Тас көмірді кокстеу

Қазақстан Республикасының  Білім және Ғылым министрлігі

Шәкәрім атындағы

Семей мемлекеттік  университеті

Химия кафедрасы

 

 

 

 

 

СӨЖ

 Тақырыбы: «Тас көмірді кокстеу»

 

 

 

 

                                                                             Орындаған: Рахимбекова Н.О.

                                                    ХТО – 901 тобы.

                                                                       Тексерген: Дінжұманова Р.Т.

 

 

 

Семей. 2012 ж.

Тас көмірді кокстеу

Кокс – көмірді немесе мұнайлы шикізаттарды кокстеу арқылы алынатын жасанды қатты отын. Тас көмір коксін пайдалану 18 ғ – дан белгілі. Алғаш рет кокспен шойын балқыту 1735 жылы Ұлыбританияда іске асырылды, ал алғашқы жабық камералы кокс пеші 19 ғасырдың 30 – жылдарында  өндіріске енгізілді. Тас көмірді кокстеудің кең тараған әдісі – 3 мм – ге дейін ұсақталған тас көмір түйірлерін  900 – 1050°С – та ауасыз қыздыру арқылы алу. Ал мұнай қалдықтарынан коксті ауа қатыстырмай жабық ыдыста 4 – 5 атмосфералық қысымда және 450 – 500°С температурада қыздырып өңдеу арқылы алады. Өндірісте процесс екі тәсілмен жүргізіледі: қыздырылмайтын реакторларда баяу кокстеу және көлденең орнатылған қыздырылған кубты қондырғыларда кокстеу. Кокс алуға жарамды мұнайлы қалдықтарға: айдау қондырғыларынан шыққан мазут пен гудрон, термиялық крекинг қалдықтары, пиролиз шайыры, катализдік крекингтің ауыр газойльдері және мұнай – битумды жыныстар жатады. Кокстің тығыздығы 1,4–1,5 г/см³, оның құрамындағы көміртектің мөлшері 96% - ке жетеді. Коксте сондай – ақ, күкірт және металдар жинақталады. Құрамындағы күкірттің мөлшері бойынша  кокс аз күкіртті (1,5% - ке дейін), күкіртті (1,5 – 4,0%) және көп күкіртті (4% - тен көп) болып бөлінеді. Кокс металлургияда тотықсыздандырғыш және отын ретінде, электродтар, алюминий, фосфор, кремний, ферроқұймалар, т.б. материалдар өндірісінде, авиация және ракета техникасында, электр және радиотехникада, ядролық энергетикада кең қолданылады. Қазақстанда кокс Испат – Кармет бірлескен кәсіпорнында бұрынғы Қарағанды металлургиялық комбинатында өндіріледі.

Кокстеу  – қатты және сұйық жанғыш қазбалардың ұшқыш заттар мен қатты қалдық – коксті түзе жүріп,  ауаның қатысынсыз жоғары температурада ыдырауы. Соңғысы халық шаруашылығының әр – түрлі саласында кең қолданысқа ие. Кокстеу үшін негізгі шикізат тас көмір болып табылады, аз масштабтарда басқа да жанғыш қазбаларды, әрі мұнай дистилляттары,  тас көмір пектері сияқты жоғары температурада қайнайтын қалдық өнімдерді өңдейді. Тас көмірді кокстеу – тас көмір коксын, кокс газын, тас көмір шайырын және т.б. өнімдерді алу мақсатында оны 900 - 1100°С температурада өңдеу. Алдын – ала байытылған (минералды қоспалардан бөлінген), 3 мм – дан кем емес мөлшердегі дәндерге дейін ұсақталған және мұқият араластырылған көмірді (шихтаны) мұнараға бағыттайды, одан арнайы люктар арқылы жүк вагондарының көмегімен көлденең орнатылған тесіктері бар -қатты қыздырылған кокс пештеріне жібереді (1 сурет). Пештің қыздырғыш кеңістіктері (тік каналдары) ыстыққа төзімді династы (динасового) кірпіштен қаланған. Камерасының  ені 400 – 500 мм, биіктігі 47 м, ұзындығы 12 – 16 м, пайдалы көлемі 20 – 50 м³  болатын пештер кең қолданыс тапты. Бірнеше оншақты пештерді (әдетте 60 – 70) машиналар мен механизмдердің (жүк және сөндіргіш вагондар, кокс итергіш, есігі алынатын машина және т.б) жалпы комплектімен сипатталатын, бірлескен жүйе – кокс батареясына біріктіреді.

1 сурет. Кокс  пеші: 1 – камера; 2 – қыздырғыш кеңістік; 3 – жүктелетін шихта деңгейі; 4 – шамдар; 5 – қыздыру деңгейі.                                     

Камераның еніне, шихта мен оның себінді массасының ылғалдылығына, әрі қабырғалар арасындағы температураға (әдетте 1300 - 1370°С) байланысты шихтаның қыздырылуы 14 – 18 сағ бойы жүреді. Пештерді қыздыру үшін домендік, коксті, генераторлық және т.б. газдарды немесе олардың қоспаларын қолданады. Бұл жылутасымалдағыштар газбен бірге ауа берілетін, қыздырғыш кеңістікте жанады. Оны кокс батареяларының астында орналасқан және оның негізінің қызметін атқаратын арнайы регенераторларда қыздыру үшін, жанған газ өнімдерінің жылуын қолданады. Кокстеу бөлек қабаттарда жүретін (қабатты кокстелу) үрдістердің әр – түрлі уақыттарымен сипатталады. Осының нәтижесінде кокстелетін массивте ұзақ уақыт бойы  бір уақытта кокстың, жартылай кокстың, иленген нан тәрізді иілгіш массаның, құрғақ және дымқыл көмірдің қабаттары орналасады. Кокс әр – түрлі өлшемдегі тілімдерге бөлініп, монолит түрінде (кокс «пирогы») пішінделеді. Үрдіс аяғында барлық қабаттардағы температура теңеседі. Кокстеу аяқталған соң камера есігі арнайы механизмдер арқылы ашылады да, қыздырылған «пирог» кокс итергіш арқылы кокс батареясының бойымен рельс бойынша орын ауыстыратын, сөндіргіш вагонға беріледі. Кокс бұл вагонда шамамен 2 мин сумен кең мөлшерде суландырылатын, ылғалды әдіспен сөндіріледі. Суытылған кокс иілген кокс аймағына (рампаға) біртекті қабатпен жүктеледі, төртбұрышты тесіктері бар грохаттарда ірілік классы бойынша (>40, 40 – 25, <10 мм) бөлініп, тұтынушыларға жіберіледі. Көбінесе КСРО – да жасалған сөндірудің құрғақ әдісі кең тараған. Арнайы қондырғы форкамерадан кокс, N₂ немесе басқа да инертті газдар көмегімен 200 - 220°С – қа дейін суытылатын, сөндіру камерасына біртіндеп өтеді. Газ төменнен жоғары қарай, оны суыта отырып кокс бөліктеріне қарама – қарсы қозғалады да, 800 – 900°С – қа дейін қыздырылып, су буының түзілуіне жылу беретін қазандық қондырғыға бағыттталады. Суытылған газ қыздырылған кокстің сөнуіне қайтып оралады. Кокстеудің ұшқыш өнімдерінің температурасы 700 - 750°С болатын бу – газды қоспа түрінде, алдымен газ жинағышта жай себілген сумен 80°С – ға дейін, содан кейін құбырлы тоңазытқыштарда 25 - 35°С – ға дйін суытылады. Түзілген конденсаттарды кокс газынан бөліп алғаннан кейін тұндыру арқылы бөледі де, тас көмір шайыры мен шайыр үсті суына сәйкес келетін органикалық және сулы қабаттарды алады. 1 т көмір шихтасынан 650 – 750 кг кокс, 340 – 350 м³ кокс газын, 30 – 40 кг шайыр, 10 – 12 кг шикі бензол, 2,5 – 3,4 кг NH₃  алады. Дүние жүзінде кокстеу әдісімен өңделетін тас көмірдің мөлшері – жылына  500 млн – нан артық тоннаны құрайды. Кокстеу технологиясы қыздыру кезінде иілгіш күйге өтетін тас көмірдің белгілі бір (коксты, майлы, жіңішкерген, піскен) топтарын ғана өңдеуді қарастырады. Көмірдің осы түрлерінің қоры мен өндірілуі шектеулі болғандықтан, шихтаның құрамына көп мөлшерде аз (газды) және жоғары дәрежедегі, әрі жіңішке метаморфизмнің аз қызатын көмірлері енгізіледі. Бұл кезде кокстың сапасын (әсіресе беріктілігін) төмендетпеу үшін, қабатты кокстеудің технологиясын аздап өзгертеді. Әсіресе кокстеу алдында шихтаны жиі брикеттеу әдісі кең тарады. Аз қызатын көмірлерден тұратын шихтаның шамамен 1/3 мөлшерін, мұнай немесе тас көмірден жасалған байланыстырғыштармен брикеттейді де, брикеттерді көмірлі мұнараға бағытталған шихтаның қалған массасына қосады. Бұл технология шихтадағы қатты қыздырылатын көмірлердің құрамын 64% - тен және одан көп (әдеттегі дайындауда қажет мөлшер)  50% - ге дейін төмендетуге мүмкіндік береді. Кейбір мемлекеттерде шихтаны пешке тығыздығы 1,10 – 1,15 т/м³ болатын трамболанған берік көмірлі блоктар түрінде жүктейді; шихталарды трамболауды кокс итергіште жасалған арнайы қондырғылар көмегімен жүзеге асырады. Құрамында аз қыздырылатын компоненттерінің көп мөлшері бар шихтаның қабатты кокстеуін жақсартудың эффективті әдісінің негізінде – жақсы ұсақталған шихтаны алдымен газ тәрізді жылутасымалдағышпен 150 – 250°С – ға дейін қыздырып, содан кейін ғана пешке жүктеуінде жатыр. Шихтаны термиялық дайындау құрамындағы газды көмірлердің үлесін 70 – 75% - ға дейін арттыруға, пештің өнімділігін 30 – 40% - дейін жоғарлатуға және кокстың беріктілігін арттыруға мүмкіндік береді. Үздіксіз кокстеудің жаңа технологиясы – пішінделген коксты алу әдісі: иілгіш күйге дейін шихтаны жылдамдатып қыздыру, пішінделген өнімдерді ала отырып төмен қысымда пішіндеу және олардың тік пештерде күйдірілуі. Әдіс аз қыздырылатын көмірлерді қолдануға, қажет өлшем мен пішіндегі коксты алуға, қоршаған ортаның ластануын минимумға дейін төмендетуге және технологиялық операцияларды автоматтандыруға мүмкіндік береді.

Қорытындылай  келе, кокстеу – белгілі бір  сатылардан тұратын технологиялық  процесс, соның біріншісі шихтаны (кокстеу үшін қоспаны) түзу үшін, көмірді ұсақтау мен арластыруды қамтитын кокстеуге дайындау сатысы болып табылады. Дайындаудан кейін кокстеу жүргізіледі. Кокстеу газды қыздыруды қолдана отырып, кокс пешінің камераларында жүзеге асады. Кокстеу кезінде шихтаны кокс пешіне орналастырады, онда шамамен 15 сағат бойы 1000°С температурада қыздыру жүргізіледі. Бұл процестің нәтижесінде «кокс пирогы» алынады. Осылайша, кокстеудің негізі – тас  көмірді қыздырғанда жүретін процестер болып табылады.

Қазіргі таңда  дүние жүзінде өндірілетін барлық тас көмірдің оныншы бөлігі кокске айналу үрдісін өтеді, бұл өнеркәсіп пен энергетикада кокстелген көмірдің қажеттілігімен түсіндіріледі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланған әдебиеттер:

1. «Справочник коксохимика», т. 2, под ред. А. К. Шелкова, М., 1965;
2. «Руководство по коксованию», под ред. О. Гроссинского, пер. с нем., т. 1, М., 1966;
3. Грязнов Н. С., «Основы теории коксования», М., 1976.
4. М. Г. Скляр. пром-сти. Лит.. Сюняeв 3. И., «Нефтяной углерод» , М., 1980;
5. Эрих В. Н., Расина М. Г., Рудин М. Г., «Химия и технология нефти и газа», 3 изд.. Л., 1985. З.И. Cюняев.