ТОХФ / 1 группа (ХТУМ) / Синицын - лекции - 2002 / Лекция 1

Лекция 1.

Значение коксохимического производства в народном хозяйстве

Современное коксохимическое производство представля­ет собой сложный технологический комплекс цехов вы­сокотемпературной переработки угля, в результате ко­торой получают кокс, газ и химические продукты кок­сования, используемые во многих отраслях народного хозяйства.

Технология коксохимического производства характе­ризуется непрерывностью большинства процессов, что требует четкого взаимодействия цехов между собой и ритмичной их работы.

Коксохимическое производство тесно связано с дру­гими отраслями народного хозяйства: угольной, химиче­ской, нефтяной, металлургической и другими отраслями промышленности. Химические продукты коксования ис­пользуют также на предприятиях нефтяной, машино­строительной, фармацевтической, радио- и электротех­нической, деревообрабатывающей и других отраслей промышленности, транспорта, строительства и сельского хозяйства.

Наличие тесных производственных связей обуслови­ло строительство коксохимических заводов вблизи по­требителей кокса, коксового газа и химических продуктов коксования. В настоящее время более 80% произ­водственных мощностей коксохимических заводов комбинируется с металлургическими и химическими за­водами. Черная металлургия потребляет свыше 85% всего вырабатываемого крупного кокса и более 55% всего коксового газа. Для агломерации железных руд в черной металлургии используется свыше 90% полу­чаемой коксовой мелочи. Экономическая целесообраз­ность получения дешевого кокса для доменных печей и определила то обстоятельство, что многие, наиболее мощные коксохимические предприятия входят в состав крупных металлургических комбинатов и заводов.

В коксохимической промышленности России все предприятия имеют цехи улавливания химических продуктов коксования. Некоторые заводы имеют также цехи переработки этих продуктов.

Структура коксохимического производства

Цехи коксохимического завода разделяют на основ­ные и вспомогательные. К основным цехам относят сле­дующие:

1. Углеподеотовительный цех (включающий иногда и углеобогатительную фабрику). Углеподготовительный цех может состоять из следующих отделений:

а) углеприем и склады угля для разгрузки, хране­ния и усреднения углей различных марок;

б) дробильно-дозировочное отделение, где произво­дят дробление угля и составление шихты для коксо­вания;

в) углемойка (углеобогатительная фабрика) для обогащения шихты по золе и сере до норм, установлен­ных техническими условиями;

г) отделение окончательного дробления, где измель­чают шихту.

2. Коксовый цех, в состав которого входят коксовые печи, угольные башни, коксовые машины (коксовыталкиватели, загрузочные вагоны, двересъемные машины, тушильные вагоны с электровозами); комплекс агрега­тов для мокрого или сухого тушения кокса; комплекс объектов рассева кокса.

3. Цех улавливания химических продуктов, который имеет следующие отделения:

а) отделение конденсации для охлаждения коксово­го газа, выделения из него смолы, нафталина и воды, а также отделения смолы от воды и механических приме­сей;

б) машинное отделение для отсасывания сырого га­за из коксовых печей;

в) сульфатное отделение с пиридиновой установкой, где получают сульфат аммония и сырые пиридиновые основания;

г) бензольно-скрубберное отделение для улавлива­ния сырого бензола и выделения его из поглотительного масла;

д) аммиачное отделение, назначение которого полу­чение концентрированной аммиачной воды установлен­ного качества.

4. Цех очистки газа от сернистых соединений. Этот цех строится на заводах, перерабатывающих угли с по­вышенным содержанием серы.

5. Смолоперегонный цех для фракционной разгонки каменноугольной смолы с получением ряда продуктов, идущих в дальнейшую переработку (масла, фенол, наф­талин, антрацен, пек и. т. д.).

6. Пекококсовый цех, где производят коксование смо­ляного пека с получением пекового кокса, пригодного для производства электродной массы. Газ с пекококсовых печей смешивают с сырым коксовым газом.

7. Цех ректификации, в котором могут быть получе­ны в результате переработки сырого бензола следующие продукты: чистый бензол, чистый толуол, чистый кси­лол, сольвент II, бензол моторный авиационный, бензол моторный автомобильный, технический сероуглерод, кумароновая смола, сольвент-нафта (соляровая и ка­менноугольная), кубовые остатки.

С развитием химической переработки продуктов коксохимического производства и ростом потребности в продуктах переработки сырого бензола и смолы в состав смолоперегонных цехов и цехов ректификации могут , быть включены мощности для более глубокой перера­ботки химических продуктов коксования. Могут быть введены в строй также установки по извлечению новых химических продуктов из коксового газа и надсмольной воды с одновременной их очисткой.

К вспомогательным цехам относятся следующие:

1. Ремонтно-механический цех, который выполняет крупные ремонтные работы, изготовляет запасные ча­сти и сменное оборудование, ремонтирует здания и соо­ружения, осуществляет механизацию и автоматизацию производства.

2. Энергетические цехи. К ним относятся цехи, обес­печивающие завод электроэнергией, паром и водой:

а) парокотельный цех снабжает завод паром, в его состав входят водоподготовка, магистральные паропро­воды и топливный склад, расположенный на территории цеха (если котлы работают на твердом топливе);

б) электроцех осуществляет эксплуатацию всех за­водских подстанций, трансформаторов, распределитель­ной электросети, а также оборудования вспомогатель­ных цехов и прочих объектов. Электроцех следит также за эксплуатацией средств связи и сигнализации, в том числе телефонной, селекторной, железнодорожной, по­жарной сигнализации и спецкоммутаторов; ремонтиру­ет электрооборудование завода, контролирует кабель­ные сети и защитные средства, а также производит ра­боты по автоматизации управления электрооборудова­нием. В его состав входят служба сетей и подстанций, центральная электроремонтная мастерская, служба свя­зи и сигнализации, электролаборатория;

в) цех водоснабжения снабжает завод технической и пожарно-питьевой водой, обслуживает канализацион­ные сети и общезаводские отстойные сооружения, экс­плуатирует общезаводские насосные, водопроводную и отопительную сети общезаводских зданий и сооружений, производит ремонтные работы на магистралях общеза­водского назначения.

3. Цех контрольно-измерительных приборов и авто­матики осуществляет проверку, наладку и установку приборов КИП и их эксплуатацию; производит система­тическую обработку показаний регистрирующих прибо­ров для анализа производства; участвует в разработке схем и внедрении элементов автоматического регулиро­вания технологических процессов.

4. Транспортный цех осуществляет внутризаводские и внешние железнодорожные перевозки, производит погрузочно-разгрузочные работы прибывающих и отправ­ляемых грузов ( кроме грузов спецназначения).

К вспомогательным участкам завода отно­сятся следующие:

газоспасательная станция;

пожарная команда;

служба заводоуправления (склады, военизированная охрана и т. д.);

бытовые службы (баня, столовая и т. д.). Производственные цехи на существующих коксохи­мических предприятиях имеют различное взаимное рас- положение. При строительстве современных коксохими­ческих предприятий стремятся к рациональной планиров­ке, сокращающей размеры капиталовложений и ведущей к экономичности эксплуатации, что в конечном счете приводит к снижению себестоимости продукции. При этом учитывают направление господствующих вет­ров, принимают меры к соблюдению норм пожарной безопасности, санитарно-гигиенических норм, учитывают перспективы дальнейшего роста производства и благо­устройства территории.

Свойства каменных углей

Каменные угли располагаются в порядке роста их «химической зрелости» следующим образом:

Д—длиннопламенные; К—коксовые; Ж — жирные; Г—газовые; ОС—отощеннйе спекающиеся; Т—тощие.

За каменными углями следуют полуантрацит и ан­трацит.

Таблица 1

Из табл. 1 видно, что с ростом степени метаморфиз­ма содержание углерода в угле растет, содержание во­дорода, кислорода и азота уменьшается. Для сравнения в табл. 1 приводится элементарный состав древесины и каменноугольного кокса.

Для определения технологической ценности тех или иных углей большое значение имеет правильное их рас­познание. Элементарный анализ сам по себе не позво­ляет точно определить, к какой «стадии зрелости» или к какой марке следует отнести данный уголь. Поэтому для распознания углей рассматривают элементарный его состав в комплексе с результатами петрографиче­ских исследований, производят технический анализ уг­ля, определяют пластометрические показатели угля.

Петрология (наука о камнях) занимается выяснени­ем происхождения типа угля, определением степени его метаморфизма, выяснением пригодности его для техно­логической переработки, определением его обогатимо-сти, узнает строение угольных пластов для их сопостав­ления и пр.

В петролбгии применяют два метода петрографиче­ского исследования — макроскопическое описание его по наружному виду и микроскопическое изучение под микроскопом специально приготовленных образцов (шлифов) углей в проходящем, отраженном и поляри­зованном свете.

При макроскопическом исследовании углей обычно описывают их физические и химические свойства, такие как плотность, твердость, крупность, вязкость, блеск, цвет, структуру и текстуру, а также характер трещиноватости (кливаж) и минеральные включения.

При макроскопическом исследовании различают че­тыре макроингредиента:

витрит—блестящий уголь (vitrus—стеклянный);

дюрит—матовый уголь (durus—твердый);

кларит — полублестящий уголь (clarus — светлый);

фюзит—волокнистый уголь (fusus—вытянутый). Считается что, первичным материалом витрита являются гуминовые кислоты в чистом виде, об разевавшиеся в торфянике. Если в массу гуминовых кислот торфа попало более или менее значительное ко­личество оболочек семян высших растений, смоляных телец и других форменных элементов, то смесь их спо­собна затем превратиться в дюрит. Если форменных элементов в этой смеси сравнительно немного, то может образоваться кларит. Фюзит образовался из тех же со­ставных частей, что и другие макрокомпоненты, но в других условиях. Внешне он напоминает древесный уголь, рыхлый и легко растирается в порошок пальцами (носит также название «сажистый уголь»).

При микроскопическом исследовании выделяют так­же форменные элементы и смоляные тельца, которые яв­ляются остатками спор, пыльцы, водорослей, капелек воска и смолы растений углеобразователей, внешне сохранивших свою форму.

Изменения физических свойств углей метаморфиче­ского ряда, установленные макроскопическими исследо­ваниями, следующие.

Плотность (удельный вес) увеличивается от бурых углей (1,27—1,35) к антрацитам (1,7—2,0).

Наименьшей твердостью обладают угли К и Ж, наи­большей — антрациты. Сравнительно близки к послед­ним угли Д и Г.

Считают, что фюзит в отличие от других макроингредиентов азован в аэробных условиях, т. е. при доступе кислорода воздуха.

Наибольшая хрупкость характерна для средних чле­нов метаморфического ряда (Ж, К, ОС), крайние члены которого (Д и Т) обладают относительной вязкостью.

Интенсивность блеска увеличивается от длиннопла-менных углей к антрацитам.

Цвет угля может изменяться от светло-бурого (в бу­рых углях) через черный (Ж и К), серый (Т и антра­циты) до интенсивно-черного (крайние антрациты).

Макроструктура углей всецело зависит от условий образования или петрографического состава. По макро­структуре угли подразделяются на однородные и неодно­родные.

Текстура — распределение компонентов угля вне за­висимости от их величины, формы и вещественного со­става. Главным текстурным признаком является слои­стость.

Трещиноватость (кливаж) угля выражается числом трещин на единицу объема (или длины). Наибольшая Трещиноватость характерна для углей средней стадии метаморфизма.

Изучение характера минеральных включений имеет большое значение для определения обогатимости данно­го угля.

Кроме перечисленных, учитывают и другие характе­ристики углей, получаемые физическими методами ис­следования, которые здесь не рассматриваются.

Наличие ряда физических и химических свойств уг­лей в известной степени может быть объяснено свойст­вами тех или иных макроингредиентов, входящих в их состав. Например, установлено, что:

наиболее блестящими являются угли с преобладаю­щим содержанием витрита и кларита, а наиболее ма­товыми — фюзита;

цвет витрита, кларита и дюрито-кларита — черный, а спорового дюрита — серовато-черный;

витрит, кларит и дюрито-кларит — хрупки, дюрит и кларито-дюрит — вязки, фюзит — мягок;

наиболее твердым является фюзитовый дюрит; кла­рит и витрит мягче, споровый дюрит занимает проме­жуточное место;

наибольшее количество влаги (пирогенетической) образуется из фюзита, витрита и кларита, наимень­шее — из дюрита;

наименьшая зольность — у витрита, у углей других типов зольность колеблется в значительных пределах;

наибольшая зольность — у фюзита и дюрита;

по выходу летучих веществ на первом месте стоят смоляные тельца и экзины спор (у слабо метаморфизо-ванных углей 50—95%), затем витрит (20—47%) и фю­зит (5—16%); с ростом степени метаморфизма выход летучих веществ ингредиентов падает;

гуминовые кислоты в наибольшем количестве содер­жатся в витрите и кларите, в фюзите они отсутствуют;

наибольшее количество углерода содержится в фю­зите, в углях с преобладанием других макрокомпонен­тов содержание углерода ниже.

Некоторые технологические свойства углей, напри­мер спекаемость и коксуемость, также могут предсказы­ваться на основе изучения количественного соотношения и «химической зрелости» макрокомпонентов. Например, установлено, что носителями спекающей способности в каменных углях являются витрит и кларит. Матовые угли спекаются плохо, за исключением спорового дюри­та средней степени метаморфизма. Фюзит не спекается. Таким образом, фюзит в угле является как бы отощаю-щей примесью, избыток которой приводит к плохой спекаемости угля. Выяснено, однако, что 5% мелкораздроб­ленного фюзита влияют положительно на качество кок­са, так как фюзит, смачиваясь расплавленной пласти­ческой массой коксуемого угля, образует многочислен­ные центры сокращения равномерно сжимающегося кокса при потере им летучих веществ. Если уголь со­держит много витрита, то присутствие фюзита понижает распирающее давление, уменьшает Трещиноватость и повышает прочность кокса.

В работах Л. Л. Нестеренко была дана оценка мик­рокомпонентам как технологическому сырью; из работы можно сделать следующие выводы:

1) споровое вещество (группа лейптинита) — наи­более ценное сырье для коксования;

2) микрокомпоненты группы витринита и семивитринита, принадлежащие к средним ступеням углефикации, благоприятны для промышленного коксования;

3) микрокомпоненты группы фюзинита не вполне при­годны для коксования.

Вязкость пластической массы находится в тесной связи со структурной прочностью кокса. Угли и шихты, дающие при коксовании достаточно однородную и не слишком вязкую пластическую массу, обладающую до­статочной газонепроницаемостью, развивают давление распирания, способствующее получению кокса плотной структуры. При малом внутрипластическом давлении распирания образуется кокс тонкопористый и непроч­ный. Однако чрезмерно большое давление распирания может оказаться опасным для кладки коксовых печей.

Необходимо отметить, что характеристика коксуемо­сти угля не может быть дана каким-либо одним пока­зателем его качества. Поэтому пользуются рядом методов, позволяющих харак­теризовать спекаемость, температурные границы пла­стичности, динамику газовыделения, внутрипластическое давление распирания и другие свойства угля. Помимо определения этих показателей, перед внедрением новых углей и шихт обычно проводят ящичные и печные кок­сования, позволяющие непосредственно определить кок­суемость шихты.