Металлургия технология угля и неметаллических полезных ископаемых3

в дистилляционной колонне охлаждается в масляном теплообмен­ нике 4 .

Подогрев раствора бензола и охлаждение очищенного масла и паров бензола производится путем теплообмена. Первоначаль­ ный раствор бензола проходит через конденсаторы 3 , 2 и тепло­ обменник 4 , а затем доводится до конечной температуры в подо­

гревателе 5, откуда направляется в дистилляционную колоннуСырой бензол содержит бензол, толуол, ксилол, .нафталин, се­ роуглерод, фенолы, пиридиновые основания, тиофен, инден, кумарон и другие вещества. Его подвергают перегонке для отбора различных фракций, перерабатываемых затем для получения от­

дельных технически чистых продуктов.

П е р е р а б о т к а к а м е н н о у г о л ь н о й с м о л ы

Сырая каменноугольная смола, представляющая собой слож­ ную смесь многих продуктов, подвергается перегонке с отбором различных фракций, которые затем перерабатываются для полу­ чения отдельных чистых продуктов.

Рис. 68. Схема установки для непрерывкой разг°|,ки каменноугольной

смолы

Смолоперегонные заводы работают по принципу непрерывной системы разгонки — путем однократного исПаРения всех фракции, с последующей конденсацией их из общей Массы паров и охлаж­

дения жидких дистиллятов в холодильникахОдна из технологических схем установки ■для непрерывной раз­

гонки смолы показана на рис. 68.

Смола из сборника, перекачивается нае°сом • в первую кон­

векционную ступень трубчатой печи /, где нагревается до темпе­ ратуры 150—170° С и поступает в испарИ'гель 2 . Пары воды и

дующие основные реакции:

в зоне окисления или горения С + 0 2 = С02 -Ь 97 650 ккал 2С + 0 2 = 2СО + 58 860 ккал\

взоне восстановления

С+ С02 = 2СО + 38 790 ккал.

Воздушный генераторный газ теоретически состоит из 34,7% СО и 63,3% N0, практически газ всегда содержит некоторое ко­ личество двуокиси углерода.

Водяной генераторный газ получается по следующим основным реакциям:

С + Н20 = СО + Н2 — 28 380 ккал\

СО + Н20 = С02 + Н2 — 10 410 ккал.

Поскольку процесс получения водяного газа идет с поглоще­ нием тепла (реакции эндотермические), он может протекать либо при подводе тепла извне (электрообогрев, сжигание какого-либо топлива), либо при периодической работе газогенераторной уста­ новки. Практически все генераторы водяного газа работают пе­ риодически или циклически. Вначале в газогенератор вдувается воздух, сжигающий часть углерода и производящий разогрев угля (цикл горячего дутья), после чего вдувается водяной пар (цикл газования) до тех пор, пока температура угля не понизится до определенного предела, а затем вновь осуществляют цикл го­ рячего дутья.

Реакция образования водяного генераторного газа обратимы и между отдельными веществами устанавливается равновесие, кон­ станта которого

^__ Рсо + РигО

Р. Рсо2+ Ри2

зависит главным образом от температуры. При температуре ниже 700° С в газе увеличивается содержание двуокиси углерода, а с повышением температуры газ обогащается окисью углерода. Сле­ довательно, константа равновесия увеличивается с повышением температуры. Примерный состав водяного газа следующий: Н2 — 50%, СО — 40%, остальное приходится на С02, N2 и другие при­ меси.

Водяной и частично воздушный генераторные газы использу­ ют для химических синтезов, где нужны окись углерода и его смесь с водородом. Водяной газ используют также для получения водорода, — его подвергают дополнительной обработке водяным паром, при этом СО окисляется в С02 и выделяется эквимоляр­ ное количество водорода. Образовавшуюся С02 выделяют про­ мывкой водой под давлением, в результате чего остается прак­ тически чистый водород.

Получение смешанного или парокислородного газов основано на тех же химических реакциях взаимодействия углерода с водя­ ным паром и кислородом. Эти газы обладают более высокой теп­ лотой сгорания, а сами процессы газификации более производи­ тельны.

Сводные показатели газификации угля приведены в табл. 23,

Требования к углям для газификации

В зависимости от условий газификации, которые в основном определяются конструкцией и типом газогенератора, к углям для газификации предъявляют разные требования. Угли должны быть однородными по размеру кусков и содержать возможно меньше мелочи и пыли.

Крупность угля устанавливается в зависимости от его меха­ нической прочности. При получении смешанного и парокислород­ ного газа из бурых углей средняя крупность кусков их устанав­ ливается в 25 мм, каменных углей— 10—12 мм, антрацитов — 6 мм. Во всех случаях наибольшие куски должны превышать по своим размерам наименьшие куски не более чем в два-четыре раза. При наличии в угле более 15% мелочи последняя перед за­ грузкой угля в газогенератор должна быть отсеяна.

Для производства водяного газа применяют уголь крупностью 25—100 мм, а для получения воздушного газа — и более крупный уголь.

При газификации угля в кипящем слое крупность его должна

быть не выше 10—12 мм. Наличие в угле пыли (0—1 мм) более

10—12% не допускается.

Антрациты обладают большой механической прочностью, но разрушаются при нагревании, т. е. являются термически не стой­ кими, поэтому применение углей, приближающихся по своим свойствам к антрацитам, для газификации ограничено.

Теоретическими расчетами установлено, что при средней влаж­ ности угля в 20—25% смолы разлагаются в зоне газификации и газ получается удовлетворительного качества, поэтому иногда до­ пускают содержание влаги в угле до 40 и даже 50% (при паро­ воздушном дутье). При газификации мелкозернистого угля в ки­ пящем слое качество газа остается удовлетворительным и при влажности угля до 40%, однако сам процесс газификации его вести труднее, чем сухого угля.

Зольность угля для обеспечения нормальной работы обычных газогенераторов не должна превышать 15—20%. При газификации угля в кипящем слое допустимый предел его зольности составляет примерно 30%• Для газификации угля в газогенераторах с жид­ ким шлакоудалением допускается более высокая зольность.

Чем выше способность угля к шлакообразованию, тем труд­ нее его газифицировать — шлаки налипают на стенки газогене­ ратора, что затрудняет его обслуживание и снижает производи­ тельность. Существенное значение при газификации углей имеет плавкость их золы. Для газогенераторов, работающих с режи­ мом образования твердых шлаков, температура плавления золы угля должна быть не ниже 1350° С.

Сернистость угля отрицательно отражается на газификации. Почти 80% серы при разложении угля переходит в газ, преиму­ щественно в сероводород, корродирующий металлические части газоочистительной и печной арматуры.

Спекающиеся угли не отвечают требованиям газификации. Они образуют в газогенераторе корки, нарушающие нормальную цир­ куляцию газов. В случае необходимости применения для газифи­ кации спекающихся углей их смешивают с другими — неспекающимися углями или подвергают предварительной специальной об­ работке, снижающей их спекаемость, например, окислению дымо­ выми газами, содержащими 2—10% кислорода, при температуре 120—200° С.

Специальных требований к углю по выходу летучих веществ при нормальных условиях газификации не предъявляют. Следует учитывать, что выход летучих веществ влияет на теплоту сгора­ ния получаемого газа, а также и то, что в зависимости от выхода летучих веществ и их качества возможны различные способы пе­ реработки жидких продуктов газификации.

Для получения смешанного генераторного газа разные виды угля по признаку их спекаемости и выходу смолы могут быть разбиты на три группы: неспекающиеся и практически не даю­ щие смолу (например, донецкий антрацит, сулюктинскнй уголь

и др.); спекающиеся, дающие смолу (например, лисичанский и черемховский угли и др.); неспекающиеся, дающие смолу (например, челябинский, подмосковный бурые угли и др.).

Угли первой группы позволяют газифицировать их в газоге­ нераторах самой простой конструкции. При газификации угля второй группы в газогенераторах необходимо предусматривать систему охлаждения и промывки газа для выделения смолы. Угли третьей группы газифицируют в газогенераторах специальной кон­ струкции, например при влажном угле применяют генераторы с принудительным отводом влаги из зоны подсушки и т. д.

Определенные требования предъявляются к углям и при гази­ фикации их для получения других видов газа. Например, для получения воздушного газа уголь должен отвечать требованиям жидкого шлакоудаления. Виды угля, применяемого для получения водяного газа, ограничены. В настоящее время крупные станции водяного газа работают преимущественно на крупнокусковом кок­ се, а также на некоторых сортах антрацитов, например марки АК. Парокислородный газ получают из кускового угля, требования к нему предъявляются такие же, как и для получения смешанного газа из мелкозернистого угля.

Зола, получаемая после газификации углей, является ценным продуктом, из которого могут быть извлечены редкие и рассеян­ ные элементы, железо, алюминий и ряд других металлов. Остаю­ щаяся часть золы может использоваться в промышленности строи­ тельных материалов.

Благодаря восстановительной атмосфере, в которой происхо­ дит газификация угля, несколько меняется форма соединений от­ дельных элементов, содержащихся в зольных остатках. Особен­ но это касается таких элементов, как например железо, которое окисляясь до Fe304 приобретает магнитные свойства, позволяю­ щие легко извлечь его из золы методом магнитной сепарации. По­ лучаемый при этом магнетит сам по себе является ценным про­ дуктом, после его удаления немагнитная часть золы по своим свойствам аналогична каолиниту и может служить ценным сырьем для получения силумина — сплава кремния и алюминия — или для производства глинозема методом сернокислотного ра­ створения с получением серной кислоты из серосодержащих газов, образующихся при газификации исходного угля.

§ 2. Гидрогенизация и другие процессы переработки углей

Г и д р о г е н и з а ц и е й называется реакция присоединения во­ дорода к элементам и соединениям.

Процесс гидрирования — присоединение водорода в общем по­ нимании заключается в непосредственном насыщении водородом различных ненасыщенных соединений либо расщеплении высоко­ молекулярных соединений с одновременным присоединением во­ дорода к продуктам расщепления. Последний процесс называется

деструктивной гидрогенизацией; он объединяет два вида реакций — расщепление и гидрирование.

Присоединению водорода способствуют применяемые' в этом

Гидрогенизация угля и продуктов его пиролиза и газификации производится с целью получения жидких моторных топлив.

Гидрогенизация твердого угля

Гидрогенизация твердого угля обычно осуществляется в не­ сколько ступеней или фаз.

В первой фазе гидрогенизации, называемой жидкой фазой, про­ исходит расщепление угля с образованием из жидких продуктов промежуточного продукта — среднего масла.

Получающиеся в жидкой фазе фракции с предельной темпе­ ратурой кипения 300—350° С и средние масла от прямой пере­ гонки смолы подвергаются переработке в следующей второй фазе, называемой паровой фазой гидрогенизации, в которой низкокипящие или средние масла превращаются в бензин.

В первой фазе гидрогенизации применяют преимущественно железный, алюминиевый или никелевый катализаторы и во второй фазе — соедине«ия молибдена. Принципиальная схема гидрогени­ зации аналогична для обеих фаз. Схема гидрогенизации угля в стадии жидкой фазы показана на рис. 70.

Для гидрогенизации предельная зольность угля не должна превышать 4,5—5,5%. Поэтому угли, подлежащие гидрогенизации, как правило, должны обогащаться.

Уголь предварительно измельчают до крупности <1 мм и сме­ шивают с маслами, получаемыми в процессе гидрирования. Наи­ лучшей растворяющей способностью угольного вещества обладает смесь из тетралина, фенола и нафталина в соотношении 1 1 1.

В полученную пасту добавляют катализаторы и смесь направ­ ляется во вращающиеся барабаны — пастовые мельницы. Пройдя сортировочное сито (работающее в замкнутом цикле с мельница­ ми), однородная паста насосами подается в блоки высокого дав­ ления, где происходит процесс гидрирования.

Насосом 1 паста подается в агрегат гидрогенизации, куда вво­ дится водород, сжимаемый до рабочего давления компрессором 2. Сюда же насосом 3 подается газ.

Исходный материал подогревается в теплообменнике 4 и труб­

в колонне в нее подается часть газа, непосредственно минуя теп­ лообменники и печь.

В агрегат входят до трех теплообменников и три-четыре реак­ ционные колонны, через которые материал проходит последова­ тельно.