книги из ГПНТБ / Чистяков, А. Н. Технология коксохимического производства в вопросах и задачах учебное пособие
.pdf
Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР
ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени ЛЕНСОВЕТА
А. н. чистяков
ТЕХНОЛОГИЯ КОКСОХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
В ВОПРОСАХ И ЗАДАЧАХ
У ч е б н о е п о с о б и е
ЛЕНИНГРАД
1974
Гос. публичная |
I |
иаучно-техничеокал |
I |
библиотека СССР |
| |
ЭКЗЕМПЛЯР |
| |
ЧИТАЛЬНОГО З АЛА |
) |
© Издательство ЛТИ им. Ленсовета 1974
ВВЕДЕНИЕ
Темпы развития коксохимической промышленности опре деляются, прежде всего, ростом производства чугуна. Еже годный прирост выжига кокса составляет примерно 1,5 млн. т. В 1974 г. планируется производство более 82,5 млн. т кокса 6%-ной влажности. Значительное увеличение использования кислорода с природным газом и другими углеродсодержа щими добавками и повышение температуры дутья в домен ном процессе позволяют улучшить коэффициент использова ния полезного объема (КИПО) доменных печей и сократить удельный расход кокса. Планом 1974 г. предусматривается снижение расхода кокса на 9,6 кг/т чугуна против фактическидостигнутого уровня в 1973 г.
В черной металлургии в 1973 г. выплавлено более 95 млн. т
чугуна, свыше 130 млн. т стали. По |
инициативе |
коллектива |
|
нижнетагильского |
металлургического |
комбината |
развернуто |
социалистическое |
соревнование за |
выплавку |
в 1974 г. |
100 млн. т. чугуна.
Коксохимическая промышленность является одним из важ нейших поставщиков сырья для химической промышленности и сохранит свое значение в ближайшем будущем. Потреб ность химической промышленности (не считая отраслей на родного хозяйства) в 1975 г. в коксохимических продуктах возрастет почти в 1,3 раза по сравнению с 1970 г., когда она достигла 1 млн. т.
Коксохимическая пормышленность сохраняет значение ос новного поставщика ароматических продуктов крупнотоннаж ного производства таких как бензол, нафталин, крезолы, инден — кумароновые смолы и др.
Коксохимическая и нефтехимическая промышленности в условиях СССР являются не конкурирующими, а дополняю щими одна другую отраслями в отношении производства ши рокого ассортимента химических продуктов.
Уровень развития коксохимической промышленности опре деляется прежде всего подготовкой высококвалифицирован--
з
ных инженерно-технических кадров, которые готовятся на кафедрах вузов по специальности. «Химическая технология твердого топлива».
Имеющаяся обширная литература по химии и технологии твердого топлива носит характер либо монографий, либо книг, предназначенных уже для опытных специалистов. Лишь от дельные книги являются учебными пособиями описательного плана или включают в себя готовые примеры детальных рас четов по технологии и оборудованию коксохимического про изводства. '
Многолетний опыт работы автора со студентами указан ной специальности на кафедре технологии угле- и нефтехими ческих производств ЛТИ им. Ленсовета показал, что без прак тического закрепления изучаемых специальных дисциплин, таких, как химия топлива, технология твердого топлива, рас
чет технологических процессов |
и оборудования, студенты, |
. сравнительно легко запоминая |
химию и технологию процес |
сов, а также принципы расчета оборудования, имеют большие пробелы в глубоком понимании важнейших принципиальных положений технологии и порой не могут самостоятельно про изводить необходимые расчеты.
Данное пособие предназначено для проведения упражне ний по спец, курсам, самостоятельного контроля студентами своих знаний, после того, как они прослушают курс по химии топлива и основам технологии химической переработки твер дого топлива. Пособие состоит из восьми глав, включающих описания основных технологических процессов, цехов, отде лений, установок, имеющихся на коксохимических предприя тиях. Каждая глава знакомит с основами данного процесса, структуры и оборудования, иллюстрирована таблицами и ри сунками. Описание технологических схем не приводится, по скольку предполагается, что студент их проработает, при про слушивании лекций по соответствующим разделам. Они слу жат для самоконтроля. конце глав или разделов приво дятся вопросы и задачи, которые являются основой самосто ятельной работы студента со специальной литературой, ука занной здесь же.
Перечень периодических изданий в СССР и за рубежом, а также реферативных журналов по химии и технологии твер дого топлива приведен в конце пособия.
Нами сделана первая попытка написания пособия для указанной цели. Оно не лишено недостатков. Все замечания и пожелания будут приняты автором с благодарностью.
4 |
/ |
Г Л А В А 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ
ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ
1.1.Общие сведения о горючих ископаемых
Горючие ископаемые -как источники тепловой энергии и химического сырья в зависимости от агрегатного состояния и от происхождения условно сведены в табл. 1 — 1. Эти данные дают общие представления о видах топлива.
|
|
|
Виды топлива |
|
|
Таблица 1-1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Агрегат |
Естествен |
|
|
Искусственное |
происхождение |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ное |
ное проис |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
состоя |
способ |
переработки |
продукт переработки |
|||||||||
хождение |
||||||||||||
ние |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дрова, торф, Полученные . пирогене- |
Древесный |
уголь, |
тор |
||||||||
|
бурыйуголь, |
тической |
переработкой |
фяной кокс, полукокс и |
||||||||
Твер- |
каменный |
натурального |
твердого |
кокс |
из 'бурых и камен |
|||||||
уголь, антра топлива |
|
|
|
ных углей, термоантра |
||||||||
• дое |
|
механиче |
||||||||||
цит, горю |
Полученные |
цит |
|
|
угольная |
|||||||
|
чие сланцы |
ской |
переработкой |
твер |
Брикеты, |
|
||||||
|
|
дого |
топлива |
|
|
пыль |
для |
пылевидного |
||||
|
|
|
|
|
|
|
сжигания и |
пр. |
|
|
||
|
|
Продукты |
перегонки |
Бензин, лигроин, керо |
||||||||
|
|
и термохимической |
пе |
син, |
соляровое |
масло, |
||||||
|
|
реработки |
нефти |
|
мазут |
|
|
бензин, |
||||
Жидкое |
Нефть |
Продукты |
химической |
Синтетический |
||||||||
переработки |
жидкого и |
керосин, дизельные топ |
||||||||||
|
|
твердого |
натурального |
лива |
|
|
|
бен |
||||
|
|
топлива |
|
|
|
Высокооктановые |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
зины, |
буроугольные и |
||||
|
|
|
|
|
|
|
каменноугольные смолы |
|||||
|
Природный |
Продукты пирогенети- |
|
|
|
|
|
|||||
|
газ |
ческой переработки жид |
|
|
|
|
|
|||||
|
Попутный |
ких |
и твердых топлив |
|
|
|
|
|
||||
Газо |
Продукты |
газифика |
|
|
|
|
|
|||||
газ |
ции |
твердых |
топлив: |
|
|
|
|
|
||||
образ |
|
|
|
|
|
|||||||
ное |
|
а) энергетические газы; |
генераторный, |
водяной, |
||||||||
|
|
б) газы для химиче |
полуводяной |
и |
другие |
|||||||
|
|
ских |
синтезов |
|
|
газы. Водород, окись |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
углерода, метан, синтез- |
|||||
|
|
Полученные |
химиче |
газ |
|
|
|
|
||||
|
|
ским |
путем |
|
|
Ацетилен |
|
|
|
|||
5
Результаты элементарного и технического анализов могут характеризовать органическую, горючую и сухую массу твер дого топлива, а также рабочую массу.
Состав топлива можно представить уравнениями:
твердое топливо = органическая масса + |
(1) |
-{-минеральные вещества + влага |
|
Cp+ H p+ O p+ Np+ Sp+ A p+(CO2)pk+W p=100%, |
(2) |
где Ср, №, Ор, №, Sp — процентное содержание данных эле ментов в топливе на рабочую массу; (С02) рк — содержание углекислоты карбона
тов в пробе;
Wр — влага рабочего топлива; Ар — зола на рабочую массу.
Всесоюзный теплотехнический институт им. Дзержинского предложил схему (табл. 1—2) количественного сочетания указанных компонентов уравнения 2.
Таблица 1-2
Схема количественного сочетания компонентов топлива
2 |
|
|
Состав |
|
о |
|
|
|
|
0> |
|
|
|
|
t=c |
С, Н, О, N |
S |
а + (С 0 2)к |
W |
X |
||||
S |
|
|
|
|
О |
органическая |
|
|
|
|
масса |
|
|
|
г |
|
горючая |
масса |
|
с |
|
|
сухая масса |
|
р |
|
|
|
рабочее |
|
|
|
|
топливо |
В этой схеме имеется немало условностей. Так, например, вся сера (общая) отнесена к горючей массе в то время, как часть ее входит в состав органической массы. Сульфатная сера, хотя и содержится в топливе в незначительном количе стве, не горит.
Для технических расчетов это не имеет большого значе ния. Содержание в минеральной части каменных углей карбо натов незначительно, поэтому минеральная углекислота (С02)к учитывается при расчетах элементарного и техниче ского анализов, если ее содержание в углях ^2 % . '
6
Особенно высоко содержание карбонатов в сланцах (>10%). Безусловно, при определении углерода в топливе необходимо знать точное содержание минеральной углекис лоты и вносить соответствующие поправки. <
Твердые горючие ископаемые анализируют на содержание в них влаги, золы, серы (общей и по видам), карбонатной углекислоты, опрделяют элементарный состав и выход лету чих веществ.
Вся работа ведется с аналитической пробой. Пересчет ре зультатов на рабочее топливо, сухую условную горючую и ор ганическую массу компонентов топлива производят по фор мулам:
1С0 — W P
|
|
|
100 - |
wa ’ |
|
Х С= Х Я |
100 |
||
|
100 - |
wa ’ |
||
|
|
|
||
х г= х * ____ 100____ |
|
|
||
100 — W a— Аа |
|
при (С02)к< 2% |
||
х г= х с- |
100 |
|
|
|
’ |
|
|
||
100—А= |
|
|
||
Х г= Х а |
100 |
|
|
|
W * - Аа- |
(С 02)а |
|
||
1 0 0 - |
при (С02)к> 2 % |
|||
х г= х с |
100 |
|
|
|
|
|
|
||
Ас— (С 02)ск |
|
|||
100 - |
|
|||
|
100 |
|
|
|
х°=х* 1 0 0 - r a— Аа— Sобщ |
|
|||
при (С02)к<2%
100
Л Г °=^С
100 — Ас— S£6lII
^ ° = ^ а _________100______________
100 — W a— Аа— Sa6ui- ( C 0 3)a
при (С02)к>2% .
J6°= АГС_________ 100_________
100 — Ас— Sq6ui— (С 02)£ '
В этих формулах:
X — содержание компонента, %; X? — на рабочее топливо, %;
( 1)
( 2)
( 3)
(4 )
(5 )
( 6)
(7 )
(8)
(9 )
(10)
7
-Xй — на аналитическую пробу; Xе — на сухую массу, %;
Хт— на условную горючую массу, %; Х° —■на органическую массу," % ;
|
Wa — содержание влаги в аналитической пробе, %; |
|
— содержание рабочей влаги в топливе, %. |
|
При расчете выхода летучих из горючих сланцев необхо |
димо учитывать неразложившиеся карбонаты |
|
|
Va = ~EV— Wa—• ( С О г ) ак ар б + ( С О г ) ккарб |
где |
EF — суммарная потеря веса при определении вы |
|
хода летучих ве'ществ в горючем сланце, %; |
|
Wa—■влага в аналитической пробе, %; |
|
(С02)акарб — содержание углекислоты карбонатов в ана |
|
литической пробе, %; |
|
( С 0 2) ккаРб — содержание углекислоты карбонатов в коксо |
|
вом остатке, отнесенное к аналитической |
|
пробе сланца, %• |
1.2. |
Процессы термической переработки горючих ископаемых |
|
Термическая переработка твердых горючих ископаемых без |
доступа воздуха производится в промышленности при различ ных температурах в зависимости от назначения процесса.
В промышленной практике нашли распространение про цессы: полукоксование, среднетемпературное коксование, вы сокотемпературное коксование и деструктивная гидрогени зация.
Для процесса полукоксования характерна конечная темпе ратура порядка 500° С. Назначение его — получение полукокса и жидких продуктов. Примером этого процесса может служить полукоксование прибалтийских сланцев в туннельных печах (рис. 1—1). Нагрев осуществляется внутренним циркулирую щим теплоносителем — парогазовой смесью, проходящим че рез калориферы, расположенные в дымовом канале печи.
Производительность печи по сланцу составляет 350—450 т в сутки, выход смолы 200 кг/т. Для смолы характерно высокое содержание бензиновых фракций (до 20%).
Под среднетемпературным коксованием понимают процесс -термической переработки топлива при температуре 700° С. Этот процесс не нашел широкого развития.
Наибольшее значение для народного хозяйства по своим масштабам имеет процесс коксования (конечная температура
8
Рис. 1—1. Туннельная печь (поперечный разрез):
/ — туннель; |
2 — отвод газа на конденсацию; |
3 — вагонетка;14 — патрубок от |
вентилятора; |
5 — циркуляционный вентилятор; |
в — патрубок от калорифера; |
|
7 — калорифер. |
|