Коксохимический завод
Коксохимический завод или коксохимический завод – это место, где кокс и синтез-газ синтезируются из угля с использованием процесса сухой перегонки . Летучие компоненты пиролизованного угля, выделяющиеся при нагревании до температуры от 900 °C до 1400 °C, обычно удаляются и восстанавливаются. Существуют также коксохимические заводы, на которых высвобождающиеся компоненты сжигаются: это называется процессом рекуперации тепла. На поверхности полученного кокса затем образуется слой золы. [ 1 ] Дегазация угля придает коксу востребованную пористость. Газы расщепляются фракционной конденсацией на углеводородные смолы , серную кислоту , аммиак , нафталин , бензол и коксовый газ; эти продукты затем очищаются в дальнейших химических реакторах . В Германии все еще действуют пять коксохимических заводов (по состоянию на 2010 год) для удовлетворения потребностей отечественной промышленности. [ 2 ]
Кокс в основном используется для производства чугуна в доменных печах , что и сегодня остается его основным применением. Дегазация значительно снижает содержание серы, что позволяет черной металлургии производить чугун более высокого качества с меньшими выбросами. Помимо этого, зола кокса имеет более или менее тот же состав, что и обычный каменный уголь. [ 3 ]
История и принцип
[ редактировать ]
На заре черной металлургии древесный уголь использовался исключительно при добыче руд . [ 4 ] Сырые ископаемые угли ( бурый и черный уголь ) или необожженная древесина непригодны для металлургии железа , так как содержание примесей не позволяет им достичь температуры, достаточно высокой для производства хорошего чугуна. Спрос на древесный уголь , добываемый из коксовых печей, работающих почти так же, как современные коксохимические заводы, привел к массовым вырубкам , которые навсегда изуродовали целые регионы (например, лес Эшдаун в Англии). Лишь в XVIII веке возникла идея очистки природного угля на коксохимических заводах. Новое топливо вскоре полностью вытеснило древесный уголь, сделав возможным массовое производство чугуна и, следовательно, железных дорог. [ 5 ] [ 6 ]
При нагревании угля в отсутствие воздуха образуется кокс — топливо с высоким содержанием углерода , более чистое и более качественное, чем природный уголь. Управляя процессом, мы можем достичь определенных уровней производительности с точки зрения следующих свойств: [ 7 ]
- содержание воды ;
- зольность;
- содержание серы;
- размер зерна;
- твердость ;
- friabilityрыхлость
Кокс чаще всего используется в доменных печах и литейных заводах . Одним из важнейших свойств доменного кокса является его твердость, которую он сохраняет даже при высоких температурах: таким образом, служа топливом, он обеспечивает устойчивость штабеля железных руд и флюса , тогда как обычный каменный уголь спекался бы и препятствуют насыщению смеси кислородом. [ 8 ]
Описание
[ редактировать ]Коксовые печи
[ редактировать ]
Коксовая печь является центральным элементом коксохимического завода. Горизонтальные печи, которые используются чаще всего (они подходят для наблюдения за различными этапами экстракции), имеют форму узких отсеков (шириной около 50 см), но высотой несколько метров и глубиной несколько метров. Современные отсеки имеют объем до 100 м3 (например, 0,5×6×32 м). Как правило, эти печи располагаются в виде батареи, разделенной форсунками для газов, сжигаемых при температуре от 1200 до 1400 °С, что обеспечивает поддержание внутренней температуры. Эти газы поступают из дымоотсосов, которые также обеспечивают рекуперацию тепла. Если вы находитесь на территории металлургического завода, доменный газ также можно использовать для обогрева нижних этажей, где он смешивается с газом из печи для обжига угля. Каждые полчаса нагрев батареи печи поочередно осуществляется с боков и сверху, чтобы обеспечить изотропное обжиг угля. [ 9 ]
После первоначального этапа, продолжавшегося примерно три месяца после ввода в эксплуатацию, система отопления коксохимического завода работает непрерывно. Слишком быстрый нагрев или слишком резкая остановка сопровождается термическими напряжениями, которые наносят непоправимый ущерб печам. [ 9 ]
Печи, как и доменные печи, футеруются внутри огнеупорными слоями шамота или силиката . Каждая печь имеет три отверстия: переднюю и заднюю дверцы, ширина которых примерно равна самой печи, и люк для загрузки/опорожнения сверху. Олеогидравлические грабли выравнивают слои угля внутри печи по горизонтали. [ 10 ] [ 11 ]
Крыша
[ редактировать ]
Крыша — это не только закрывающая плита батареи печей: сюда также приезжает мостовой кран, несущий ведро с углем, для загрузки каждой отдельной печи. Для рабочего, ответственного за эту операцию, риск максимальный: пыль, жара и пламя делают задачу чрезвычайно опасной. [ 11 ]
Угольные бункеры
[ редактировать ]В зависимости от типа печи бункеры для угля располагаются либо сверху батареи печи, либо в одном ее конце. В каждом бункере содержится количество угля, необходимое для заполнения одной печи. В этих бункерах находится смесь углей, специально отобранных в зависимости от качества производимого кокса и предварительно просеянных или измельченных в порошок. [ 11 ]
Барная ширма
[ редактировать ]Барная ширма представляет собой передвижную каретку на рельсах, расположенную вдоль одной стороны печи. Он предназначен для извлечения коксовых брикетов из печей и транспортировки их на место переработки. Он оснащен шарнирным рычагом, часто состоящим из двух шарниров, способным охватывать всю длину батареи печи. Гидравлический силовой агрегат расположен в основании шарнирного рычага. Проход перед печами вдоль рельсов называется главным; оно должно позволять одновременный проход работнику, ответственному за закрытие дверей, и мастеру. [ 11 ]
-
Коксовый грохот Швельгерна, кузницы Гельзенкирхен-Шальке. -
Мобильная гондола для коксохимического завода «Проспер». -
Экран для кокса перед... -
...и после помещения в духовку. -
Основатель кузницы Schwelgern в кузницах Гельзенкирхен-Шальке.
Последовательность операций
[ редактировать ]
- Уголь подается в печь, перемешивается, измельчается и уплотняется;
- Мостовой кран открывает загрузочный люк в верхней части печи;
- Выгрузка угля в единую печь;
- В зависимости от типа печи или качества угля, засыпка угля;
- Герметичное закрытие печи;
- Обогрев;
- Далее следует дегазация и ожидание достаточной пористости;
- Открытие торцевых дверок печи;
- восстановление кокса;
- Одновременное тушение и подача печи на следующий цикл. [ 5 ]
Как только печь заполнится, питатель печи возвращается в бункер для угля и загружает следующую печь. Циклы рассчитаны таким образом, чтобы новую печь можно было запускать каждые две минуты. Стенки печи постоянно нагреваются. В зависимости от свойств коксового кирпича и размера печи обжиг занимает от 15 до 30 часов. [ 5 ]
-
Разливочная машина на коксохимическом заводе Швельгерн, кузницы Гельзенкирхен-Шальке. -
Холодильник на коксохимическом заводе в Швельгерне -
Колпак охладителя коксохимического завода Prosper -
Погрузка вагона (или коксового вагона) -
Поток в охладитель -
Погрузчик для верхней подачи.
Тушение кокса
[ редактировать ]Кокс необходимо охлаждать особенно быстро, поскольку как только он вступает в контакт с окружающим воздухом, его чрезвычайно высокая температура вызывает его горение. [ 12 ]
-
Светящийся кокс на пути к охладителю. -
Мокрое тушение кокса. -
Потухший кокс некоторое время хранится в бункере для контроля качества .
Существует два способа охлаждения кокса:
Мокрое охлаждение
[ редактировать ]- Этот процесс требует ок. 2 м3 воды на тонну кокса;
- Тепло теряется;
- Почти треть воды рассеивается в виде пара;
- Очистка этого пара, загрязненного серной кислотой, пылью и водяными газами , остается проблемой.
В 1986 году на тонну кокса при охлаждении было обнаружено от 200 г до 2 кг твердых примесей. Благодаря современному процессу стабилизирующего тушения кокса это количество снижено до 10–15 г/т. [ 12 ]
Сухое охлаждение
[ редактировать ]Обычно это осуществляется с использованием жидкого азота , выбранного в качестве инертного газа .
- Этот метод экономит энергию;
- Избегает заимствования воды из природной среды;
- Выделяет меньше пыли;
- Поскольку конечное содержание воды ниже, получается кокс более высокого качества;
- С другой стороны, этот процесс является дорогостоящим с точки зрения инвестиций и обслуживания, и этот аспект оспаривается некоторыми экспертами и подрядчиками. Это особенно справедливо в отношении рекуперации энергии, которая снижает годовые эксплуатационные расходы. В Китае второй по величине производитель стали в мире Nippon Steel Corporation оценивает, что его инвестиции в сухое охлаждение обеспечивают экономию от 20% до 33%. [ 12 ] [ 13 ]
Газовая фаза
[ редактировать ]К середине XIX века промышленники осознали ценность отходящих газов для химической промышленности . Дистилляторы, использовавшиеся для промывки газов и разделения их компонентов, часто устанавливались на основании батареи печей и соединялись водонепроницаемыми трубами. Газы отводятся вентиляторами, которые должны поддерживать избыточное давление от 2 мбар до 5 мбар, чтобы избежать риска взрыва в печи в результате попадания наружного воздуха. Если вентилятор блокируется, создается обычное факельное горение. [ 14 ]
Угольный газ охлаждается и промывается в скруббере ; продукты конденсации затем отделяются и отправляются на различные заводы. [ 15 ]
Побочные продукты
[ редактировать ]- каменноугольная смола ;
- бензол ;
- сера ;
- Аммиак ;
- Сульфат аммония , реже аммиачная селитра (удобрение);
- серная кислота ;
- Щелочные фенолы .
Коксохимические заводы в 21 веке
[ редактировать ]
Мировые цены на кокс растут. В период с 2002 по 2004 год спрос на сталь привел к тому, что цена на кокс, производимый в Китае, взлетела с 80 долларов до почти 350 долларов, что более чем в четыре раза превысило цену и в три раза превысило одновременный рост цен на саму сталь. [ 16 ]
В то же время китайцы демонтировали современный коксохимический завод «Кайзерштуль» в Дортмунде в Руре и восстановили его в Китае. [ 17 ] Последняя в Германии установка сухого охлаждения не смогла справиться с этой проблемой, поскольку группа ThyssenKrupp консолидировала свои металлургические заводы в Дортмунде и Дуйсбурге . [ 16 ]
Три последних действующих коксохимических завода в Руре – коксохимический завод ArcelorMittal Prosper в Ботропе , коксохимический завод Carbonaria/ ThyssenKrupp в Дуйсбурге -Швельгерне и коксохимический завод на ТЭЦ Дуйсбург-Хукинген – работали на пределе своей мощности. с 2010 года. 3 июня 2005 года власти округа Дюссельдорф одобрили продление срока действия Коксохимический завод Дуйсбург-Хукинген для HKM (Hüttenwerke Krupp Mannesmann) отвечает общественным интересам, и это было подтверждено 13 января 2006 года. Коксохимический завод был открыт 29 марта 2014 года. [ 18 ]
В декабре 2005 года было получено одобрение на модернизацию центрального коксохимического завода Саара (Zentralkokerei Saar GmbH) в Диллингене. Речь идет о строительстве совершенно новой третьей печи. В конечном итоге это позволит прекратить работу печной батареи №1, которая будет восстановлена. Батарея 2 будет снята с производства. [ 19 ]
Во Франции в ноябре 2000 года действовало 6 коксохимических заводов: 3 принадлежали сталелитейной группе Usinor в Сереманже , Дюнкерке и Фос-сюр-Мер , 2 принадлежали Charbonnages de France в Дрокуре и Карлинге , а также приостановленный Pont-à- Муссон [ 20 ] [ 21 ] растение. В мае 2020 года, после закрытия коксохимического завода в Сереманже, останутся только заводы в Дюнкерке и Фос-сюр-Мер. [ 22 ]
Коксохимический завод в Карлинге был закрыт в октябре 2009 года из-за загрязнения полихлорбифенилом и полностью снесен к 2014 году. [ 23 ]
Промышленная политика
[ редактировать ]Учитывая устойчивый рост цен на кокс, некоторые сторонники отрасли заявили немецким властям, что было бы выгодно вновь открыть некоторые угольные шахты. Например, существует полностью финансируемый из частных источников проект по открытию рудника к северу от Хамма , но размер инвестиций делает это невозможным. [ 24 ] Скептики опасаются, что инвестиции в этот сектор в ходе текущего экономического цикла могут иметь последствия для государственных финансов в случае их дефицита. [ 25 ]
См. также
[ редактировать ]- Уголь
- Карбохимия
- Горнодобывающий бассейн
- Угольный бассейн
- Кокс
- Загрязнение воздуха, ( ПАУ )
Библиография
[ редактировать ]- Брюкнер, Хорст (1938). Справочник газовой промышленности (на немецком языке). Мюнхен и Берлин: Р.Ольденбург.
- Бушман, Уолтер (1998). Шахты и коксохимические заводы угольной промышленности Рейна. Ахенский округ и западная Рурская область (на немецком языке). Берлин: Мужик. ISBN 3-7861-1963-5 .
- Оссес, Дитмар (2002). Уголь, кокс, культура. Коксохимические заводы угольной шахты Цольферайн (на немецком языке). Дортмунд: Фонд сохранения промышленных памятников и исторической культуры. ISBN 3-935783-09-4 .
- Ресс, Франц Михаэль (1957). История технологии коксования (на немецком языке). Еда: Удачи.
- Шрайбер, Фриц (1911). Развитие и современное состояние коксохимической промышленности Нижней Силезии (на немецком языке). Берлин: Шпрингер.
- Фарренкопф, Майкл (2003). Кокс. История ценного материала (на немецком языке). Том 2. Бохум: Музей горной промышленности Аллеманя.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Удэ. «Компетентность и ноу-хау в традициях – новое измерение в технологии производства кокса» (PDF) . Тиссен-Крупп .
- ^ «Производство кокса» (PDF) . Справочник по предотвращению и борьбе с загрязнением . 1998.
- ^ Адхья, Сурав. «Черная металлургия-1» (PDF) . Кафедра металлургического машиностроения . Лекция 2: Доменный завод.
- ^ Зиферле, Рольф Петер (1982). Подземный лес. Энергетический кризис и промышленная революция (на немецком языке). Мюнхен.
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с «Металлургическая промышленность» (PDF) . 2012.
- ^ Маунтджой, Эйлин. «История кока-колы» . Индианский университет Пенсильвании .
- ^ «Карбонизация угля» (PDF) .
- ^ Кардас, Эдита; Пустеёвска, Павлина (2019). «Качество кокса, используемого в доменном процессе – Анализ выбранных параметров» . Сциендо . 1 (1): 602–609. дои : 10.2478/cqpi-2019-0081 .
- ^ Перейти обратно: а б «Коксовый завод» . ИспатГуру .
- ^ «Доменная печь» (PDF) . Сименс .
- ^ Перейти обратно: а б с д «Как работает доменная печь» (PDF) .
- ^ Перейти обратно: а б с Дипломированный доктор Холленхорст, Дитер (1989). «Способ охлаждения высокотемпературного кокса» .
- ^ Ямагути, Мицуцунэ (2005). Пример трансфера технологий между Японией и Китаем в черной металлургии (PDF) . Япония: сессионный семинар по смягчению последствий изменения климата на ВОКНТА-22, Университет Тейкё.
- ^ «Производство коксового газа» . Альфа Лаваль .
- ^ Пайер, Тео; Баум, Вильгельм (2016). Очистка газа и извлечение побочных продуктов (PDF) (на немецком языке). Фишер-Тропш.
- ^ Перейти обратно: а б «Торговые цены на кокс» . Рамочная конвенция ООН об изменении климата .
- ^ Виллеке, Стефан (2004). Господин Мо получает завод - Самый современный коксохимический завод в мире переезжает из Дортмунда в Китай (на немецком языке). Время.
- ^ «Технологии коксохимического завода» . Тиссенкрупп .
- ^ «Новые коксовые батареи» (PDF) . Пауль Вюрт (группа СМС) .
- ^ Корбион, Жак (2003). Глоссарий доменной печи: Язык... (иногда вкусный) железняков и чугунолитейной зоны, от шахтера до... коксователя вчера и сегодня, 5, 2003 г. (PDF) (на английском языке) ). Знания...железо.
- ^ Амбрози, Паскаль (1999). «Пон-а-Муссон закроет коксохимический завод в Мёрт-и-Мозель» . Les Échos (на французском языке).
- ^ Пеллере, Франсуа (2020). «Коксохимический завод ArcelorMittal закрывается в Сереманж-Эрзанж» . France Bleu Lorraine Nord (на французском языке).
- ^ Крац, Бернард (25 мая 2013 г.). «Коксохимический завод Карлинг исчезает из ландшафта» . Le Républicain Lorrain (на французском языке).
- ^ «Производственная площадка Донар: планы окончательно захоронить» . www.wa.de (на немецком языке). 07.02.2013 . Проверено 10 мая 2024 г.
- ^ Сафирова, Елена. «Минеральная промышленность Германии» (PDF) . Геологическая служба США . Германия.