128

Отынды химиялық өңдеу.

Отын - жандырғанда едәуір мөлшерде жылу бөлетін, энергия көзі ретінде қолданылатын зат. Химиялық өндірістерде отын шикізат блып есептелінеді. Құрамында оргаикалық заттар бар отынды көмірсутекті отындар дейді. Химиялық өңдеу арқылы олардан көптеген өнімдер алады. Отын классификациясы. Тегіне байланыстиы отындар табиғи және жасанды болып екі түрге бөлінеді. Агрегаттық күйіне бйланысты: Қатты, сұйық және газ тәріздес болып үш топқа бөлінеді.

Отын классификациясы.

Агрегаттық күйі	Тегі
	Табиғи отын	Жасанды отын
Қатты	Ағаш, шымтезек, қоңыр тас, тас көмір, сланцалар, антрацит.	Жартылай кокс, ағаш көмір, кокс, аралас брикеттер.
Сұйық	Мұнай.	Бензин, керосин, лигроин, соляр майы, газоиль, мазут, тас көмір, қара майы және олардың фракциялары.
Газ түрінде	Табиғи газ, мұнай өндірісіндегі жолай (попутный ) газдар.	Кокс газы, жартылай кокс газы, генератор газы, газдар, мұнай өндірісіндегі газдар.

Отынның барлық түрі органикалық массадан, минералдық заттан және судан тұрады. Қатты отын жанатын органикалық массадан және жанбайтын минералды заттан құралады.

Отынның сапасы: оның жану жылуымен (қызу шығару мүмкіншілігімен) және ұшатын заттардың бөлініп шығуымен анықталады. Отынның қызу шығару мүмкіншілігі дейтініміз 1кг ( газ болса м³) отынды жаққанда бөлініп шығатын жылу мөлшері.

Жану жылуы (теплота сгорания) (ескірген –теплотворная способность) отынның негізгі технологиялық сипаттамасы.

1. Жану жылуы (Ж..Ж) – дегеніміз отынның бірлік массасы немесе көлемі оттегі отмосферасында толық жанғанда және жанған өнімді процестін бастапқы теипературасына дейін суытқанда бөлінген жылу мөлшері.

Толық жану деп – көміртегінің көміртек оксидіне (iv), сутегінің – суға және азоттын – молекулалық азотқа дейін тотығуын айтады.

1. Жанған өнімнің қандай температураға дейін суығанына байланысты отынның жану жылуы жоғарғы және төменгі болып бөлінеді.

Жоғарғы жану жылуы (Ж.Ж.Ж) (Q_ж) – дегеніміз 1 кг немесе 1 м³ отын толық жанып және жанған өнім 298 К- ге дейін суығанда бөлінген жылу мөлшері Ж.Ж.Ж түзілген су буының конденсациялену жылуын ескереді, сондықтан Ж.Ж.Ж-н калориметрикалық әдіспен эксперимент жүзінде анықтауға болады.

Төменгі жану жылуы (Т.Ж.Ж.Q_т) дегеніміз – жану жағдайында 1 кг немесе 1 м³ отын толық жанғанда бөлінген жылу мөлшері, яғни судың конденсациялау жылуын ескермейді.

Ж.Ж.Ж-ы томенгі жану жылуының көп болатындығы айқын.

Жану жылуы (теплота сгорения) отынның табиғатына және элементтік құрамына байланысты тұрақты болады, ал отынның жану жылуы (теплота горения) отынды жағу жағдайына ғана байланысты болады.

Әртүрлі отындарды салыстыру үшін және олардың қоры мен шығынын (немесе тұтынуын) есептеу үшін жарты отын (Ж.О)(условное топливо) деген бірлік қолданылады.

Ж.О дегеніміз төменгі жану жылуы 29280 КДж /кг кем емес отын. 1кВт энергия 0,123 ЖО эквивалент

Планетамыздағы жалпы химиялық отынның коры 12800 млд.т. шаршы отынға бағаланады.

Ұшатын заттар отынды 850⁰С температурада 7 минут ауасыз қыздырғанда газ және бу қалпында бөлініп шығатын қоспа. Органикалық массақұрамында С,Н,О,N,S және т.б элементтер болады. Минералды бөлігінде ылғал және бейорганикалық қосындылар - Ca,Fe, AІ, K,Na және тағы басқа силмкаттар, фосфаттар, сульфидтер, сульфаттар болады. Қатты отын жанғанда минералдық заттар көбнесе металл оксидтеріі түрінде күлге айналады. Ал сульфидтер және құрамында күкірт бар оргаикалық қосылыстар күкірт диоксидін түзіп газ қалпына айналады, ал сульфат құрамындағы күкірт күл құрамында қалады.

Отының элементтік құрамын мына түрінде көрсетуге болады: С+Н+О+N+S+W+А; W- ылғалдың мөлшері %; А- күлдің мөлшері %. Отын құрамында көміртек пен сутек неғұрлым көп болса, сол отынның жылу берікттік қабілеті жоғары болады.

Отын құрамындағы ылғал және мнералдық заттар отынның сапасын төмендетіп, тасмалдау құнын арттырып өңдеу технологиясын қиындатады. Әсіресе отын құрамындағы күкірттің мөлшеріне ерекше көңіл бөлінеді. Күкірт отын жанғанда агрессивті, улы қосылыстарға айналып табиғатқа, аппараттарға тигізетін зиянды әсері өте зор.

Отынды өңдеу әдістері оның агрегаттық күйіне , шығу тегіне және алынатын өнімдерге байланысты болады. Отынды өңдеудің физикалық және химиялық әдістері белгілі. Физикалық әдіс сұйық және газтәрізді отындарды өңдеуге қолданылады. Оған жататындар, айдау (құрғақ айдау), 2)газификация(газға айналдыру),3) гидрогенизация(гидрлеу) және 4)крекинг.

Отынды құрғақ айдау.

1. Пиролиз - отынды ауа кірмейтін жабық раекторда қыздырғанда отын құрамындағы компоненттер структурасының бұзылып хим иялық өзгерістерге ұшырауы. Пиролиз процестеріндегі негізгі өзгерістер: ірі молеулалар ұсатылады және ұсатылған бөлшектер одан әрі полимеризация, конденсация, деалкилдеу, ароматтау және тағы басқа өзгерістерге ұшырайды. Бір шикізаттың пиролизі әртүрлі температурада жүруі мүмкін. Мысалы: тас өмірлер одан алынатын мақсатты затқа байланысты отраша 500-600⁰С және 1050⁰С температурада өңделеді. Мұның бірінші процесін жартылай кокстеу, ал екіншісін кокстеу деп атайды.

2. Крекинг ( ағылшын тілі Tou creak - ажырату, үзілу) процесі кезінде молекулалар үзіледі, ұсақталады және онымен қатар екінші процестер нәтижесінде жаңадан ірі молекулалар түзіледі. Крекин отынды жоғары температурада өңдеу.

3. Газификациялау - 1000⁰С температурада қатты отыннның органикалық массасын 1) Ауамен, 2) Су буымен немесе 3) Олардың қоспасымен шала тотықтыру арқылы жанғыш газдарға айналдыру. Жанатын газдарды өндіру арнаулы генероатор деп аталатын пеште іске асатын болғандықтан оларды генератор газдары деп атайды. Генератордағы жоғары температура компоненттер арасындағы экзотермиялық реакциялардың жылуымен орнайды. Газификация прцесі кезінде арзан күлі көп отын газз тәрізді бағалы отынға айналады. Бұл газ тәрізді отындар тасмалдауға қолайлы және химиялық өндірістерде құнды шикізат болып табылады.

Дегенімен соңғы кезде табиғи және жолай алынатын газдардың көбеюінен генератор газының маңызы төмендеді. Бірақ табиғи газдың қорыныан көмірдің қоры әлде қайда көп, сондықтан болашақта газификацияның маңызы артады.

Гидрогенизация (Гидрлеу) - катализатордың қатысуымен жоғары температурада және қысымда отынды сутекпен өңдеу. Гидрлегенде отын алғашқы қалпынан құрамында сутек молайған жаңа сұйық, газ және қатты отындарға айналады. Мыс., көмірден және сланцтан гидрлек арқылы арзан сұйық және газ қалпындағы , отын және т.б химиялық шикізаттар өндіріледі.

Қатты отынды өңдеу.

Коктеу- 900-1050⁰С температурада ауа кірмейтін кокс пештерінде тас көмірді өңдеу әдісі. Алғашқы өнетін өнімдер: кокс және ұшқыш заттар- тіке кокс газы. Шикізат ретінде 350-400⁰С температурада пластикалық күйіне ауысып , берік және кеуекті металлургиялық кокске айналатын тас көмірлерді қолданады.

Көміірді ауа бермей қыздырғанда төмендегідей процесстер жүреді

1. 250⁰С -қа дейін көміртегінің тотығы қостотығы және бу бөлінеді

2. 300-350⁰С газ фазасына смола ( шайыр) пары және пирогенді су бөлінеді , ал көмір пластикалық күйгк көшеді

3. 500-550⁰С платикалық масссаның айырылу процесі жүреді. Бұл уақытта парафиндік, нафтендік, қаннықпаған және ароматтық көмірсутектерден тұратын газ және шайырлар түзіледі, сонымен қатар жартылай кокс түзіліп масса қата бастайды.

4. 700⁰С -де және одан жоғары температурада ұшатын заттар одан әрі бөлініп кокс түзіле бастайды.

Коксохимиялық өндірісі кокспен қатар жүздеген химиялық өндірістің шикізатын, жартылай өнімдер және мономерлер өндіріледі. 1 т өндірілетін көмірден орта есеппен мынандай өнімдер алынады.

Кокс 700-800кг .

Смола 20-40 кг.

Бензол 8-12кг

Кокс газы,м³ 280-340кг

Аммиак 2-4кг.

Минералды заттар мен күкірттің көптеген бөлігі коксте қалады.

Кокс және оны қолдану.

Кокс - кеуекті қатты зат( кеуектілігі 50%). Органикалық бөлігі 94-96% көміртегінен, 2,5% сутегінен, 1,5-2,0% оттегіне және 1,2-1,7% күкірттен тұрады. Кокстің құрамында күкірттің болуы оның сапасын төмендетеді. Өй ткені темір рудаларын балқытқан кезде күкірт чугунның құрамына еніп оның сапасын төмендетеді. Судың көбеюі кокстің жылу беру қасиетін азайтады, сондықтан судың мөлшері 5% аспауы керек. Кокстың құрамында 10-11% ( балласт) минералдық заттар болады, олар жанғанда күлге айналады. Мұның құрамы өте күрделі. Тура кокс газы құрамындағы смолалрды, ароматты көмірсутектерді және аммиакты адсорбциялағаннан кейін қалған газ қоспаларын- кері кокс газы деп атайды, оның құрамы( көлем- % ): Н₂-54-59; СН₄ 23-28; СО 5.0-7,0;N₂ 3-5; С_mН₄ 2-3;СО₂ 1.5-2.5; О₂ 0.3-0.8. Жану жылуы 16700 –17200кДж /м³.

Кері кокс газы кокс және домна пештерін қыздыруға, көбнесе химиялық шикізат ретінде қолданылады.

Кокс смоласының құрамында мыңдаған дербес қосындылар бар; солардың 300-ге жақынын жеке бөліп алуға болады. Кокс смоласын алғашында фракцияларға бөліп, олардан дербес заттарды бөліп алады.

Шикі бензол- жеңіл ароматикалық көмірсутектерінен құралатын күрделі, тіке кокс газынан кокс смоласымен бірге конденсацияланбайтын, қайнау температурасы үлкен маймен сіңіріліп бөлінетін қоспа.

Кокс пештері- 70- тен астам камерадан түзілген жоғары температураға төзімді реакторлар батариясы. Пешті сыртынан қыздырады. Отын ретінде домна, кері кокс немесе генератор газдарын қолданады. Әр камераның ұзындыығы 14м., биіктігі 4,3м, ені 0,4м.

Камераның ішкі қабырғасы отқа төзімді, кірпішпен қапталған.

Тас көмірді кокстау 13-14 сағат мерзімінде аяқталады. Оптималды температура 900-1100⁰С аралығында. Кокстеу процесі периодтық процесс 13-14 сағаттан кейін кокс камерадан шығарылып сумен сұйытылады. Кокстеу процесінде үздіксіз бөлінетін кокс газының құрамындағы қажетті, құнды компоненттерді айырып алу үшін технологиялық схемаға жіберіліп химико- физикалық әдістермен өңделеді.

Кокс газын қайта өңдеу - үздіксіз тура кокс газы 700⁰С температурамен газ жинағышқа келіп "смола бетінде" сумен 70⁰С - қа дейін салқындатады. Газдар, булар, су және концентрацияланғанн смола қоспалары сеператорға келіп тығыздылығына тәуелді сұйық және газ бу қоспасына бөлінеді.

Бензол көмірсутектерін газ құрамынан айырып алу мақсатымен газды салқын сумен салқындатады, газбен жанасқан су- газ құрамындағы күкірт қышқыл талшықтарымен қатты нафтелинді газдан айырып алады. Салқындаған газ шығыр орналасқан мұнарада соляр немесе тас көмір майларымен жуылады- бензол көмірсутектері мұнарының төменгі шетінен {бөлініп алынып дистилляциялау әдісімен"шикі" бензолға және алғашқы қалпына келтірілген жұтқыш майға бөлінеді.

"Шикі" бензол құрамында %: бензол59,5-78,3; Күкіртті көмірсутек және жеңіл қайнайтын көмірсутектер 1,6-3,4; бензол туындыларынан құралған қоспа.

Мұнарадан шыққан газ - "кері кокс газы" деп аталып күкіртті сутектен және басқа күкіртті қосылыстардан тазартылып кокс немесе металлургия пештерін қыздыруға отын ретінде қолданылады. Қазіргі кезде" кері кокс газдан" - этилен, метан, көмір (ІІ) оксидін және сутекті фракциялап бөліп алып, оларды химиялық шикізат ретінде қолданыладыы.

"Смола бетіндегі су" құрамы : еріген күйіндегі аммиак және олардың тұздары [(NH₄)₂CO₃; NH₄CN;(NH₄)₂S;NH₄CІ;NH₄CNS;(NH₄)₂SO₄] тағыда еріген түрде фенол болады.

Тас көмір смоласы - құрамында 300- дей әртүрлі заттар бар күрделі сұйық қоспа. Олар, %: нафталин 5-10; фенантрен 4-6; кабозол 1-2; антрацен 0,5-1,5; фенол 1,5-3,5; крезол 0,6-1,2; пиридиндер негіздері 0,5-1,5; аз мөлшерде бензол, толуол, кзелолдар, 50-60% жоғары температурада қайнайтын ауыр молекулалық өнімдер. Фракцияларға айдағанда қалатиын қалдық - "ПЕК" - электроттар дайындауға, изоляторлар дайындауға және т.б өндіріс орындарында қолданылады.

Су су

Т

1

2

4

5

6

7

8

9

іке 700⁰ С

Кокс газы

Тура кокс газын өңдеу принципиалдық схемасы.

1-(газосборник) газжинағыш; 2- тоңазтқыш;3-сборник

( жинаушы); 4- электорфильтрлеу; 5-турбогазодувка(газүрлегіштруба);6- қыздырғыш(подогреватель);7- сатуратор (ішінде сұйық бар,аммиак H₂SO₄ сіңіріледі, кокс газын сұйылтқанда )8- тоңазтқыш;9- башня.

Кокс камерасынан шыққан 700⁰С газ 1- ші газ жинағышқа жиналады. Бұл жерде су бүркіліп газ 80⁰С дейін салқындатылады. 2- де 30⁰- қа дейін. Екіден млоал және смола үстіндегі су бөлінеді. Ол 3- ге жиналады. 4- ші электрофильтрде тазаланады. Одан да қалған смола 3- еке жиналады. 5- ші арқылы 6- ға барады.Одан 7- ге мұнда H₂SO₄ - ке аммиак сіңіріліп сульфат аммонии бөлінеді. Ол азот тыңайтқышы ретінде қолдагылады. Амммиакпен бірге басқа да газдар қалады. 7- ден 8-ге. 25⁰С дейін салқындайды. Салқындатылған және тазартылған кокс газы 9- да шикі бензолдан тазартылады. Бензолды сіңіру үшін соляр майы қолданылады.