 |
 |
 |
|
|||||||||
|
 | |||||||||||
|
 |
||||||||
|
МЕНЮ
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Высокотемпературное коксование углейВысокотемпературное коксование углейСанкт-Петербургский Государственный Технологический Институт Кафедра: Технологии нефтехимических и углехимических производствФакультет: Технологии органического синтеза и полимерных материаловРефератТема: Высокотемпературное коксование углей Выполнил: Шеков А.П. Проверил: Розенталь Д.А, С.-Петербург 2007 Введение Высокотемпературное коксование углей в мире, имеет главенствующее значение в области переработки твёрдых горючих ископаемых. И это естественно связано с тем, что кокс, как неотъемлемая часть, используется в производстве стали и чугуна, из которых соответственно делают все металлические детали. А это является основой всего, что человек создаёт, для того чтобы жить. Отсюда вытекает назначение этого процесса: получить высококачественный кокс, а также наряду с ним, другие углеводороды (фенолы, бензол, смолу, коксовый газ) из твёрдых горючих ископаемых, с помощью высоких температур (до 11000С) и без доступа воздуха в коксовых печах или коксовых батареях. Для проведения такого сложного процесса, нужно четко знать и соблюдать его параметры. Поддерживать высокую температуру в камере коксования, за счёт сжигания отопительных (коксовых или дымовых) газов. А так же учитывать определенную последовательность выгрузки готового кокса, в том плане, чтобы одновременно не разгружались две соседние камеры коксования, для поддержания более или менее стабильной температуры отопительных простенков и предотвращения их разрушения. Из параметров, можно ещё указать на своевременную выгрузку готового кокса и загрузку сырья (шихты), которая тоже должна отвечать определённым требованиям. Шихта - это оптимальная смесь из коксующихся углей, которая содержит в себе определённое соотношение витренита и фюзенита (компоненты, отвечающие за спекаемость). И для приготовления шихты необходимо создать (усреднить) смесь из углей разной спекаемости. Этот процесс проводят на местах хранения углей. С помощью грейфера набирают определённую марку угля и далее краном, тонко и равномерно рассыпают по полю из другой марки угля. Операцию повторяют многократно, тем самым получая многослойный «пирог» или штабель - это сумма тонких слоёв из разных марок углей. При взятии угля из штабеля грейфер погружается на большую глубину и таким образом осуществляется хорошее усреднение. Практически, сейчас приходится решать проблему создания кокса, заданного качества, из имеющегося на складе сырья. И это решение затрудняется вследствие ограниченного количества хорошо спекающихся углей. Технологическое оснащение процессаДанный высокотемпературный процесс осуществляют на современных коксохимических заводах, в коксовых печах, которые состоят из камер коксования обогревательных простенков. Если они стоят на одном фундаменте, и работают в одном режиме, то всё вместе это называют коксовой батареей. Пример такой батареи приведён на рисунке 1:Рис. 1Из рисунка видно, что батарея состоит из камер коксования и отопительной системы. У камеры имеется по три загрузочных люка, для загрузки шихты, и по два газоотводящих, для отвода летучих продуктов (в печах иностранного производства возможны вариации). Сторону батареи, вдоль которой движется коксовыталкивающая машина, называют машинной стороной, а противоположную, на которую выдаётся кокс - коксовая сторона. Ширина всей камеры не одинакова: она увеличивается от машинной стороны к коксовой соответственно. Эта особенность сделана для того, чтобы облегчить выгрузку (выталкивание) коксового пирога из камеры. В зависимости от конструкций печей, размеры камер могут колебаться по длине и ширине. В длину от 12 до 17(м), и ширину от 407 до 480(мм) соответственно. Отметим, что заполнение коксовой камеры проводят не доверху, а оставляют около 300мм под сводом. Это пространство нужно для выхода парогазовых продуктов. Кроме того, при коксовании происходит усадка шихты, около 5 - 15%. Тогда возможно, если обогрев простенка будет выше высоты угольной загрузки, то подсводовое пространство будет перегреваться, что ухудшит прочность кладки и свойства кокса. Высоту и длину коксовой камеры имеет смысл увеличивать, из расчета на увеличение угольной загрузки и соответственно производительности. Однако высота ограничена равномерностью прогрева шихты и физической прочности кладки печи. А длина печи из-за возможности смятия коксового пирога и усложнения конструкции выталкивателя. Обогрев печи. Отопительная система состоит из отопительных простенков, газораспределительной зоны и регенераторов. Функция отопительной системы самая главная - это, подвести отопительный газ в зону горения, передать тепло загрузке и отвести продукты горения. Схема приведена на рисунке 2: Рис. 2В этой системе (ПВР), вертикалы работают попарно и переменно. Простенок делится на пары вертикалов, из которых один работает на нисходящем потоке газов, а другой - на восходящем. Примерно через каждые 20 минут потоки меняются на противоположные. Это сделано для того, чтобы равномерно прогревать простенок, который сделан из огнеупорного материала (кирпича). Сторона простенка, соприкасающаяся с угольной загрузкой, называется рабочей, а противоположная сторона - огневой. В отопительном простенке, за счёт горения, образуется факел, который может быть короче или длиннее, в зависимости от интенсивности подачи газа и использования рециркуляционного окна. С помощью этого окна происходит подсос отработанных газов в факел горения, уменьшая концентрацию кислорода и тем самым вытягивая пламя. В отопительный простенок одновременно поступают газ и воздух, из газораспределительной зоны. В этой зоне расположены распределительные каналы коксового или другого богатого газа - корнюрная зона(8). И каналы, по которым подаётся обеднённый газ (доменный или генераторный) - косые ходы(6). Ниже корнюров расположены регенераторы (а-г), представляющие собой узкие камеры, в которых в определённом порядке уложен кирпич, так чтобы увеличить поверхность теплообмена. Они предназначены для использования тепла, выходящего вместе с дымовыми газами из отопительных простенков и нагревания обеднённого газа с воздухом. Под регенераторами, прямо на плите, расположены подовые каналы (3). По ним движется воздух, который через колосниковую решётку (4) поступает прямо в регенератор. Основными требованиями к этой конструкции являются: создание герметичности между стеной, разделяющей газовые потоки на восходящий (топочные газы) и нисходящий (дымовые) потоки, и зону с коксующейся загрузкой. Кроме этой системы обогрева, существуют ещё несколько видов, например, с парными вертикалами и рециркуляцией (системы ПК-2К и ПК-2КР) отработанных газов через перекидной канал. Печи с групповым обогревом: собирают сгоревший газ в горизонтальный сборный канал и отправляя его в группу противоположных вертикалов. Так же существуют печи с нижним подводом тепла. Главное отличие заключается в том, что богатый газ через специальные металлические патрубки, заложенные при строительстве, проходит в газоподводящие каналы - дюзы, находящиеся в стенках регенераторов, а из них через горелки с отверстием выходит в вертикалы. Это позволяет точно дозировать подвод тепла не только к каждому отопительному простенку, но и к каждому вертикалу. Есть печи с иным подводом тепла, а именно, с внешним подогревом, предназначенные для коксования крупнокускового слабоспекающегося или неспекающегося угля или получения металлургического кокса из сланцев. Отопительный простенок здесь может быть разделён перегородками, как на вертикалы, так и на горизонталы. Остальные системы обогрева не значительно отличаются от уже изложенных.б) Для осуществления бесперебойного процесса коксования нужно специальное оборудование, обеспечивающее работу коксовой батареи. Она обслуживается коксовыталкивателем, двересьёмной машиной с коксонаправляющей и загрузочным вагоном. Кроме того имеется тушильный вагон с тягачом, для транспортировки кокса на охлаждение. Назначение этого оборудования заключается в обеспечении выполнения операций по загрузке шихты, выдаче и приёмке коксового пирога и транспортирование его в тушильное устройство. На схеме видно оборудование, которое используется для обслуживания печи (рис. 3):Рис. 3 Углезагрузочная машина (5) передвигается по верху батареи на рельсах и используется для загрузки шихты в печь, при опорожнении её от коксового пирога. При этом очищает стояки от нагара и подаёт инжекцией воду для устранения пыли. Схема на рисунке 4:Рис. 4Коксовыталкиватель (17) предназначен для извлечения (выталкивания), с помощью выталкивающей штанги, готового коксового пирога из печи в коксовозный вагон (13), с тягачом. Коксовыталкиватель также перемещается по рельсам, проложенным вдоль машинной стороны батареи. Он снимает дверь коксовой камеры, выдавливает кокс, потом с помощью специального устройства очищает дверь от смолы и графита, образовавшегося при коксовании, и устанавливает дверь обратно. В период загрузки коксовыталкиватель специальным устройством - планирной штангой (3), разравнивает шихту в камере коксования. Схема коксовыталкивателя приведена на рисунке 5: Рис. 5Двересъёмная машина с коксонаправляющей, предназначены для обслуживания коксовой стороны. Они расположены на отдельных тележках и связанных между собой шарнирной сцепкой. Двересъёмная машина является ведущей. Сняв дверь, корзина коксонаправляющей вставляется в проём камеры коксования. После выдачи кокса корзина возвращается назад и двересъёмная машина с коксонаправляющей получают возможность работать дальше или везти кокс на тушение.Для сохранности коксовых печей и поддержания её в рабочем состоянии применяется так же специальное оборудование, имеющее название - анкераж. В состав оборудования анкеража входят анкерные колоны (1), брони (2) и рамы печных камер, пружины (6), анкерные болты (5,7), броневые листы (4), анкерные стяжки. Основная задача анкеража - сохранение и предотвращение деформации кладки в процессе работы батареи. Схема анкеража соответственно разобрана на рисунке 6: Рис. 6При разогреве батареи большое значение имеет продольное армирование, осуществляемое регулированием нагрузок продольными анкерными стяжками (5,7) и пружинами, расположенными в верхней части батареи.Всё перечисленное оборудование является основным, поэтому возможны модификации и дополнения. Поэтому проводить обзор бессмысленно. Перейдём к следующему не маловажному вопросу, связанному с продуктами коксования.Характеристика продуктов высокотемпературного коксованияОдновременно с коксом в процессе образуется ряд жидких и газообразных продуктов: фенолы, бензолы, смолы, коксовый газ, а так же не значительное количество NH3 и H2S, имеющие большое значение в химической промышленности. Выход которых на массу угля составляет: 13-15% (330-380 м3/г массовых) - газы, 3-5% - смола, сырой бензол или газовый бензин - 0.8-1.1%. Выделившийся коксовый газ является высококалорийным, благодаря значительному содержанию метана CH4 (25-28%) и Н2 (60-85%). В смоле присутствуют от 1 до 3% фенолов, которые представлены в основном простейшими производными фенола, крезолами и не значительным содержанием ди- и три - метил-фенолами. Кроме этого в смоле содержится 7-12% нафталина и 3-4% органических оснований, производных пиридина. Сырой бензол состоит из ароматики - 80-88%, олефинов (10-15%), насыщенных углеводородов (2-5%), а так же сернистых соединений (сероуглерода, тиофена и его производных). А выход летучих продуктов и их состав зависит от качества угольного сырья и режимов коксования. Для характеристики главного продукта - кокса, определяют его химические, физико-химические и физико-механические свойства. К физическим свойствам относятся: плотность, пористость, микроструктура, прочность, электропроводность и теплопроводность. Истинная плотность кокса зависит от шихты и конечной температуры нагревания. Чем больше конечная температура шихты, тем больше истинная плотность кокса. Электропроводность зависит от сырья, скорости и конечной температуры. Чем ниже степень метаморфизма, выше скорость и меньше температура коксования, тем больше электропроводность кокса. Теплоёмкость увеличивается при повышении конечной температуры и уменьшении зольности. Теплопроводность кокса также зависит от зольности и от его структуры. Химические свойства кокса - это влажность, выход летучих, зольность, содержание серы, фосфора, углерода, водорода, кислорода, азота и др. элементов, а так же теплота его сгорания. Влажность зависит от методов охлаждения. Содержание золы напрямую зависит от зольности исходного угля. Сера, содержащаяся в коксе, отрицательно влияет на процессы, в которых он участвует. Выход летучих зависит от конечной температуры и колеблется от 0.7 до 3%. Теплота сгорания зависит от его элементного состава и зольности. К физико-химическим свойствам относят реакционную способность. Определяют её в основном с помощью реакции восстановления СО2: С + СО2 = 2СО -+ 160.1 кДж/моль Эта способность зависит от метаморфизма угля, скорости и конечной температуры коксования. Чем ниже метаморфизм, тем выше реакционная способность. А увеличение температуры приводит к снижению этой способности. Под физико-механическими свойствами представляют гранулометрический состав (равномерность всех зёрен) и прочность кокса. Также важным показателем качества кокса является его трещиноватость. Различают общую, продольную и поперечную трещиноватость, которая оценивается по числу и длине трещин куска. Прочность кокса, одно из наиболее важных показателей качества, оно имеет большое значение для определения его пригодности. В настоящее время одного метода, который бы позволял оценить качество по одному параметру, поэтому пользуются отдельными параметрами характеристиками кокса. В итоге нужно получить кокс с хорошей прочностью, минимальной влажностью, оптимальной реакционноспособностью и теплопроводностью (учитывая все остальные параметры), но это «палка на двух концах», т.к. не достичь одновременно всех оптимальных показателей. ЗаключениеВ заключение, можно описать основной режим работы механизмов коксовой батареи для получения кондиционной продукции. Изначально, необходимо как можно лучше размельчить уголь, для шихты. После, перед загрузкой шихты в печь, желательно её подогреть, для уменьшения времени процесса коксования. Обогрев крайних печей нужно вести интенсивней, для избежание падения температуры и укрупнения кусков кокса. Выгрузку готового продукта, тоже ведут по определённому принципу (графику). А именно, кокс выгружают из печей в таком порядке, чтобы одновременно не разгружались две соседние печи, были на середине процесса. Это делается для поддержания температуры в печи и сохранения прочности кладки. В общем виде серийность выдачи можно записать в виде m-n, где m- число печей, расположенных между печами, выдающими кокс и n-интервал между печами, выдающими кокс. Наиболее распространённые серийности 9-2, 2-1 и 5-2. Расчёты показывают, что разница во времени между серединой коксования и фактическим временем, прошедшем от начала коксования при серийности 9-2 составляет 2-2.5ч, 2-1 - около 1.5ч, и для 5-2 до 3.2ч. Отсюда следует, что оптимальный режим - 2-1, которую и применяют на новых батареях. Для соблюдения оптимальной серийности и постоянства коксования во всех печах строят поминутный график выдачи, который делают либо непрерывным, либо циклическим. Достоинством циклического графика является, что время оборота печи разбивается на рабочую и ремонтную части. Выдача, после остановки, всегда должна начинаться с той же печи, с которой начали, и в рабочую часть цикла должен быть извлечён весь кокс из всех печей, независимо от серийности. При этом режиме также можно планировать время остановок работы коксовых машин, проводить ремонт и диагностику их поломок. Работая по этому графику, не нарушается период коксования ни в одной печи. Список литературы1. Справочник по химии и технологии твёрдых горючих ископаемых / под ред. А.Н. Чистякова. СПб: изд. комп. «Синтез». 1996.2. Химическая технология твёрдых горючих ископаемых / под ред. Г.Н. Макарова и Г.Д. Харламповича. М: Химия. 1986.3. Курс лекций по спец. курсу. Д.А. Розенталь. |
РЕКЛАМА
|
|||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
| БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА | ||
 |
© 2010 | |