Работа № 3. Полукоксование твёрдого топлива

Цель работы: ознакомление с методами переработки твёрдых топлив. Определение выхода полукокса, газа полукоксования и смолистых веществ. Составление материального баланса процесса полукоксования.

3.1. Теоретические сведения

Полукоксование - это пиролиз твёрдого топлива без доступа воздуха при повышении температуры до 500-600^оС, который представляет собой сложный гетерогенный высокотемпературный процесс, сочетающий реакции разложения и уплотнения.

Методом полукоксования получают искусственное топливо (газообразное, жидкое и твёрдое) из ископаемых камней и бурых углей, сланца и торфа, непригодных для коксования. Из каменных углей для полукоксования применяют неспекаемые угли с высоким выходом летучих веществ (газовые, длиннопламенные и др.)

Полукокс представляет собой хрупкий материал или неспёкшийся порошок, отличающийся от кокса большим содержанием летучих веществ (до 10%) и повышенной реакционной способностью, что обусловливает лёгкость самовозгорания при хранении и транспортировке. Наиболее часто его используют на месте производства в качестве энергетического и газогенераторного топлива.

Первичный газ полукоксования (выход от 60 до 110 м³/т) обладает высокой теплотворной способностью (25-36,5 МДж/м³), так как в его составе находится большое количество метана и других углеводородных газов.

Из парогазовой смеси, получающейся при полукоксовании, охлаждением выделяют смолу, а промывкой маслами - легкокипящие углеводороды, которые после отгонки и конденсации дают газовый бензин, сходный по своим свойствам с бензином, получающимся из нефти.

Первичная смола - это один из наиболее ценных продуктов полукоксования. Смолу перерабатывают для получения бензина, керосина, смазочных масел, парафинов и других углеводородов. Из подсмольной воды выделяют фенолы. Большое влияние на состав и количество получаемых продуктов оказывают вторичные реакции разложения, протекающие по выходе газа из зоны собственного полукоксования.

Для полукоксования применяют печи прямого и косвенного нагрева, различающиеся разнообразием конструкций (вертикальные и горизонтальные, вращающиеся и неподвижные и др.).

Технологический процесс состоит из следующих основных операций: подготовка сырья (дробление, сортировка или брикетирование, подача в печь для полукоксования), процесс полукоксования, охлаждение парогазовой смеси и конденсация паров смолы, обезвоживание сырой смолы и разгонка её на фракции с последующей их очисткой.

На режим полукоксования и выход продуктов влияют различные технологические факторы: температура, размер кусков топлива, давление, состав и природа исходного сырья и т.п.

3.1.1. Влияние температуры

Начало термического разложения топлива зависит от его химического состава и характеризуется выделением газа и смолы. В интервале температур 100-250^оС удаляется гигроскопическая влага и образуются кислородосодержащие газы (CO, CO₂). Температура, при которой начинается выделение смолы, колеблется около 300^оС. Одновременно образуются заметные количества воды, которая называется водой разложения или пирогенетической водой. При 350-550^оС отгоняется большая часть летучих составных частей топлива.

При медленном нагреве продукты разложения из зоны процесса не успевают подвергнуться вторичному разложению, что обеспечивает не только высокий выход жидких продуктов, но и улучшает их качество. При быстром нагреве продукты разложения подвергаются частичному крекингу в рабочей зоне, в результате чего увеличивается выход газа за счёт уменьшения их качества.