НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Шпора: Кокс и коксование

Шпора: Кокс и коксование

КОКС И КОКСОВАНИЕ

Кокс-серое, чуть серебристое, пористое и очень твердое вещество, более чем на

96% состоящее из углерода и получаемое при на­гревании каменного угля или

нефтяных пеков без доступа воздуха при 950-1050°С. Процесс получения- кокса в

результате переработки природных топлив называется коксованием.

Схема коксования: 1. - коксовая батарея; 2. - сборный канал продуктов

горения; 3. - газопровод; 4. - отделитель конденсата; 5. - газовый холодильник;

6. - электрофильтр; 7. - газодувка; 8. - трубопровод для отвода конденсата; 9.

– отстойник; 10. – хранилище смолы; 11. – хранилище аммиачной воды; 12. –

аммиачная колонна; 13. – сатуратор; 14. – бензольный скруббер; 15. – бензольная

колонка.

Кокс применяют для изготовления элек­тродов, для фильтрования жидкостей

и, самое главное, для восстановления железа из железных руд и

концентратов в доменном процессе выплавки чугуна. В доменной печи кокс

сгорает и образуется оксид углерода (IV):

С + 02 = СО2 + Q,

который взаимодействует с раскаленным кок­сом с образованием оксида углерода

(II):

С + СO2 = 2CO - Q

Оксид углерода (II) и является восстановите­лем железа, причем сначала из

оксида железа (III) образуется оксид железа (II, III), затем оксид железа

(II) и, наконец, железо:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + Q

FeO + CO = Fe + CO2 + Q

В результате доменного процесса получают жидкий чугун-сплав железа с примесями,

со­держащимися в железной руде и каменно­угольном коксе, - углеродом, кремнием,

мар­ганцем, фосфором и серой .

Коксование возникло в XVIII в., когда ис­требление лесов для получения

древесного угля, использовавшегося при выплавке желе­за, стало угрожающим и

потребовалось заме­нить этот уголь другим топливом. В 1735 г. в Англии была

проведена первая доменная плавка на коксе.

В наше время 10% добываемого в мире ка­менного угля превращают в кокс.

Коксование проводят в камерах коксовой печи, обогре­ваемых снаружи горящим

газом. При повы­шении температуры в каменном угле проис­ходят разнообразные

процессы. При 2500С из него испаряется влага, выделяются СО и СО

2; при 3500С уголь размягчается, перехо­дит в тестообразное,

пластическое состояние, из него выделяются углеводороды-газоо­бразные и

низкокипящие, а также азотистые и фосфористые соединения. Тяжелые уг-листые

остатки спекаются при 5000С, давая полукокс. А при 7000С

и выше полукокс те­ряет остаточные летучие вещества, главным образом водород, и

превращается в кокс.

Все летучие продукты поступают в газо­сборник, а оставшийся раскаленный кокс

вы­талкивают в так называемый тушильный ва­гон, где его охлаждают (тушат)

водой или инертным газом. Летучие вещества при кон­денсации образуют

аммиачную воду и смолу. Часть неконденсирующегося газа используют для нагрева

угля в камерах печи; остаток га­за, аммиачная вода и смола идут на

перера­ботку. Из них получают разнообразные неор­ганические и органические

(главным образом ароматические) соединения. Из 1 т каменного угля получают

примерно 800 кг кокса, 150 кг газа и 50 кг прочих продуктов.

Коксохимическое производство:

Важным источником промышленного получения ароматических углеводородов наряду

с переработкой нефти является коксование каменного угля.

Процесс коксования можно провести в лаборатории. Если каменный уголь сильно

нагревать в железной трубке без доступа воздуха, то через некоторое время

можно будет наблюдать выделение газов и паров. В U-образ-ой трубке

конденсируется смола, имеющая неприятный запах, и над ней вода, содержащая

аммиак. Проходящие далее газы собираются в сосуде над водой. В железной

трубке после опыта остается кокс. Собранный газ хорошо горит, его называют

коксовым газом.

Таким образом, при нагревании каменного угля без доступа воздуха образуются

четыре основных продукта: кокс, каменноугольная смола, аммиачная вода,

коксовый газ.

Коксохимическое производство в основе своей имеет много общего с лабораторным

опытом коксования угля, оно как бы воспроизводит его в крупных масштабах.

Промышленная коксовая печь состоит из длинной узкой камеры, в которую сверху

через отверстия загружают каменный уголь, и отопительных простенков, в

каналах которых сжигают газообразное топливо (коксовый или доменный газ).

Несколько десятков таких камер образуют батарею коксовых печей. Для

достижения высокой температуры горения газ и воздух предварительно нагревают

в регенераторах, расположенных под камерами, подобно тому как это

осуществляется в мартеновском способе производства стали.

При нагревании угля без доступа воздуха до 900-1050 оС приводит к

остатка-кокса.

Процесс коксования длится около 14 часов. После того как он закончится,

образовавшийся кокс-«коксовый пирог»-выгружают из камеры в вагон и затем гасят

водой или инертным газом; в камеру загружают новую партию угля, и процесс

коксования начинается снова. Коксование угля-периодический процесс.

толуол), аммиак (из коксового газа)и др.

После остывания кокс сортируют и направляют на металлургические заводы для

доменных печей.

Летучие продукты выводятся через отверстия вверху камер и поступают в общий

газосборник, где из них, как в нашем опыте, конденсируется смола и аммиачная

вода.

Из неконденсирующегося газа извлекают аммиак и легкие ароматические углероды

(главным образом бензол). С целью извлечения аммиака газ пропускают через

раствор серной кислоты; образующийся сульфат аммония используется в качестве

азотного удобрения.

Ароматические углеводы получаются путем поглощения их растворителем и

последующей отгонки из образующегося раствора.

Из каменноугольной смолы путем фракционирования получают гомологи бензола,

фенол (карболовую кислоту), нафталин и др.

Коксовый газ после отчистки применяется в качестве топлива в промышленных

печах, так как содержит много горючих веществ. Он используется и как

химическое сырье. Например, из коксового газа выделяют водород для различных

синтезов.

Проблемы использования углеводородного сырья:

До недавнего времени в топливном балансе страны огромная доля приходилась на

нефть. В связи с развитием энергоснабжения осуществляется перевод энергетики

с использованием нефти и нефтепродуктов в качестве топлива на широкое

применение в этих целях природного газа, угля, на использование атомной

энергии. Это значит, что тяжелые остатки переработки нефти-мазуты будут более

полно перерабатываться в светлые нефтепродукты, необходимые для современного

органического синтеза. Химической науке предстоит задача изыскать более

эффективные пути переработки нефти, природного и попутных газов, угля,

сланцев, а также усовершенствовать существующие с целью более полного и

комплексного использования природного углеводородного сырья.

Получение искусственного жидкого топлива не является новой проблемой. Установка

гидрирования угля была введена в Германии еще в 1923 году, а в 1943 этим путем

в Германии было получено 2 миллиона тонн бензина и 800000 тонн дизельного

топлива. Процесс получения искусственного жидкого топлива был весьма дорогим и

проходил при давлении 70 Мпа и температуре 180 оС. В послевоенные

годы гидрирование угля практически потеряло промышленное значение.

В настоящее время учеными разрабатываются другие экономически более выгодные

методы гидрирования угля с использованием эффективных катализаторов, что даст

возможность снизить температуру и давление.

Другим перспективным путем получения синтетического жидкого топлива является

его синтез из оксида углерода (II) и водорода.