Кокс и коксование


                              КОКС И КОКСОВАНИЕ

       Кокс-серое, чуть серебристое,  пористое  и  очень  твердое  вещество,
более  чем  на  96%  состоящее  из  углерода  и  получаемое  при  нагревании
каменного угля или  нефтяных  пеков  без  доступа  воздуха  при  950-1050°С.
Процесс  получения-  кокса  в  результате   переработки   природных   топлив
называется коксованием.


[pic]

Схема коксования: 1. -  коксовая  батарея;  2.  -  сборный  канал  продуктов
горения;  3.  -  газопровод;  4.  -  отделитель  конденсата;  5.  -  газовый
холодильник; 6. - электрофильтр;  7.  -  газодувка;  8.  -  трубопровод  для
отвода конденсата; 9. – отстойник; 10. – хранилище смолы;  11.  –  хранилище
аммиачной воды; 12. – аммиачная колонна; 13. – сатуратор; 14.  –  бензольный
скруббер; 15. – бензольная колонка.



       Кокс  применяют  для  изготовления   электродов,   для   фильтрования
жидкостей и, самое главное, для восстановления  железа  из  железных  руд  и
концентратов в доменном процессе  выплавки  чугуна.  В  доменной  печи  кокс
сгорает и образуется оксид углерода (IV):

                              С + 02 = СО2 + Q,

       который взаимодействует с раскаленным коксом  с  образованием  оксида
углерода (II):
                              С + СO2 = 2CO - Q

       Оксид углерода (II) и является восстановителем железа, причем сначала
из оксида железа (III)  образуется  оксид  железа  (II,  III),  затем  оксид
железа (II) и, наконец, железо:

                  3Fe2O3 + CO  =  2Fe3O4 + CO2 + Q

                  Fe3O4 + CO  =  3FeO + CO2 – Q

                  FeO + CO  =  Fe + CO2 + Q

       В результате доменного процесса получают жидкий чугун-сплав железа  с
примесями,  содержащимися  в  железной  руде  и  каменноугольном  коксе,   -
углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой .
       Коксование возникло в XVIII в., когда истребление лесов для получения
древесного угля, использовавшегося при выплавке железа, стало  угрожающим  и
потребовалось заменить этот уголь другим топливом. В 1735 г. в  Англии  была
проведена первая доменная плавка на коксе.
       В наше время 10% добываемого в мире каменного угля превращают в кокс.
Коксование проводят в камерах коксовой печи,  обогреваемых  снаружи  горящим
газом. При повышении температуры в каменном  угле  происходят  разнообразные
процессы. При 2500С из него испаряется  влага,  выделяются  СО  и  СО2;  при
3500С  уголь   размягчается,   переходит   в   тестообразное,   пластическое
состояние, из него выделяются углеводороды-газообразные  и  низкокипящие,  а
также  азотистые  и  фосфористые  соединения.  Тяжелые   уг-листые   остатки
спекаются при 5000С, давая полукокс. А при  7000С  и  выше  полукокс  теряет
остаточные летучие вещества,  главным  образом  водород,  и  превращается  в
кокс.
       Все  летучие  продукты  поступают   в   газосборник,   а   оставшийся
раскаленный кокс выталкивают в  так  называемый  тушильный  вагон,  где  его
охлаждают  (тушат)  водой  или  инертным   газом.   Летучие   вещества   при
конденсации образуют аммиачную воду и смолу. Часть неконденсирующегося  газа
используют для нагрева угля в камерах печи; остаток газа, аммиачная  вода  и
смола идут на переработку. Из них получают  разнообразные  неорганические  и
органические (главным образом ароматические) соединения. Из  1  т  каменного
угля получают примерно 800 кг кокса, 150 кг газа и 50 кг прочих продуктов.

                        Коксохимическое производство:
       Важным источником промышленного получения ароматических углеводородов
наряду с переработкой нефти является коксование каменного угля.
       Процесс коксования можно провести в лаборатории. Если каменный  уголь
сильно нагревать в железной трубке без доступа воздуха, то  через  некоторое
время можно будет наблюдать выделение газов и  паров.  В  U-образ-ой  трубке
конденсируется смола, имеющая неприятный запах, и над ней  вода,  содержащая
аммиак. Проходящие далее газы собираются в  сосуде  над  водой.  В  железной
трубке после опыта остается кокс. Собранный газ хорошо горит,  его  называют
коксовым газом.
       Таким образом, при нагревании  каменного  угля  без  доступа  воздуха
образуются четыре основных продукта: кокс, каменноугольная смола,  аммиачная
вода, коксовый газ.
       Коксохимическое производство в основе  своей  имеет  много  общего  с
лабораторным опытом коксования угля, оно как бы воспроизводит его в  крупных
масштабах.
       Промышленная коксовая печь состоит из длинной узкой камеры, в которую
сверху через отверстия загружают каменный уголь, и отопительных  простенков,
в каналах которых сжигают газообразное топливо (коксовый или доменный  газ).
Несколько  десятков  таких  камер  образуют  батарею  коксовых  печей.   Для
достижения  высокой  температуры  горения  газ   и   воздух   предварительно
нагревают в регенераторах, расположенных под камерами, подобно тому как  это
осуществляется в мартеновском способе производства стали.
       При нагревании угля без доступа воздуха до 900-1050 оС приводит к его
термическому разложению с образованием летучих продуктов и твердого остатка-
кокса.
       Процесс  коксования  длится  около  14  часов.  После  того  как   он
закончится,  образовавшийся  кокс-«коксовый  пирог»-выгружают  из  камеры  в
вагон и затем гасят водой или  инертным  газом;  в  камеру  загружают  новую
партию  угля,  и  процесс  коксования  начинается  снова.  Коксование  угля-
периодический процесс. Основные  продукты:  кокс-96-98%  углерода;  коксовый
газ-60% водорода, 25%  метана,  7%  оксида  углерода  (II)  и  др.  Побочные
продукты: каменноугольная  смола  (бензол,  толуол),  аммиак  (из  коксового
газа)и др.
       После остывания  кокс  сортируют  и  направляют  на  металлургические
заводы для доменных печей.
       Летучие продукты выводятся через отверстия вверху камер и поступают в
общий газосборник, где из них, как в нашем  опыте,  конденсируется  смола  и
аммиачная вода.
       Из неконденсирующегося газа извлекают аммиак и  легкие  ароматические
углероды  (главным  образом  бензол).  С  целью   извлечения   аммиака   газ
пропускают  через  раствор  серной  кислоты;  образующийся  сульфат  аммония
используется в качестве азотного удобрения.
       Ароматические углеводы получаются путем поглощения их растворителем и
последующей отгонки из образующегося раствора.
       Из каменноугольной смолы  путем  фракционирования  получают  гомологи
бензола, фенол (карболовую кислоту), нафталин и др.
       Коксовый  газ  после  отчистки  применяется  в  качестве  топлива   в
промышленных печах, так как содержит много горючих веществ. Он  используется
и как химическое сырье. Например, из коксового  газа  выделяют  водород  для
различных синтезов.

       Проблемы использования углеводородного сырья:
       До  недавнего  времени  в  топливном  балансе  страны  огромная  доля
приходилась на нефть. В связи  с  развитием  энергоснабжения  осуществляется
перевод энергетики  с  использованием  нефти  и  нефтепродуктов  в  качестве
топлива на широкое  применение  в  этих  целях  природного  газа,  угля,  на
использование атомной энергии. Это значит, что тяжелые  остатки  переработки
нефти-мазуты будут более полно  перерабатываться  в  светлые  нефтепродукты,
необходимые  для  современного  органического  синтеза.   Химической   науке
предстоит  задача  изыскать  более  эффективные  пути   переработки   нефти,
природного и  попутных  газов,  угля,  сланцев,  а  также  усовершенствовать
существующие с целью более полного и комплексного  использования  природного
углеводородного сырья.
       Получение искусственного жидкого топлива не является новой проблемой.
Установка гидрирования угля была введена в Германии еще в  1923  году,  а  в
1943 этим путем в Германии было получено 2 миллиона тонн  бензина  и  800000
тонн дизельного топлива. Процесс получения  искусственного  жидкого  топлива
был весьма дорогим и проходил при давлении 70 Мпа и температуре  180  оС.  В
послевоенные  годы  гидрирование  угля  практически  потеряло   промышленное
значение.
       В настоящее время учеными разрабатываются другие  экономически  более
выгодные   методы   гидрирования   угля   с    использованием    эффективных
катализаторов, что даст возможность снизить температуру и давление.
       Другим перспективным путем получения синтетического  жидкого  топлива
является его синтез из оксида углерода (II) и водорода.