Лекция 18. Непрерывные процессы производства кокса

Периодический слоевой процесс коксования является основным в производстве кокса во всем мире. В его конст­руктивном оформлении и в отдельных вопросах техноло­гии имеются безусловные достижения: разработаны основы составления шихт из спекающихся углей и различные схемы подготовки углей к коксованию; строятся высоко­производительные батареи коксовых печей с весьма совер­шенным тепловым и гидравлическим режимом; на печах достигнут высокий уровень механизации и автоматиза­ции; внедрено сухое тушение кокса.

Однако слоевому процессу коксования, осуществляе­мому в современных коксовых печах, присущи и весьма существенные недостатки. Главный из них — ограничен­ность сырьевой базы: сырьем для коксования в слоевом процессе являются только спекающиеся угли, неспекаю­щиеся добавки применяются лишь в небольших количест­вах. Между тем в запасах преобладают слабоспекающиеся и неспекающиеся угли, в связи с чем наблюдается дефи­цит спекающихся.

Получаемый в слоевом процессе кокс неоднороден. Это вытекает из самой сути слоевого процесса. Часть шихты, прилегающая к стене, очень быстро нагревается до высокой температуры и затем длительное время находится в печи при температурах 900° С и выше. Шихта в центре камеры прогревается медленнее. Выдается же кокс из печи сразу, как только достигается конечная температура по оси каме­ры. Неодинаковая скорость коксования на разных рас­стояниях от стены обусловливает получение кокса различ­ного гранулометрического состава и физико-механических свойств по ширине камеры.

В современных коксовых печах нет возможности регу­лировать процесс коксования на отдельных его стадиях. Сушку шихты, образование и отверждение пластической массы, превращение полукокса в кокс — каждую из этих стадий следовало бы проводить при различной скорости нагрева, оптимальной для нее. Между тем в современных коксовых печах это невозможно осуществить. Подача тепла к стене камеры постоянна во времени, а поступление тепла в каждый слой угольной загрузки переменно и не под­дается регулированию.

К недостаткам слоевого процесса коксования относится также значительное загрязнение атмосферы выделяющимися пылью и газами. Оно особенно существенно при загрузке печей угольной шихтой и выдаче кокса из печи. Источни­ками выделения газа являются загрузочные люки, стояки коксовых печей и их двери.

Значительный недостаток слоевого процесса — его пе­риодичность. Известно из опыта других отраслей про­мышленности, что при непрерывном процессе легче осуще­ствлять механизацию и автоматизацию, а это особенно важ­но для такого сложного технологического процесса, как процесс коксования. Поэтому в настоящее время усилия специалистов многих стран мира направлены на разработ­ку непрерывного процесса коксования. Уже действует много опытных и промышленных установок по производству различных видов кокса непрерывными способами. Рас­смотрим лишь некоторые из разработанных в России спосо­бов непрерывного коксования углей.

Производство формованного кокса

Среди непрерывных способов коксования наиболее раз­работанным в России является способ производства формо­ванного кокса. Есть много разновидностей этого способа, которые применяются в разных странах мира: с добавкой и без добавки связующих веществ к слабоспекающимся и неспекающимся углям, с горячим и холодным брикети-рованием и др.

С 50-х гг. ведется разработка метода производ­ства формованного кокса, начало которому было положено Л. М. Сапожниковым. Сущность этого метода заключается в разделении процесса коксования на стадии, каждая из которых осуществляется в отдельном аппарате, что дает возможность выдерживать оптимальный режим для каждой из стадий. Характерной чертой этого процесса является уплотнение нагретых угольных частиц и слияние их в мо­нолит под небольшим давлением, накладываемым на опре­деленной стадии термического разложения угольного ве­щества.

Измельченный до кусков размером менее 3 мм уголь нагревается до температуры 450—470° С газовым теплоно­сителем с большой скоростью (в течение нескольких се­кунд). Нагрев может быть осуществлен в каскаде циклонов, в вихревой камере, в аппарате с направленным перемеще­нием взвешенного слоя, т. е. в аппаратах различных кон­струкций, предназначенных для скоростного нагрева из­мельченного угля. Иногда целесообразно определенное время (0,5—2 мин) выдерживать уголь при температуре, до которой он подогрет, и этим самым подготовить его к фор­мованию.

В связи с большой скоростью нагрева количество выде­ляющихся на этой стадии летучих продуктов невелико. Образующиеся в результате выдерживания угля при ко­нечной температуре нагрева летучие продукты отсасыва­ются для последующей переработки. Нагретые таким обра­зом угольные зерна размягчаются и образуют сплошную пластическую массу, которая легко подвергается формо­ванию при наложении небольшого внешнего давления (0,2—0,3 МПа). Все полученные формованные изделия имеют округлую форму, а размер их составляет 60—70 мм в поперечнике. Это имеет немаловажное значение для обе­спечения газопроницаемости столба материалов в доменной печи.

Заключительными стадиями процесса являются спекание и прокаливание полученного формованного кокса, которые осуществляются в вертикальных непрерывнодействующих печах с внешним обогревом. В верхней части печи или в от­дельном аппарате производится нагрев загрузки до темпе­ратуры 550—600° С. При этом происходят спекание зерен, образование структуры полукокса и выделение основной массы летучих веществ. Эта стадия во избежание деформа­ции формовок проводится с небольшой скоростью (до 1,5— 2 К/мин). При дальнейшем нагреве до 800—900° С образу­ется структура кокса. На этой стадии выделяется лишь небольшое количество летучих веществ — в основном во­дород и метан. Скорость нагрева на стадии прокаливания может быть несколько большей, чем при спекании.

Изменяя конечную темпера­туру нагрева и место отвода ле­тучих продуктов, можно регули­ровать их состав и выход. Охлаж­денный в самом низу прокалочной печи формованный кокс яв­ляется конечным продуктом. Один из вариантов принципиаль­ной технологической схемы по­лучения формованного кокса представлен на рис. 1.

Полученный на опытной установке из неспекающихся и слабоспекающихся углей формованный кокс был испы­тан в доменной печи. Опытные доменные плавки, проведен­ные на формованном коксе, показали вполне удовлетвори­тельные результаты, что дало основание приступить к строи­тельству промышленных установок по производству формо­ванного кокса из слабоспекающихся углей.