Способ получения металлургического среднетемпературного кокса

Изобретение относится к технологии переработки топлива, в частности к получению металлургического среднетемпературного кокса и попутного горючего газа путем термоокислительной обработки угля в плотном слое, и предназначено для использования в металлургии. Способ получения металлургического среднетемпературного кокса включает термоокислительную обработку угля при температуре 750-900°С в аппарате шахтного типа с использованием эффекта обратной тепловой волны, при этом используется фракция угля 0-70 мм, а удельная подача воздуха составляет 60-150 м3/(м2час) в зависимости от марки угля. Охлаждение кокса осуществляется посредством принудительной циркуляции газа по контуру "аппарат - теплообменник" с полезным отбором тепловой энергии, чем достигается увеличение энергоэффективности процесса. Достигаемый технический результат - получаемый среднетемпературный кокс имеет более высокую прочность и плотность, низкую зольность и более крупный средний размер куска. Кроме того, увеличивается удельный выход кокса и энергоэффективность процесса. 1 табл.

 

Изобретение относится к области переработки угля, в частности к получению металлургического среднетемпературного кокса и попутного горючего газа для использования в металлургии.

Известен способ получения среднетемпературного кокса в вертикальной шахтной печи, в которую уголь подается сверху, а кокс выгружается снизу. Переточными рукавами печь разделена на три зоны: верхнюю зону сушки, среднюю зону коксования (пиролиза) и нижнюю зону охлаждения. В зону сушки и коксования подаются горячие дымовые газы из внешнего топочного устройства, а в зону охлаждения - предварительно охлажденный во внешнем теплообменнике газ из зоны коксования. Уголь, двигаясь самотеком сверху вниз, последовательно подвергается нагреву, термическому разложению (коксованию), охлаждению и тушится водой при выгрузке из печи. Такие печи эксплуатируются в Польше, Австралии, Китае, до недавнего времени действовали в Германии и на Ангарском коксогазовом заводе (Школлер М.Б. Полукоксование каменных и бурых углей. - Новокузнецк: Инженерная академия России. Кузбас. филиал, 2001. - 232 с.).

Недостатками данного способа являются: возможность перерабатывать только крупнокусковое (20-80 мм) термически прочное сырье, так как требуется подача большого количества внешнего теплоносителя (горячих дымовых газов), и поэтому необходима хорошая газопроницаемость слоя угля; низкая удельная производительность печи, связанная с необходимостью длительного конвективного нагрева крупных частиц угля горячими газами; экологическая опасность производства из-за поступления в атмосферу большого объема отработанного теплоносителя, содержащего оксид углерода и токсичные продукты термического разложения угля и из-за наличия широкого спектра токсичных веществ в жидких и газообразных продуктах коксования и сточных водах; потребность в воде для тушения кокса, высокая влажность и пониженная структурная прочность получаемого продукта из-за его мокрого тушения.

Наиболее близким к заявляемому способу по достигаемому результату и технической сущности является способ получения углеродного адсорбента в вертикальном аппарате шахтного типа с внутренним обогревом за счет сжигания летучих и части углеродного остатка в слое угля, продуваемом потоком воздуха (патент РФ №2014883, 30.06.1994 г.). Способ предполагает розжиг слоя угля со стороны, противоположной подаче воздуха, в результате которого при определенных параметрах дутья образуется обратная тепловая волна, которая смещается навстречу потоку воздуха. При прохождении тепловой волны через слой уголь последовательно подвергается нагреву, сушке и пиролизу, превращаясь, таким образом, в кокс. Парогазовая смесь продуктов сушки и пиролиза, а также часть кокса реагируют с кислородом воздуха до полного его исчерпания, образуя в пределах тепловой волны узкую зону горения, в которой достигается температура от 750 до 900°С. Далее по ходу движения горячие продукты горения (CO2 и Н2О) восстанавливаются на коксе до оксида углерода и водорода. Горючий газ отводится из аппарата для последующей переработки и использования. Образующийся после термоокислительной обработки углеродный остаток классифицируется как среднетемпературный кокс. При переработке угля согласно известному способу получаемый продукт имеет большую пористость (свыше 60%) и развитую внутреннюю поверхность, что обеспечивает его высокую сорбционную активность и последующее использование преимущественно в качестве углеродного адсорбента.

Получаемый согласно известному способу продукт несмотря на близость по химическому составу к металлургическому коксу, высокую реакционную способность и большое удельное электрическое сопротивление имеет ограниченное применение в металлургии, в первую очередь, из-за невысокой структурной прочности, малой плотности, относительно небольшого размера куска (максимальный - 20 мм, средний - 2-5 мм) и повышенной зольности. Прочность углеродного остатка, а также его плотность существенно снижаются вследствие высокой пористости. Недостатком данного способа также является пониженный удельный выход твердого продукта из-за большой степени обгара исходного углеродсодержащего сырья.

Задача настоящего изобретения состоит в получении твердого продукта, в полной мере отвечающего требованиям к металлургическому коксу, и, прежде всего в части структурной прочности, при условии сохранения высокой реакционной способности и удельного электрического сопротивления.

Техническим результатом изобретения является повышение энергоэффективности процесса, увеличение удельного выхода твердого продукта, прочности, плотности и среднего размера куска среднетемпературного кокса, а также снижение его зольности за счет уменьшения степени обгара кокса.

Технический результат достигается за счет укрупнения фракционного состава исходного угля до 70 мм, снижения удельного расхода воздуха до 60-150 м3/(м2·час) в зависимости от марки угля, а также охлаждения кокса посредством принудительной циркуляции газа по контуру "аппарат - теплообменник" с полезным отбором тепловой энергии.

Для достижения технического результата способ осуществляется следующим образом. В шахтный аппарат через загрузочный люк загружают дробленый уголь фракции 0-70 мм, под газораспределительную решетку внизу шахты подают воздушное дутье с удельным расходом от 60 до 150 м3/(м2час) в зависимости от марки угля и поджигают слой угля со стороны, противоположной подаче дутья, с целью образования обратной тепловой волны, которая с постоянной скоростью смещается навстречу потоку воздуха, оставляя за собой слой горячего кокса. Уголь при прохождении тепловой волны последовательно подвергается нагреву, сушке и пиролизу. Горючие продукты пиролиза полностью с гора от в кислороде воздуха с образованием диоксида углерода и водяного пара, которые затем восстанавливаются на горячей поверхности кокса до оксида углерода и водорода, образуя, таким образом, горючий газ, не содержащий углеводородов ряда выше метана, в том числе конденсируемых смолистых веществ. После достижения тепловой волной уровня газораспределительной решетки процесс завершается. По завершении процесса коксования производится охлаждение (сухое тушение) кокса газом посредством его принудительной циркуляции по контуру "аппарат - теплообменник" с полезным отбором тепловой энергии. Охлажденный кокс выгружается через люк, расположенный внизу аппарата.

В примерах, иллюстрирующих способ, использован аппарат шахтного типа с внутренним диаметром 0,5 м и высотой 1,5 м.

Пример 1

В качестве сырья использовали уголь фракции 0-70 мм (Шубаркольский уголь марки Д, Казахстан), имеющий следующий технический и элементный состав:

Wrt=12,2%;Сdaf=77,9%;
Аd=2,4%;Нdaf=5,3%;
Vdaf=44%;Ndaf=1,2%;
Qri=25,7 МДж/кг;Odaf=15,16%;Sdaf=0,44%.

В аппарат загружается 170 кг дробленого угля. Розжиг слоя осуществляется сверху. Воздушное дутье подается снизу. После достижения фронтом горения нижней стороны слоя угля процесс завершается.

Удельный расход воздуха - 120 м3/(м2час).

Скорость движения фронта горения составила 13,5 см/час.

Удельный выход кокса - 56 кг/(м2час).

Выход кокса - 52,2% от массы исходного угля.

Выход горючего газа - 194 м3/(м2час).

Удельная теплота сгорания сырого газа - 2,8 МДж/м3.

Зольность кокса. Аd=5,2%.

Кажущаяся плотность кокса - 0,695 г/м3.

Структурная прочность кокса - 79%.

Реакционная способность по СО2 при 1000°С - 2,76 см3/г·с.

Удельное электрическое сопротивление - 2,2 Ом·см.

Гранулометрический состав кокса: более 40 мм - 21%; 20-40 мм - 28%; 5-20 мм - 44%; менее 5 мм - 7%.

Пример 2

В качестве сырья использовали уголь фракции 0-70 мм (Березовский марки Б2, Канско-Ачинский бассейн), имеющий следующий технический и элементный состав:

Wrt=30%;Сdaf=71%;
Аd=5%;Нdaf=5,0%;
Vdaf=48%;Ndaf=0,7%;
Qfi=22,08 МДж/кг;Odaf=23%;Sdaf=0,3%.

В аппарат загружается 120 кг дробленого угля. Розжиг слоя осуществляется сверху. Воздушное дутье подается снизу. После достижения фронтом горения нижней стороны слоя угля процесс завершается.

Удельный расход воздуха - 67,5 м3/(м2час).

Скорость движения фронта горения составила 10,5 см/час.

Удельный выход кокса - 36,1 кг/(м2час).

Выход кокса - 35%.

Выход горючего газа - 114 м3/(м2час).

Удельная теплота сгорания сырого газа - 2,5 МДж/м3.

Зольность кокса, Аd=14,2%.

Плотность кокса - 0,53 т/м3.

Структурная прочность кокса - 64%.

Реакционная способность по CO2 при 1000°С - 7,95 см3/г·с.

Удельное электрическое сопротивление - 1,9·103 Ом·см.

Гранулометрический состав кокса: более 40 мм - 6%; 20-40 мм - 17%; 5-20 мм - 40%; менее 5 мм - 37%.

Пример 3 (сравнительный)

В качестве сырья использовали уголь фракции 5-20 мм (Березовский марки Б2, Канско-Ачинский бассейн), имеющий следующий технический и элементный состав:

Wrt130%;Сdaf=71%;
Аd=5%;Нdaf=5,0%;
Vdaf=48%;Ndaf=0,7%;
Qri=22,08 МДж/кг;Оdaf=23%;Sdaf=0,3%.

В аппарат загружается 120 кг дробленого угля. Розжиг слоя осуществляется сверху. Воздушное дутье подается снизу. После достижения фронтом горения нижней стороны слоя угля процесс завершается.

Удельный расход воздуха - 115 м3/(м2час).

Скорость движения фронта горения составила 9,2 см/час.

Удельный выход кокса - 27,7 кг/(м2час).

Выход кокса - 27,4%.

Выход горючего газа - 164 м3/(м2час).

Удельная теплота сгорания сырого газа - 2,6 МДж/м3.

Зольность кокса, Аd=21%.

Плотность кокса - 0,45 т/м3.

Структурная прочность кокса - 46%.

Гранулометрический состав кокса: 5-20 мм - 19%; менее 5 мм - 81%.

Таким образом, предложенный способ позволяет получать кокс, имеющий более высокую прочность и плотность, низкую зольность, более крупный средний размер куска и более высокий удельный выход твердого продукта (см. таблицу).

Таблица
ПараметрПример 1Пример 2Пример 3 (сравнительный)
Размер фракции угля, мм0-700-705-20
Удельный расход воздуха, м3/(м2·ч)12067,5115
Зольность кокса5,214,221,0
Структурная прочность кокса, %796446
Кажущаяся плотность кокса, г/см30,6950,530,45
Удельный выход кокса, %52,235,027,4
Средний размер куска кокса, мм19,59,63,2

Способ получения металлургического среднетемпературного кокса в аппарате шахтного типа, включающий термоокислительную обработку угля в обратной тепловой волне с температурой 750-900°С, отличающийся тем, что используют уголь фракции 0-70 мм при удельном расходе воздуха 60-150 м3/(м2·ч) в зависимости от марки угля и производят охлаждение (сухое тушение) кокса газом посредством его принудительной циркуляции по контуру "аппарат - теплообменник" с полезным отбором тепловой энергии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области переработки угля, в частности к получению среднетемпературного кокса металлургического и энергетического назначения путем термоокислительного коксования угля в кипящем слое.

Изобретение относится к способу пиролиза и газификации твердых органических веществ или смесей органических веществ. .

Изобретение относится к получению жидких углеводородных смесей из горючих сланцев, нефтеносного песка, бурых и каменных углей, древесины. .

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для получения полукокса, применяемого в химической промышленности в качестве технологического сырья при производстве активированных углей.

Изобретение относится к способу получения регенерированных гуминовых кислот из каменного угля путем сухофазного окисления с помощью кислорода или кислородо-азотных смесей.

Изобретение относится к области переработки угля в аппаратах с кипящим слоем для получения коксового продукта, а также ряда экономичных углеродных сорбентов и катализаторов для производства качественного металлургического кокса

Изобретение относится к области переработки угля, в частности к получению из угля тепловой энергии и высококалорийного твердого топлива (кокса)

Изобретение относится к энергетике, в частности водородной энергетике и производству углеродных материалов, и может быть использовано для получения энергетического углеводородного топлива, технического водорода и широкого класса углеродных материалов из биомассы

Изобретение относится к области переработки угля, в частности к получению из угля тепловой энергии и высококалорийного термообработанного твердого топлива для металлургии, энергетики и других отраслей промышленности

Изобретение относится к установке для получения продукта пиролиза
Изобретение может быть использовано в энергетике и химической промышленности. Способ осуществления пиролиза включает подачу в котел для сжигания первого исходного материала, а второй исходный материал подают в реактор пиролиза (а). В котле для сжигания из первого исходного материала получают энергию и передают ее из котла для сжигания в реактор пиролиза с помощью теплоносителя (b). Теплоноситель нагревают в котле для сжигания (с). В реакторе пиролиза из второго исходного материла получают газообразные и жидкие фракции продукта посредством быстрого пиролиза (d). Второй исходный материал смешивают с газом-носителем для получения смеси, а нагретый теплоноситель, который был нагрет в котле для сжигания, направляют в данную смесь (е). Теплоноситель прокачивают по замкнутой системе из котла для сжигания в реактор пиролиза и из реактора пиролиза в котел для сжигания через стадию разделения (f). Большинство потоков побочных продуктов, потоков остатков и потоков отходов направляют в котел для сжигания (g). Изобретение позволяет одновременно получать тепловую энергию и продукты пиролиза безопасным для окружающей среды образом. 10 з.п. ф-лы, 8 пр.

Изобретение относится к области химической промышленности и предназначено для получения из угля высококалорийного твердого топлива. Устройство состоит из двух сообщающихся камер. Первая камера состоит из питателя (1) для подачи угля, колосниковой решетки (2) с возможностью удаления сепарированной породы, устройства подачи дутья (3) при температуре не более 400°C и добавления дымовых газов до 100%, системы удаления отработанных газов (4) и патрубка для перелива слоя угля (5). Вторая камера состоит из устройства подачи первичного дутья (6) при температуре не более 400°C, устройства вторичного дутья (7) для дожигания горючих компонентов термического разложения угля и газификации кокса при температуре 600÷1000°C, системы утилизации тепловой энергии (8), системы для удаления дымовых газов (9) и выгрузочного патрубка для удаления кокса (10). Изобретение позволяет повысить эффективность переработки угля, повысить экологическую безопасность. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к пиролизу и установке, в которой твердый теплоноситель отделяют от продуктов реакции пиролиза и охлаждают при помощи закалочной среды для улучшения регулирования температуры. Закалочную среду применяют в качестве либо первичного, либо вторичного типа теплоотвода, что позволяет в большей степени регулировать температуру способа, в частности, в подогревателе, в котором сжигают древесный уголь в качестве твердого побочного продукта пиролиза. Закалочную среду распределяют в одно или более местоположений внутри резервуара подогревателя, например, поверх и/или внутри слоя плотной фазы псевдоожиженных частиц твердого теплоносителя для лучшего регулирования теплоотвода. Технический результат - создание способов пиролиза с улучшенным теплопереносом. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области низкотемпературного быстрого пиролиза и может быть использовано для производства топлива из биомассы мелкораздробленной древесины. Установка содержит технологически связанные между собой накопительный бункер исходного дисперсного сырья (ИДС) (25), камеру горения циркулирующего кипящего слоя (ЦКС) (26), пиролизный реактор ЦКС (2), циклоны очистки первой (7) и второй (8) ступеней, конденсаторы первой (9) и второй (11) ступеней, газодувку (17) с напорным каналом возврата газа рециркуляции, насос пиролизного топлива (13), водяной теплообменник (10) с первым и вторым каналами подачи переохлажденного конденсата пиролизного газа соответственно в конденсаторы первой (7) и второй (8) ступеней, блок очистки пиролизного топлива (18) с каналом отвода загрязняющих веществ (19), соединенный с насосом пиролизного топлива (13) и блоком стабилизации пиролизного топлива (20) с каналом отвода пиролизного топлива (24), форкамеру ИДС (1) с внутренним каналом (22) подачи нагретого ИДС в пиролизный реактор ЦКС (2) и форкамеру ТИВ (21) с внутренним каналом (23) перетока нагретого ТИВ в пиролизный реактор ЦКС (2). В камере горения ЦКС (3) размещены форкамера (1), форкамера (21) и концентрично установлен пиролизный реактор (2) ЦКС. Накопительный бункер ИДС (25) выполнен с возможностью удаления из зоны бункера образующихся паров воды. Форкамера ИДС (1) выполнена с возможностью удаления остаточной влаги из частиц ИДС путем термического удара. Канал (27) подачи частиц ИДС соединен с форкамерой ИДС (1). Изобретение позволяет повысить эффективность использования теплоты реакции горения углистого вещества. 4 ил.
Наверх