Продукты доменного производства

В результате доменной плавки получают:

- литейный чугун, направляемый на изготовление изделий методом литья;

- передельный и специальный чугуны, перерабатываемые в сталь;

- доменный шлак, из которого производят различные строительные материалы (шлакобетон, шлаковату);

- доменный газ (до 30% CO₂), который отделяют от колошниковой пыли и используют как топливо в воздухонагревателях.

 

47. МЕТОДЫ ВЫСОКОТЕМПЕР ПЕРЕГЕНЕТИЧ ПЕРЕРАБ ТВЁРД ТОПЛИВА. ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ И ГАЗИФИК…..

В настоящее время около 60% добываемых ископаемых углей используется:

- для выработки тепловой и электрической энергии;

- 30% для производства металлургического кокса.

Значительная часть ископаемых углей подвергается высокотемпературной или пирогенетической переработке, то есть является химическим сырьём.

Цель такой переработки – получение из угля ценных вторичных продуктов, используемых в качестве топлива и полупродуктов основного органического синтеза.

По назначению и условиям процессы пирогенетической переработки твёрдого топлива подразделяются на три типа: пиролиз, гидрирование и газификация.

1) Пиролизом или сухой перегонкой называется процесс нагревания твёрдого топлива без доступа воздуха с целью получения из него твёрдых, жидких и газообразных продуктов различного назначения.

В зависимости от условий проведения и природы вторичных продуктов различают:

- низкотемпературный пиролиз или полукоксование при температуре 500-580ºС;

- высокотемпературный пиролиз или коксование при 900- 1050ºС.

 

Гидрогенизация.

Гидрогенизацией (гидрированием) называется процесс обработки твёрдого топлива водородом при температуре 380-550ºС и давлении
20-70 МПа в присутствии катализатора.

В качестве катализатора используются контактные массы на основе соединений молибдена, никеля или железа с различными активаторами:

MoO₃ + NiS + CaO + BaO + Al₂O₃

Катализатор активатор носитель

 

!!! В этих условиях в органической массе угля происходит разрушение непрочных межмолекулярных и внутримолекулярных связей и гидрирование ненасыщенных молекул:

- разложения и деполимеризации высокомолекулярных структур угля

{C}_n + nH₂ → C_nH_2n

- гидрирования образовавшихся алкенов

C_nH_2n + H₂ → C_nH_2n+2

- разложения высших алканов с последующим гидрированием алкенов и образованием алканов меньшей молекулярной массы

C_nH_2n+2 → C_mH_2m+2 + C_pH_2p

C_pH_2p + H₂ → C_pH_2p+2

- гидрирование конденсированных ароматических систем с последующим разрывом цикла и алкилированием.

Попутно идёт гидрирование продуктов, содержащих серу, кислород и азот с образованием сероводорода, воды и аммиака.

Изменением параметров процесса (температуры, давления, времени контактирования) и состава катализатора процесс гидрогенизации может быть направлен в сторону получения продуктов заданного состава.

Гидрогенизации подвергаются низкосортные каменные угли с целью получения искусственных нефтепродуктов, в частности бензина.

Газификация твёрдого топлива

Газификацией твёрдого топлива (ГТТ) называется процесс превращения органической части твёрдого топлива в горючие газы путём воздействия на него окислителя.

В качестве окислителей при ГТТ используются:

- воздух (воздушное дутьё);

- водяной пар (паровоё дутьё),

- кислород (кислородное дутьё),

- смеси (паровоздушное и парокислородное дутьё).

Природа протекающих при этом реакций, а, следовательно, и состав соответствующего генераторного газа зависит от типа окислителя:

- при кислородном дутье

C + O₂ = CO₂

2C + O₂ = 2CO

- при паровом дутье

C + H₂O = CO + H₂

2C + H₂O = CO + 2H₂

CO + H₂O = CO + 2H₂

при парокислородном дутье

2C + O₂ = 2CO

C + H₂O = CO + H₂

- воздушное и паровоздушное дутьё описывается теми же реакциями, что и в случае кислородного и парокислородного дутья, но в продуктах газификации содержится азот.

Реакции газификации:

- обратимы;

- протекают с увеличением объёма или при постоянном объёме,

- большинство из них являются эндотермическими.

При условиях работы газогенераторов:

- нормальное или невысокое давление;

- температура 900-1000ºС

- избыток окислителя

равновесие их смещено в сторону образования конечных продуктов.

Во всех случаях экономически и технологически целесообразно использовать для газификации низкосортное топливо – торф, бурые угли, сланцы, полукокс.

Газогенератор выполнен в виде цилиндра высотой 4,5 метра и диаметром 3,5 метра, облицованном огнеупорным кирпичом.

Нижняя часть шахты погружена во вращающуюся чашу, наполненную водой для создания гидравлического затвора.

1) В чаше укреплена колосниковая решётка, через которую подаётся дутьё.

2) Твёрдое топливо периодически поступает в реактор через загрузочную коробку при опущенном конусе затвора.

3) При поднятии конуса топливо попадает в шахту.

4) Образующаяся зола проходит через колосниковую решётку и гасится водой в чаше.

 

48. КОКСОВАНИЕ КАМЕННОГО УГЛЯ……………..

Коксованием называется разновидность сухой перегонки ( пиролиза ) каменного угля, проводимая при температуре 900-1200ºС с целью получения кокса .

Продукты коксового производства:

1. Кокс – основной продукт коксохимического производства – искусственное твёрдое топливо, выход которого составляет 75% от массы коксуемого угля.

Основные потребители кокса – чёрная и цветная металлургия (85% от общего потребления кокса), химическая промышленность.

Кокс служит источником теплоты, участником восстановительных процессов и компонентом реакционной смеси (шихты), обеспечивающим её газопроницаемость и фильтрующую способность.

1) Кокс – это пористое вещество, содержащее 96,5-97,5% углерода в органической массе, обладающее высокой теплотой сгорания
(32 000 кДж/кг) и высокой механической прочностью.

2. Прямой коксовый газ – парогазовая смесь, содержащая около 250 химических соединений.

Из охлажденного коксового газа путём конденсации и абсорбции извлекают:

а) лёгкие ароматические углеводороды (сырой бензол);

б) каменноугольную смолу (смесь конденсированных и гетероциклических соединений), нафталин, аммиак, фенолы и др.

3. Обратный коксовый газ (неконденсирующийся газ) используется как топливо или для получения водорода, этилена, метана.

4. Каменноугольная смола – вязкая чёрная жидкость, конденсирующаяся при охлаждении коксового газа, содержащая до 10 000 индивидуальных химических соединений, из которых удалось выделить 300.

Важнейшие химические продукты каменноугольной смолы:

а) ароматические соединения с конденсированными ядрами – нафталин и его производные, фенантрен, антрацен, карбазол, фенол, пиридин, крезолы, лёгкие ароматические углеводороды.

б) сырой бензол – смесь лёгких ароматических, а также непредельных и других углеводородов, которую извлекают из прямого коксового газа поглощением каменноугольными маслами.

Путём ректификации и очистки из бензола получают чистые и технические ароматическиеуглеводороды: бензол, толуол, ксилолы.

Химико-технологическая схема коксования угля

Химические реакции, идущие при коксовании, эндотермичны, поэтому требуют:

- непрерывного подвода теплоты;

- высокой температуры носителя.

 

Процесс коксования угля

1) Процесс коксования начинается в слоях шихты, соприкасающихся с нагретыми до высокой температуры простенками и подом.

2) Затем он медленно распространяется в направлении к середине толщи шихты, причём возникающий в результате выделения смолы при ~ 350ºС вязкий пластический слой перемещается в том же направлении.

Соответственно этому и состав слоев (начиная от стенок) меняется в последовательности:

кокс — полукокс — уголь в пластическом состоянии — сухой уголь — сырой уголь.

 

Химические превращения при коксовании могут быть сведены к реакциям двух типов: первичным и вторичным.

Последовательность процессов, протекающих в шихте при повышении температуры в печи, может быть представлена в следующем виде:

до 100ºС - подсушка шихты;

до 250ºС - отщепление H₂O, из угля испаряется влага и выделяются продукты разложения — СО, СО₂ и H₂;

300ºС – начало выделения каменноугольной смолы и пирогенетической влаги, содержащей пары воды, образующейся при расщеплении кислородных соединений, входящих в состав угля;

350-500ºС - пластификация шихты - уголь размягчается, переходя в тестообразное, пластическое состояние;

500-550ºС – в расплаве происходит интенсивное разложение органической части угля с выделением первичного газа и паров первичной смолы, а также спекание твёрдого остатка.

В первичном газе преобладает метан и содержится много олефинов (C_nH_2n, C_nH_2n+2).

Пары первичной смолы содержат в значительном количестве фенолы, нафтены и парафины.

!!! Первичные продукты не в состоянии преодолеть сопротивление пластического слоя, поэтому они направляются к стенкам камеры и подвергаются пиролизу.

В результате пиролиза из первичных продуктов коксования возникают вторичные продукты коксования:

а) – прямой коксовый газ, в котором главной составной частью является метан и водород;

б) - пары каменноугольной смолы, которая, главным образом состоит, из наиболее устойчивых к нагреванию ароматических углеводородов

500-650ºС – полукоксование - тяжелые углеродистые остатки от разложения угля спекаются с образованием твёрдого пористого продукта — полукокса;

650-1100ºС - образование кокса - при дальнейшем нагревании полукокс теряет остаточные летучие вещества, главным образом водород, и претерпевает усадку, вызывающую его растрескивание.

!!! Коксование считается законченным, когда все увеличивающиеся по толщине слои кокса сойдутся в середине печи.

К концу коксования вследствие усадки образовавшийся «коксовый пирог» оказывается

разделенным пополам швом-разрывом, идущим параллельно стенкам камеры,

каждая половина «пирога» — расчленённой на более или менее крупные куски трещинами, проходящими перпендикулярно стенке.

.