Спосіб виробництва коксу з неспікливих марок вугілля і пристрій для його здійснення

1. Спосіб виробництва коксу з неспікливих марок вугілля, що включає дозування, дроблення і змішування вугілля, зв'язувальної речовини та органічних відходів до одержання однорідної шихти і її наступне нагрівання, який відрізняється тим, що як зв'язувальну речовину використовують висококиплячі продукти піролізу відходів пластичних мас, що вводять у шихту в кількості 15-20 % від загального об'єму шихти, а нагрівання шихти здійснюють у температурному інтервалі від 250 до 1100 °С. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як висококиплячі продукти піролізу відходів пластичних мас використовують середньомолекулярні смолоподібні продукти, які одержують у температурному інтервалі від 250 до 380 °С при атмосферному тиску в присутності каталізаторів. 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до коксохімічного виробництва, а саме до способів і пристроїв для виробництва металургійного коксу з неспікливих марок вугілля. В даний час рзповсюдженим є виробництво коксу в багатокамерних печах з періодичним завантаженням і вивантаженням, із шихти з перевагою добре спікливих марок вугілля, а саме жирних, коксових і спіснених спікливих. Однак усе більш актуальною стає проблема обмеженості ресурсів таких марок вугілля. Використання як добавки до шихти неспікливих марок вугілля, таких як довгополуменеві, бурі, пісні і газові, не сприяє рішенню проблеми дефіциту сировини для коксової галузі. При цьому добавка до шихти довгополуменевих і газових вугіль приводить до зниження виходу коксу внаслідок підвищеного виходу летучих продуктів коксування, що при існуючій технології виробництва з періодичним завантаженням шихти і вивантаженням коксу істотно знижує продуктивність печей і збільшує собівартість коксу при зниженні його якості. Збільшення змісту високометаморфізованих вугіль, таких як пісне вугілля, приводить до істотного зниження міцності коксу внаслідок низької реакційної здатності зазначених вугіль. У той же час ресурси бурих і довгополуменевих вугіль у кілька разів перевищують ресурси газових вугіль. Крім того, собівартість зазначених бурих і довгополуменевих вугіль значно нижче собівартості газових вугіль, що обумовлено малою глибиною їхнього залягання, унаслідок чого їх видобуток здійснюється відкритим способом. Однак одержання металургійного коксу з бурих, довгополуменевих, а також пісних марок вугілля, що відносяться до неспікливих марок вугілля, по відомій у даний час технології неможливо, оскільки в продуктах піролізу зазначених марок вугілля відсутні рідкі нелетучі складові, котрі забезпечують утворення вугільної пластичної маси, а також утворення монолітного тіла коксу. Таким чином, широке застосування для виробництва коксу бурих, довгополуменевих і пісних вугіль, що відносяться до неспікливих марок вугілля, стримується відсутністю технології одержання з них коксу необхідної якості. В даний час відомі добавки до шихти для коксування з відходів виробництва, що збільшують спікаючі властивості шихти і дозволяють збільшити вміст спісненого вугілля, що вводиться у вигляді добавки, зберігаючи при цьому задовільні характеристики коксу. У якості таких добавок можуть бути використані смола бензольного відділення, фуси, мазут, кам'яновугільна смола і пек. Найбільш виражені опікаючі властивості має кам'яновугільна смола і пек. Однак у той же час зазначені добавки являють собою цінну товарну продукцію, а кількість фусов і смоли бензольного відділення, що утворюються, незначна і недостатня для покриття потреб виробництва в опікаючих добавках, тому використання їх для збільшення опікаючих властивостей шихти є економічно невигідним. Також відомі застосовувані в промисловості технології зрідження низькометаморфізованих вугіль спе 90089 4 ціальною сумішшю органічних розчинників при температурі до 450 С у присутності водню і каталізаторів. Однак унаслідок низької температури кипіння розчинників процес необхідно здійснювати періодично і під тиском до 25МПа. У даному випадку витрати на виробництво рідких продуктів з вугілля перевищують витрати на виробництво їх аналогів з нафти. На даному етапі розвитку технології відомо, що термообробка суміші відходів пластичних мас у присутності каталізаторів при температурі від 280 до 350 С призводить до здійснення процесу піролізу відходів пластичних мас і хімічній взаємодії продуктів піролізу з утворенням середньомолекулярних смолоподібних продуктів ароматичної будови. Також відомо, що зазначені продукти, що є хімічним аналогом первинної смоли піролізу вугілля, можуть також виступати в якості рідких нелетючих складових вугільної пластичної маси і забезпечувати утворення монолітного тіла коксу. Відомий спосіб виробництва коксу і пристрій для виробництва коксу, описані в патенті РФ № 2144555, де пристрій для реалізації способу виробництва коксу містить вогнетривку камеру для коксування, обігрівальні ходи, пальники, засоби для завантаження підлягаючого коксуванню матеріалу, а також засіб для вивантаження коксу. Зазначені обігрівальні ходи утворені зовнішньою стінкою, внутрішньою стінкою зазначеної камери і простором між стінками, у якому знаходиться підлягаючий коксуванню матеріал. Також вогнетривка камера обладнана виконуючими функцію захисного кожуха засобами, що забезпечують можливість створення в камері під час роботи надлишкового тиску. Засобами для завантаження підлягаючого коксуванню матеріалу є лійка-затвор і поршневий штовхач. Засобом для вивантаження коксу є лійказатвор. Основним недоліком зазначеного пристрою для виробництва коксу є неможливість використання пристрою зазначеної конструкції для виробництва коксу з неспікливих марок вугілля, і крім того неможливість забезпечення безпечного та екологічно нешкідливого виробництва коксу, що обумовлено негерметичністю описаної конструкції пристрою. Найбільш близьким аналогом винаходу, що заявляється, є спосіб виробництва коксу з неспікливих марок вугілля, описаний в авторському свідоцтві СРСР №920066, що включає дозування, дроблення і змішування вугілля, зв'язувальної речовини та органічних відходів до одержання однорідної шихти і наступне нагрівання шихти. Процес утворення коксу проводять при тиску вище 600кг/см2. Як сполучні речовини використовують висококіплячі та асфальтовмісні продукти дьогтю і нафти, а також кам'яновугільний дьоготь. Основним недоліком зазначеного способу виробництва коксу з неспікливих марок вугілля є неможливість забезпечення виробництва продукту високої якості, зокрема неможливість забезпечення необхідної міцності одержуваного коксу. Також недоліком зазначеного способу є технологічна складність забезпечення умов, необхідних для 5 90089 6 забезпечення проходження реакцій, у результаті служать донорами водню для компонентів пластияких утвориться монолітне тіло коксу. чної маси вугілля, запобігаючи передчасний почаВ основу винаходу поставлена задача ствоток реакцій конденсації продуктів піролізу вугілля, рення такого способу і пристрою виробництва кокщо також сприяє розширенню температурного су з неспікливих марок вугілля, що за рахунок проінтервалу пластичного стану вугілля і посиленню стоти та ефективності процесу і конструкції його опікаючих властивостей. У результаті дія сезабезпечать можливість економічно вигідного, редньомолекулярних смолообразних продуктів безпечного, екологічно нешкідливого виробництва призводить до утворення монолітного напівкоксу з коксу з неспікливих марок вугілля, при цьому донеспікливих марок вугілля. При підйомі темперазволяючи одержати продукт високої якості. тури нагрівання під час здійснення процесу виробПоставлена задача вирішується тим, що споництва до 1100 С з такого напівкоксу утвориться сіб виробництва коксу з неспікливих марок вугілля, кокс, що має високі якісні характеристики і може включає дозування, дроблення і змішування вугілбути використаний у доменному процесі. Можна ля, зв'язувальної речовини та органічних відходів сказати, що середньомолекулярні смолообразні до одержання однорідної шихти і наступне нагріпродукти на різних стадіях процесу діють як зріжвання шихти, при цьому як зв'язувальну речовину дуючі агенти, пластифікатори, донори водню, а застосовують вьісококіплячі продукти піролізу відтакож як cікаючі добавки для вугілля. Таким чином, ходів пластичних мас, що вводять у шихту в кільвведення до складу шихти середньомолекулярних кості 15 - 20% від загального об'єму шихти, а насмолообразних продуктів забезпечує одержання грівання шихти здійснюють у температурному монолітного тіла коксу необхідної високої якості інтервалі від 250 до 1100 С. при використанні неспікливих марок вугілля, що Доцільне здійснення процесу нагрівання шихмають низьку вартість, тим самим забезпечується економічна ефективність зазначеного способу. ти в температурному інтервалі від 250 до 1100 С. Крім того, використання для утворення середньоПри температурі менш ніж 250 С не відбуваються молекулярних смолообразних продуктів відходів структурні зміни шихти, що приводять до утворенпластичних мас дозволяє здійснювати їх великоня монолітного тіла коксу. При температурі більш масштабну утилізацію, поліпшуючи тим самим ніж 1100 С відбувається втрата характеристик екологічний стан навколишнього середовища. якості коксу, який утворився, що приводить до Введення в шихту висококиплячих продуктів зниження міцнісних характеристик продукту. піролізу відходів пластичних мас, а саме середУ якості висококіплячих продуктів піролізу відньомолекулярних смолообразних продуктів, у кільходів пластичних мас використовують середньокості 15-20% від загального обсягу шихти дозволяє молекулярні смолоподібні продукти, які одержують збільшити вихід коксу з такої шихти на рівні 50у температурному інтервалі від 250 до 380 С при 55% від загального об'єму в залежності від власатмосферному тиску в присутності каталізаторів. тивостей і вмісту використовуваних неспікливих Термообробка суміші відходів пластичних мас у марок вугілля, а також дозволяє забезпечити товприсутності каталізаторів при температурі 250щину пластичного шару шихти Υ на рівні 16-18мм. 380 С призводить до проходження реакцій піролізу Зазначений процентний інтервал вмісту середвідходів пластичних мас і хімічній взаємодії продуньомолекулярних смолообразних продуктів обуктів піролізу з утворенням середньомолекулярних мовлений тим, що саме такий об'єм зв'язувальної смолообразних продуктів ароматичної будови. речовини забезпечує додання шихті достатніх Крім того, зазначені продукти піролізу, що є хімічпластичних властивостей, що у свою чергу обумоним аналогом первинної смоли піролізу вугілля, влює монолітність тіла коксу. Введення в шихту можуть виступати в ролі так званих рідких нелетусередньомолекулярних смолообразних продуктів у чих складових вугільної пластичної маси і забезкількості менш ніж 15% не дозволить забезпечити печувати утворення монолітного тіла коксу. Дія достатні пластичні властивості шихти, що призвесередньомолекулярних смолоподібних продуктів у де до розтріскування і розсипання тіла коксу, який присутності каталізаторів полягає в тому, що в утворюється в ході здійснюваного процесу. Ввепочатковій стадії піролізу вугілля зазначені продудення в шихту середньомолекулярних смолообракти виступають у якості воднедонорного розчиннизних продуктів у кількості більш ніж 20% від об'єму ка, іншими словами зріджують вугілля. Продукти шихти є недоцільним, оскільки рівня змісту середзрідження вугілля являють собою суміш біля п'яньомолекулярних смолообразних продуктів у кільтисот індивідуальних хімічних речовин поліциклічкості 20% від об'єму шихти досить для додання ної та ароматичної будови. На стадії пластичного шихті необхідних пластичних властивостей. стану вугілля при температурі нагрівання шихти в Використання каталізаторів забезпечує значне інтервалі 350-500°С середньомолекулярні смолопідвищення ефективності і швидкості утворення образні продукти виступають у якості пластифікусередньомолекулярних смолообразних продуктів ючих добавок, оскільки завдяки ароматичній струпри протіканні хімічної реакції. При цьому обов'язктурі своїх компонентів є термостійкими ковою умовою також є наявність кисню повітря для з'єднаннями і розширюють температурний інтерздійснення осмолення продуктів піролізу відходів вал пластичного стану вугілля. Похідні антрацену, пластичних мас у середньомолекулярні смолообфенантрену, коренену, пирену, флуорену і нафтаразні продукти. У якості каталізаторів доцільне ліну, що входять до складу середньомолекулярних використання оксидів перехідних металів. смолообразних продуктів, збільшують вміст рідких Зазначений температурний інтервал одержаннелетучих компонентів у пластичній масі вугілля, ня середньомолекулярних смолоподібних продуктим самим обумовлюючи підвищення текучості тів 250-380 С обумовлений тим, що хімічні реакції пластичної маси вугілля. Також зазначені продукти 7 90089 8 поліконденсації середньомолекулярних смолообктивність пристрою в цілому, що обумовлює поразних продуктів протікають саме в даному темпеліпшення умов праці обслуговуючого персоналу. ратурному проміжку. При температурі нагрівання Наявність звуження в нижній частині вогнетривкої вежі обумовлює затримку коксу в зоні пропіменш ніж 250 С зазначені реакції поліконденсації кання протягом необхідного проміжку часу, що середньомолекулярних смолообразних продуктів дозволяє забезпечити високу якість коксу. Пропене протікають, тим самим не забезпечується одна чений кокс самочинно проходить через звуження з основних умов реалізації даного способу виробзавдяки усадці і появі усадочних тріщин. ництва коксу з неспікливих марок вугілля, а саме Переважним є виконання зовнішньої стінки воутворення середньомолекулярних смолоподібних гнетривкої камери для коксування із шамотної цепродуктів, які використовуються у якості зв'язувагли. Шамот являє собою обпалену вогнетривку льної речовини. При температурі нагрівання більш глину, містить муліт 3AL2О3-2SIО2 (40% Аl2O3, інше ніж 380 С протікають вже інші хімічні реакції, що SiO2); його вогнетривкість складає 1670-1750 С. не стосуються до реалізації даного способу, оскіШамот виготовляють шляхом випалу вогнетривких льки вони не призводять до утворення середньоабо тугоплавких глин при температурах 1000молекулярних смолоподібних продуктів. Обмеження рівня тиску атмосферним обумов1400 С. лене тим, що атмосферного тиску цілком достатПовітряні ходи виконані для здійснення подачі ньо для підняття температури реакції до необхідповітря на пальники. Повітря на пальники поданого рівня без істотного відгону продуктів піролізу ється зверху вниз, що обумовлює забезпечення первинних компонентів. Такі умови забезпечують рекуперації тепла, тобто зменшення втрат тепла, легкість практичного здійснення реакції, що також витраченого на нагрівання зовнішніх стінок внутобумовлює економічну ефективність способу. рішніх опалювальних ходів. Крім того, завдяки поУ якості органічних відходів переважне викоступовому підвищенню температури обробки шихристання відходів зношених автомобільних шин. ти і руху парогазових продуктів піролізу від гарячої Добавка відходів зношених автомобільних шин зони до холодної, зберігається хімічний склад засприяє інтенсифікації хімічних реакцій, що протізначених парогазових продуктів, що дозволяє закають, за рахунок полісполучених ненасичених безпечити їх подальше застосування, зокрема у зв'язків у продуктах піролізу зношених автомобільвиробництві моторного палива. Як повітряні, так і них шин. Крім того, тонкодисперсний вуглець, що опалювальні ходи підходять до топок з пальникаміститься в зношених автомобільних шинах, вклюми, що призначені для спалювання опалювальночається до складу коксу і сприяє збільшенню його го газу, у якості якого може використовуватися виходу. Застосування відходів зношених автомозворотний коксовий газ. більних шин для реалізації зазначеного способу Опалювальні ходи підведені до димососу, дозволяє також забезпечити їх великомасштабну призначеному для виведення з опалювальних хоутилізацію, що значно поліпшує екологічну обстадів димових газів, які є продуктами згоряння опановку у великих містах. лювального газу. Краще виконання опалювальних Поставлена задача вирішується також тим, що ходів великої довжини (до 25м), що забезпечує пристрій для виробництва коксу з неспікливих мараціональну витрату тепла, яке виділяється при рок вугілля, який включає вогнетривку камеру для спалюванні газу. Таким чином, велика висота вогкоксування, обігрівальні канали, пальники, засоби нетривкої камери, виконаної у виді вертикальної для завантаження підлягаючого коксуванню матебашти, забезпечує необхідний гідростатичний тиск ріалу, засіб для вивантаження коксу, містить також унизу коксового пирога - до 0,2кгс/см2 - для утвонагрівальний бак із завантажувальним вікном для рення монолітного тіла коксу. завантаження відходів пластичних мас, органічних Також вогнетривка камера у верхній частині відходів і каталізаторів і скребковим конвеєром обладнана газосбірником, що слугує для виведендля видалення нерозчинених залишків із зазначеня та уловлювання парогазових продуктів коксуного бака. вання з внутрішнього об'єму вогнетривкої камери, Вогнетривка камера для коксування виконана що також обумовлює підвищення екологічної безу виді вертикальної башти, у стінках якої виконані пеки зазначеного пристрою. периферійні низхідні повітряні ходи і внутрішні Як засоби для завантаження підлягаючого ковисхідні до димососу опалювальні ходи, у нижній ксуванню матеріалу використовується дозувальчастині башти повітряні та опалювальні ходи підний бункер і живильник-затвор шнекового типу. ходять до топок з пальниками, при цьому до верхНаявність живильника-затвора шнекового типу ньої частини камери підведений газозбірник, а дозволяє забезпечити безупинну подачу шихти нижня частина башти виконана звужуваною і обусередину вогнетривкої камери, що у свою чергу є ладнана внутрішнім затвором, через який камера однією з умов забезпечення безупинної роботи зв'язана з приймачем-гасильником. Внутрішній пристрою для виробництва коксу з неспікливих затвор пристрою обладнаний датчиком тиску, що марок вугілля та обумовлює значне збільшення дозволяє відкривати зазначений затвор тільки при продуктивності зазначеного пристрою, а також накопиченні достатньої кількості коксу на поверхні зниження витрат на його експлуатацію. Крім того, затвора шляхом подачі сигналу на механізм відкживильник-затвор шнекового типу забезпечує риття затвора. Обладнання пристрою внутрішнім процес бездимного і безполуменевого завантазатвором зазначеної конструкції дозволяє забезження шихти в пристрій, що значно знижує рівень печити герметичність вогнетривкої камери, що у шкідливого впливу експлуатації пристрою на стан свою чергу дозволяє забезпечити екологічну ефенавколишнього середовища. 9 90089 10 У якості засобу для вивантаження коксу виконерозчиненого залишку з нагрівального бака 1, а ристовується зовнішній затвор. Таке конструктивзазначений залишок піддають переплавлянню. не виконання пристрою для виробництва коксу з Середньомолекулярні смолоподібні продукти, що неспікливих марок вугілля забезпечує його гермеперебувають у рідкому стані, .за допомогою насотичність, а також дозволяє здійснювати процес са перекачують у дозувальний бункер 4, куди табездимного і безполуменевого вивантаження коккож піднімають зі складу вугільні компоненти шихсу, що у свою чергу забезпечує екологічну безпеку ти. За допомогою живильника-затвора 5 пристрою і значно поліпшує умови праці обслугошнекового типу здійснюють безупинну подачу шивуючого персоналу. хти з добавкою середньомолекулярних смолопоЯк внутрішній затвор, так і зовнішній затвор дібних продуктів усередину вогнетривкої камери 6, можуть мати будь-яку конструкцію, наприклад, яку виконують у виді вертикальної башти. Шихта можуть бути виконані у виді шиберного, секторнонагрівається від стінок вогнетривкої камери 6, що го або пелюсткового затвора. містить повітряні ходи 7 і опалювальні ходи 8. У Перелік графічного матеріалу. нижній частині башти повітряні ходи 7 і опалюваФіг.1 являє собою загальний вид завантажульні ходи 8 підводять до топок з пальниками 10, за вальної частини пристрою для виробництва коксу допомогою яких здійснюють спалювання опалюз неспікливих марок вугілля. вального газу. Подачу повітря на пальники 10 Фіг.2 являє собою загальний вид переробної здійснюють зверху вниз через повітряні ходи 7. частини пристрою для виробництва коксу з неспікВидалення вихлопних газів з опалювальних ходів ливих марок вугілля. 8 здійснюють через димосос 9. Рух парогазових Завантажувальна частина пристрою для випродуктів піролізу здійснюється знизу нагору. Заробництва коксу з неспікливих марок вугілля, значені парогазові продукти піролізу видаляють у представлена на Фіг.1, містить нагрівальний бак 1 газозбірник 11, який підводять до верхньої частини для завантаження відходів пластичних мас, оргавогнетривкої камери 6. При нагріванні шихти здійнічних відходів і каталізаторів, що обладнаний снюється поступовий рух її вниз по об'єму вогнетзавантажувальним вікном 2. Крім того, завантажуривкої камери 6, при цьому температура у вогнетвальна частина пристрою містить скребковий конривкій камері 6 поступово підвищується в веєр 3 для видалення нерозчинених залишків із напрямку до її нижньої частини. Пропікання коксу, зазначеного нагрівального бака 1. що утворився при переміщенні, здійснюють у зоні Представлена на Фіг.2 переробна частина пропікання, яка знаходиться в нижній частині вогпристрою для виробництва коксу з неспікливих нетривкої камери 6, де значення температури домарок вугілля містить засоби для завантаження сягає 1100 С. При пропіканні коксу, що утворився, підлягаючого коксуванню матеріалу, що представвідбувається його усадка і розтріскування, при ляють собою дозувальний бункер 4 і живильникцьому його об'єм складає 50-55% від об'єму спозатвор 5 шнекового типу. Також переробна частичатку завантаженої шихти. У зв'язку зі здійсненням на пристрою містить вогнетривку камеру 6, яка зазначених процесів відбувається переміщення виконана у виді вертикальної башти. У стінках закоксу, що утворився, через звужувану частину 12 значеної вогнетривкої камери виконані повітряні вогнетривкої камери на кришку внутрішнього заходи 7, а також опалювальні ходи 8. Опалювальні твора 14, який виконують з датчиком тиску, тобто ходи 8 у верхній частині зв'язані з димососом 9. У при нагромадженні достатньої кількості коксу на нижній частині вогнетривкої камери 6 повітряні кришці внутрішнього затвора 14 здійснюють відкходи 7 і опалювальні ходи 8 підходять до топок з риття зазначеного затвора 14 шляхом подачі сигпальниками 10. Крім того, вогнетривка камера 6 налу на механізм відкриття затвора 14. При цьому обладнана газозбірником 11, що підведений до здійснюється переміщення коксу, що утворився, у верхньої частини зазначеної камери 6. Вогнетривприймач-гасильник 13, де здійснюють гасіння кокка камера також містить нижню частину 12, яка су. Після гасіння здійснюють вивантаження коксу виконана звужуваною і зв'язана з приймачемназовні через зовнішній затвор 15, після чого трагасильником 13, що виконаний у нижній частині нспортують його на склад готової продукції. Парозазначеної камери б, внутрішнім затвором 14. Тагазові продукти, зібрані в газозбірнику 11, направкож вогнетривка камера 6 містить зовнішній затвор ляють на очищення з наступним виділенням з них 15 для вивантаження коксу назовні. товарної продукції, такої як газовий бензин, сирий Зазначений спосіб виробництва коксу з неспікбензол, кам'яновугільна смола, сульфат амонію, ливих марок вугілля може бути здійснений таким сірка, а також іншої продукції. Зворотний коксовий чином. газ направляють на обігрів вогнетривкої камери 6. У нагрівальний бак 1 через виконане в ньому Винахід, що заявляється, являє собою спосіб і завантажувальне вікно 2 завантажують відходи пристрій виробництва коксу з неспікливих марок пластичних мас, каталізатори і відходи зношених вугілля, що за рахунок простоти та ефективності автомобільних шин. У нагрівальному баці 1 здійспроцесу і конструкції забезпечують можливість нюють розплавлювання відходів пластичних мас, економічно вигідного, безпечного, екологічно нерозчинення відходів зношених автомобільних шин, шкідливого виробництва коксу з неспікливих марок і таким чином здійснюють піроліз зазначених мавугілля, при цьому дозволяючи одержати продукт теріалів і реакції утворення середньомолекулярвисокої якості. них смолоподібних продуктів. Далі за допомогою скребкового конвеєра 3 здійснюють видалення 11 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 90089 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601