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
Fe3O4 + CO = 3FeO + 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 СО2; 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 его
термическому разложению с образованием летучих продуктов и твердого
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. Основные продукты: кокс-96-98% углерода; коксовый газ-60%
водорода, 25% метана, 7% оксида углерода (II) и др. Побочные продукты:
каменноугольная смола (бензол, 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.
PAGE
PAGE 13
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
