10.4.2. Производство пекового кокса

Производство пекового кокса осуществляется в специальных пекококсовые цехах или отделениях и включает следующие операции:

• подготовка исходного среднетемпературного пека к коксованию обычно путем термоокислительной его обработки совместно с пековой смолой и тяжелыми пековыми дистиллатами;

• коксование полученного высокотемпературного пека;

• конденсация и охлаждение парогазовых продуктов термоокислительной обработки и коксования пека;

• прокалка пекового кокса (в цехах с установками сухого тушения пекового кокса).

В качестве сырья для пекового кокса используют высокотемпературный пек с температурой размягчения не менее 145°С и выходом летучих веществ не более 51% масс, получаемый путем термоокислительной обработки среднетемпературного пека, получаемого обычным

253

фракционированием смолы и имеющим температуру размягчения 65 - 75 °С и выход летучих веществ не более 63% масс, в смеси с тяжелыми пековыми дистиллатами и пековой смолой, образующейся при коксовании пека. При этом протекает окислительная поликонденсация компонентов пека, в ходе которой γ - фракция переходит в β-фракцию, а α-фракция - в α₁-фракцию. Часть низкокипящих компонентов пека перегоняется в токе отработанного воздуха. При охлаждении последнего они конденсируются, образуя пековые дистиллаты.

Соотношение компонентов в смеси, направляемой на окисление, на большинстве предприятий следующее, % масс: пек: пековая смола: тяжелые пековые дистиллаты- 70 - 75; 20 - 25; 5-10. Смесь нагревают в трубчатой печи до конечной температуры 330 - 370°С. На некоторых предприятиях такой подогрев осуществляют в две ступени. После нагревания на первой ступени до 140 - 170°С в специальном испарителе смесь освобождают от паров воды и легких фракций.

После трубчатой печи сырье поступает в батарею последовательно размещенных кубов-реакторов. Последние представляют собой пустотелые вертикальные аппараты, в нижнюю часть которых через распределитель подается воздух или на некоторых заводах воздух, обогащенный кислородом. Пек из нижней части реактора за счет избыточного давления в аппарате по переточным трубам передавливается в последующие кубы-реакторы или в приемную пековую емкость. Парогазовая смесь из кубов-реакторов проходит отбойные колонны, охлаждается в конденсаторах до 80 - 90°С, очищается в абсорбере и на ряде заводов окончательно очищается от паров полициклических ароматических углеводородов на установке каталитического дожигания.

Температура жидкого пека в кубах-реакторах должна быть не ниже, соответственно, в первом - 320°С и последнем - 360°С. Удельный расход воздуха - около 160 Нм³/т смеси и кор­ректируется с учетом того, что в отработанном воздухе должно быть не более 3% об. кислорода. Избыточное давление в кубах-реакторах не превышает 10 кПа.

При коксовании пека образуется, % масс: 64 - 67 пекового кокса, 23 - 28 смолы и 7 - 8 газа. Большой выход летучих продуктов и низкая газопроницаемость пека вызывают его интенсивное вспучивание. Кладка пекококсовых печей работает в очень жестких условиях: жидкий пек проникает в неплотности кладки и быстро науглероживает огнеупоры. При загрузке за счет интенсивного снятия тепла резко снижается температура стенок камеры коксования. Интенсивная поликонденсация составляющих пековую смолу полициклических ароматических углеводородов в подсводовом пространстве и у стенок приводит к отложению на стенках и своде большого количества графита. Этот процесс усиливается из-за большой усадки кокса и соответствующего увеличения объема подсводового пространства.

Пекококсовые печи подобны обычным коксовым печам, но обладают рядом специфичных конструктивных особенностей и норм эксплуатации. В отечественной практике размеры камеры коксования: длина 13.12 м, высота 3 м, ширина 0.45 м при полном объеме 17 м³и полезном объеме 12 м³. В камеру, с учетом догрузок, загружают 17 - 19 т пека; уровень обогрева составляет 0.6 - 0.8 м; стены камеры имеют толщину 170-200 мм и выполнены с дополнительной перевязкой швов; кладка выполнена с учетом более значительного увеличения ее объема в период эксплуатации; в перекрытии камеры имеются отверстия для загрузки жидкого пека, подачи пара и газа на обезграфичивание. Газосборник расположен по центру батареи, стояки, естественно, по центру печной камеры. Двери печей дополнительно уплотняются огнеупорной глиной, смешанной с угольной шихтой (уплотняющая масса). Печи системы с групповым обогревом, которые группируются в блоки по 5 - 7 камер. Обычно печи компонуются по четыре блока, причем если три работают, то один находится в резерве или на имеющейся плите ведется перекладка печей. Дымовая труба, борова и газосборник общие для всех блоков. Отопительный газ - коксовый, технология обогрева, контроль температур и гидравлики такие же, как и на обычных коксовых печах. Температура пекового кокса в конце периода коксования за 20 мин до выдачи из печей составляет 950 - 1050°С по оси коксового пирога. Оборот печей в среднем 20 - 22 ч. Серийность выдачи печей обычно5-2.

Пек загружают в печи непрерывно в течение 5 - 7 ч. В первый час загружают 5 т пека с последующим сокращением его подачи. Это расширяет по времени период выделения летучих продуктов, снижая тем самым вспучивание и уменьшая нагрузку на кладку. Подача пека по

254

центру камеры обеспечивает более равномерный прогрев коксового пирога по длине печи.

Эксплуатация пекококсовых печей предполагает выполнение ряда операций, связанных с интенсивным образованием графита. Так, с начала загрузки и в течение всего периода коксования в камеры коксования подают сухой пар, опуская паровые сопла в двух точках у дверей камеры. В конце коксования очищают от отложений стояк, колена, люк и лючки. После выдачи кокса проводится осмотр каждой камеры. Слой графита не должен превышать 100 мм на своде и 20 мм на стенах камеры. После выдачи кокса и установки дверей графит в камере прожигают потоком воздуха через воздушные люки и стояки. Продолжительность такой вентиляции камер не должна превышать 1.5 ч.

Заметные разрушения кладки отмечают уже после 6-8месяцев эксплуатации, а срок службы печей максимально до 12 лет.

На большинстве заводов используют мокрое тушение кокса. Только на Череповецком металлургическом комбинате (ОАО "Северсталь") имеется установка сухого тушения пекового кокса, оснащенная камерой прокаливания, в которой кокс дополнительно нагревается до 1250 -1300°С за счет сгорания специально подаваемого коксового газа и выделяющихся при прокали­вании горючих газов.

Производят пековый кокс трех марок, различающихся по зольности (от 0.25 до 0.5% масс.) и сернистости (от 0.3 до 0.7% масс).

Кокс пековый со знаком качества КПЗ - 1 ЗК содержит не более, % масс: 0.25золы, не более 0.25 общей влаги, имеет выход летучих не более 0.8 и удельное электросопротивление не более 550 мкОм-м.

Парогазовая смесь, образующаяся при коксовании пека, охлаждается водой в клапанных коробках и газосборнике. После отделения от смолы газ охлаждается в холодильниках непо­средственного действия, орошаемых водой, и во втором холодильнике поглотительным маслом. Затем газ передается нагнетателем в газопровод коксового газа. Ниже приведены характеристи­ки пековой смолы и пекококсового газа.

Пековая смола: плотность 1190 - 1220 кг/м³, отгон до 360°С - 4 - 6% масс, нераствори­мых в толуоле - 6 - 8% масс. Выход пекококсового газа - 280 Нм³/т пека, плотность - 0.3 кг/Нм³, низшая теплота сгорания - 12.9 МДж/Нм³. Состав пекококсового газа, % об.: Н₂- 78.2; СН₄-10.7;N₂- 4.9; СО- 30.0; СО₂- 1.7; 0₂- 1.0; СnНm- 0.4.

В конце 80-х годов XXв японской фирмой "Ниппон стил кемикал" на основе каменно­угольного пека осуществляется производство более качественного пекового электродного кокса процессом замедленного коксования.

Каменноугольную смолу подвергают неглубокому фракционированию, образующуюся тяжелую фракцию "сырой пек" подогревают в трубчатой печи до 400 - 500°С и подают в емкость для коксования, где в результате реакций поликонденсации пек превращается в кокс, с выделением побочных жидких и газообразных продуктов, которые возвращаются в колонну разделения. Затруднения, вызываемые закоксовыванием пека в трубах при нагревании, были преодолены путем подачи перегретого пара высокого давления в питающий трубопровод.

Следует иметь в виду, что в пеке имеются значительные количества канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, способных при длительном воздействии вызывать злокачественные новообразования. Только 3.4-бензпирена в пеке до 3 - 4% масс. Поэтому при работе с пеком уделяется особое внимание герметизации оборудования, полной механизации всех операций, включая очистку емкостей от пека, пековой смолы и пековых дистиллятов, применению защитной одежды и защитных "смазок" для кожи.