Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_433
.pdf
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_175319.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=175319&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB175319A
[]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
@ 3, Дата подачи заявки: авг. 21, 1920. Нет, 24 338/20. Принято к рассмотрению: 21 февраля 7922 г.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствованный процесс и устройство для коксующегося угля.
Я, Артур Робертс, гражданин Соединенных Штатов Америки, проживающий по адресу: Саут-Ла-Саль-стрит,
208, Чикаго, округ Кук, штат Иллинойс, Соединенные Штаты Америки, настоящим заявляю о характере
данного изобретения и о способе его осуществления, которые будут подробно описаны и установлены в
следующем заявлении:
0 Данное изобретение связано с определенными усовершенствованиями в технологии коксующегося угля для
производства кокса и извлечения побочных продуктов. Настоящее изобретение относится, в частности, к
способу производства кокса и побочных продуктов из определенных классов углей, а также к конструкции
ретортных коксовых печей, предназначенных для коксования таких классов углей.
Настоящее изобретение в частности относится к усовершенствованиям в данной области техники, благодаря
которым стало возможным производство качественного металлургического кокса из широкого класса углей,
которые ранее классифицировались как «некоксующиеся». В качестве введения отмечу, что на протяжении
многих лет было хорошо известно, что металлургический кокс может быть получен с помощью применяемых
процессов коксования применительно к сравнительно ограниченному классу углей. Доля рабочего угля,
доступного для производства металлургического кокса в Соединенных Штатах с использованием предыдущих
технологий, была и остается небольшой по сравнению с общим объемом угля.
Для полного понимания настоящего изобретения необходимо краткое описание видов угля, ранее
считавшихся пригодными для коксования, и сравнение некоторых его характеристик с характеристиками
углей, которые не давали металлургического кокса при [Price 11-1, подвергнутых предыдущим процессам].
В целом, кокс образуется путем связывания связанного углерода и зольных компонентов 4:
уголь скрепляется с помощью цементирующего материала, изготовленного из летучих углеводородов,
содержащихся в исходном угле.
При обработке 50 в реторте и образовании кокса все угли претерпевают определенные физические и
химические изменения; результат этих изменений зависит от исходного состава и структуры углей, а также от
термической обработки 55, которой они подвергаются.
Общая классификация углей по признаку «коксующийся» или «некоксующийся» основана на результатах,
полученных при термической обработке в соответствии с ранее описанными процессами.
Для удобства пояснений я буду использовать в данном описании следующую терминологию; однако следует
понимать, что выражение 65 «некоксующийся» является неполным, за исключением случаев, когда оно
сопровождается утверждением или объяснением относительно процесса, которому подвергается уголь; и,
следовательно, является неверным, поскольку уголь, который не давал металлургического кокса при
предыдущих процессах, будет давать металлургический кокс при обработке настоящим процессом.
Принимая во внимание предыдущую номенклатуру для упрощения объяснения, я отмечу, что исследования и
анализ показывают, что угли, ранее классифицировавшиеся как «коксующиеся», по структуре и составу
относятся к совершенно иной категории, чем угли, ранее классифицировавшиеся как «некоксующиеся». В
целом, это различие в структуре и составе имеет определенную связь с геологическими условиями и
обработкой, которым подвергались указанные угли во время их образования. Как правило, угли, из которых в
результате предшествующих процессов был получен металлургический кокс, относятся к более высокому
сорту, например, полубитуминозные угли.
а) Большая часть битуминозных углей не дала металлургического кокса в результате предыдущих процессов.
При обработке таким углем в промышленных количествах можно получить превосходный металлургический
кокс.
В соответствии с одной из особенностей настоящего изобретения, усовершенствованный процесс
заключается в загрузке реторты или подобного устройства углем указанного качества и быстром нагревании
угольной массы до тех пор, пока температура угольной массы не повысится до температуры разложения
смолистого содержимого угля до того, как произойдет чрезмерное окисление смолистого содержимого, в
результате чего разлагается достаточное количество такого смолистого содержимого для образования
необходимого количества связующего или цементирующего материала для последующего производства
металлургического кокса.
Согласно еще одному аспекту изобретения, процесс заключается в загрузке реторты или подобного
устройства углем указанного характера и быстром нагревании угольной массы до тех пор, пока температура
угольной массы не повысится до точки разложения смолистого содержимого угля до того, как произойдет
чрезмерное испарение указанного смолистого содержимого.
Согласно еще одной особенности изобретения, процесс заключается в повышении температуры угольной
массы до температуры разложения с минимальным окислением или испарением смолистых веществ, так что
максимальное количество смолистых веществ может быть использовано в качестве связующего материала
для последующего производства металлургического кокса.
В соответствии с еще одной особенностью изобретения, усовершенствованная коксовая реторта имеет
относительно большую массу по сравнению с массой заряда, который она предназначена содержать.
В соответствии с другой особенностью, реторта имеет относительно большую площадь для передачи тепла к
загружаемому материалу по сравнению с массой этого материала.
Согласно еще одной особенности, реторта имеет относительно большую площадь теплопоглощающей
поверхности в каналах для нагреваемого газа в ее нагревательной стенке или стенках по сравнению с массой
загрузки, которую она предназначена содержать.
Вышеизложенные и другие характеристики будут описаны ниже.
Для образования кокса металлургической структуры частицы углерода и других твердых остатков должны
быть связаны между собой цементирующим материалом, который должен образовываться в нужное время и в
надлежащих условиях. Таким образом, двумя основными элементами являются твердые остаточные
вещества, 70 и связующее вещество, соединяющее их частицы в однородную коксовую структуру с
надлежащей механической прочностью и пористостью. Остаточные вещества присутствуют во всех типах
углей, но очень большая часть углей (75%) не содержит в надлежащем количестве и в надлежащей форме
компонентов, из которых можно было бы сформировать связующее вещество для скрепления остатков после
80 предварительных процессов. Однако в указанных углях присутствуют необходимые компоненты, из
которых при воздействии этого процесса образуется связующее вещество.
Связующее вещество не является одним из 85 составляющих соединений угля, а образуется или
формируется в результате перегонки во время термической обработки и впоследствии выполняет свои
цементирующие функции при условии, что термическая обработка и процесс являются подходящими.
Летучие компоненты, содержащие смолистые вещества или резиноиды, и гумусовые вещества или гумусы.
Связующие или цементирующие вещества получают главным образом из смолистых материалов. Процесс
должен быть таким, чтобы смолистые материалы превращались в цементы или связующие вещества
необходимой прочности и количества в нужное время и надлежащим образом, иначе кокс не образуется.
Если интенсивность и время нагрева не зависят от температуры, смолистые вещества могут испаряться и
медленно испаряться без существенных изменений в составе; следовательно, образуется лишь
незначительное количество цемента, если вообще образуется; но если нагревание происходит быстро с
контролируемым количеством тепла в единицу времени, они разлагаются с последующим выделением
водорода и концентрацией углерода, так что смолистые вещества в измененной форме сплавляются,
становятся пластичными или вязкими и способны действовать в качестве цементирующего агента.
Дистиллированный газ 115 переносит быстро образующийся материал в коксовую массу, воздействуя на нее
со стороны отдельных несвязанных частиц руды, 176,819 дуума, окружая их массой пластичного,
полупластичного или вязкого материала, который быстро и непрерывно образуется. По мере
распространения этого процесса на всю массу угля происходит дальнейшее вторичное разложение,
приводящее к обогащению и затвердению, связывая ранее разрозненные частицы остатка вместе в прочную
металлургическую структуру или кокс.
Смолистые углеводороды плавятся и становятся пластичными при температуре от 3000 до 5000 °C, так что
они могут обтекать частицы остатка и заполнять промежутки между ними, связывая их вместе, когда
количество и прочность связующего материала становятся достаточными. Позже, при достижении
температуры от 6000 до 700 °C, указанные смолистые материалы, если они присутствуют в достаточном
количестве, могут дополнительно разлагаться с образованием цементирующих агентов и, как следствие,
связующего действия, описанного выше. Следовательно, для осуществления цементирующей функции при
формировании металлургической структуры необходимо наличие при достижении температуры от 6000 до
7500 °C достаточного количества или доли смолистых материалов, распределенных по всей массе и
находящихся в таком состоянии, чтобы цементирующее действие могло быть осуществлено путем
разложения этих тел.
Для получения металлургического кокса необходимо произвести определенную долю связующего или
цементирующего вещества. В так называемых «коксующихся» углях количество природных смолистых
веществ настолько велико, что достаточная доля связующего материала образуется практически без учета
процесса или способа термической обработки, тогда как в так называемых «некоксующихся» углях доля
смолистых веществ настолько мала, что необходимо уделить особое внимание процессу термической
обработки, необходимой для увеличения производства и сохранения связующего материала из этих
смолистых веществ.
В процессе коксования постоянно сохраняются два параметра или условия, диаметрально противоположные
образованию кокса! работа, направленная на предотвращение или устранение образования коксовой
структуры. Первая из них — это склонность синоидов испаряться или превращаться в пар и удаляться от
коксовой массы. Это удаление части материала, из которого должно быть сформировано связующее
вещество, и, следовательно, это напрямую снижает процентное содержание материала, которое должно быть
доступно и необходимо для образования связующего вещества.
Второй фактор — это тенденция 6l5 к внутреннему разрушению или изменению смолистых веществ таким
образом, что это также снижает их количество, доступное для конечного производства связующего. Это
внутреннее разрушение представляет собой химическую реакцию 70 между компонентами смолистых
веществ и другими элементами, присутствующими в углях.
главным образом кислород в такой форме, что он может соединяться и вступать в реакцию с резиноидами и
водородом. 75 Процентное содержание доступного кислорода в сырье в той или иной степени является
характеристикой геологического возраста материала. Как правило, в углях более молодого геологического
возраста содержание кислорода примерно на 80% выше, чем в углях более старого геологического возраста,
и также хорошо известно, что коксование углей более молодого геологического возраста невозможно с
помощью ранее известных и практически применимых процессов. 85 То, как процентное содержание или
количество общего кислорода изменяется в зависимости от геологического возраста угля, можно понять из
следующего сравнения содержания кислорода в углях разного возраста: 90. Типичный класс древесины
содержит 83,07 частей кислорода на 100 частей углерода:
Типичный класс торфа содержит 55,67 частей кислорода на 100 частей углерода; типичный класс бурого угля
содержит 42,42 95 частей кислорода на 100 частей углерода; типичный класс суббитуминозного угля содержит
21,23 части кислорода на часть углерода; типичный класс битуминозного угля содержит 18,32 части
кислорода на 100 частей углерода; типичный класс полубитуминозного «коксующегося» угля содержит 5,28
частей кислорода на 100 частей углерода; и типичный класс антрацита содержит 1,74 части кислорода на 100
частей углерода.
Это сравнение наглядно демонстрирует тот факт, что по мере развития геологического возраста происходит
деоксидация, так что в углях более высокого ранга содержание кислорода составляет лишь малую часть от
его первоначальной древесной структуры. Это сравнение также наглядно демонстрирует тот факт, что
процентное содержание кислорода в так называемых коксующихся углях значительно меньше, чем в так
называемых некоксующихся углях.
Естественная тенденция имеющегося в угле кислорода заключается в том, чтобы соединяться с водородом и
углеродом смолистых материалов, разрушая их и, по сути, вызывая медленное горение, тем самым
уничтожая материал, из которого образуется цементирующий агент. По мере повышения температуры массы
в реторте сродство кислорода к другим элементам возрастает, и поэтому в момент, когда смолистые
материалы готовы превратиться в связующие вещества для выполнения своих цементирующих функций,
имеющийся кислород обладает высокой химической активностью. Следовательно, для успешного
завершения процесса необходимо обеспечить быстрое удаление этих кислородсодержащих соединений.
Тот доступный кислород, который не соединяется со смолистыми веществами, удаляется вместе с
газообразным веществом.
«Поэтому проблема заключается в удалении кислорода вместе с газообразным веществом до того, как оно
успеет разложить битумное или смолистое вещество, чтобы последнее сохранило свои цементирующие
свойства на протяжении всего периода карбонизации». Следует также учитывать, что если кислород
находится в слабо связанном соединении с компонентами гумуса (что наиболее ярко выражено в гумусовых
типах угля), таких как молодые и так называемые «неохлаждающиеся» угли, то кислород легко отщепляется и
становится серьезным фактором, поскольку затем он может легко соединяться с углеводородами смолистых
материалов, окружающих его, в период дистилляции, и тем самым препятствовать их превращению в
цементирующие материалы. С другой стороны, в случае с обычными так называемыми «коксуемыми» углями,
когда кислород находится в соединении со смолистыми компонентами, содержащими большое количество
смолообразующих углеводородов, из которых в результате разложения образуются связующие вещества, мы
имеем дело с условиями, при которых вредное воздействие кислорода не будет столь выраженным.
Это происходит потому, что в процессе нагревания выделяется достаточно большое количество летучих
углеводородов, чтобы компенсировать воздействие кислорода на цементирующие вещества. Чем выше
процентное содержание летучих углеводородов в угольной массе по отношению к процентному содержанию
кислорода, тем меньше вероятность разрушения той части остатка, которая в результате разложения
становится связующим или цементирующим веществом.
Естественно, кислород обладает сильным сродством к водороду, присутствующему в угле, и, следовательно,
эффективность кислорода в разрушении смолистых веществ будет в большей или меньшей степени
снижаться из-за присутствия водорода, поскольку соединение кислорода с таким водородом приведет к
образованию воды или влаги, которая будет удаляться в таком виде вместе с газами и парами при
одновременном удалении соответствующего количества кислорода из коксовой массы. 77 Следовательно,
для того чтобы окончательно изучить влияние кислорода на способность угля к коксованию, необходимо
установить взаимосвязь между кислородом и водородом, поскольку именно эта взаимосвязь является
определяющим фактором при установлении степени повреждения или разрушения, вызванного присутствием
кислорода.
Следует отметить, что когда говорится о вредном воздействии кислорода, а когда упоминается полезное или
нейтрализующее действие водорода, речь идет о тех частях общего количества присутствующих элементов,
которые могут в процессе карбонизации соединяться друг с другом, образуя воду. Следовательно, мы должны
вычесть количество водорода и кислорода, присутствующих в виде воды.
Правильность этой логической схемы становится еще более понятной, если учесть, что разложение
смолистых веществ и их превращение в цементирующий материал происходит при температуре от 6000 до
750 °C, так что вода 9.
Первоначально присутствующий микроорганизм устраняется до наступления критического периода. Вычитая
количество кислорода, представленное в H2O, мы обнаруживаем, что определенное количество кислорода
все еще присутствует. Этот кислород 10( необходимо удалить из коксовой массы, иначе он разрушит часть
смолистых материалов, которые, следовательно, перестанут быть доступными в момент и в месте
выполнения цементирующей функции. 10 Если количество изначально присутствующих смолистых веществ
относительно велико, как в случае с ранее классифицированными «коксуемыми» углями, то значительная их
часть может быть разрушена этим кислородом без серьезного влияния на способность предыдущих
процессов коксования угля, поскольку в таких углях после повышения температуры до критической точки
останется достаточное количество связующего вещества. Природа так наделила ранее классифицированные
коксующиеся угли таким большим количеством смолистого вещества, что значительная его часть может быть
разрушена доступным кислородом, и при этом останется достаточное количество для выполнения
цементирующей функции при производстве кокса даже без особого внимания к процессу или способу его
образования.
Уголь.
Актон-Бейсин, штат Алабама.
Доломиты, штат Алабама. Уиткрофт. Кентукки. Бриллиант, Нью-Мексико. Шарлеруа, Пенсильвания.
Коннелсвилл, Пенсильвания.
Гринсбург, Пенсильвания Эрминик, Пенсильвания МилИсборо. Уайт, Пенсильвания - Форк-Ридж, Теннесси.
Кларксбург, Западная Вирджиния.
Кингмонт, Западная Вирджиния.
Монарх, Западная Вирджиния. Пауэллтон, Западная Вирджиния.
Действие осуществляется на единицу гидроэнергии.
- - 5.15 - - 4.84 - - 4.53 - - 4.97 - - 5.09 - - 44.64 - - 4.82 - - 4.92 - - 44.67 - - 44.83 - - 4.9S5 - - 5.09 - - 5.2;6 - - 5.04 - -
5.04 Исследование ряда типичных углей как так называемых «коксующихся», так и «некоксующихся»
разновидностей выявило следующий состав:
Кислород.
8.46 5.94 8.43 8.62 7. 62 7. 47 5.78 7.76 6.43 5.80 8.92 7.70 7.61 8.24 6.39 Диз.
Гидро.
4.94 4.75 4. 2 5 4.81 4.94 4.52 4.71 4.81 4.53 4.71 4.74 4.93 5.11 4.85 4.93 Диз.
Бык.
6.81 5.18 6.17 7.38 6.41 6.61 4.92 6.86 5.30 4.83 7.26 6.40 6.41 6.94 5.50 Водород.
Оксигенное соотношение.
72.5 91.6 65.2 65.2 77.1 68.4 95.7 70.1 85.4 97.5 65.3 77.0 79.7 70.3 89.6 Все вышеперечисленные виды угля в
прошлом считались «коксующимися углями» и широко использовались для производства металлургического
кокса «предшествующими технологиями». "
Уголь. Гидро.
Бентон, Иллинойс - - - - 4. 90 Буш, Иллинойс - - - - 4,86 Картервилл, Иллинойс - - - 4,99 Сентралия, Иллинойс - -
- 4,99 Коффин, Иллинойс - - - 4,69 Коллинсвилл, Иллинойс - - - 4,73 Донквилл, Иллинойс - - - 4,91
Джермантаун, Иллинойс - - - 5,06 Харрисбург, Иллинойс - - - 4,96 Херрин, Иллинойс - - - - 4,94 Линкольн,
Иллинойс - - - 4,75 Ливингстон, Иллинойс - - - 5. 11 Ливингстон. Больной. (№ 2) - 4.92 Марион, Иллинойс - - -
4.92 Мэрисвилл, Иллинойс - - - 4.52 Нью-Бейден, Иллинойс - - - 4.94 О'Фаллон. Иллинойс - - - 5.09
Спрингфилд, Иллинойс - - - 5. о
Стаунтон, Иллинойс - - - 5.14 Тров, Иллинойс - - - - 4.94 Уэст-Ланкфорт, Иллинойс - - 4.88 Цигр, Иллинойс - - - -
4.54 Зиглер, Иллинойс (№ 2) - 5.10 При сравнении приведенных выше примеров будет установлено, что в
каждом случае общее содержание кислорода в «коксующихся» углях составляет: Следующие угли, напротив,
в прошлом всегда классифицировались как «некоксующиеся» и отказывались производить металлургический
кокс при воздействии «предыдущих процессов коксования»:
Кислород.
11.94 12.11 10.84 13.82 12.16 14.00 10.95 13.57 10.55 12.17 11.15 14.62 14.07 12.99 10.23 12.20 13.86 12.64
12.32 15.34 11.25 14.99 13.53 меньше, чем в каждом. Этот факт.
IHydro.
4.47 4.33 4.73 4.32 4.23 2.98 4.66 4.41 4.72 4.43 4.37 4.32 4.30 4.26 4.29 4.46 4.39 4.43 4.69 4.30 4.57 3.95 4.43
Диз.
Бык.
8.48 7.87 8.74 8.49 8.44 7.96 8.97 8.42 8.66 8.07 8.12 8.27 9.11 7.69 8.40 8.32 8.28 8.08 8.74 10.24 8.77 10.31 8.19
Водород.
Оксигенное соотношение.
52.7 55.0 54.1 50.9 50.1 50.0 51.9 52.4 54.5 54.9 53.8 52.2 47.2 55.4 51.1 53.6 53.0 54.8 53.6 41.9 52.1 38.3 54.1
10% и составляет более 10% 6b от «некоксующихся» углей.
показывает влияние, которое кислород оказывает на способность предыдущих процессов коксовать данный
уголь.
Приведенные выше примеры являются типичными для двух так называемых классов «коксующихся» и
«некоксующихся» углей, но они наглядно демонстрируют взаимосвязь между соотношением водорода и
кислорода и коксовальной способностью ранее известных и применяемых методов коксования.
Имеющийся в угле доступный или свободный водород, после вычета той его части, которая представлена
H2O, частично предотвращает реакцию кислорода со смолистыми материалами, поскольку этот водород
соединяется со своим эквивалентным весом кислорода. Эти соединения удаляются, оставляя смолистые
материалы в массе в таком состоянии, что при соответствующей обработке они превращаются в связующее
вещество и выполняют свою цементирующую функцию. Таким образом, соотношение доступного водорода к
доступному кислороду (после вычета присутствующей воды) однозначно указывает на существование
необходимой функции процесса, требуемого для производства металлургического кокса из этого угля. Это
соотношение получается путем сравнения доступного водорода с доступным кислородом, как показано в
примерах, упомянутых ранее.
Если это соотношение превысит 58 %, то количество присутствующего водорода будет достаточным для
соединения и удаления такого процента кислорода, что уголь почти наверняка превратится в
металлургический кокс при применении ранее использовавшихся процессов. С другой стороны, если этот
процент будет меньше приблизительно 58%, то количества присутствующего водорода будет недостаточно
для существенного снижения разрушительного воздействия кислорода, и уголь не будет переработан в
металлургический кокс ранее применяемыми методами. Следовательно, в целом, уголь, в котором
соотношение водорода и кислорода составляет менее 58%, должен быть подвергнут усовершенствованному
процессу, описанному в данном изобретении, для его переработки в металлургический кокс.
Следует отметить, что при сравнении количества водорода и кислорода, оставшихся после обработки, для
определения вышеупомянутых соотношений, просто сравнивается масса водорода, оставшегося после
обработки, с массой кислорода, полученной в результате анализа высушенного угля. Например, уголь из
Коннелсвилла, штат Пенсильвания, содержал 4,52% водорода и 6,61% кислорода в пересчете на сухое
вещество, то есть количество доступного водорода и доступного кислорода, способных вступать в реакцию
друг с другом. Соотношение 4,52 к 6,61 составляет 68,4%.
Поскольку это на 10,4% больше, чем указанное выше соотношение 65, равное 58%, этот уголь будет
классифицирован как «коксующийся» уголь и при использовании ранее применяемых процессов будет давать
металлургический кокс. Аналогично, уголь из Гринсбурга, штат Пенсильвания, показал 4,71% водорода по
сравнению с 4,92% кислорода в сухом веществе, что в сумме дает соотношение 95,7%, следовательно, этот
уголь относится к очень высокому классу коксующегося угля, повышая его классификацию на 75% по
сравнению с предыдущей классификацией.
Напротив, это Зиглер, штат Иллинойс.
В угле содержание доступного водорода составило 3,95%, по сравнению с 10,31% в угольном угле.
Содержание кислорода в сухом веществе, составляющее 80%, при сравнении показывает соотношение
38,3%, поэтому этот уголь классифицируется как «некоксующийся». «И снова уголь из Уэст-Франкфорта, штат
Иллинойс, показал содержание 4,57% доступного водорода и 85,877% доступного кислорода на 1000
кубометров в сухом виде. При сравнении эти цифры показывают соотношение 52,1%, поэтому этот уголь был
классифицирован как некоксующийся». "
Фактически, оба этих угля считаются «некоксуемыми», поскольку в ходе предыдущих процессов всегда не
удавалось получить из них металлургический кокс.
Общее соотношение общего количества водорода и общего количества кислорода в угле зависит от
геологического возраста угля. Это наглядно демонстрируют следующие таблицы:
Ссылаясь на ранее сравненные по содержанию кислорода образцы древесины, торфа, лигнита,
суббитуминозного угля, битуминозного угля, полубитуминозного угля и антрацита, мы обнаружили, что:
древесина содержит 12,18 частей водорода на 100 частей углерода; торф содержит 9,85 частей водорода на
100 частей углерода.
Бурый уголь содержит 8,37 частей водорода на 100 частей углерода; суббитуминозный уголь содержит 6,12
частей водорода на 100 частей углерода; битуминозный уголь содержит 5,91 частей водорода на 100 частей
углерода; полубитуминозный уголь содержит 4,75 частей водорода на 100 частей углерода; и антрацит
содержит 2,84 частей водорода на 100 частей углерода. 120 175,319 Из вышеизложенного следует
следующее сравнение:
Древесина – 12,18% водорода на 83,07% кислорода; торф – 9,85% водорода на 55,67% кислорода; бурый
уголь – 8,37% водорода на 42,42% кислорода; суббитуминозный уголь – 6,12% водорода на 21,23%
кислорода; битуминозный уголь – 5,91% водорода на 18,32% кислорода; полубитуминозный уголь –
коксующийся уголь – 4,75% водорода на 5,28% кислорода; и антрацит – 2,84% водорода на 10,74% кислорода.
[0 Сравнивая водород и кислород в каждом случае, мы получаем следующее:
Древесина Торф Лигнит Суббитуминозный уголь Битуминозный уголь Полубитуминозный "коксующийся" уголь
Антрацит - - в 6,82 раза больше кислорода, чем водорода; 5,65 5,06 3,46 3,09 - 1,11 6(1 Мы можем
рассмотреть другую функцию процесса, необходимого для коксования так называемых "некоксующихся"
углей, а именно: предотвращение потери или удаления углеводородов, из которых образовались бы
связующие вещества, если бы они сохранились в коксующей массе.
Смолистые вещества, которые при воздействии достаточного количества тепла в единицу времени могут
быть преобразованы в цементирующий материал путем разложения, при неправильном нагреве испарятся и
перейдут в газообразное состояние, не разложившись в достаточной степени для образования связующего
материала. Следовательно, даже если эти материалы не разрушаются в результате окисления, все же может
случиться так, что они будут извлечены из реторты в парообразном состоянии и будут потеряны или
испорчены, не выполнив свою функцию склеивания. Эти потери можно предотвратить только путем быстрого
нагрева угля, чтобы вызвать разложение смолистого вещества и образование цементирующего материала.
Превращение смолистых материалов в цементирующий или связующий материал, имеющий 4,5 в отношении
тех частей, которые не были разрушены окислением, заключается в разложении указанных смолистых
материалов с выделением водорода и осаждением углерода, или в образовании цементирующих
углеводородов более высокого ряда и с меньшим содержанием водорода. Хотя существует множество
температур, при которых водород может быть отделен от углеводородов угля в процессе карбонизации,
значительная часть водорода все же удаляется в период, когда масса достигает температуры от 600 до 7500
°C.
это означает, что это точка критической температуры. Если угольная масса не будет доведена до этой
температуры достаточно быстро, то вместо удаления водорода из углерода с образованием связующих
веществ и, следовательно, металлургического кокса, большая ее часть испарится, что приведет к потере
материала, из которого при надлежащем разложении образовался бы цемент или связующее вещество.
Следовательно, если необходимо получить коксовую структуру 70 из так называемых «некоксующихся» углей,
температуру каждой порции угля необходимо повысить до 6000–7500 °C достаточно быстро после начала
разложения, чтобы смолистый материал разложился до того, как его можно будет удалить из угля в
газообразном состоянии.
В угле, ранее классифицировавшемся как «коксующийся», количество или доля смолистых веществ
настолько велики, что даже при медленном нагреве различных частиц достаточное количество смолистого
вещества разлагается и превращается в связующее вещество, что приводит к образованию коксовой
структуры. Также станет очевидным, что в случае указанных углей соотношение водорода и кислорода
таково, что даже при медленном нагреве углей достаточное количество смолистого вещества останется
внутри их массы неразрушенным в результате окисления и способным к превращению 1 1 p 3 3 5 1.
1
p 3 1 2 p 3 1 3 3 2 2 - 3 t 3 p ) p 1 1 3 -1 Y 1 1 3 5 1 ' ' ' ' 7 3 1 1 I- 1 1 1 1 1 1 1 1 в связующий материал, чтобы
обеспечить производство металлургического кокса независимо от процесса. С другой стороны, в угле, ранее
известном как «некоксующийся» уголь, соотношение водорода и кислорода настолько мало, что тепло
необходимо вводить очень быстро, чтобы довести уголь до температуры разложения с последующим
образованием достаточного количества связующего вещества до того, как будет потеряно чрезмерно
большое количество смолистого материала за счет испарения. Следовательно, для предотвращения
разрушения смолистых материалов в результате окисления и предотвращения потерь или выведения этих
материалов путем испарения до начала разложения необходима высокая скорость нагрева.
Формирование металлургической коксовой структуры из углей более низкого качества также будет ускорено,
или характеристики кокса улучшатся за счет дополнительного образования связующего материала в
результате химического воздействия, которое я сейчас подробно объясню.
В ретортных коксовых печах практически повсеместно используется практика передачи тепла от одной или
обеих сторон камеры.
Материал, прилегающий к указанным поверхностям или контактирующий с ними, первым подвергается
дистилляции. По мере испарения летучие компоненты отходят от нагревательных поверхностей и проникают
в относительно более холодные участки обрабатываемой массы, температура которых еще не была
повышена в той же степени. Таким образом, часть этих паров вступает в контакт с массами угля, температура
которых ниже точки росы; соответственно, они конденсируются и оседают на массе в виде смолистых
компонентов. На более позднем этапе процесса, когда тепловое воздействие проникает в массу еще глубже,
эти же компоненты снова частично испаряются и переходят в парообразное состояние. Это приводит к
концентрации углеводородов.
Это конденсирование смолистой массы приводит к концентрации цементирующего материала вдоль линии,
которую можно назвать внешней границей, где уголь превращается в кокс, и, конечно же, эта внешняя граница
постоянно удаляется от горячей стенки, откуда поступает тепло.
В случае углей с высоким содержанием летучих веществ и кислорода концентрация цементирующего
материала по мере его продвижения от горячей стенки имеет очень важное значение.
Если теплопередача медленная, скорость разложения замедляется до такой степени, что слишком много этих
компонентов испаряется в виде пара. Но если эти материалы быстро нагреются под воздействием тепла
разложения, они разложатся, образуя цемент, связывающий связанный углерод и золу в структуру кокса. Этот
процесс непрерывно продолжается от начала до конца цикла коксования, при этом происходит бесконечное
число периодов испарения летучих веществ, их конденсации на более поздней стадии и повторного
испарения.
Поскольку тепло распространяется от источника нагрева — стенки или стенок — к той части массы, которая
находится дальше всего от него, то отсюда следует, что процесс коксования по всей массе является
постепенным, начинаясь в точке или точках, ближайших к источнику тепла, и распространяясь от него до тех
пор, пока вся масса не будет пронизана теплом; кокс образуется, если условия таковы, что обеспечивают
надлежащую обработку смолистого материала. Процесс образования кокса можно сравнить с волной
коксования, распространяющейся от каждой стенки через массу, двигаясь внутрь к центру до тех пор, пока ее
влияние не распространится по всей массе; по мере того, как фронт волны тепла или коксования проникает
глубже в массу угля, указанная масса приводится в такое состояние, что она превратится в кокс, если это
«обычный коксующийся уголь», но если это так называемый «некоксующийся» уголь, превращение в кокс не
произойдет, если гребень волны не достигнет каждой точки своего распространения достаточно быстро,
чтобы захватить смолистые вещества и превратить их в цементирующий материал путем разложения до того,
как эти смолистые вещества смогут окислиться или испариться.
Для осуществления этого преобразования фронт волны должен быть достаточно крутым, иначе к моменту
достижения гребня волны материал будет удален из массы. 110 Следует отметить, что в процессе коксования
так называемых «некоксующихся» углей по данной технологии неоднократно наблюдалось, что выход
водорода и выход связанного углерода в структуре кокса превышают ожидаемые значения, исходя из
предварительного анализа угля. Увеличение выхода водорода объясняется разложением дополнительных
материалов с последующим выделением водорода, а избыточное количество связанного углерода в коксе
объясняется осаждением углерода на остаточных материалах одновременно с указанным разложением.
Процессы испарения, конденсации и повторного испарения приводят к такой концентрации смолистого
вещества непосредственно перед движущейся стенкой или зоной, в которой происходит коксование, что
фактически увеличивает долю связующего вещества до количества, превышающего ожидаемое с учетом
первоначального состава угля.
Таким образом, быстрое нагревание вводит новый этап или операцию в процесс формирования коксовой
структуры, что имеет решающее значение для процесса коксования углей, ранее классифицировавшихся как
некоксуемые. «Это новый результат, непосредственно вытекающий из введения необходимого объема тепла
в единицу времени, и он носит промежуточный или дополнительный характер».
Было объяснено, что при температурах от 6000 до 750 °C смолистые материалы разлагаются с последующим
выделением водорода и образованием новых, более тяжелых углеводородов, содержащих меньший процент
водорода и способных выступать в качестве цементирующих материалов.
Если бы коксование прекратилось при температуре 700 °C, в остаточном продукте все равно оставалось бы
значительное количество летучих веществ, так что кокс не был бы полностью дегазирован. Следовательно,
принято доводить температуру до такой степени, чтобы летучие компоненты были практически полностью
удалены, что обеспечивается при температуре около 11000 °C. Пары или газы, выделяющиеся при
температуре от 700 до 1100 °C, способствуют улучшению клеточной структуры кокса, а также упрочнению
связующего материала и, таким образом, обеспечивают образование твердого, прочного кокса с физическими
свойствами, соответствующими потребностям доменной печи и другим металлургическим применениям.
Скорость нагрева зависит не от конкретной температуры, используемой в стенке реторты, а от скорости, с
которой необходимые для выполнения процесса тепловые единицы передаются в массу сырья.
Конечно, температура как абсолютная величина является одним из факторов, влияющих на скорость
передачи тепла в массу угля в реторте, но это не единственный фактор и, по сути, не самый важный. Скорость
теплопередачи от нагревающих газов в камере сгорания внутри стенок реторты в массу угля также зависит от
сопротивления передаче тепловых единиц, поэтому даже при наличии очень высоких температур в
дымоходах или газопроводах, как в старых процессах, все равно может оказаться невозможным обеспечить
достаточно быстрое поступление необходимого объема тепла в массу угля для получения желаемого
продукта — металлургического кокса. 75 В строительстве нагревательных стенок реторты всегда
использовалась и до сих пор используется кремнеземная кладка, температура плавления которой составляет
приблизительно 1750 °C. 80 Таким образом, это абсолютный верхний предел температуры, и, по сути,
использование температур выше 15000 °C в дымоходах или газопроводах нецелесообразно, поскольку
необходимо обеспечить достаточный запас прочности 8 5.
Опыт показал, что даже при использовании температур до 1650 °C в предыдущих процессах не удавалось
обеспечить достаточно быструю подачу тепловых единиц в систему. 10 коксование массы приводит к
образованию коксовой структуры в так называемых некоксующихся углях.
Следовательно, для решения проблемы достаточно быстрого введения тепла, необходимого для достижения
желаемого результата, мы должны обратиться к другому фактору. Другим фактором является
теплопоглощающая и теплопередающая способность стенок для передачи 100 единиц тепла от
нагревательных газов внутрь угольной массы. Увеличение теплопоглощающей и теплопередающей
способности этих частей в достаточной степени позволит обеспечить достаточно быструю передачу тепловых
единиц в угольную массу без использования высоких температур. В этой связи следует помнить, что нет
необходимости достигать высоких температур в самой коксуемой массе 110, поскольку весь процесс
коксования может быть завершен в любой данной частице угля при температуре 10000 °C или ниже. В
действительности, было бы желательно иметь возможность выполнять весь процесс 115 при температурах в
камере сгорания, не превышающих, например, 1000 °C, которые клонируются этим процессом 1175,319,
поскольку износ и деградация были бы соответственно сведены к минимуму.
Скорость передачи тепла в коксовую массу, разумеется, зависит от каждой отдельной частицы, которая
должна быть приведена в состояние коксования.
Соседние файлы в папке патенты