Способ подготовки к слоевому коксованию шихты, содержащей продукты термической переработки бурых углей

Изобретение может быть использовано при получении металлургического кокса и сопутствующих химических продуктов коксования. В исходную шихту, содержащую смесь газовых, газовых жирных, жирных, коксовых и отощенноспекающихся углей, дополнительно вводят модифицирующую добавку в виде предварительно термообработанной буроугольной смолы скоростного пиролиза бурых углей. В качестве отощающей добавки вводят отощенноспекающийся уголь или его смесь с «жирной» добавкой в виде угля второго коксового при содержании отощенноспекающихся углей в шихте в количестве 4,32-14,32 мас.%, а угля второго коксового в количестве 6,09-13,09 мас.%. Изобретение позволяет расширить сырьевую базу коксования и повысить выход целевого кокса с улучшенными физико-механическими характеристиками. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к способам подготовки угольных шихт для слоевого коксования с целью получения металлургического кокса и сопутствующих химических продуктов коксования (коксового газа, сырого бензола, смолы).

Развитие коксохимической промышленности на современном этапе во многом зависит от расширения ее сырьевой базы. В связи с возрастающим дефицитом коксовых и жирных углей встает вопрос о необходимости их экономного расходования и поиске путей замены последних в шихтах коксования.

В связи с распадом СССР два из четырех крупнейших, хорошо освоенных угольных бассейнов - основных поставщиков углей на коксование (Кузбасс, Донбасс, Карагандинский и Печорский) - оказались за рубежом. Однако ряд российских коксохимических заводов и в настоящее время, наряду с углями Кузбасса и Печорского бассейна, используют в шихтах слоевого коксования угли Украины и Казахстана (донецкие и карагандинские). Поэтому проблема расширения сырьевой базы углей для коксования с одновременным повышением выхода целевого кокса и улучшением его механических свойств путем частичной замены дефицитных коксовых углей в шихтах для коксования на недефицитные слабоспекающиеся угли с восполнением дефицита нелетучих жидких соединений в шихте добавкой термообработанной тяжелой смолы высокоскоростного пиролиза бурых углей несомненно актуальна технически значима и важна для коксохимической промышленности. Для высокоскоростного пиролиза с целью получения максимального количества смолы с последующей ее термообработкой и добавкой в шихты коксования предлагается использовать малозольные низкосернистые бурые угли Канско-Ачинского бассейна (КАУ) или бурые угли Монголии Багануурский (БН) и Тугругнуурский (ТН). Возможно использование бурых углей и других месторождений по техническим показателям (влажность, зольность, сернистость), близких к аналогичным показателям Канско-Ачинских или Монгольских бурых углей.

Наиболее близким к заявляемому является способ подготовки к коксованию шихты, включающий в качестве отощающей добавки мелкозернистый буроугольный полукокс (БПК) скоростного пиролиза, путем измельчения компонентов шихты, смешения углей и БПК, сушки шихты до остаточной влажности 2,5-4% с последующим коксованием (а.с. СССР. №1214718, БИ. опубл. 28.02.1986. / В.М.Динельт, М.Б.Школлер, И.В.Тимофива, Е.Б.Ушаков) (прототип).

Использовать отощающие шихту добавки в больших количествах нельзя из-за дефицита в коксуемой шихте собственных жидкоподвижных продуктов термолиза углей шихты. Отметим, что Донецкие угли характеризуются следующим выходом подвижной пластической массы, % на горючую массу угля: газовые (Г) 5-25; жирные (Ж) 35-70; коксовые (К) 20-35; отощенные спекающиеся (ОС) 1-20.

Традиционно шихту слоевого коксования составляют из нескольких компонентов (групп, шахтогрупп), и многие ее свойства не являются аддитивной величиной (выход жидкоподвижных продуктов в центробежном поле, кажущаяся вязкость, газопроницаемость, вспучиваемость и др.).

Угольные шихты коксохимических предприятий в пластическом состоянии характеризуются в основном следующими показателями: индекс вспучивания (ИГИ-ДМетИ) 12-39 мм; толщина пластического слоя 14-20 мм; индекс Рога (RI) 50-65.

Отметим, что газовые угли в шихтах снижают давление распирания и облегчают выдачу кокса, но они дают мелкий кокс с невысокой механической прочностью. Жирные и газовые угли в шихте обеспечивают нормальную структуру, высокую прочность и однородную кусковатость кокса. Отощенные угли способствуют повышению крупности кокса. По прототипу добавка 5 мас.% буроугольного полукокса (БПК) к компонентам шихты дает положительный эффект: а) увеличивается механическая прочность кокса на 2,2 мас.%; б) снижается истираемость кокса на 1,4 мас.%.

Однако известный способ обладает существенным недостатком, так как присутствие в шихте БПК (отощающая добавка) приводит к снижению в процессе коксование выхода нелетучих жидких соединений (НЖС), ответственных за переход коксуемой массы в пластическое состояние и ее формирование. В прототипе давление распирания будет выше по сравнению с коксованием без отощающих добавок. Количество НЖС в шихте должна быть оптимальным, так как НЖС активно взаимодействует с частицами формирующегося полукокса, адсорбируясь в его порах и трещинах. В оптимальных условиях зона основного пластического состояния характеризуются минимальной вязкостью и максимальной парогазонасыщенность. При введении в шихту отощающих добавок (БПК или отощенноспекающегося угля марки ОС) без восполнения недостатка НЖС добавкой жидких продуктов подобных НЖС (например, тяжелых смол пиролиза бурых углей) пластическая масса будет характеризоваться повышенной вязкостью и еще большей парогазонасыщенностью, что приводит к повышению в камере коксования давления распирания, что чревато аварийной ситуацией или преждевременным выходом из строя огнеупорной кладки коксовой печи. Указанное явление отрицательно сказывается на режиме работы коксовых печей и приводит к их преждевременному износу.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение сырьевой базы коксования и повышение выхода целевого кокса с улучшенными физико-механическими характеристиками.

Поставленная задача достигается тем, что в способе подготовки к слоевому коксованию шихты, содержащей продукты термической переработки бурых углей, путем измельчения компонентов, в том числе отощающей добавки, их смешения и сушки теплоносителем, в исходную шихту, содержащую смесь газовых, газовых жирных, жирных, коксовых и отощенноспекающихся углей, дополнительно вводят модифицирующую добавку в виде предварительно термообработанной буроугольной смолы скоростного пиролиза бурых углей, а в качестве отощающей добавки вводят отощенноспекающийся уголь или его смесь с "жирной добавкой" в виде второго коксового угля при содержании отощенноспекающихся углей в шихте в количестве 4,32-14,32 мас.%, а угля второго коксового в количестве 6,09-13,09 мас.%.

Поставленная задача достигается также тем, что в исходную шихту вводят 3-10 мас.% отощающей добавки в виде угля марки ОС6, 3-7 мас.% "жирной" добавки в виде второго коксового угля марки К2 и 3-6 мас.% модифицирующей добавки. Кроме того, поставленная задача достигается тем, что для получения термообработанной буроугольной смолы скоростного пиролиза используют малозольные, низкосернистые Канско-Ачинские бурые угли или бурые угли Монголии различных месторождений или аналогичные по качеству бурые угли других регионов.

Техническим эффектом заявляемого способа является получение целевого продукта с улучшенными физико-химическими свойствами (повышенная прочность и пониженная истираемость) и с высоким выходом, а также расширение сырьевой базы коксования.

Предлагаемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Коксуют шихту Запорожского коксохимического завода (ЗКХЗ) в опытной печи, выполненной из огнеупорного материала, представляющей собой герметичную камеру шириной 400 мм, высотой 413 мм и длиной 365 мм с боковым электрообогревом и стояком для отвода летучих продуктов коксования. Разовая загрузка шихты составляет 30 кг.

Марочный состав шихты (мас.%): газовый уголь (Г) 36,2; газовый жирный (ГЖ) 13,2; жирный уголь (Ж) 24,1; (суммарное содержание коксового (К) и второго коксового (К2) 21,7; содержание угля марки К2 в шихте 7%; отощенноспекающийся уголь (ОС) 4,8; уголь марки K2 Донбасса характеризуется параметром y=18,6; содержанием серы 2,6 мас.%; уголь К2 Кузбасса содержит 0,5% серы и характеризуется параметром y=8,7 мм. Технический анализ шихты: зольность на сухую массу 7,4 мас.%; выход летучих на горючую массу 33 мас.%; общее содержание серы на сухую шихту 1,83 мас.%;

Пластометрические показатели шихты: усадка (х) 41 мм; толщина пластического слоя (y) 17,5;

Указанную шихту загружают в опытную печь при температуре внутри печи 1000°С, температуру боковых стенок поддерживают в течение 10 часов в пределах 1250-1300°С. По достижении в осевой плоскости коксового пирота температуры 950°С, кокс выдерживают при этой температуре еще 2 часа, после чего выгружают в камеру сухого тушения, где кокс тушат 4-5 часов без доступа воздуха. Выход кокса определяют на лабораторных весах с точностью ±0,01 кг. Кокс последовательно просеивают через сита с отверстиями 80, 40, 25 и 10 мм. Затем надрешеточные продукты взвешивают и определяют выход (мас.%) фракций (мм) >80; 80-40; 40-25; 25-10 и менее 10.

Испытания кокса на истираемость проводили в малом барабане (12,5 кг загрузки) в соответствии с ГОСТ 8929-65.

Вязкость пластической массы косвенно оценивали по усилию прокола при коксовании опытных шихт в автоматизированном пластометрическом аппарате (ГОСТ 1186-69). Опыты проведены в центральной заводской лаборатории Запорожского коксохимического завода, на кафедре технологии углехимических производств Санкт-Петербургского государственного технологического института и в Новокузнецком центре Восточного углехимических института.

Составы шихт по заявляемому способу, а также результат испытаний пластометрических параметров шихт и физико-химических показателей полученных коксов приведены в табл.1-3.

Остальные примеры, приведенные в табл.1, осуществляются аналогично примеру 1. Для получения модифицирующих добавок использовали бурые угли из месторождений России и Монголии. Возможно использование бурых углей из бассейнов других стран по качеству близких к углям Канско-Ачинского (Россия) бассейна или Багануурского и Тугругнуурского месторождений Монголии (МНР).

В заявляемом способе для коксования использовались базовые шихты Запоржского коксохимического завода с добавкой отощенноспекающегося угля (ОС6), второго коксового (К2) и термообработанной тяжелой смолы скоростного пиролиза бурых углей со следующими характеристиками:

1) уголь ОС6 с зольностью 6,5 мас.%, с выходом летучих на горючую массу 17,1 мас.% и влажностью 2,8 мас.%.

2) уголь К2 с зольностью 6,8 мас.%, с выходом летучих на горючую массу 21,4 мас.%, с рабочей влажностью 2,7 мас.%.

3) Термообработанные (с удалением 5,1 мас.% жидких и парогазообразных продуктов из исходных суммарных смол скоростного пиролиза) тяжелые смолы скоростного пиролиза бурых углей имели начало кипения 270-272°С и характеризовались следующими показателями:

а) Термообработанная смола скоростного пиролиза из Канско-Ачинского бурого угля Березовского месторождения (ТСВП КАУ) - плотность 1250 кг/м3; температура размягчения 35,3°С; зольность 1,97%, коксуемость по Конрадсону 32%; элементный состав (мас.% на горючую массу): С 81,3; Н 5,9; N 0,8; S 0,31; O 11,7.

Характеристики термообработанных смол скоростного пиролиза бурых углей Монголии: а) Термообработанная смола скоростного пиролиза из Багануурских углей (ТСВП БН): плотность при 20°С 1236 кг/м3; температура размягчения 34,9°С;

б) Термообработанная смола скоростного пиролиза из Тугругнуурских углей (ТСВП ТН): плотность при 20°С 1232 кг/м3; температура размягчения 34,6°С;

в) В табл.1 кроме пластометрических показателей (x и y) базовой и предлагаемых шихт приведены величины усилий (относительные единицы) прокала пластической массы при измерении толщины пластического слоя при их испытании в автоматизированном пластометре.

При коксовании шихт №2, 4-6 (табл.1) усилие прокола пластической массы выше, чем у типовых шихт, используемых при промышленных коксованиях на Запорожском коксохимическом заводе (ЗКХЗ), однако оно ниже, чем у прототипа. Следовательно, при коксовании всех заявляемых шихт (табл.1) давление распирания в камере коксования будет ниже, чем у прототипа, что благоприятно скажется на сроках службы коксовых печей. Максимально комфортные условия коксования (по критерию безопасной эксплуатации коксовых печей) обеспечиваются на шихтах №2, 7-11 (минимальное усилие прокола слоя пластической массы коксуемой шихты).

Соотношение цен на используемые в шихтах марки углей (по данным ЗКХЗ) следующее: угли Донбасса Г:Ж:К:ОС-1:1,26:1,36:1,21; уголь ГЖ Львовско-Волынского бассейна - 1,15, относительные цены на угли Кузбасса (марок Г и К2) 0,48; 0,58 соответственно. Наиболее дешевыми компонентами предлагаемых шихт являются буроугольный полукокс (БПК) и термообработанная смола высокоскоростного пиролиза (ТСВП) с опытно-промышленной установки Тверской ТЭЦ (0,36) при базисе, равном единице (стоимость газового угля Донецкого бассейна). Это связано с низкой ценой на бурые угли Канско-Ачинского бассейна, где добыча проводится открытым способом на мощных угольных разрезах. Более высокая стоимость углей Донбасса связана с невысокой рабочей мощностью промышленных сложных пластов и с большей глубиной залегания угля по сравнению с Кузбассом.

Таким образом видно, что в шихтах целесообразно максимально использовать относительно дешевые угли и добавки: Г, К2, ОС6, ТСВП. Использование же в шихтах коксования буроугольного полукокса также целесообразно, экономически оправданно, и этот вариант предложен в выбранном нами прототипе.

Однако увеличивать в шихтах коксования по сравнению с оптимальным содержание газовых углей нецелесообразно, так как это приведет к снижению выхода валового кокса и ухудшению его качества (механической прочности).

Поэтому модернизировать составы исходных шихт коксования целесообразно за счет использования индивидуальных добавок БПК, углей К2, ОС6, ТСВП или различного их сочетания.

Из табл.2 видно, что товарный кокс из заявляемых шихт по сравнению с промышленным коксованием шихты ЗКХЗ характеризуется увеличением механической прочности (по выходу классу М25) до 2,7% и снижением истираемости (по выходу класса М10) до 2,9%. Товарный кокс характеризуется по этим показателям также и более высокими показателями по сравнению с прототипом.

Наиболее благоприятные условия коксования (по давлению распирания) наблюдаются при использовании заявляемых шихт №7-11. В этих условиях достигаются более высокие показатели по выходу классов кокса +80, 80-40, 40, 25 (табл.3). По сравнению с промышленным коксованием шихты ЗКХЗ истираемость кокса (класс минус 10) понижается на 2,5-2,9 мас.%

Кроме того, по заявляемому способу модифицированные шихты будут дешевле за счет вовлечения в их состав менее дорогих и менее дефицитных марок угля ОС6, К2 и модифицирующих добавок (термообработанных смол скоростного пиролиза бурых углей).

Суммарный полезный эффект изобретения заключается в расширении сырьевой базы коксования, повышении выхода валового кокса и улучшении его физико-механических свойств (повышенная прочность и пониженная истираемость).

Таблица 1
Толщина пластического слоя (y) и усадка (х) и усилие прокола (р) базовой и заявляемой шихт коксования
№ п/пСостав шихты, мас.%x, ммy, ммР, относит. единицы
1Базовая шихта ЗКХЗ33220,16
2Шихта + 10% ТСВП (КАУ)35260,10
3Шихта + 10% БПК (КАУ)28190,23
4Шихта + 10% БПК (БН) + 3% ТСВП (БН)30180,20
5Шихта + 10% угля ОС628190,23
6Шихта + 10% угля ОС6 + 3% ТСВП (КАУ)29200,17
7Шихта + 10% угля ОС6 + 6% ТСВП (ТН)32230,15
8Шихта + 10% угля ОС6 + 6% ТСВП (КАУ)32220,14
9Шихта + 10% угля ОС6 + 6% ТСВП (БН)32230,14
10Шихта + 7% угля К2 + 3% угля ОС6 + 3% ТСВП (КАУ)31240,13
11Шихта + 7% угля ОС6+3% угля К2 + 6% ТСВП (БН)33220,16

Таблица 2
Выход кокса и его прочность (%)**
№ п/пСостав шихты, мас.%Механическая прочность, %Выход кокса, %
М25М10
7Шихта ЗКХЗ + 10% угля ОС6 + 6% ТСВП (ТН)88,47,579,5
8Шихта ЗКХЗ + 10% угля ОС6 + 6% ТСВП (КАУ)88,47,479,4
9Шихта ЗКХЗ + 10% угля ОС6 + 6% ТСВП (БН)88,47,579,5
10Шихта ЗКХЗ + 7% угля К2 + 3% угля ОС6 + 3% ТСВП (КАУ)88,67,179,4
11Шихта ЗКХЗ + 7% угля ОС6+3% угля К2+6% ТСВП (БН)88,77,479,7
12Шихта ЗКХЗ + 5% БПК (КАУ)87,16,678,2
13Шихта ЗКХЗ + 10% БПК (КАУ)88,29,278,3
14Шихта ЗКХЗ861078
** Влажность шихты 2,3-2,7%

Таблица 3
Ситовый состав кокса из заявляемой и базовой шихт
№ п/пСодержание добовак к базовой шихте ЗКХЗ, мас.%Выход кокса по классам крупности (мм), мас.%
ОС6К2ТСВП+8080-4040-2525-10-10
710-6 (ТН)4,55029,49,67,5
810-6 (КАУ)4,650,128,09,97,4
910-6 (БН)4,55028,19,97,5
10373 (КАУ)4,851,528,38,47,1
11736 (БН)5,751,3289,67,4
Базовая шихта ЗКХЗ0002,44928,210,410

1. Способ подготовки к слоевому коксованию шихты, содержащей продукты термической переработки бурых углей, путем измельчения компонентов, в том числе отощающей добавки, их смешения и сушки теплоносителем, отличающийся тем, что в исходную шихту, содержащую смесь газовых, газовых жирных, жирных, коксовых и отощенноспекающихся углей, дополнительно вводят модифицирующую добавку в виде предварительно термообработанной буроугольной смолы скоростного пиролиза бурых углей, в качестве отощающей добавки вводят отощенноспекающийся уголь или его смесь с «жирной» добавкой в виде угля второго коксового при содержании отощенноспекающихся углей в шихте в количестве 4,32-14,32 мас.%, а угля второго коксового в количестве 6,09-13,09 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в исходную шихту вводят 3-10 мас.% отощающей добавки, 3-7 мас.% «жирной» добавки и 3-6 мас.% модифицирующей добавки.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для получения термообработанной буроугольной смолы скоростного пиролиза используют Канско-Ачинские бурые угли или бурые угли Монголии из различных месторождений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к составам для получения гранулированного топлива для пиролиза на основе торфа с модифицирующими добавками и может быть использовано в малой энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве.

Изобретение относится к области химической промышленности, направлено на совершенствование технологии производства пылеугольного топлива и может быть использовано в энергетике, металлургии и других отраслях народного хозяйства.

Изобретение относится к области термохимической переработки органических техногенных и твердых бытовых отходов и может быть использовано в коксохимической отрасли промышленности.

Изобретение относится к производству кокса, в частности к способу подготовки угольной шихты к коксованию и может быть использовано в коксохимической отрасли промышленности.

Изобретение относится к области химической переработки отходов коксохимического производства и резиносодержащих изделий. .

Изобретение относится к коксохимическому производству, а именно к технологии подготовки угольной шихты к коксованию, и позволяет повь сить прочность кокса без увеличения его зольности.

Изобретение описывает пылеугольное топливо для доменной плавки из углеродсодержащего материала, при этом углеродсодержащий материал включает 50-55 мас.% низкозольного и низкосернистого тонкоразмолотого угля с низким выходом летучих веществ, 40-45 мас.% мелкодисперсного полукокса, полученного при температуре 600-650°C из низкозольных и низкосернистых бурых углей, и 5-10 мас.% пылевидных отходов процесса сухого тушения металлургического кокса. Использование материалов с низким выходом летучих веществ, позволяет улучшить экологические показатели процесса выплавки чугуна в доменных печах. Повышенное интенсивное тепловыделение при окислении, обусловленное высокой химической активностью буроугольного полукокса, позволяет обеспечить достижение необходимой величины коэффициента замены кокса при меньшем расходе ПУТ, а также более рационально утилизировать высокоуглеродистые отходы процесса сухого тушения металлургического кокса. 2 ил., 2 табл., 3 пр.
Изобретение относится к области получения металлургического кокса и может быть использовано в металлургии, в частности на коксохимических предприятиях. Cмесь каменноугольного пека с нефтяным полукоксом с выходом летучих веществ 12-27%, содержанием серы до 4,8%, температурным интервалом пластичности в диапазоне 50-100°C в соотношении от 1,0 к 10,0 до 1,0 к 2,5 применяют в качестве добавки-заменителя по меньшей мере одного из группы углей шихты при производстве металлургического кокса. Предложенная добавка имеет универсальные свойства, позволяющие в зависимости от соотношения пека каменноугольного и нефтяного полукокса заменять собой разные группы углей в шихте при производстве металлургического кокса.
Наверх