Коксохимическое производство. Основным сырьем для коксохимического передела является каменный уголь, из которого получают кокс, служащий основным видом топлива в металлургических

Основным сырьем для коксохимического передела является каменный уголь, из которого получают кокс, служащий основным видом топлива в металлургических процессах. Полученные попутно с коксом продукты (газ, смолы, бензолы и т.д.) используют как сырье для производства парфюмерии, лаков, анилиновых красок, пластмассы, медикаментов и т.п.. Химическая продукция современных коксохимических заводов составляет около 60% стоимости кокса.

Коксованию подлежат специальные сорта каменных углей, способные в процессе сухой перегонки превращаться в твердую спекшуюся массу.

Технологический процесс коксования включает подготовку шихты, сухую перегонку (без доступа воздуха) и спекание угля при температурах 1100–1200 ⁰С, улавливание выделяющихся химических продуктов и обработку коксового пирога.

Подготовка шихты состоит из приема и складирования углей, их усреднения, дозирования компонентов шихты, ее обогащения и последующего обезвоживания. Крупнокусковой уголь перед обогащением предварительно измельчают.

Спекание шихты осуществляют в коксовых печах, которые представляют собой камеры в форме вытянутого параллелепипеда с габаритами по высоте, длине, ширине до 8×18×0,65 м и вмещают свыше 22 т сухой шихты. Группа из 45–70 камер составляет одну коксовую батарею. Между камерами расположены обогревательные простенки, в которых движутся продукты горения доменного газа. Простенки в верхней части соединены переходными каналами. Воздух для сжигания газа предварительно нагревают до 900–1100 ⁰С в регенераторах. На каждую камеру приходится два регенератора, один из которых нагревается продуктами горения, а в другом, ранее разогретом регенераторе, происходит подогрев доменного газа, сгорающего в нижней части простенка (рисунок 10.1). Через некоторое время направление движения газов меняется.

1 – регенераторы; 2 – обогреваемые вертикалы; 3 – обводной канал;

4 – отверстия для загрузки шихты; 5 – камера коксования

Рисунок 10.1 – Схематический разрез коксовой батареи

В камерах коксования, работающих периодически, по мере роста температуры из шихты удаляются пары воды и летучие вещества. При 350 ⁰С начинается разложение угля с выделением смол. При 350–500 ⁰С шихта переходит в пластическое состояние. При повышении температуры до 1000–1100 ⁰С получают кокс (спекшуюся массу). Спекание коксующегося угля сопровождается усадкой и появлением пор. Выделяющиеся смола и летучие вещества отсасываются для химической переработки.

Продолжительность коксования составляет 15–17 часов, современные батареи производят до 20 тыс. т. кокса в сутки.

Загрузка коксовой камеры производится через люки, расположенные в своде печи. Для выдачи кокса открывают две противоположные дверцы, закрывающие оба конца сквозной коксовой камеры, и раскаленный кокс при помощи коксовыталкивателя выдавливается из нее.

Кокс из камеры передается в тушильную башню для мокрого (водой) или сухого (азотом) тушения. Операция предотвращает горение раскаленного кокса. После тушения кокс подвергается грохочению, куски классом 25–60 мм направляют в доменную плавку. Более мелкий кокс используют как восстановитель в различных металлургических процессах.

Основными химическими продуктами коксования являются коксовый газ, бензол, фенолы, нафталин, каменноугольная смола, сульфат аммония и каменноугольный пек.

В экологическом отношении коксохимическое производство является одним из наиболее опасных. На всех его стадиях выделяется значительная масса загрязнителей.

Крупным источником токсичных веществ служат цеха коксохимического производства, перерабатывающие продукты коксования: бензол, каменноугольную смолу и др. На долю коксохимического производства приходится более 70% канцерогенов от их общего количества, образующегося в металлургии.

Дефицитностью коксующихся углей инициируются разработки по бескоксовой металлургии, внедоменных способов производства железа и его сплавов, а также замене части кокса в доменной плавке углем и природным газом, вдуваемыми через фурмы.

Переработка нефти

На современном этапе развития промышленного производства ориентируются на глубокую переработку нефти, при которой получают искусственное топливо (жидкое и газообразное), смазочные масла, нефтяные битумы и пеки, сырье для производства пластмассы, химических волокон, синтетических каучуков, моющих средств и т.д. Глубина переработки нефти в передовых странах достигает 90%, в нашей стране она составляет 62–64%. По объему потребления наибольшее значение для народного хозяйства имеют искусственные жидкие топлива (горючее), смазочные масла и консистентные смазки.

Жидкие топлива в зависимости от их назначения классифицируются на карбюраторные (авиационный и автомобильный бензин) и дизельное, отличающееся высокой теплотой сгорания, превышающей 40 тыс. кДж/кг.

Карбюраторное топливо используют в двигателях внутреннего сгорания с зажиганием от электрической искры.

Дизельное топливо используют в поршневых двигателях внутреннего сгорания с воспламенением его от сжатия при 550–600 ⁰С. К дизельному топливу относятся керосин и соляровое масло.

После отгонки моторного топлива из нефти остается вязкая черная жидкость – мазут. Его используют как топливо или перерабатывают в смазочные масла и бензин.

Вторая группа нефтепродуктов (смазочные масла) применяется для уменьшения трения во всех движущихся деталях и отвода от них тепла.

Третью группу нефтепродуктов – консистентные (мазеобразные) смазки – получают добавлением к смазочным маслам загустителей (масла, сульфидов, силикатов и др.).

Добытую нефть перед отправкой на переработку подвергают очистке от механических примесей, воды, газов, растворенных веществ, которую ведут физическими и химическими методами, включающими стадию нагревания нефти или нефтепродуктов до высоких температур с разделением на фракции (смеси) или выделением индивидуальных углеводородов.

Перегонка нефти (физический метод) основана на разнице температур кипения и конденсации органических соединений, входящих в состав нефти. Перегонка заключается в разделении исходной сложной по составу жидкости на отдельные фракции (дистилляты).

Средние выходы различных дистиллятов приведены в таблице 10.1.

При переработке нефти выход наиболее ценных продуктов (бензина) недостаточен и обычно не превышает 15%, что не может покрыть все возрастающий спрос народного хозяйства на этот и другие виды моторного топлива. Увеличения их выхода достигают применением химических процессов переработки, резко увеличивающих выход бензина (до 70% массы сырья).

Таблица 10.1 – Выходы дистиллятов при прямой перегонке нефти

Дистиллят	Температура отбора, 0С	Выход, % от массы нефти
Первая ступень
Бензиновый	До 170	14,5
Лигроиновый	160–200	7,5
Керосиновый	200–300	18,5
Соляровое масло	300–350	5,0
Остаток – мазут		55,0
Вторая ступень (Перегонка мазута под вакуумом 6–7 кПа)
Веретенный	230–250	10–12
Машинный	260–305
Легкий цилиндровый	315–325
Тяжелый цилиндровый	350–370
Остаток – гудрон		27–30

При переработке с применением более высоких, чем при прямой перегонке, температур молекулы органических соединений нефти распадаются на относительно мелкие с меньшим числом атомов углеводороды. Одновременно протекают вторичные процессы, в которых продукты распада образуют молекулы новых соединений, отличающихся от исходных строением и составом. Ко вторичным относятся процессы полимеризации (отщепление водорода от какого-либо соединения) и многие другие. Первичные и вторичные процессы переработки нефти и нефтепродуктов называют крекингом.

При крекинге образуется большее количество газообразных веществ (водород, метан, бутан, пропилен, этилен и др.), являющихся сырьем для органического синтеза.

Добыча, переработка и транспортировка нефти сопряжены с загрязнением окружающей среды. Потенциальным его источником является сеть нефтепроводов. Ежегодно происходит до 700 крупных разрывов нефтепроводов, при этом потери достигают 7–20% добываемой нефти.

На угрожающем уровне находится нефтяное загрязнение Мирового океана. В настоящее время одна треть океанической поверхности покрыта нефтяной пленкой. Межконтинентальная транспортировка нефти, осуществляемая нефтеналивными судами, составляет почти половину общего объема морских перевозок.

Значительным фактором загрязнения окружающей среды являются предприятия нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслей. Зона активного загрязнения почвы составляет 1–3 км от предприятия при общем распространении загрязняющих веществ, в том числе попадающих в сельскохозяйственные культуры, на расстояние не менее 20 км.

Методы очистки от нефти и нефтепродуктов достаточно многочисленны, однако универсального способа нет. Применение того или иного метода определяется свойствами загрязненной среды, ее температурой, составом и свойствами нефти, масштабом загрязнения, его расположением относительно населенных пунктов, предприятий народного хозяйства и многими другими факторами.