книги / Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. Ч. 1

5.По устройству отопительной системы — комби­ нированные и некомбинированные. Комбинированные предназначены для отопления либо бедным, либо бога­ тым газом в зависимости от условий производства; не­ комбинированные печи имеют оборудование и устрой­ ства для обогрева только одним из газов: бедным или богатым.

6. По способу подвода отопительного газа — печи с боковым и с нижним подводом.

7.По способу соединения отопительных каналов (вертикалов), работающих на восходящем и нисходя­ щем потоках — печи с перекидными каналами, с пар­ ными вертикалами, с верхним сборным горизонталь­ ным каналом.

8. По возможности применения рециркуляции — печи с рециркуляцией или без рециркуляции продуктов горения.

9.По схеме обогрева — печи с различными устрой­ ствами отопительных простенков для повышения рав­ номерности прогрева печной камеры по высоте.

10.Печи с улавливанием или без улавливания хими­ ческих продуктов коксования.

Основными особенностями, характеризующими конструкцию коксовой батареи, являются:

1.Схема обогрева, т. е. способ соединения восходя­ щего потока, где газ, смешиваясь с воздухом, сжигает­ ся, и нисходящего потока продуктов горения (дымовых газов), уходящих из зоны вертикалов в регенератор и далее.

2.Способ подвода газа и комбинирование. Боль­ шинство отечественных и зарубежных конструкций коксовых батарей по этим признакам делятся на:

-комбинированные и некомбинированные;

-с боковым подводом газа и воздуха;

-с нижним подводом газа и воздуха, которые в свою очередь делятся на печи с нижним подводом кок­ сового газа и боковым подводом воздуха и на печи с нижним подводом и регулированием газа и воздуха.

Схема обогрева коксовых печей — это способ со­ единения восходящего потока, где происходят смеши­ вание газа с воздухом и его сжигание, и нисходящего потока продуктов горения (дымовых газов), уходящих в регенераторы и далее. Конструктивно это обеспечива­ ется соединением отопительных каналов, работающих на разноименных потоках, способами подвода отопи­ тельного газа и воздуха в отопительные каналы, распо­ ложением и формой регенераторов.

По схеме обогрева различают печи: с парными вер­ тикальными каналами, с перекидными каналами, с групповым обогревом и сборным горизонтальным ка­ налом.

Основные конструкции современных коксовых печей. В СНГ, странах Восточной Европы и некоторых развивающихся странах находятся в эксплуатации и строятся горизонтальные коксовые печи конструкции «Гипрококса» — с парными вертикалами и рециркуля­ цией продуктов горения (система ПВР с боковым и

нижним подводом отопительного газа), с перекидными каналами (системы ПК, ПК-2К, ПК-2КР) и групповым обогревом (система ГПК-49). Последние используются для коксования как углей, так и каменноугольного пека (рис. 9.21, 9.22).

Рис. 9.21. Коксовая батарея:

1 — д ы м о в а я т р у б а ; 2 — р а б о ч а я п л о щ адк а; 3 — к ам ер ы к о к со в а н и я ;

Рис. 9.22. Коксовая батарея с нижним подводом тепла:

I — б у н к е р а у г о л ь н о й б а ш н и ; 2 — с и с т е м а п н е в м о т у ш е н и я ;

3 — п е р е к и д н о й г а зо п р о в о д ; 4 — за т в о р ы у г о л ь н о й б а ш н и ;

5 — у г л е за г р у зо ч н а я м аш и н а; 6 — ст о я к и ; 7 — г а зо с б о р н и к и ;

8 — за г р у зо ч н ы е л ю к и ; 9 — д в е р ь к о к с о в о й ст о р о н ы ;

10 — р а м а и а р м и р у ю щ а я б р о н я к о к с о в о й ст о р о н ы ;

11 — д в е р е с ъ е м н а я м аш и н а; 12 — к а м ер а к о к со в а н и я ;

13 — к о к со в ы й в а го н с э л е к т р о в о зо м ; 14 — г а з о п р о в о д и а р м а т у р а к о к с о в о г о газа; 15 — р ег е н ер а т о р ; 16 — г а зо в о з д у ш н ы е к лап ан ы ;

17 — к о к со в ы т а л к и в а т ел ь ; 18 — д в е р ь м а ш и н н о й ст о р о н ы ;

19— г а зо п р о в о д п р я м о г о газа

9.10.4.Расчет материального баланса процесса коксования*

Расчет производим на 1000 кг сухой или рабочей шихты. Материальный баланс состоит из двух частей — приходной (сухая шихта, влага шихты) и расходной*

* Материал приводится по [2], [10.]

(валовый кокс, коксовый газ и все, улавливаемые из него продукты с выходом не ниже 0,1 %). Расхождение между приходной и расходной частями («несходи­ мость») характеризует точность расчета.

Под валовым коксом понимается сумма всех фрак­ ций (крупный, коксовый орешек, коксовая мелочь), получаемых на коксосортировке рядового кокса, вы­ данного из камер коксования, включая коксовый шлам, улавливаемый из отстойников башни тушения.

Выход сухого валового кокса (G k) из сухой ших­ ты (%) является функцией выхода летучих шихты и рассчитывается по эмпирическим формулам, приведен­ ным ниже:

<4 = ю о - г ' •100+П,,

100-К /

где Vd — выход летучих веществ шихты на сухую мас­

су, %; Vd — выход летучих веществ валового кокса на

сухую зольную массу, %; П, — припек кокса, полу­

чаемый за счет пиролиза химических продуктов коксо­ вания, %.

Припек кокса рассчитывается по различным форму­ лам, полученным в результате обработки производст­

венных данных о взаимосвязи Vd или Vdaf и выхода кокса, %:

где А^ — зольность сухой шихты, %; Ad — зольность сухого кокса, %.

Gdv = 89,1 - 0,42 Vd, % ;

Gdk =96,5 - 0,72 Vd, %;

Gd = 97,89 - 0,86 V*+Vd, %.

Точность расчета выхода кокса по вышеприведен­ ным формулам достаточно высока и может использо­ ваться при проектировании коксового цеха или завода. Украинским углехимическим институтом предложена формула для расчета выхода валового кокса как функ­ ция выхода летучих из шихты и температуры его выда­ чи из камеры коксования коксовой печи:

G( = 103,19-0,75V* -0,00674, %,

где 4 — температура кокса (°С) в момент выдачи из камеры коксования.

На основе обработки массива производственных данных по коксованию шихты из углей Донбасса на Мариупольском и Авдеевском коксохимических заво­ дах предложена уточненная формула для расчета выхо­ да кокса:

Ск = 100(100- Г ') -2,23 + 0,52Vd - 0,008(Fd f . m - v ?

Выход коксового газа является функцией выхода ле­ тучих веществ из шихты коксования. Из каждой тонны сухой шихты при ее коксовании образуется 320-350 м3 газа. Низшая теплота сгорания коксового газа равна 16,7-18,84 МДж/м3.

Состав коксового газа (об. %): Н2 — 55-61; СН4 — 24-27; непредельные соединения (в основном этилен) — 2-3; оксид углерода (СО) — 5,7-8; С02 — 1,6-3; N2 — 2,8-5; 0 2— 0,3-0,7.

Нижний предел взрываемости коксового газа в сме­ сях с воздухом — 6 %, верхний — 30 об. %.

Выход коксового сухого газа (обратного) из ших­ ты:

где Gd0 — выход обратного коксового газа из сухой

шихты, масс. %; К — эмпирический коэффициент, рав­ ный 2,54-2,99, в среднем он составляет 2,7. Коэффици­ ент К зависит от свойств углей в коксуемой шихте и от режима коксования;

Подсчет количества подсосанного воздуха в коксо­ вый газ по избытку азота в обратном коксовом газе проводится по нижеприведенной формуле:

К = (КфМ2 ~ Т ^ 5 ^ 1000)79 ’ м 3 / Т Ш и х т ь 1 ’

где Увг — количество подсосанного воздуха на тонну рабочей шихты, м3; Угф — фактический выход коксово­

го газа из тонны рабочей шихты (коксовый газ + подсо­ санный воздух); в — коэффициент, учитывающий ко­ личество азота шихты, перешедшего в газ (в = 0,35); 1,25 — плотность азота, кг/м3; 79 — содержание азота в воздухе (об. %); V' = Угф- V' , м3/т рабочей шихты.

Выход безводной смолы из сухой шихты (%):

=[-18,36 + 1,53 V f -0,026(Г 4*)2] ( 10°~д ) К,

где К — эмпирический коэффициент равный 0,8-0,86 при коксовании шихты Донецкого бассейна. Величина К для углей других бассейнов (Печорский, Кузнецкий, Карагандинский) подбирается эмпирически:

GdM=6,69-0,45Кщ+0,0117(К^)2.

где К = 0,84-0,97 для углей Донбасса. Для углей других месторождений величину этого коэффициента необхо­ димо подкорректировать:

Gd6 =3,11-0,19 Vd + 0,00439( У* f .

Выход 100%-го аммиака из рабочей шихты (%):

= вN1 ^NH MN

где в — коэффициент перехода азота шихты в аммиак, равный 0,07-0,16; Игш — содержание азота в рабочей шихте, %; MNHi и MNj — молекулярные массы ам­ миака и азота соответственно;

Выход серы в пересчете на сероводород из рабо­ чей шихты:

34

32’

где Ks — коэффициент перехода серы шихты в серово­ дород, равный 0,17-0,29; Srm — содержание серы в ра­

бочей шихте, %; 34 и 32 — молекулярная и атомная массы сероводорода и серы соответственно;

Выход влаги (кг), испаряющейся в камере кок­ сования из 1000 кг рабочей шихты:

G :. = G г w1r

ш100 '

Выход пирогенетической воды из рабочей шихты:

GL = К Ог 18 16

где К0 — коэффициент перехода кислорода шихты в пирогенетическую воду, равный 0,334-0,505; 18 и 16 — молекулярная и атомная масса воды и кислорода соот­ ветственно;

Из рабочей шихты, имеющей следующие техниче­ ские показатели: W' = 8,7 %, Sf =2,22 % , Ad = 7,3 %,

V** = 29,4 % , Сгш= 71,68 %, Нгш=4,3 %, Огш= 4,97 %, = 1,6 6 %, в результате расчета по вышеприведен­

ным формулам получим сводный материальный баланс коксования угольной шихты (табл. 9.69).

Основным продуктом высокотемпературного коксо­ вания является кокс. В табл. 9.70-9.72 приведены физи­ ко-химические характеристики и качество кокса в зави­ симости от требований потребителя, а также от марочного состава шихты и способа тушения кокса.

Технологии непрерывного коксовния углей, вклю­ чая перспективные процессы, описаны в работах [3], [4] и [15].

Таблица 9.69

Материальный баланс коксования угольной шихты

Таблица 9.74

Рис. 9.23. Принципиальная схема одноколонного трубчатого агрегата:

п о г л о т и т е л ь н а я , I и II а н т р а ц ен о в ы е ф р а к ц и и с о о т в е т с т в е н н о .

I, 7, 11— 16 — сб о р н и к и ; 2 — н а с о с; 3 - т р у б ч а т а я п еч ь;

4 — и сп а р и т ел ь I с т у п е н и ; 5 - - к о н д ен с а т о р в о з д у ш н о г о о х л а ж д е н и я ;

6 — с еп а р а то р ; 8 — и сп а р и т ел ь II с т у п е н и ; 9 — р ек т и ф и к а ц и о н н а я к о л о н н а ; 10 — х о л о д и л ь н и к

Рис. 9.24. Принципиальная схема двухколонного трубчатого агрегата:

I — см о л а ; II — р а ст в о р со д ы ; III — в о д а ; IV — л е г к о е м а сл о ; V — п ек ; V I, V II, V III, IX , X ф е н о л ь н а я , н а ф т а л и н о в а я ,

п о гл о т и т ел ь н а я I и II а н т р а ц е н о в ы е ф р а к ц и и с о о т в е т с т в е н н о ;

1, 7, 11, 13 -1 7 — сб о р н и к и ; 2 — н а с о с; 3 — т р у б ч а т а я п еч ь

4 — и сп а р и т ел ь I с т у п е н и ; 5 — к о н д е н с а т о р в о з д у ш н о г о о х л а ж д е н и я ; 6 — сеп а р а т о р ; 8 — и сп а р и т ел ь II с т у п е н и ;

9, 10 — р ек т и ф и к а ц и о н н ы е к о л о н н ы ; 12 — х о л о д и л ь н и к

9.10.7. Переработка сырого бензола

Сырой бензол, выкипающий до 200 °С, получаю­ щийся при коксовании углей Донбасса, имеет следую­ щий состав (%): бензол — 76,17; толуол — 12,0; ксило­ лы и этилбензол — 3,16; мезитилен и о-этилтолуол — 0,15; м- и «-этилтолуолы и стирол — 1,28; псевдокумол, бутилбензолы, диэтилбензолы — 0,27; циклопен­ тадиен — 0,77; инден, кумарон, метилстиролы — 2,20; сероуглерод — 1,30; тиофен — 1,10; метилтиофены — 0,13; насыщенные углеводороды (до С5) — 0,14; прочие

—1,33.

Сырой бензол, получаемый при коксовании низко­

сернистых углей Кузбасса, отличается меньшим содер­ жанием сероуглерода (до 0,3 %), тиофена и его гомоло­ гов (0,3 %).

Состав сырого бензола, получаемого на коксохими­ ческих предприятиях приведен в табл. 9.80.

Таблица 9.80

Характеристика сырого каменноугольного бензола