Коксование, разложение при
высокой температуре без доступа
воздуха твердых и жидких горючих
ископаемых с образованием летучих
веществ и твердого остатка - кокса.
Последний находит широкое применение
в различных отраслях народного
хозяйства (см. кокс каменноугольный, кокс
нефтяной, кокс пековый). Сырье для
коксования - в основном каменный уголь,
в значительно меньших масштабах
перерабатывают другие горючие ископаемые,
а также высококипящие остаточные
продукты дистилляции нефти (см. ниже),
кам.-уг. пек и т.д.
Коксование каменного
угля - переработка его при 900-1100
°С с целью получения каменноугольного
кокса, коксового газа, каменноугольной
смолы и др. продуктов. Предварительно
обогащенные (отделенные от минеральных
примесей), измельченные до зерен
размером преим. менее 3 мм и
тщательно перемешанные угли (шихту)
направляют в башню, из которой
с помощью загрузочных вагонов
через специальные люки подают
в раскаленные коксовые печи -
горизонтальные аппараты щелевидного
типа (см. рис.). Обогревательные простенки
(вертикальные каналы) печей выложены
из динасового огнеупорного кирпича.
Преимуществ, применение нашли
печи с камерами шириной 400-500
мм, высотой 47 м, длиной 12-16м, полезным
объемом 20-50 м3. Нескоксование десятков
печей (обычно 60-70) компонуют в
единую систему - коксовую батарею,
обслуживаемую общим комплектом
Коксовая печь: 1 камера;
2 обогревательный простенок; 3 уровень
загружаемой шихты; 4 горелки; 5 уровень
обогрева.
машин и механизмов
(загрузочные и тушильные вагоны,
коксовыталкиватель, двересъемная
машина и др.).
В зависимости от
ширины камеры, влажности шихты
и ее насыпной массы, а также
температуры в простенках (обычно
1300-1370 °С) нагревание шихты длится
14-18 ч. Для обогрева печей используют
доменный, коксовый, генераторный и
другие газы или их смеси.
Эти теплоносители сгорают в
обогревательных простенках, куда
наряду с газом подают воздух.
Для его подогрева в специальных
регенераторах, которые расположены
под коксовой батареей и служат
как бы ее основанием, используют
теплоту продуктов сгорания газа.
Коксование характеризуется
разновременностью процессов, происходящих
в отдельных слоях (слоевое
коксование). Вследствие этого в
коксуемом массиве длительно
находятся одновременно слои
кокса, полукокса, тестообразной
пластической массы, сухой и
влажный уголь. Кокс формуется
в виде монолита (коксового "пирога"),
который затем растрескивается
на куски разной величины. К
концу процесса температуры во
всех слоях практически выравниваются.
После завершения коксования
дверь камеры открывается с
помощью специальных механизмов
и раскаленный "пирог" подается
коксовыталкивателем в тушильный
вагон, перемещающийся по рельсам
вдоль коксовой батареи. Кокс тушится
в этом вагоне мокрым способом - обильно
орошается водой около 2 мин. Охлажденный
кокс выгружается равномерным слоем на
наклонную коксовую площадку (рампу), на
грохотах с квадратными отверстиями разделяется
по классам крупности (>40, 40-25, 25-10, <10мм)
и направляется потребителям. Все большее
распространение получает разработанный
в СССР сухой способ тушения. Из форкамеры
специальной установки кокс постепенно
перемещается в камеру тушения, где с помощью
N2 или др. инертных газов охлаждается до
200-220 °С. Газ движется снизу вверх навстречу
кускам кокса и, охлаждая его, нагревается
до 800-900 °С и направляется в котельную
установку, где отдает теплоту для образования
водяного пара. Охлажденный газ нагнетателем
возвращается на тушение раскаленного
кокса.
Летучие продукты коксования
в виде парогазовой смеси с
температурой 700-750 °С охлаждаются
сначала в газосборнике, тонкораспыленной
водой до 80 °С, а затем в трубчатых
холодильниках до 25-35 °С. Образовавшиеся
конденсаты после отделения от
коксового газа разделяют отстаиванием
и получают орг. и водный
слои - соответственно каменноугольную
смолу и надсмольную воду. Из 1
т угольной шихты получают 650-750
кг кокса, 340-350 м3 коксового газа,
30-40 кг смолы, 10-12 кг сырого бензола.
2,5-3,4 кг NH3. Кол-во каменного угля,
перерабатываемого в мире методом
коксование, составляет более 500
млн. т/год (1984). По производству
кокса СССР занимает 1-е место
в мире.
Технология коксования
предусматривает переработку только
определенной группы каменных
углей (коксовых, жирных, отощенных,
спекающихся), способных при нагревании
переходить в пластическое состояние.
Поскольку запасы и добыча
этих типов углей ограничены,
в состав шихты все в больших
количествах начинают вводить
слабоспекающиеся угли малой
(газовые) и высокой степени
метаморфизма и даже тощие.
При этом чтобы не ухудшить
качество (особенно прочность) кокса,
технологию слоевого коксование
несколько изменяют. В частности,
получает распространение метод
частичного брикетирования шихты
перед коксование Примерно 1/3 кол-ва
шихты, состоящей из слабоспекающихся
углей, брикетируют со связующим
нефтяного или каменноугольного
происхождения и добавляют брикеты
к остальной массе шихты, направляемой
в угольную башню. Эта технология
дает возможность снизить содержание
в шихте спекающихся углей
от 64% и более (требуемый уровень
при обычной подготовке) до 50%. В
некоторых странах шихту загружают
в печи в виде трамбованных
прочных угольных блоков плотностью
1,10-1,15 т/м3; трамбование шихты осуществляют
с помощью спец. устройства, смонтированного
на коксовыталкивателе.
Эффективный метод
совершенствования слоевого коксования
шихты с большим содержанием
слабоспекающихся компонентов заключается
в том, что хорошо измельченную
шихту сначала нагревают газообразным
теплоносителем до 150-250 °С и только
после этого загружают в печи.
Термическая подготовка шихты
позволяет увеличить в ней
долю газовых углей до 70-75%, повысить
на 30-40% производительность печей
(благодаря увеличению разовой
загрузки шихты вследствие повышения
ее насыпной массы от 0,7 до 0,85 т/м3
и сокращению длительности процесса
на 1,5-2,0 ч), увеличить прочность кокса.
Принципиально новая
технология непрерывного коксование
- метод получения формованного
кокса: скоростное нагревание
шихты до пластического состояния,
формование под небольшим давлением
с получением т. наз. формовок
и их послед. прокаливание в
вертикальных печах. Метод дает
возможность использовать слабоспекающиеся
угли, получать кокс желаемых
размеров и формы, снизить до
минимума загрязнение окружающей
среды и автоматизировать технологические
операции.
Лит.. Справочник коксохимика,
т. 2, под ред. А. коксование Шелкова,
М., 1965; Руководство по коксованию, под
ред. О. Гроссинского, пер. с нем., т. 1,
М., 1966; Грязнов Н. С., Основы теории коксования,
М., 1976.
М. Г. Скляр.
Коксование нефтяного
сырья - его глубокий термический
крекинг, при 450-540 °С с целью
получения нефтяного кокса, а
также углеводородных газов, бензинов
и керосино-газойлевых фракций.
Сырье - тяжелые остатки, образующиеся
при дистилляции нефти, деасфальтизации,
термическом и каталитическом
крекинге остаточных и дистиллятных
фракций, пиролизе бензина и
газойлевых фракций. При коксование
происходит расщепление всех
компонентов сырья с образованием
жидких дистиллятных фракций
и углеводородных газов; деструкция
и циклизация углеводородов с
интенсивным выделением керосино-газойлевых
фракций; конденсация и поликонденсация
углеводородов и глубокое уплотнение
высокомолярных соединений с
образованием сплошного коксового
"пирога".
Замедленное (полунепрерывное)
коксование, наиболее распространено
в мировой практике. Сырье, предварительно
нагретое в трубчатых печах
до 350-380 °С, непрерывно контактирует
в нижней части ректификационной
колонны, которая работает при
атмосмферном давлении, с парами,
подаваемыми из реакционных аппаратов.
В результате тепло- и массообмена
часть паров конденсируется, образуя
с исходным сырьем т. наз.
вторичное сырье, которое нагревается
в трубчатых печах до 490-510 °С
и поступает в коксовые камеры
- полые вертикальные цилиндрич.
аппараты диаметром 3-7 м и высотой
22-30 м. В камеру реакц. масса
непрерывно подается в течение
24-36 ч и благодаря аккумулированной
ею теплоте коксуется. После
заполнения камеры коксом на 70-90%
его удаляют, обычно струей
воды под высоким давлением
(до 15 МПа). Кокс поступает в дробилку,
где измельчается на куски
размером не более 150 мм, после
чего подается элеватором на
грохот, где разделяется на фракции
150-25, 25-6 и 6-0,5 мм. Камеру, из которой
выгружен кокс, прогревают острым
водяным паром и парами из
работающих коксовых камер и
снова заполняют коксуемой массой.
Летучие продукты коксование, представляющие
собой парожидкостную смесь, непрерывно
выводятся из действующих камер
и последовательно разделяются
в ректификационной колонне, водоотделителе,
газовом блоке и отпарной колонне
на газы, бензины и керосино-газойлевые
фракции (см. табл.). Типичные параметры
процесса: температура в камерах
450-480 oС, давление 0,2-0,6 МПа, продолжительность
до 48 ч.
Достоинства замедленного
коксования - высокий выход малозольного
кокса. Из одного и того же
кол-ва сырья этим методом можно
получить в 1,5-1,6 раза больше
кокса, чем при непрерывном
коксование (см. ниже). Поэтому замедленное
коксование применяют, как правило,
для производства нефтяного кокса.
Газы коксования, содержащие
предельные (С1-С4) и непредельные (С2-С4)
углеводороды, Н2 и H2S, направляют
на газофракционирующую установку
(см. Газы нефтепереработки). Бензины
коксование содержат значительное
количество непредельных углеводородов
и имеют октановое число не
более 72. Поэтому их подвергают
гидроочистке, которая сопровождается
удалением серы, с последующим
каталитическим риформингом. Керосино-газойлевые
фракции - сырье для каталитического
крекинга, в производстве технического
углерода (сажи), компонент газотурбинных
топлив, основа профилактич.
ср-в против смерзания и слипания
сыпучих материалов (ниогрин, северин,
универсин).
Непрерывное коксование
в кипящем слое (термоконтактный
крекинг). Сырье, предварительно
нагретое в теплообменнике, контактирует
в реакторе с нагретым и
находящимся во взвешенном состоянии
инертным теплоносителем (обычно
порошкообразный кокс с размером
частиц до 0,3 мм, реже более крупные
гранулы) и коксуется на его
пов-сти в течение 6-12 мин. Образовавшийся
кокс и теплоноситель выводят
из зоны реакции и подают
в регенератор (коксонагреватель).
В последнем слой теплоносителя
поддерживается во взвешенном
состоянии с помощью воздуха,
в токе которого выжигается
до 40% кокса, а большая его часть
направляется потребителю. Благодаря
теплоте, выделившейся при выжигании
части кокса, теплоноситель нагревается
и возвращается в реактор. Для
перемещения теплоносителя используется
пневмотранспорт частиц кокса,
захватываемых потоком пара или
газа. Дистиллятные фракции и
газы выводят из реактора и
разделяют так же, как при замедленном
коксование Типичные параметры
процесса: температура в теплообменнике,
реакторе и регенераторе 300-320, 510-540
и 600-620 °С соотв., давление в
реакторе и регенераторе 0,14-0,16 и
0,12-0,16 МПа соотв., соотношение по
массе сырье теплоноситель = (6,5-8,0):
1. коксование в кипящем слое
используют для увеличения производства
светлых нефтепродуктов. Кроме того,
сочетание непрерывного коксование
с газификацией образующегося
кокса может быть применено
для получения дизельных и
котельных топлив.
Периодическое коксование
проводят в горизонтальных цилиндрических
аппаратах диаметром 2-4 м и
длиной 10-13 м. Сырье в кубе постепенно
нагревают снизу открытым огнем.
Далее обычным способом (см. выше)
выделяют дистилляты, кокс подсушивают
и прокаливают (2-3 ч). Далее температуру
в топке под кубом постепенно
снижают и охлаждают куб сначала
водяным паром, а затем воздухом.
Когда температура кокса понизится до
150-200 °С, его выгружают. Типичные параметры
процесса: температура в паровой фазе
360-400 °С, давление атмосферное. Этим способом
получают электродный и спец. виды высококачественного
кокса с низким содержанием летучих. Однако
способ малопроизводителен, требует большого
расхода металла и топлива, а также значит.
затрат ручного труда и поэтому почти
не используется в промышленности.