Способ получения кокса из шубаркольских углей

(51) 10 47/40 (2011.01) 10 49/02 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОКСА ИЗ ШУБАРКОЛЬСКИХ УГЛЕЙ(57) Изобретение относится к химической технологии топлива, в частности к получению кокса для металлургической и химической промышленности из слабоспекающихся и неспекающихся длиннопламенных каменных углей. Технический результат изобретения - повышение качества кокса за счет стабилизации величины реакционной способности твердого углерода в валовом продукте, который обеспечивается путем формирования заданной структуры кокса. Кусковые угли в рядовом или сортовом виде подвергаются термоокислительному коксованию с заданной скоростью нагрева угольной шихты в интервале температур 300-600 С. Для получения кокса с более плотной текстурой, сохраняющего кусковатость исходного угля, скорость нагрева угольной шихты составляет 0,1-10,0 С С/мин, а для получения высокореакционной вспученной текстуры - скорость нагрева угольной шихты 10,1300 С/мин в указанном интервале температур.(72) Ким Василий Анатольевич Толымбеков Манат Жаксыбергенович Жарменов Абдурасул Алдашевич Ли Алексей Миронович Кударинов Сагинтай Хинаятович Богоявленская Ольга Анатольевна(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Химикометаллургический институт им. Ж. Абишева Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан Изобретение относится к химической технологии топлива, в частности к получению кокса для металлургической и химической промышленности из слабоспекающихся и неспекающихся длиннопламенных каменных углей. Известен способ получения кокса путем термоокислительного коксования угольной загрузки,располагаемой на непрерывно движущейся решетке в закрытой камере за счет тепла сгорания образующихся при коксовании летучих веществ в присутствии подаваемого из-под решетки воздуха (Патент США 2209255, кл. 201-27, 1940). Существенным недостатком данного способа являются большие колебания качества кокса по остаточному содержанию летучих веществ. Наиболее близким к заявляемому решению является способ получения кокса методом термоокислительного коксования на цепной колосниковой решетке, включающий загрузку угля на решетку, нагрев его до температуры коксования и подачу через слой угля воздуха, заключающийся в том, что загрузку угля на полотно движущейся колосниковой решетки производят пофракционно по высоте слоя (Предпатент РК 12406, 2002). Недостатком известного способа коксования является то, что, несмотря на существенное увеличение качества кокса по остаточному содержанию летучих веществ, данный способ не позволяет получать кокс с заданной структурой,следствием чего являются большие колебания качества кокса по реакционной способности твердого углерода. Технический результат изобретения - повышение качества кокса за счет стабилизации величины реакционной способности твердого углерода в валовом продукте, который обеспечивается путем формирования заданной структуры кокса. Результат достигается за счет посекционного регулирования процесса горения летучих веществ по длине слоя угольной загрузки, обеспечивающем ее нагрев в интервале температур деструкции угольного вещества 300-600 С с заданной скоростью. Для получения однородного по свойствам низкореакционной структуры кокса процесс коксования угольной загрузки в указанном интервале температур производится со скоростью ее нагревания 0,1-10,0 С/мин. При этом образуется кокс с плотной структурой,с практическим сохранением кусковатости исходного угля. Для получения однородного по свойствам высокореакционной структуры кокса процесс коксования угольной загрузки в указанном интервале температур производится со скоростью ее нагревания более 10 С/мин, т.е. 10,1-300 С/мин. Это обеспечивает получение кокса со вспученной текстурой, с кусковатостью отличной от исходного угля. По известным данным в процессе нагрева угля происходит сложная совокупность физикохимических взаимодействий,которую можно рассматривать как цепь параллельнопоследовательных реакций,сопровождаемых деструкцией угольного вещества и синтезом на этой основе новых соединений. При этом процессы 2 деструкции и синтеза, происходящие в интервале температур 300-600 С, протекают не только стадийно,но и одновременно. Скорости этих реакций различны и зависят в значительной мере от скорости нагревания угольной загрузки. При быстром нагревании скорость реакции деструкции в значительной степени превышает скорость синтеза и вследствие этого в процессе формирования структуры кокса участвует большее количество жидкой фазы. Более того, при высокой скорости нагревания зона пластичности угля расширяется в сторону высоких температур, а сама пластичность из-за роста количества жидкой фазы быстро увеличивается. Пластичная масса подобного происхождения способна взаимодействовать со значительным количеством инертных компонентов шихты, запекаясь или спекаясь вместе с ними. Для слабоспекающихся и неспекающихся длиннопламенных каменных углей, содержащих 80 и болеевитринита от органической массы - углей типа Шубаркольского разреза, по данным результатов,выполненных нами исследований,процесс формирования структуры кокса протекает следующим образом. При нагревании угля в интервале температур 300600 С со скоростью 10 С/мин скорость реакции деструкции равна скорости синтеза новых соединений на основе продуктов деструкции. Соизмеримость скоростей деструкции и синтеза является критерием для разграничения механизма формирования структуры кокса по разным схемам. Такпри скорости нагревания шубаркольского угля 10 С/мин и менее,т.е. при 0,1-10,0 С/мин в указанном выше в интервале температур, скорость деструкции меньше скорости синтеза. По этой причине,вследствие неравномерности прогрева частиц угля по ее сечению,в начальный момент коксования на поверхности частицы(куска) угля образуется жесткий поверхностный каркас, через который диффундирует паро-газовая смесь, выделяющаяся из глубинных слоев. Образующийся жесткий поверхностный каркас не позволяет угольной загрузке свободно вспучиваться и, тем самым, в определенной мере выполняет роль стенок печной камеры (пример классического коксования). В отдельных случаях градиент температуры по сечению частиц угля обуславливает неравно-мерность усадочных явлений по толщине нагреваемого слоя и вызывает развитие сети трещин на поверхности коксуемого массива, которые в свою очередь препятствуют созданию необходимого давления распирания. В силу указанных причин образующийся кокс характеризуется более плотной структурой, с низкой реакционной способностью твердого углерода и кусковатостью близкой к кусковатости исходного угля. При нагревании шубаркольского угля в интервале температур 300-600 С со скоростью более 10 С/мин,т.е. 10,1-300 С/мин, скорость деструкции становится больше скорости синтеза и, в данном случае, процесс термоокислительного коксования сопровождается образованием менее жесткого (деформируемого) поверхностного каркаса на угольной частице,приводящего к ее вспучиванию, вследствие создания внутри частицы высоких давлений паро-газовой фазы. При этом образующийся кокс характеризуется пористой (вспученной) структурой. В результате частица угля увеличивается в объеме, а кокс обладает высокой реакционной способностью. Нижний предел скорости нагревания угольной загрузки в интервале температур 300-600 С, т.е. 0,1 С/мин, обусловлен минимальной скоростью нагревания, при которой технологически возможно проведение процесса коксования угля в производственных условиях. Коксование с более низкой температурой нагревания нецелесообразно вследствие уменьшения производительности печей. Верхний предел скорости нагревания угольной загрузки в интервале температур 300-600 С, т.е. 300 С/мин, обусловлен максимально возможной скоростью нагревания в данном температурном интервале. Более высокие скорости нагревания при коксовании на существующем оборудовании трудно достичь. Верхний предел скорости нагревания угольной загрузки для получения низкореакционной структуры кокса, т.е. 10 С/мин обусловлен равностью скоростей деструкции и синтеза, вследствие чего формируется плотная структура кокса. Нижний предел скорости нагревания угольной загрузки для получения высокореакционной структуры кокса, т.е. 10,1 С/мин обусловлен началом опережения скорости деструкции над скоростью синтеза и формированием вспученной структуры кокса. Пример. Коксованию подвергался шубаркольский уголь,крупностью 0-80 мм. Условия термоокислительного коксования различались скоростью нагревания угольной загрузки в интервале температур 300-600 С(таблица). Требуемая скорость нагревания угольной загрузки обеспечивалась заданной интенсивностью сжигания летучих веществ, образующихся в процессе коксования за счет посекционного изменения количества воздуха, просасываемого через слой материала и скорости движения колосниковой решетки. При использовании указанного приема точность регулирования в значительной мере зависит от площади сечения каждой секции. Из таблицы видно, что при коксовании угольной загрузки известным способом - без обеспечения заданной скорости нагревания в зоне прогрева угольной загрузки, от 300 до 600 С структура образующегося кокса разнородная (плотнаявспученная). Причем у мелких кусков кокса преобладает вспученная текстура, а у крупных плотная. Следствием этого является широкий диапазон колебания реакционной способности в валовом коксе, достигающий величины 7,5. В предлагаемом способе за счет реализации посекционного регулирования подачи воздуха в слой угля и скорости движения решетки, в зоне его прогрева от 300 до 600 С, обеспечивалась заданная скорость нагревания угольной загрузки, разделенная скоростью нагрева 10 С/мин, при которой скорость деструкции угольного вещества соизмерима со скоростью синтеза новых соединений. Таким образом, предлагаемый способ позволяет, по сравнению с прототипом, управлять процессом формирования структуры кокса и существенно снизить диапазон колебания реакционной способности твердого углерода в валовом коксе (примеры 2 и 3) и,тем самым,повысить его качество. Таблица Показатели коксования шубаркольского угля Пример Крупность Скорость нагревания Реакционная способность валового кокса, мл/г.с Диапазон колебания реакционной способность валового кокса ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения кокса из шубаркольских углей,включающий термоокислительное коксование угля за счет тепла сгорания летучих веществ, отличающийся тем, что уголь подвергают коксованию путем его нагревания в интервале температур деструкции. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термоокислительное нагревание осуществляют со скоростью 0,1-10,0 С/мин для получения низкореакционного кокса с плотной структурой. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что термоокислительное нагревание осуществляют со скоростью 10,1-300 С/мин для получения высокореакционного кокса со вспученной структурой.