Файл: Варанкин, Ю. В. Газовое хозяйство заводов учеб. пособие.pdf

Г л а в а 3. ПОЛУЧЕНИЕ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ ПРИ СУХОЙ ПЕРЕГОНКЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

§ 3.1. Основные понятия о процессах сухой перегонки твердого топлива

Сухая перегонка топлива — это такой процесс его тер.мичеокой переработки, который осуществляется без подачи окислителя. Первичные процессы распада орга­ нической массы топлива и пирогенетический синтез вто­ ричных продуктов происходят без доступа воздуха или другого окислителя.

Как известно, органическая часть твердого топлива состоит из углерода (С), водорода (Н), кислорода (О), серы (S) и азота (N). По химической природе органи­ ческое вещество твердого топлива — природный высокополимер, а иногда система высокомолекулярных соеди­ нений, в структуре которых имеются разнообразные .и различающиеся по прочности химические связи.

Способность природных высокомолекулярных соеди­ нений претерпевать изменения под воздействием тепла (термореактивность) зависит от прочности внутримоле­ кулярных и межмолекулярных связей. Сложная последо­ вательность превращений под действием тепла природ­ ного высокополимера в более простые конечные продук­ ты начинается с первичных элементарных актов разрыва связей в молекуле и образования более мелких «оскол­ ков» исходной макромолекулы — радикалов. Дальней­ ший синтез промежуточных и конечных продуктов обу­ словлен взаимодействием-реакционноспособных радика­ лов как между собой, так и с образовавшимися на про­ межуточных стадиях молекулами.

В результате сложной совокупности параллельных и последовательных взаимосвязанных реакций органиче­ ское вещество топлива под действием тепла превраща­

36

ется в более простые газообразные, жидкие и твердые продукты [15, 42].

Распределение элементов исходного топлива между продуктами сухой перегонки, а также количественный выход и состав этих продуктов зависят от вида перера­ батываемого топлива, конечной температуры его нагре­ ва, скорости нагрева, времени выдержки при заданной температуре, условий вывода летучих продуктов.

В зависимости от конечной температуры нагрева топ­ лива промышленные процессы сухой перегонки твердого топлива можно разделить на четыре группы:

1)бертииирование (250—300°С);

2)полукоксование (450—550°С);

3)среднетемпературное коксование (700—750°С);

4)коксование (950—1050°С).

Бертииирование — нагрев до температуры, при кото­ рой изменения претерпевают лишь кислородсодержащие структуры макромолекул исходного топлива и выделя­ ются преимущественно С02 и Н20. Твердый остаток — бертинат — характеризуется несколько лучшими тепло­ техническими качествами, чем исходное топливо. В сов­ ременных установках по коксованию пылевидного и мел­ козернистого торфа и бурого угля бертииирование приме­ няется как стадия глубокой предварительной подготовки топлива. Стадию бертинирования рекомендуется выде­ лять в отдельную ступень разложения при скоростном полукоксовании некоторых видов топлива с отводом ма­ лоценных парогазовых продуктов этой стадии для повы­ шения качества газа полукоксования [8].

Полукоксование применяется с целью получения смо­ лы и газа на основе переработки горючих сланцев и не­ которых гумолитов, а также для производства бездым­ ного бытового и технологического топлива путем пере­ работки некоторых бурых и каменных углей. Смола полукоксования подвергается дальнейшей химической (переработке.

Из газа можно извлекать газовый бензин, предель­ ные и непредельные углеводороды, наконец, сероводород, а также использовать его непосредственно в качестве топлива для электростанций и промышленных печей.

Твердый остаток процесса — полукокс — в основном должен быть использован в качестве топлива з промыш­ ленности. Можно его превращать и в газ методом без­

37

остаточной газификации, сущность которой будет изло­ жена ниже. При комплексной переработке топлива, ког­ да получение жидких и газообразных продуктов полу­ коксования является главной целью этого процесса, тех­ нологические схемы и режимы швелевания целиком зависят от задаваемого химиками состава и качества этих продуктов.

Для получения заданного их качества и запланиро­ ванного распределения между ними горючей массы твер­ дого топлива необходимо обеспечить управляемость про­ цесса термического разложения, что, как будет показано ниже, требует перехода к скоростному нагреву топлив­ ных частиц (до нескольких тысяч градусов в секунду).

Среднетемпературное коксование рекомендуется при­ менять для переработки малометаморфизованных углей (например, газовых) для получения газа, кокса и смолы с повышенным содержанием фенолов. Выход газа с теп­

машиностроительных заводах. Подбор шихты и сам про­ цесс коксования подчинены задаче производства проч­ ного реакционноспособного кокса, содержащего мини­ мальное количество вредных примесей. Получаемые при этом иные продукты коксования — коксовый газ и неко­ торое количество жидких продуктов — являются в из­ вестной степени побочными продуктами. Однако их зна­ чение весьма велико, так как в СССР производится более 75 млн. т кокса в год, чему соответствует более 30 млрд, м3 высококалорийного коксового газа, тепло­ творность которого около 18 000 кДж/нм3.

Коксовый газ используется в качестве топлива огне­ техническими агрегатами металлургии (для отопления, например, мартеновских и нагревательных печей), а так­ же для дальнего газоснабжения. На базе коксового газа работают некоторые заводы синтетического аммиака.

§ 3.2. Принципы работы и схемы устройств для коксования углей

Исходным материалом для коксования является шихта, приготовленная путем смешения нескольких ви­

38

дов предварительно измельченных углей. Смешение не­ скольких видов угля обеспечивает получение кокса тре­ буемого качества. Подготовленная для производства до­ менного кокса шихта содержит около 8% золы, 7—8% влаги и характеризуется выходом летучих в пределах 25—26% на сухой уголь. На тонну сухого кокса расхо­ дуется около 1,5 т шихты.

Газовоздушная смесь подается через горелки 4, а под­

может быть использован и какой-либо иной, менее цен­

39

превышает десятки миллиардов кубических метров в год в пересчете на стандартный газ.

Общее устройство коксовой батареи, отапливающейся смесыо коксового и доменного газов, схематически пока­ зано на рис. 3.2. Разрез сделан через одну камеру кок­ сования 5. В коксовой батарее насчитывается от 66 до 77 камер. Это дает возможность при определенной оче­ редности загрузки шихты, ее коксования .и выгрузки иметь на батарее непрерывное получение кокса. Кроме того, ряд механизмов, например для загрузки и вы­ грузки, и устройств (подогреватели воздуха, газопрово­ ды и т. п.) являются общими для всей батареи, а иногда даже и для нескольких батарей.

В каждую камеру коксования шихта загружается сверху сразу через три отверстия специальной загрузоч­ ной машиной 6, двигающейся по рельсам по верху бата­ реи. Двери загружаемой камеры с обеих сторон за­ крыты.

Отопительный газ подается в вертикалы отопитель­ ных простенков печей по газопроводам 13 и 14. Низко­ калорийный, например доменный, газ подводится через регенеративный подогреватель 12, общий для многих камер.

Образующийся в коксовых камерах коксовый газ со­ бирается в два общих газосборника 7 и отводится затем на конденсацию и очистку. Перед газосборнпками про­ исходит первичное охлаждение газа непосредственным впрыском воды; температура газа снижается до 85—90°, и конденсируется более 50% смолы.

Коксовый пирог после окончания коксования вытал­ кивается головкой механической штанги 8 общего для всей батареи коксовыталкивателя 9. Двери камер 4 с обеих сторон снимаются тоже механически.

Раскаленный до 1000°С кокс должен быть при вы­ грузке сразу же потушен. Осуществляется это обычно заливкой его водой в расположенной рядом с батареей специальной тушильной башне, куда он подается ту­ шильным вагоном 3. После этого кокс выдерживается на наклонной рампе 2 15—20 мин и сбрасывается на транспортер 1. Вся операция выгрузки и тушения кокса занимает менее 5 мин, а само тушение — менее 1,5 мин.

При тушении кокса образуется много пара. Для ис­ пользования физического тепла выгружаемого кокса су­

42