Коксування вугілля

Коксуванням називають метод термічної переробки переважно кам'яного вугілля, що полягає в їх нагріванні без доступу повітря до 1000-1100 0С і витримані, при цій температурі, внаслідок чого паливо розкладається з утворенням летючих продуктів і твердого залишку коксу. Основним цільовим продуктом цього процесу є кокс, що використовується головним чином як відновник і паливо в металургійній промисловості.

Кокс характеризується наступними основними показниками:

істинна щільність - 1800-1950 кг/м3;

насипна щільність - 400-500 кг/м3;

пористість - 49-53 %;

вихід летючих речовин - 0,7-1,2 %;

зміст вуглецю - >96,5 %;

вогкість - <5 %;

зольність - 10-11 %;

вміст сірки - 1-2 %;

теплота згоряння - 32 МДж/кг.

Нарівні з коксом, вихід якого становить 70-80 %, утворюються летючі продукти. При їх розділенні отримують сирий бензол, надсмольну воду, смолу і висококалорійний коксовий газ. Великі масштаби вироблення коксу обумовлюють отримання значних кількостей рідких і газоподібних продуктів коксування, що обчислюються мільйонами тонн в рік. До середини XX віку коксохімія була основним постачальником сировини для крупнотонажного виробництва і тонкого органічного синтезу. У цей час коксохімія помітно поступається в цьому відношенні нафтохімічній промисловості, але проте внесок коксохімічних продуктів в сировинну базу хімії досить великий.

Коксування звичайно здійснюють із зовнішнім підведенням тепла і всі процеси починаються у стінок камери коксування і поступово переміщаються до її центра. Внаслідок невеликої теплопровідності вугільної шихти "2Ч10-4 Вт/м(К) температура в центрі камери нижче, ніж у стінок, і вирівнюється лише через 13-14 годин. До кінця коксування обидва пластичних шара, переміщаючись від стінок сполучаються в центрі камери, утворюючи шов по якому "коксовий пиріг" при вивантаженні з печі розпадається на дві приблизно рівні частини.

Більшість реакцій повторного перетворення пар і газів відбувається в підсклепінному просторі, над поверхнею розжареного коксу. Оптимальні умови утворення цінних побічних продуктів: температура 700-720 0С, час перебування пар в підсклепінному просторі біля 40 с.

Основним чинником, що впливає на вихід продуктів коксування, є склад вугілля, що переробляється. При переході від газового вугілля до ПС (тобто по мірі зниження виходу летючих речовин) наростає вихід коксу при відповідному зниженні кількості смоли, бензолу, газу і пірогенетичної води. Збільшення кількості летючих у вугіллі приводить до зростання в газі концентрацій метану, оксиду вуглеводу і олефінів, тоді як вміст водню і азоту знижується.

Шихта, що піддається коксуванню, як правило, складається з суміші вугілля різних марок в різних співвідношеннях причому враховуються наступні властивості вугілля окремих технологічних марок. Газове вугілля характеризується порівняно невеликою товщиною пластичного шара, високим виходом летючих речовин і підвищеною усадкою. Кокс з газового вугілля характеризується високою реакційною здатністю, присутність в шихті такого вугілля посилює усадку "коксового пирога" і полегшує видачу його з печі, а також збільшує вихід газу і хімічних продуктів коксування. При підвищеному змісті газового вугілля вихід коксу меншає.

Жирне вугілля є головним компонентом шихти, оскільки забезпечує хорошу спікливість і додає коксу міцність. Однак при їх підвищеному вмісті кокс виходить тріщинуватий і мілкокусковий. Це вугілля обумовлює підвищений вихід смоли, бензолу і газу.