Переробка продуктів коксування
Переробка продуктiв коксування проводиться в декiлька стадiй. Спочатку з прямого коксового газу конденсують смолу та воду, вловлюють амонiак, сирий бензен i гідрогенсульфід. Потiм переробляють надсмольну воду (яку отримують при охолодженнi прямого коксового газу), кам'яновугiльну смолу та сирий бензен з отриманням iндивiдуальних хiмiчних речовин або їх сумiшей.
При переробцi коксового газу використовують типовi прийоми i процеси хiмiчної технологiї.
В технологiчних операцiях вловлювання летких продуктiв коксування чергуються процеси тепло- та масопередачi при безпосередньому контактi газу і рiдини та теплопередачi через стiнку. Перехiд рiзних компонентiв коксового газу в рiдку фазу проводиться конденсацiєю та фiзичною абсорбцiєю (абсорбцiя вуглеводнiв) і хемосорбцiєю (амонiаку). Використовується метод вибiркового розчинення компонентiв газу в рiзних розчинниках: амонiак спiльно з карбон(IV) оксидом розчиняється у водi, амонiак – в сульфатнiй кислотi з утворенням амоній сульфату, легкi вуглеводнi – в мiнеральних маслах тощо.
При переробцi продуктiв вловлювання (надсмольної води, кам'яновугiльної смоли та сирого бензену) використовуються процеси десорбцiї, дистиляцiї, багатоступеневої ректифiкацiї, фракцiйної кристалiзацiї та хiмiчної взаємодiї з отриманням нових продуктiв.
В усiх цих процесах основним фактором покращення технологiчного режиму та збiльшення швидкостi процесу є температура. При зниженнi температури збiльшується рушiйна сила процесу абсорбцiї, а при пiдвищеннi температури прискорюються процеси десорбцiї. Для зниження дифузiйного опору на межi фаз i з метою вiдповiдного збiльшення коефiцiєнту масопередачi використовують методи iнтенсивного перемiшування фаз за рахунок збiльшення швидкостi подачi газу та рiдини. Для створення розвиненої поверхні контакту газу та рідини при переробці коксового газу використовують башти з різними видами насадок, барботажні апарати, а також розпилення рідини в потоці газу.
Прямий коксовий газ – складна суміш газоподібних та пароподібних речовин. Окрім водню, метану, етену, оксиду та диоксиду карбону, азоту в 1 м3 газу (при 00С та 760 мм.рт.ст.) міститься 80-130 г смоли, 8-13 г амоніаку, 30-40 г бензольних сполук, 6-25 г гідрогенсульфіду та інших сірчистих сполук, 0,5-1,5 г гідрогенціаніду, 240-450 г парів води та тверді частинки. Газ виходить з коксової печі з температурою близько 7000С.
Процес переробки прямого коксового газу починають в газозбірнику, в який інтенсивно вприскують холодну надсмольну воду, і газ охолоджується приблизно до 800С. Завдяки цьому з газу частково конденсується смола. Одночасно в газозбірнику з газу видаляють тверді частинки вугілля. Для конденсації смоли необхідно проводити охолодження газу до 20-300С. Таке охолодження проводять в холодильниках різної конструкції – трубних, зрошувальних, безпосереднього змішування. В системі найчастіше використовують трубні холодильники, в яких пара води та смола практично повністю конденсуються. Зниження температури газу сприяє конденсації смоли та парів води, збільшує розчинність амоніаку в конденсаті. Це приводить до часткового поглинання амоніаку з отриманням надсмольної води, а також збільшує рушійну силу процесу абсорбції амоніаку в результаті пониження рівноважного тиску насичених парів амоніаку над надсмольною водою. Окрім цього, при низьких температурах зменшується об'єм газу, який проходить через апаратуру, і це створює умови для зниження витрат енергії на його транспорт та зменшення діаметрів трубопроводів.
Смола та надсмольна вода з холодильників стікають в збірник, де розділяються на фракції за густиною. В холодильниках не вдається повністю сконденсувати смолу, так як вона частково перетворюється в туман. Смоляний туман видаляється з коксового газу електростатичним осадженням на електрофільтрах, які працюють під напругою 60000-70000 В.
Для відсмоктування газу з печей та його транспортування через апаратуру встановлюється турбогазодувка.
Вловлювання амоніаку, який залишився в газі після холодильників, проводиться в сатураторі баштової сульфатної кислоти, яка взаємодіє з амоніаком з утворенням амоній сульфату. Разом з амоніаком в сатураторі вловлюються піридинові основи з утворенням сульфату піридіну. Сатуратор – апарат барботажного типу. За рахунок попереднього нагріву коксового газу парою в трубному підігрівачі і теплотою реакції температура в сатураторі підтримується на рівні 600 С. Кристали амоній сульфату разом з маточним розчином виводяться з сатуратора, відокремлюються від нього на центрифугах і використовуються у вигляді нітратних добрив.
Коксовий газ, який очищений від амоніаку, направляється на вловлювання сирого бензену. Найбільш широко використовують вловлювання сирого бензена абсорбцією мастилами при 20-250С в скруберах. Як поглиначі використовують кам'яновугільне (фракція перегонки кам'яновугільної смоли, яка кипить при 230-3000С) або солярове мастило (фракція з температурою кипіння 300-3500С). Газ, що поступає на бензенові скрубери, попередньо охолоджується водою в холодильниках безпосереднього змішування. При цьому з газу вимивається нафталін та дрібні краплі сульфатної кислоти, які попадають з газом з сатуратора.
Звільнений від сирого бензену коксовий газ в більшості випадків очищається від гідрогенсульфіду та інших сульфурвмісних сполук і направляється споживачам.
Розчин сирого бензену в мастилі направляється в дистиляційну колону, де з нього відганяється бензен, а мастило після охолодження повертається на зрошення бензенових скруберів.
Надсмольна вода містить розчинений амоніак, а також амонійні солі: амоній карбонат, амоній сульфід, амоній ціанід, амоній хлорид, амоній роданід, амоній сульфат, які утворюються при взаємодії амоніаку з іншими компонентами коксового газу при його охолодженні. Переробка надсмольної води полягає у відокремленні від неї амоніаку (при нагріванні її парою) і обробці вапняним молоком. Амоніак відганяється з надсмольної води гострою парою і використовується для отримання амоній сульфату. Феноли, які є в надсмольній воді, також відганяються гострою парою, а потім поглинаються розчином натрій гідроксиду з утворенням фенолятів.
Сирий бензен – це складна суміш. Основна його маса випаровується при температурі до 1800 С. Середній вміст основного компоненту в бензені (в %): гідрогенсульфід та легкокип’ячі вуглеводні – 1,6-3,4; бензен – 59,5-78,3; гомологи бензену – 12-21; сольвент (суміш триметилбензену, етилметилбензену тощо) – 3-10.
Одержання окремих компонентів з сирого бензену грунтується на різниці в температурах кипіння і реалізується ректифікацією.
Кам'яновугільна смола містить близько 300 речовин. Вміст особливо важливих речовин наведений в таблиці 17.
Таблиця 17
Вміст найважливіших речовин в кам'яновугільній смолі
| Речовина | Формула | Вміст, % |
| Нафталін | С10Н8 | 5-10 |
| Фенатрен | (С6Н4)2-(СН)2 | - |
| Карбазол | (С6Н4)2NH | 1-2 |
| Антрацен | С14Н10 | 0,5-1,5 |
| Фенол | С6Н5ОН | 0,2-0,5 |
| Крезол | СН3С6Н4ОН | 0,6-1,2 |
| Піридини | - | 0,5-1,5 |
Окрім речовин, вказаних в таблиці 17, у смолі в невеликих кількостях містяться такі бензенові вуглеводні: бензен, толуен, ксилени. Приблизно 50-60% від маси смоли складають висококип’ячі продукти з великою молекулярною масою.
Смолу переганяють, а потім ректифікацією відокремлюють бензен і його гомологи і кристалізацією – нафталін та антрацен. Фенол отримують в результаті обробки фракцій розчином натрій гідроксиду з утворенням фенолятів, які при взаємодії з карбон(IV) оксидом утворюють фенол. Піридинові основи відокремлюють від фракцій промиванням розбавленою сульфатною кислотою.
Залишок після перегонки смоли (кам'яновугільний пек) використовують для виготовлення електродів для електролізерів і електричних печей, а також як матеріал в дорожньому будівництві для ізолювання електромереж і підземних трубопроводів.
Зворотній коксовий газ має приблизно такий склад: водню – 54-59%; метану – 23-28%; оксиду карбону – 5-7%; важких вуглеводнів – 2-3%; азоту – 3-5%; диоксиду карбону – 1,5-2,5%; кисню – 0,3-0,8%.
Теплотворна здатність газу складає 16700 – 17200 кДж/м3.
Короткі відомості про напівкоксування вугілля,
Торфу та сланців
Напівкоксування – процес термічного розкладу палива при нагріванні його без доступу повітря до кінцевої температури 500-5500С в печах прямого чи непрямого нагрівання.
Напівкоксування вугілля – це процес, який дозволяє отримувати напівкокс, напівкоксовий газ, напівкоксову смолу та надсмольну воду (остання – не використовується в промисловості).
Напівкокс – слабоспечений крихкий продукт, який містить значні кількості летких речовин (до 10%) та має високу реакційну здатність; використовується, в основному, як місцеве енергетичне паливо.
Напівкоксовий газ (його вихід складає 100-120 м3 на 1 т вугілля) містить значні кількості метану та його гомологів і відносно великі кількості водню. Теплотворна здатність його коливається від 14600 до 36400 кДж/м3 в залежності від сорту вугілля, з якого цей продукт отримали.
Напівкоксовий газ використовують як побутовий газ для обігріву промислових агрегатів, а також з нього отримують вуглеводні, які є сировиною для органічного синтезу.
Напівкоксова смола – темно-бура рідина, яка містить парафінові, нафтенові, ароматичні та інші органічні і неорганічні сполуки.
При переробці смол напівкоксування отримують рідкі моторні палива та інші суміші вуглеводнів.
Таким чином, завданням технологічного процесу напівкоксування вугілля є отримання смоли та газів.
Напівкоксування торфу
Торф розкладається легше, ніж вугілля: вже при 170°С починає утворюватися смола так званого прямого торф’яного дьогтю. При напівкоксуванні торфу до 2500С необхідно підводити тепло, оскільки в цих умовах відбуваються ендотермічні реакції. Починаючи з 2500С процес переходить в стадію, де переважають екзотермічні реакції і температура в реакційному апараті підвищується за рахунок тепла, що починає виділятися. При напівкоксуванні торфу отримують тверді (торф’яний напівкокс), рідкі (торф'яний дьоготь та надсмольну воду) і газоподібні сполуки.
Торф’яний напівкокс має низьку механічну міцність та високу теплотворну здатність, містить мало фосфору і сірки. Він використовується для приготування активованого вугілля як відновник, для газифікації тощо.
Торф’яний дьоготь має велике практичне значення: з нього отримують віск, парафіни, пек.
З надсмольної води отримують ацетатну кислоту та фенол.
Газ напівкоксування торфу має невелику теплотворну здатність і часто використовується для обігріву печей.