изделий важное значение имеет ко­нечная температура получения полукокса, которая определяет свой­ства его поверхности и реакционную способность. Поэтому, выбирая оптимальную температуру нагревания бурых углей, можно получить топливо с нужными свойствами.

Полукокс из бурых углей получают их энерготехнологической переработкой в режиме скоростного нагрева. В результате получают 4 –5 % тяжелых фракций смолы. При производительности установки 175 т/ч выход тяжелых фракций составит 7 – 9 т/ч, а при их расходе в качестве связующего из расчета 20 % можно получить около 36 т брикетов в час. Смешение полукокса и связующего осуществляется при нагреве до 75 – 90 °С в паровом смесителе в течение 30 мин. Под­готовленную смесь шнековым питателем подают в распределительную чашу вальцового пресса. Брикеты могут быть необходимого размера в соответствии с требованиями к размерам углеродистых восстанови­телей для электротермического производства. Дальнейшая термиче­ская обработка возможна по нескольким технологическим схемам в ре­жиме термоокислительного пиролиза и до температур, при которых обеспечивается необходимая прочность изделий и такие характерис­тики, как удельное электросопротивление и реакционная способность.

Термоокислительная обработка формовок может осуществляться на горизонтальном сетчатом конвейере, заключенном в закрытую термо­изолированную камеру, газом-теплоносителем, содержащем 10 – 12 % кислорода при температуре 215 °С. Спекшиеся изделия прокаливаются в вертикальной непрерывно действующей печи. Термоокисление сырых брикетов происходит в кипящем слое песка для устранения слипания брикетов.

В последнее время разработана более совершенная технология тер­мической обработки формовок, которая осуществляется в две стадии. На первой стадии их нагревают до температуры 150—180 °С в термоизолированном вращающемся барабане за счет физической теплоты полукокса, который подается в барабан совместно с брикетами после камеры скоростного полукоксования. Количество необходимого полу­кокса и его температура определяются экспериментально и должны обеспечивать условия термоокисления. После разделения смеси фор­мовок и полукокса последний с температурой 150 – 180 °С поступает в смеситель для последующего брикетирования, а отвержденные фор­мовки направляются в камерную печь на вторую стадию термообработ­ки до температуры 850 °С. В качестве теплоносителя для прямого на­гревания формовок применяют парогазовые продукты пиролиза, ис­пользуя их физическую теплоту. Часть их может сжигаться за счет кислорода, подаваемого с продуктами горения. Предусмотрен также внешний обогрев. Разработанная технология позволяет получать из бурого угля прочные углеродистые изделия, удовлетворяющие требо­ваниям электротермических производств, в частности, для ферро­сплавной промышленности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мною были рассмотрено получение формованного топлива и восстановителей.

Были достигнуты поставленные ранее задачи: охарактеризовал производство формованного кокса, производство специальных видов кокса технологические схемы получения формованного топлива и восстановителей.

Были рассмотрены такие предметы: производство формованного кокса, производство специальных видов кокса, технологические схемы получения формованного топлива и восстановителей.

На мой взгляд, тема очень интересная и мне её изучение понравилось.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глущенко И. М. Химическая технология горючих ископаемых. – К.:

Вища шк. Головное изд-во. 1982 г.– 447 с.

2. Глущенко И. М. Теоретические основы технологии горючих ископаемых:

Учебник для вузов. – М.: Металлургия. 1990 г.– 296 с.

3. Технология коксохимического производства. Лейбович Р. Е.,

Яковлева Е. И., Филатов А. Б. Учебник для техников. – М.: Металлургия.

1982 г. – 360 с.