Застосування продукту сповільненого напівкоксування важких нафтових залишків як добавки до вугільних шихт

Реферат: Застосування продукту сповільненого напівкоксування важких нафтових залишків як добавки до вугільних шихт, використовуваних для виробництва металургійного коксу. UA 84803 U (12) UA 84803 U UA 84803 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до виробництва металургійного коксу і може бути використана в металургії, зокрема, на коксохімічних підприємствах. Відома добавка коксувальна за патентом РФ № 2355729. Як коксувальну добавку до використовуваних для виробництва металургійного коксу вугільних шихт, застосовують нафтовий кокс з виходом летких речовин в інтервалі більше 14 % і менше 25 %. Відома добавка використовується лише як коксувальна. Задача корисної моделі - це створення добавки до вугільних шихт, яка забезпечує спільне коксування в шихтах вугілля з різними пластичними властивостями (з різними інтервалами пластичності), а також поліпшує якість коксу. Поставлена задача вирішується тим, що як добавку до вугільних шихт, які використовуються для виробництва металургійного коксу, застосовують продукт сповільненого напівкоксування важких нафтових залишків із вмістом летких від 12 до 25 %. Температурний інтервал пластичності складає для добавки не менше 120 °C. Добавка, що заявляється, являє собою продукт сповільненого напівкоксування важких нафтових залишків, який отримують в більш "м'якому" температурному режимі у порівнянні з температурним режимом коксування. В результаті виходить продукт з несподівано дуже великим інтервалом пластичності 120350 °C в інтервалі температур від 200 °C до 550 °C. Даний інтервал пластичності вимірювали за методом Гізелера, пластометричним способом за методом Сапожникова і за методом ОдібераАрну. Добавка, що заявляється, забезпечує поліпшення коксувальних і спікальних властивостей вугільних шихт, які складаються з різнорідної вихідної сировини, за рахунок розширення діапазону безперервного температурного інтервалу пластичності всієї вугільної шихти аж до 350 °C (при температурі початку пластичності 200 °C і температурі твердіння 550 °C). Для цього добавку, що заявляється, вводять до складу шихти для коксування. Власний інтервал пластичності добавки, що заявляється, перекриває температурні інтервали пластичності всього, що входить до складу вугільних шихт, що ліквідовує розриви інтервалів пластичності й підсилює спікливості всіх і кожного з вугіль, що входить до шихти. Це призводить до ущільнення вугільного завантаження при коксуванні, підвищення щільності кускового тіла коксу, поліпшення його міцності, зниження стирання й реакційної здатності. Реальна вугільна сировинна база коксування Росії не може забезпечити оптимальне співвідношення марок вугіль у шихті при дотриманні сукупності певних обмежень властивостей шихти, тому для підвищення якості коксу у вугільну шихту необхідно вводити коксувальні добавки. Враховуючи масштаби коксового виробництва, добавка має бути доступною за кількістю, ціною і не мати напряму більш кваліфікованого використання. В даний час і в осяжному майбутньому таким вимогам може відповідати лише продукт піролізу нафти. Відомі спроби впливу на показники міцності коксу шляхом добавок до вугільної шихти різних органічних матеріалів як коксохімічного, так і нафтохімічного походження. Основною метою цих робіт було впровадження до шихт для коксування більшої кількості слабко-спікальних і газових вугіль із зниженням пайової участі коксових і жирних, при цьому головним було забезпечення міцності коксу на тому ж рівні або навіть його підвищення. Добавка, що заявляється, як вже зазначалось, отримана методом сповільненого напівкоксування важких нафтових залишків. Цей продукт можна назвати нафтовим напівкоксом, тому що температура попереднього нагріву важкого залишку переробки нафти (піролізної смоли, гудрону й ін.) не перевищує 500 °C і вихід летких речовин з отриманого матеріалу складає 1225 % проти 6-12 % для звичайного нафтового коксу. Леткі речовини, що містяться в такому "модифікованому" нафтовому коксі, є незкоксованими вуглеводами, що характеризуються високою ароматичністю, термостійкістю й здатністю утворювати рідку фазу при нагріванні. При цьому чим більше вміст летких речовин в добавці, тим більше вміст в ній цих вуглеводнів, що підвищують термопластичні властивості добавки: спікливість і температурний інтервал пластичного стану. Як відомо, в процесі коксування компоненти вугільної шихти піддають термічній деструкції з утворенням великої кількості осколків макромолекул. Проте, як відомо, не всі осколки макромолекул, що утворюються, здатні знаходитися в рідкому стані й формувати пластичну масу. Тому введення у вугільну шихту добавки з підвищеним температурним інтервалом пластичності повинне при коксуванні сприяти утворенню великої кількості пластичної маси для цементування відносно інертних вугільних зерен. Добавка в процесі коксування розм'якшується, структура добавки стає в'язкою, добавка неначе огортає шматки шихти, скріпляючи їх між собою й утворюючи шматки коксу. 1 UA 84803 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 1 представлена крива, що характеризує температурний інтервал пластичності вугілля марки Hard Coking Coal (HCC) Peak Downs (Австралія), який вважається найбільш цінним для виробництва коксу. На фіг. 2 представлена крива, що характеризує температурний інтервал пластичності добавки, що заявляється. Криві на фіг. 1 і 2 являють собою модель коксування за методом Одібера-Арну. На обох кривих, представлених на фіг. 1 і фіг. 2: - точка t1 - точка розм'якшення продукту (точка початку пластичного стану); - точка t2 - точка максимального стискування; - точка t3 - точка затвердіння продукту (точка кінця пластичного стану). Крива, зображена на фіг. 1 є моделлю коксування вугілля марки НСС. У пластичному стані (в інтервалі між точками t1 і t3) відбувається спікання між собою зерен вугілля, що піддається коксуванню (включаючи вугілля й всі добавки). Коли вугілля коксувальних марок знаходиться в температурному інтервалі між точками t1 і t2, відбувається зменшення його об'єму, тобто вугілля ущільнюється. При коксуванні вугілля марки НСС (фіг. 1) його об'єм зменшується до 40,35 %. Загальний температурний інтервал пластичності вугілля марки НСС знаходиться в інтервалі між 402 °C (точка t1) і 480 °C (точка t3). Такі температурні значення контрольних точок (t1, t2, t3) означають, що вугілля швидко переходить з твердого стану в пластичний до точки максимального стискування 450 °C (точка t2), оскільки крива на фіг. 1 різко (майже вертикально) падає від точки t1 до точки t2. В цей інтервал вугілля ущільнюється. Оскільки вугілля знаходиться в пластичному стані у невеликому температурному інтервалі, воно не встигає досить якісно взаємодіяти із зернами відмінних від нього інших вугіль. Після точки максимальної пластичності продукт також швидко твердне. Зображена на фіг. 2 крива є моделлю коксування заявленої добавки. Температурний інтервал пластичності добавки дуже великий від 219 °C (точка t1) до 471 °C (точка t3). Плавний (майже пологий) характер кривої від точки t1 до точки t2 означає, що добавка дуже довго (у широкому температурному інтервалі) знаходиться в стані пластичності (від точки t 1 до точки t2). На кресленнях наведені відомості щодо показників "а" і "b". Показник "а" характеризує максимальне стискування проби у відсотках. Коефіцієнт "b" характеризує подальше розширення проби. Показники "а" і "b" на обох кривих приблизно однакові, що свідчить про те, що показники спікливості і коксованості добавки, що заявляється, і вугілля марки Hard Coking Coal рівнозначні. Тобто спікальні й коксувальні властивості добавки, що заявляється, і вугілля марки Hard Coking Coal приблизно однакові, а температурний інтервал пластичності у добавки, що заявляється, значно ширший, що дозволяє об'єднати в шихті для коксування різнорідні марки вугілля з різними інтервалами пластичності, поліпшити коксувальні властивості шихти (здатність утворювати кусковий кокс). Поліпшення коксувальних властивостей шихти відбувається за рахунок ущільнення шихти при коксуванні, яке відбувається завдяки значно меншим (у порівнянні з будь-яким вугіллям) значенням температури початку пластичності. До моменту досягнення точки максимального стискування вся шихта є значно ущільненою внаслідок того, що вона довго знаходилася в пластичному стані під впливом висоти завантаження пирога, що коксується. Таким чином, добавка, що заявляється, забезпечує високу якість коксу, який отримують з вугіль різних марок молодих, що мають ранній температурний інтервал пластичності, об'єднаних із старими високометаморфізованими вугіллями, що мають більш пізній (високий) температурний інтервал пластичності. Якщо як шихту для коксування використовувати суміш таких вугіль без добавки, буде слабкий (неміцний) кокс, оскільки відомо, що різнорідне вугілля дає слабкий кокс. Заявлена добавка, збільшує міцність шматків коксу за показниками М25 (М40), М10, а також за CSR і CRI, тобто заявлена добавка є універсальною й поліпшує якість коксу. Отже заявлену добавку можна назвати такою, що поліпшує якість коксу. Заявлена добавка дозволяє значно спростити процес коксування за рахунок зниження вимог до використовуваної шихти для коксування й дозволяє підвищити якість коксу (міцність коксу, "гарячу" і "холодну") завдяки тому, що внаслідок широкого температурного інтервалу пластичності шихта починає ущільнюватися при менших температурах і знаходиться в пластичному стані у дуже широкому інтервалі температур. 2 UA 84803 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Застосування продукту сповільненого напівкоксування важких нафтових залишків із вмістом летких від 12 до 25 % і температурним інтервалом пластичності не менше 120 °С як добавки до вугільних шихт, використовуваних для виробництва металургійного коксу. 3 UA 84803 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4