Металлургия технология угля и неметаллических полезных ископаемых3

Из реакционной колонны материал поступает в сепаратор 7, где при высокой температуре и высоком давлении производится отделение шлама, состоящего из тяжелых продуктов реакции, минеральной части угля, катализатора и не прореагировавших

Рис. 70. Схема гидрогенизации угля в жидкой фазе.

частиц угля. Образующаяся парогазовая смесь охлаждается в теплообменнике 4 и водяном холодильнике 8 до температуры 50° С и поступает в газовый сепаратор 9, в котором отделяются газы. Конденсирующиеся пары масел приводят к атмосферному давле­ нию и направляют на перегонную установку, где отгоняют тяже­ лое масло, применяемое для приготовления пасты, а получаю­ щуюся фракцию масла, температура кипения которой составляет 300—320° С, направляют на гидрогенизацию второй ступени.

Газы, отделенные в газовом сепараторе, содержащие около 70% водорода, 20% углеводородов и 10% других веществ (окиси и двуокиси углерода, азота, сероводорода, аммиака), промывают маслом в промывной колонне 10 и направляют обратно в систе­ му. При промывке из газов вымывается значительная часть угле­ водородов.

Реакционная колонна для гидрогенизации угля под давле­ нием до 700 атм показана на рис. 71. Высота колонны составляет около 18 м и внутренний диаметр 1 м. Корпус колонны выложен изнутри огнеупорным кирпичом. Снизу и сверху колонна закры­

Вэтом случае производство синтетического бензина склады­ вается из: газификации угля с получением генераторного водя­ ного газа; очистки газа от примесей, вредно влияющих на ката­ лизаторы; синтеза бензина.

Для синтеза жидких топлив из генераторных газов наиболее широкое промышленное применение имеет так называемый «син- тин-процесс» (рис. 72).

Вэтом процессе исходный газ, очищенный от сернистых соеди­ нений и пыли, пропускается над катализатором, состоящим из соединений кобальта, тория и магния.

Температура катализа держится в пределах 170—210° С, дав­ ление до 10—12 ат. Увеличение давления дает увеличение выхода тяжелых углеводородов.

Газ поступает в реакторы первой ступени. Смесь продуктов синтеза и остаточного газа охлаждается и конденсируется в по­ глотительных башнях (скрубберах). Более легкие продукты улав­ ливаются (адсорбируются) активированным углем.

После адсорбции в остаточном угле содержится около 40— 50% инертных составляющих, и он направляется на вторую сту­

пень синтеза, где повторяются операции первой ступени.

В последние годы технология переработки ископаемых углей получает ши­ рокое развитие в разных направлениях, при привлечении широкого диапазона различных методов переработки. Помимо совершенствования описанных выше термических методов переработки углей полукоксования, коксования, газифика­

ции в реакторах под давлением 40—50 атм и температуре 390°С), дающая воз­

можность получать из угля бензол и его гомологи, фенолы, пленкообразующие материалы и др.; щ е л о ч н о й г и д р о л и з у г л е й , в результате которого получаются ароматические углеводороды, жирные кислоты, фенолы, углемасля­

чение органических кислот жирного ряда, карбоновых кислот и других продук­ тов).

Приобретает практическое значение для изменения свойств углей их предва­ рительная обработка электрическими токами высокой частоты, ультразвуковым и магнитным полями, воздействием атомной радиации, пиролиз в низкотемпера­ турной плазме, а также другие виды энерготехнологической обработки.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. А г р о с к и н А. А. Химия и технология угля. М., изд-во «Недра», 1969.

2.А р о н о в С. Г. и др. Комплексная химико-технологическая переработка углей. Киев, Изд-во «Техника», 1968.

3.Г о ф м а н М. В. Прикладная химия твердого топлива. М., Металлургиздат, 1963.

10.Т а й ц Е. М. и др. Кокс и железококс на основе брикетирования. М., изд-во «Металлургия», 1968.

11.Технический прогресс в черной металлургии, коксохимическое производ­ ство. Черметинформация, 1965.

ЧАСТЬТРЕТЬЯ

ТЕХНОЛОГИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Введение

Н е м е т а л л и ч е с к и м и п о л е з н ы м и и с к о п а е м ы м и называются природные минеральные вещества, которые не явля­ ются источником получения металлов. Это горные породы или ми­ нералы, используемые непосредственно в промышленности или служащие сырьем для того или иного производства.

Некоторые виды минерального сырья часто называют также рудами, например, серные, асбестовые, баритовые руды или так называемые агрономические руды различных минералов, упо­ требляемые в естественном или предварительно переработанном виде в сельском хозяйстве для удобрения почвы.

Минеральное сырье, технология которого рассмотрена в этом разделе, можно разбить на две большие самостоятельные группы. Первая из них объединяет полезные ископаемые, служащие сырьем для большой отрасли горно-химических и химических производств, перерабатывающих серу, фосфаты, галоиды (КС1, NaCl), арсенаты и арсениды, бораты и некоторые другие мине­ ралы.

Вторая группа объединяет ископаемые, которые используются в производствах строительных, дорожных, изоляционных материа­ лов, наполнителей и огнеупоров, и имеет общее наименование — силикаты.

Рассмотрена также технология барита и углеродсодержащих минералов, имеющих важное значение для народного хозяйства, хотя добыча и производство их имеют значительно меньшие масштабы по сравнению с упомянутыми предыдущими полезны­ ми ископаемыми.

Т е х н о л о г и я м и н е р а л ь н о г о с ы р ь я — это совокуп­ ность различных механических, химических и других способов пе­ реработки сырья и получаемых из него полуфабрикатов и изде­ лий, а также и сами технологические процессы такой перера­ ботки, при которых происходит качественное изменение перера­ батываемого сырья.

М е х а н и ч е с к о й т е х н о л о г и е й можно, например, назвать обогащение минерального сырья, используемого для дальнейшей переработки на более ценные продукты. Здесь имеется в виду измельчение, классификация и собственно обогащение полезного

ископаемого. Для некоторых полезных ископаемых (например, ас­ беста, слюд, талька) технология извлечения из них ценного мине­ рала заканчивается процессом обогащения.

Х и м и ч е с к а я т е х н о л о г и я — процессы переработки сырья в продукты потребления, ведущие к изменению состава, строения и свойств сырья, осуществляемые в результате происходящих Е данном процессе химических реакций.

Современная химическая технология располагает широким ар­ сеналом средств для разделения отдельных компонентов полез­ ного ископаемого с целью извлечения из него как главных цен­ ных минералов, так и сопровождающих их пород. К числу таких средств относятся: фазовое разделение путем перевода того или иного вещества в другую фазу — жидкую или газообразную: вы­ щелачивание, осуществляемое в специальных диффузионных ба­ тареях, работающих на принципе противотока (обрабатываемое сырье и растворитель) и параллельного тока; плавление, осуще­ ствляемое водяным паром в автоклавах или нагреванием в печах при непосредственном соприкосновении обрабатываемого сырья с теплоносителем и при передаче ему тепла через стенку (реторт­ ный обогрев); испарение, возгонка и ряд других процессов.

При переработке различных видов сырья в полезные продук­ ты приходится осуществлять или отдельные процессы как, напри­ мер, выпаривание, кристаллизацию, сушку, охлаждение или чаще всего комбинировать их в той или иной последовательности.

Каждая из отраслей технологии минерального сырья подразде­ ляется на специальные производства. Однако в основу любого технологического процесса должны быть положены следующие главные принципы:

1. Самое сырье, поступающее в передел, должно рассматри­ ваться как комплекс компонентов, подлежащих при переработке разделению на ряд используемых продуктов, т. е. по возможности не должно получаться неиспользуемых отходов.

2.Если при переработке сырья имеет место выделение тепла, то оно должно использоваться в этом же производстве или для бытовых, или других целей.

3.Все виды вспомогательного сырья и, в частности, вода и

воздух должны подвергаться тщательному как первичному, так и последующему регулярному контролю, ибо и бесконечно малое количество тех или иных примесей в них может оказывать суще­ ственное влияние на технологический процесс.

4.Всякая технологическая схема данного производства должна предусматривать наиболее короткие пути движения отдельных материалов.

5.Рентабельность избранной схемы технологического процесса является одним из ведущих факторов для его промышленной реа­ лизации. Только тогда технологическая схема является ценной, если ее рентабельность подтверждается технико-экономическим расчетом.

§ 2. Самородные серные руды

Месторождения самородной серы в СССР находятся в Запад­ ной Украине, Поволжье, Туркмении, Узбекистане, Киргизии, на Камчатке, Кавказе, Керченском полуострове и в других районах нашей страны.

Большинство месторождений самородной серы приурочено к осадочным горным породам — известнякам, мергелям, гипсам, ан­ гидритам, песчаникам и глинам. Имеется также ряд крупных

в результате восстановления сульфатов, например, гипса, газами ниже лежавших месторождений нефти.

CaS04+ СН4= 2НаО + CaS + С02.

В дальнейшем за счет гидролиза CaS выделялся сероводород, который окислялся кислородом воздуха до свободной серы.

В настоящее время принимается, как наиболее вероятное, пре­ вращение сульфатов под действием углеродсодержащего мате­ риала, углекислоты и воды в сульфиды и сероводород с после­ дующим окислением его кислородом, содержащимися в грунтовых водах. При этом происходят следующие химические реакции:

CaS04+ 2С = CaS + 2С02;

CaS -{- С02“I- Н20 = СаС03-|- H2Sj 2H2S + 0 2= 2Н20 + 2S.

Эта теория подтверждается тем, что осадочные месторожде­ ния самородной серы часто располагаются вблизи месторождений нефти или скоплений битуминозных веществ.

Возможен и имеет место процесс образования серы на дне болот и запущенных водоемов, где гниют органические остатки животного или растительного происхождения, а выделяющийся при этом сероводород окисляют сернистые бактерии в своем орга­ низме до свободной серы, используя энергию этого процесса для своей жизнедеятельности:

2H2S + 0 2= 2Н20 + 2S + Q.

Обычно осадочные месторождения серы имеют пластовую или линзообразно-пластовую форму. В качестве сопутствующих пород встречаются сульфатные, кремнистые и карбонатные минералы, а сама сера скопляется в виде включений кристаллов, группирую­ щихся в друзы и сростки, а также в тонкодисперсном состоянии. Часто в серных рудах встречаются органические примеси (битумы и др.) — селен, теллур и мышьяк, которые, снижая качество товар­ ной серы, могут представить сами по себе промышленный интерес.