Кокс і коксование

КОКС І КОКСОВАНИЕ.

Кокс-серое, трохи сріблисте, пористе і дуже тверду речовину, понад 96% що складається з вуглецю і одержуване при нагріванні кам’яного вугілля чи нафтових пеків без доступу повітря при 950−1050°С. Процес отриманнякоксу внаслідок переробки природних палив називається коксованием.

[pic].

Схема коксування: 1. — коксова батарея; 2. — збірний канал продуктів горіння; 3. — газопровід; 4. — елімінатор конденсату; 5. — газовий холодильник; 6. — электрофильтр; 7. — газодувка; 8. — трубопровід для відводу конденсату; 9. — відстійник; 10. — сховище смоли; 11. — сховище аміачної води; 12. — аміачна колона; 13. — сатуратор; 14. — бензольный скруббер; 15. — бензольная колонка.

Кокс застосовують виготовлення електродів, для фільтрування рідин і, найголовніше, на відновлення заліза з залізних руд і концентратів в доменному процесі виплавки чавуну. У доменної печі кокс згоряє й утворюється оксид вуглецю (IV):

З + 02 = СО2 + Q,.

який взаємодіє зі розпеченим коксом із заснуванням оксиду вуглецю (II):

З + СO2 = 2CO — Q.

Оксид вуглецю (II) і є восстановителем заліза, причому спочатку з оксиду заліза (III) утворюється оксид заліза (II, III), потім оксид заліза (II) і, нарешті, железо:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + Q.

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 — Q.

FeO + CO = Fe + CO2 + Q.

Через війну доменного процесу отримують рідкий чугун-сплав заліза з домішками, які у залізної руді і кам’яновугільному коксі, — вуглецем, кремнієм, марганцем, фосфором і сіркою .

Коксування виникла XVIII в., коли винищування лісів щоб одержати деревного вугілля, який використовувався при виплавці заліза, стала загрозливою і знадобилося замінити це вугілля іншим паливом. У 1735 р. в Англії проведена перша доменна плавка на коксе.

Нині 10% видобутого у світі кам’яного вугілля перетворюють на кокс. Коксування проводять у камерах коксовій печі, обогреваемых зовні палаючим газом. При підвищенні температури у кам’яному віці вугіллі відбуваються різноманітні процеси. При 2500С потім із нього випаровується волога, виділяються ЗІ і СО2; при 3500С вугілля розм’якшується, перетворюється на тестообразное, пластичне стан, потім із нього виділяються углеводороды-газообразные і низкокипящие, а також азотисті і фосфористые сполуки. Важкі уг-листые залишки спекаются при 5000С, даючи напівкокс. При 7000С і від напівкокс втрачає залишкові леткі речовини, переважно водень, і перетворюється на кокс.

Усі леткі продукти вступають у газосборник, а що залишилося розпечений кокс виштовхують в так званий тушильный вагон, де його охолоджують (гасять) водою чи інертним газом. Летючі речовини при конденсації утворюють аміачну води і смолу. Частина неконденсирующегося газу використовують із нагріву на камерах печі; залишок газу, аміачна вода і смола роблять переробку. У тому числі отримують різноманітні неорганічні і органічні (переважно ароматні) сполуки. З 1 т кам’яного вугілля отримують приблизно 800 кг коксу, 150 кг газу та 50 кг інших продуктов.

Коксохімічне производство:

Важливим джерелом промислового отримання ароматичних вуглеводнів поруч із переробкою нафти є коксування кам’яного угля.

Процес коксування можна навести до лабораторій. Якщо кам’яне вугілля сильно нагрівати в залізної трубці без доступу повітря, то за якийсь час можна буде потрапити спостерігати виділення газів і парів. У U-образ-ой трубці вони вбирають смола, має неприємного запаху, та контроль ній вода, яка містить аміак. Які Відбуваються далі гази збираються в посудині над водою. У залізної трубці після досвіду залишається кокс. Зібраний газ добре горить, її називають коксовым газом.

Отже, при нагріванні кам’яного вугілля без доступу повітря утворюються чотири основних продукту: кокс, кам’яновугільна смола, аміачна вода, коксовий газ.

Коксохімічне виробництво основі своїй має багато з за лабораторним дослідом коксування вугілля, воно хіба що відтворює їх у великих масштабах.

Промислова коксова піч складається з довгою вузької камери, у якому згори через отвори завантажують кам’яне вугілля, і опалювальних простінків, в каналах яких спалюють газоподібне паливо (коксовий чи доменний газ). Кілька десятків таких камер утворюють батарею коксових печей. Для досягнення високої температури горіння на газ і повітря попередньо нагрівають в регенераторах, розташованих під камерами, аналогічно як і ввозяться мартенівському способі виробництва стали.

При нагріванні вугілля без доступу повітря до 900−1050 оС призводить до його термическому розкладанню із заснуванням летючих продуктів і твердого залишкукокса.

Процес коксування триває близько 14 годин. Коли він закінчиться, зчинений кокс-«коксовый пирог"-выгружают з камери в вагон і далі гасять водою чи інертним газом; до камери завантажують нову партію вугілля, та інформаційний процес коксування починається знову. Коксування вугілляперіодичний процес. Основні продукти: кокс-96−98% вуглецю; коксовий газ-60% водню, 25% метану, 7% оксиду вуглецю (II) та інших. Побічні продукти: кам’яновугільна смола (бензол, толуолу), аміак (з коксового газа) и др.

Після остигання кокс сортують та питаннями спрямовують на металургійні заводи для доменних печей.

Летючі продукти виводяться через отвори вгорі камер і чинять в загальний газосборник, де їх, як у нашому досвіді, вони вбирають смола і аміачна вода.

З неконденсирующегося газу витягають аміак й легені ароматні вуглеці (переважно бензол). З метою вилучення аміаку газ пропускають через розчин сірчаної кислоти; утворений сульфат амонію використовують у ролі азотного удобрения.

Ароматичні вуглеводи виходять шляхом поглинання їх розчинником і наступної отгонки з що утворюється раствора.

З кам’яновугільної смоли шляхом фракционирования отримують гомологи бензолу, фенолу (карболову кислоту), нафталін і др.

Коксовий газ після отчистки застосовується у яких як паливо в промислових печах, бо містить багато горючих речовин. Він використовується як і хімічне сировину. Наприклад, з коксового газу виділяють водень для різних синтезов.

Проблеми використання вуглеводневої сырья:

Донедавна в паливному балансі країни величезна частка припадала не на нафту. У зв’язку з розвитком енергопостачання здійснюється переклад енергетики з допомогою нафти і нафтопродуктів на ролі палива на широке використання у цих цілях газу, вугілля, на використання атомної енергії. Це означає, що важкі залишки переробки нефти-мазуты здійснюватимуть понад повно перероблятися в світлі нафтопродукти, необхідних сучасного органічного синтезу. Хімічної науці доведеться завдання знайти ефективніші шляху нафтопереробки, природного і супутніх газів, вугілля, сланців, і навіть вдосконалити існуючі із єдиною метою більш повного та комплексного використання природного вуглеводневої сырья.

Одержання штучного рідкого палива перестав бути нової проблемою. Установка гидрирования вугілля введена у Німеччині ще 1923 року, а 1943 цим шляхом у Німеччині отримали 2 мільйона тонн бензину, і 800 000 тонн дизельного палива. Процес отримання штучного рідкого палива був дуже дорогим і проходив при тиску 70 Мпа і температурі 180 оС. У повоєнні роки гідрування вугілля практично втратила промислове значение.

Нині вченими розробляються інші економічно більш вигідні методи гидрирования вугілля з допомогою ефективних каталізаторів, що дозволить знизити температуру і давление.

Іншим перспективним шляхом отримання синтетичного рідкого палива є його синтез з оксиду вуглецю (II) і водорода.