Полукоксование
В настоящее время полукоксование представляет собой комплексный процесс получения смол - ценного сырья для ряда отраслей химической промышленности, а также газа и полукокса, которые могут быть использованы в качестве промышленного топлива.
Существующие установки полукоксования позволяют получить от 8 до 20% смол и около 70% полукокса от сухой массы топлива в зависимости от его вида.
Выход полукоксового газа составляет от 60 до 80 м3 на тонну угля при теплоте сгорания 25,0-33,0 Мдж/м3. Это значит, что в газы переходит от 5 до 10% теплоты исходного топлива.
Кроме этих основных продуктов в результате процесса выделяются низкокипящие углеводороды, образующие фракции газового бензина (0,2-0,6% от веса исходного угля), а также подсмольная вода, образующаяся из влаги и водорода топлива. Эта вода содержит в себе ряд ядовитых растворенных веществ: фенол, аммиак, сернистые соединения и т. п.
В качестве исходного сырья для полукоксования пригодно любое топливо, однако наиболее выгодно использовать для этой цели топлива, богатые летучими и не представляющие большой ценности для получения других продуктов, например металлургического кокса.
В настоящее время имеется несколько способов осуществления процесса полукоксования, отличающихся различными методами нагревания топлива.
Можно отметить 3 основные схемы установок полукоксования (рис. IV-2):
- с внешним обогревом;
- с внутренним обогревом продуктами сгорания;
- с внутренним обогревом твердым теплоносителем.
При внешнем обогреве к перерабатываемому топливу тепло подводится через теплопроводные стенки печи-реторты (рис. IV-2, а). Так как теплопроводность кускового твердого топлива очень невелика, эти установки характеризуются высокой температурой нагрева стенок печи-реторты и малой толщиной и объемом загрузки, что не позволяет получить достаточно высокую производительность печи. Кроме того, качество продуктов полукоксования страдает из-за неизбежной неравномерности прогрева топлива.
Большое распространение получили установки с внутренним обогревом перерабатываемого топлива при помощи газового теплоносителя.
На рис. IV-2, б показан один из вариантов такой установки. Полукоксовый газ, получаемый в печи 3, после очистки в аппарате 1 разбивается на 3 потока. Первый поток проходит рекуператор 2, в котором нагревается до температуры 600° С, а затем поступает в шахту печи; второй поток поступает в нижнюю часть шахты
Рис. IV-2. Полукоксование Принципиальные схемы установок полукоксования.
для охлаждения полукокса перед выдачей; третий поток газа поел очистки частично используется на обогрев рекуператора. Оставшийся газ направляется потребителям в качестве промышленного или бытового топлива.
На рис. IV-2, в показана схема установки, в которой нагрев топлива производится раскаленным полукоксом. Из рекуператора 6 полукокс с температурой 400-500° С поступает в топку 5, где происходит его частичное сжигание, в результате чего температура полукокса поднимается до 700-800° С. Раскаленный полукокс поступает в рекуператор и смешивается с подсушенным топливом, нагревая его до температуры 500-550° С, что обеспечивает протекание нужного процесса. Избыточное количество циркулирующего полукокса непрерывно выдается в виде готового продукта.
Продукты неполного сгорания, образующиеся в топке 5 и называемые "бедным" газом, используются в аппарате 4 для подсушки сырого угля. Вырабатываемый в установке полукоксовый газ ("богатый") поступает в аппаратуру для охлаждения, очистки и разделения на нужные компоненты. Этот способ полукоксование, представляется весьма перспективным, особенно при комплексном энергохимическом использовании низкоценпого топлива, например сланцев. Получаемые при этом полукокс и бедный газ могут сжигаться в топках котлов. Богатый газ после извлечения из него ценных химических продуктов используется в качестве бытового топлива.
Наиболее простыми печами для полукоксования являются ретортные печи периодического действия. Однако производительность их невелика, а качество выдаваемых продуктов низкое.
На рис. IV-3 показана двухзонная шахтная печь с внутренним обогревом для полукоксования торфа. Печь представляет собой сдвоенную конструкцию, имеющую общую обмуровку. Топливо (торф) поступает в загрузочное устройство 1 между двумя затворами 2. В средней зоне шахты над уровнем газоподводящего канала 3 происходит процесс полукоксования, а в верхней зоне - предварительный подогрев топлива.
Весь газ, получаемый в установке, подвергается очистке и охлаждению. Часть этого газа направляется в керамический рекуператор, где сжигается для обеспечения нагрева другой части газа, поступающего в качестве теплоносителя в печь. Третья часть газа используется для охлаждения полукокса в нижней зоне шахты. Избыток газа выдается внешним потребителям в качестве топлива.
Высота шахт таких печей достигает 9-10 м, производительность примерно 50 т торфа в сутки. Аналогичные печи применяются для полукоксования неспекающихся углей.
Наиболее совершенными печами для полукокса являются трехзонные шахтные печи с подводом теплоносителя к слою топлива равномерно по всей шахте. За счет этого они могут иметь больший размер шахты и соответственно более высокую производительность. Основной целью процесса полукоксование является получение металлургического кокса, служащего топливом для доменных печей, или литейного кокса для вагранок.
Рис. VI-3. Полукоксование. Двухзонная печь для полукоксования торфа.