коксование

коксова́ние

^{статья сверена с оригиналом и вычитана}

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 К. — в осн. каменный уголь; в значительно меньших масштабах перерабатывают др. горючие ископаемые, а также высококипящие остаточные продукты дистилляции нефти (см. ниже), каменноугольный пек и т. д.

К. каменного угля — переработка его при 900–1100 °C 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 спец. люки подают в раскаленные коксовые печи — горизонтальные аппараты щелевидного типа (см. рис.).

_{Коксовая печь: 1 — камера; 2 — обогревательный простенок; 3 — уровень загружаемой шихты; 4 — горелки; 5 — уровень обогрева.}

Обогревательные простенки (вертикальные каналы) печей выложены из динасового огнеупорного кирпича. Преимуществ. применение нашли печи с камерами шириной 400–500 мм, высотой 47 м, длиной 12–16 м, полезным объемом 20–50 м³. Несколько десятков печей (обычно 60–70) компонуют в единую систему — коксовую батарею, обслуживаемую общим комплектом 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 °C) нагревание шихты длится 14–18 ч. Для обогрева печей используют доменный, коксовый, генераторный и др. газы или их смеси. Эти теплоносители сгорают в обогревательных простенках, куда наряду с газом подают воздух. Для его подогрева в спец. регенераторах, которые расположены под коксовой батереей и служат как бы ее основанием, используют теплоту продуктов сгорания газа.

К. характеризуется разновременностью процессов, происходящих в отдельных слоях (слоевое К.). 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 К. дверь камеры открывается с помощью спец. 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 ок. 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, < 10 мм) и направляется потребителям. Все большее распространение получает разработанный в СССР сухой способ тушения. Из форкамеры спец. установки кокс постепенно перемещается в камеру тушения, где с помощью N₂ или др. инертных газов охлаждается до 200–220 °C. Газ движется снизу вверх навстречу кускам кокса и, охлаждая его, нагревается до 800–900 °C и направляется в котельную установку, где отдает теплоту для образования водяного пара. Охлажденный газ нагнетателем возвращается на тушение раскаленного кокса.

Летучие продукты К. в виде парогазовой смеси с температурой 700–750 °C охлаждаются сначала в газосборнике, тонкораспыленной водой до 80 °C, а затем в трубчатых холодильниках до 25–35 °C. Образовавшиеся конденсаты после отделения от коксового газа разделяют отстаиванием и получают орг. и водный слои — соотв. каменноугольную смолу и надсмольную воду (см. пирогенетическая вода). 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. Количество каменного угля, перерабатываемого в мире методом К., составляет более 500 млн. т/год (1984). По производству кокса СССР занимает 1-е место в мире.

Технология К. 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 К. несколько изменяют. В частности, получает распространение метод частичного брикетирования шихты перед К. Примерно ¹/₃ количества 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 плотн. 1,10–1,15 т/м³; трамбование шихты осуществляют с помощью спец. устройства, смонтированного на коксовыталкивателе.

Эффективный метод совершенствования слоевого К. шихты с большим содержанием слабоспекающихся компонентов заключается в том, что хорошо измельченную шихту сначала нагревают газообразным теплоносителем до 150–250 °C 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 К. — 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 технол. операции.

^{Лит.: Справочник коксохимика, т. 2, под ред. А. К. 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}

К. нефтяного сырья — его глубокий термич. крекинг, при 450–540 °C с целью получения нефтяного кокса, а также углеводородных газов, бензинов и керосино-газойлевых фракций. Сырье — тяжелые остатки, образующиеся при дистилляции нефти, деасфальтизации, термич. и каталитич. крекинге остаточных и дистиллятных фракций, пиролизе бензина и газойлевых фракций. При К. 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 высокомол. соединений с образованием сплошного коксового "пирога".

Замедленное (полунепрерывное) коксование, наиб. распространено в мировой практике. Сырье, предварительно нагретое в трубчатых печах до 350–380 °C, непрерывно контактирует в нижней части ректификационной колонны, которая работает при атм. давлении, с парами, подаваемыми из реакц. 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 °C и поступает в коксовые камеры — полые вертикальные цилиндрические 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 К., 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 °C, давление 0,2–0,6 МПа, продолжительность до 48 ч.

^{ВЫХОД ПРОДУКТОВ НА УСТАНОВКЕ ЗАМЕДЛЕННОГО КОКСОВАНИЯ, % по массе}

Достоинства замедленного К. — высокий выход малозольного кокса. Из одного и того же количества сырья этим методом можно получить в 1,5–1,6 раза больше кокса, чем при непрерывном К. (см. ниже). Поэтому замедленное К. применяют, как правило, для производства нефтяного кокса.

Газы К., содержащие предельные (C₁–C₄) и непредельные (C₂–C₄) углеводороды, H₂ и H₂S, направляют на газофракционирующую установку (см. газы нефтепереработки). Бензины К. содержат значительное количество непредельных углеводородов и имеют октановое число не более 72. Поэтому их подвергают гидроочистке, которая сопровождается удалением серы, с послед. каталитическим риформингом. Керосино-газойлевые фракции — сырье для каталитического крекинга, в производстве техн. углерода (сажи), компонент газотурбинных топлив, основа профилактических средств 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 поверхности 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 К. Типичные параметры процесса: температура в теплообменнике, реакторе и регенераторе 300–320, 510–540 и 600–620 °C 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. К. в кипящем слое используют для увеличения производства светлых нефтепродуктов. Кроме того, сочетание непрерывного К. с газификацией образующегося кокса м. б. 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 °C, его выгружают. Типичные параметры процесса: температура в паровой фазе 360–400 °C, 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 значительных затрат ручного труда и поэтому почти не используется в промышленности.

^{Лит.: Сюняев З. И., Нефтяной углерод, М., 1980; Эрих В. Н., Расина М. Г., Рудин М. Г., Химия и технология нефти и газа, 3 изд., Л., 1985.}

_{З. И. Сюняев}