Кокс: виды и применение

Алан-э-Дейл       20.07.2022 г.

ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ

1. Производственная деятельность предприятий Саянского промузла осуществляется на территории, соответствующей сейсмическим, инженерногеологическим и гидрогеологическим условиям размещения подобных объектов.

Основная площадь рассматриваемой территории расположена в пределах древней долины р. Енисей. Рельеф площадки преимущественно естественный, ровный, с абсолютными отметками 304,2-308,4 м. Местами территория нарушена в результате организации насыпей под железнодорожные пути и автодороги, имеются небольшие навалы и выемки грунта.

Сейсмичность территории составляет 7, для объектов повышенной ответственности – 8 баллов.

2. Особенности положения рассматриваемой территории создают достаточно контрастные микроклиматические зоны по температуре, направлению и скорости ветра. В разные периоды года примерно одинаково создаются условия, как для рассеивания, так и для накопления примесей в приземном слое.

В районе деятельности Саянского промузла преобладают в первую очередь югозападные (50 %) и западные ветры (14 %). Таким образом, наиболее подверженным к воздействию выбросов от предприятий промузла согласно розе ветров является село Новомихайловка, однако с учетом его местоположения (удалено от промплощадки промузла на ~8 км) степень этого воздействия снижается.

В г. Саяногорске комплексный индекс загрязнения соответствует «высокому»

уровню загрязнения атмосферы.

Основными вкладчиками в загрязнение окружающей среды на рассматриваемой территории являются предприятия Саянского промузла.

Для предприятий Саянского промузла была установлена объединенная санитарнозащитная зона (СЗЗ) размером 2500 м. Проектом организации СЗЗ предусмотрено озеленение территории СЗЗ (в настоящее время выполнено на 41 %).

К землепользователям, попадающим в границы санитарно-защитной зоны Саянского промышленного узла, относятся МО Алтайский район, МО Бейский район и ОАО «Новоенисейское».

В связи с установлением санитарно-защитной зоны предприятиями Саянского промузла были выплачены компенсации землепользователям, участки которых расположены в границах санитарно-защитной зоны Саянского промышленного узла.

Согласно результатам выполненных расчетов рассеивания выбросов от существующих источников загрязнения предприятий Саянского промузла, во всех выбранных контрольных точках на границе СЗЗ и селитебных территорий максимальные расчётные концентрации приоритетных загрязняющих веществ при неблагоприятных метеорологических условиях, с учетом фона, не превышают санитарно-гигиенические нормативы.

Расчетные данные подтверждаются натурными наблюдениями, осуществляемыми СПЛ ОАО «РУСАЛ Саяногорск». Согласно результатам мониторинга уровень загрязнения атмосферы в контролируемом районе за период 2009-2012 гг. практически не изменился.

В целом среднегодовые концентрации не превышают ПДКс.с. ни по одному контролируемому ингредиенту. В период 2009-2012 гг. были отмечены лишь единичные случаи превышения максимально разовых концентраций диоксида азота в с. Новомихайловка. Уровни загрязнения атмосферы остаются намного ниже санитарных нормативов.

Игольчатый кокс

Для игольчатых коксов очень важно минимальное содержание ге-тероэлементов — серы, золы — вызывающих вспучивание изделий при графитации. Судя по анализам, за рубежом используют игольчатые коксы с более высоким содержанием серы 0 5 — 0 8 и даже 1 24 ( табл

1 2), хотя зарубежные специалисты также считают, что в коксе.

Производство игольчатого кокса требует обязательного наличия на НПЗ установки термического крекинга дистиллятного сырья и УЗК. Имеющиеся на заводе ароматизированные остатки пропускают через термический крекинг под повышенным давлением ( 6 — 8 МПа) с целью дальнейшей ароматизации и повышения коксуемости остатка. Далее дистиллятный крекинг-остаток ( ДКО) направляют на УЗК.

Производство игольчатого кокса требует обязательного наличия на НПЗ установки термического крекинга дистиллятного сырья и УЗ К.

Качество игольчатого кокса по вариантам различается незначительно, однако более низкое содержание серы в коксе. Именно это обстоятельство, а также более высокоиндексное сырье для техуглерода, вырабатываемое по варианту 1У, обеспечивает получение максимальной стоимости товарной продукции по этому варианту.

Производство игольчатого кокса требует обязательного наличия на НПЗ установки термического крекинга дистиллятного сырья и УЗК. Имеющиеся на заводе ароматизированные остатки пропускаются через термический крекинг под повышенным давле — нием ( 6 — 8 МПа) с целью дальнейшей ароматизации и коксуемости остатка.

Производство игольчатого кокса требует обязательного наличия на НПЗ установки термического крекинга дистиллятного сырья и УЗК. Имеющиеся на заводе ароматизированные остатки пропускаются через термический крекинг под повышенным давлением ( 6 — 8 МПа) с целью дальнейшей ароматизации и повышения коксуемости остатка. Далее дистиллятный крекинг-остаток ( ДКО) направляется на УЗК.

Качество сырого игольчатого кокса, полученного в разных про-бегат, приведено в табл. 5, идно, что опытные игольчатые коксы хашктещзуются близкими показателями качества по действительной плотности, но зольность коксов тт пробега оказалась выше нормы.

Для Красноводского игольчатого кокса, кроме средней, были исследованы пробы из кусков кокса, имеющих четко выраженную волокнистую структуру, и из кусков, имеющих включения кокса с изотропной структурой.

Отсутствие собственного игольчатого кокса связано с национальной безопасностью. Все качественные и спецстали выплавляются с применением или импортных электродов, или отечественных, но изготовленных на импортном игольчатом коксе Всего на импорт коксов и высококачественных графитированнных электродов ежегодно расходуется примерно 50 млн. долл.

Проблема российского игольчатого кокса и целевых связующих и пропиточных материалов еще более актуализируется.

Для получения игольчатого кокса необходимо вести процесс при повышенных давлении и коэффициенте рециркуляции и умеренной температуре.

Изучая микрофотографии игольчатого кокса, можно предположить, что центры пор являются центрами симметрии, вокруг которых располагаются плоские диски, выстраивающиеся в колонны. Структура кокса напоминает пучок сигар. Поры, представляющие собой следы пузырьков газа в вязкой среде, вероятно, тесно связаны с образованием структуры игольчатого кокса.

Скол кусочка игольчатого кокса фирмы Коноко отличается от отечественного игольчатого кокса плотностью упаковки структурных элементов. Небольшой рельеф поверхности, полученный в результате излома, свидетельствует о плотности и прочности кокса.

Потребность в игольчатом коксе, начиная с 70 — х годов, удовлетворяется за счет импорта, в последние годы в основном из Японии, в рядовом малосернистом — из Туркменистана. То есть на данный момент российское электродное производство, а через него весь металлургический и машиностроительный комплекс, блокировано зависимостью от импорта. В результате электродные заводы России простаивают из-за отсутствия сырья, но зато наметилась вновь тенденция закупки электродов 555 мм, даже низкокачественных, из Румынии.

НовЭЗе был прокален суммарный игольчатый кокс.

Применение

Нефтяной и электродный пековый применяются при производстве сварочных электродов, изготовлении алюминия, огнеупорных материалов и др. В тяжелой промышленности, и в частности машиностроении применяют литейный кокс, отличающийся малым выделением летучего вещества и отсутствием электропроводимости. С его помощью производят стальные сплавы. Кокс мелкой фракции незаменим для изготовления ферросплавов.

Доменный кокс используют при производстве чугуна, с его помощью восстанавливают железную руду и разрыхляют шихтовые материалы.

Химическая промышленность активно применяет кокс при изготовлении таких элементов, как фосфор, кремний, сернистый натрий и другие. Пищевая промышленность обращается к использованию кокса для выработки сахарного песка.

Кокс востребован во многих отраслях промышленности, каждая из которых специализируется на применении продукта определенного «сорта», обладающего особенными техническими и химическими характеристиками. Однако определенная универсальность при классификации кокса все же присутствует. На любом производстве предпочитают работать с сырьем высокой прочности, малой зольности, минимальным содержанием серы и мелких фракций.

Свойства

Печи Hanna компании Great Lakes Steel Corporation, Детройт . Угольная башня на коксовых печах. Ноябрь 1942 г.

Насыпной удельный вес кокса обычно составляет около 0,77. Он очень пористый .

Наиболее важными свойствами кокса являются зола и содержание серы, которые зависят от угля, используемого для производства. Кокс с меньшим содержанием золы и серы высоко ценится на рынке. Другими важными характеристиками являются индексы раздавливания при испытаниях M10, M25 и M40, которые передают прочность кокса при транспортировке в доменные печи; В зависимости от размера доменных печей мелко измельченные куски кокса не должны попадать в доменные печи, поскольку они будут препятствовать прохождению газа через загрузку чугуна и кокса. Связанная характеристика — индекс прочности кокса после реакции (CSR); он показывает способность кокса выдерживать суровые условия внутри доменной печи, прежде чем превратиться в мелкие частицы.

В конце процесса коксования содержание воды в коксе практически равно нулю, но его часто гасят водой, чтобы его можно было транспортировать в доменные печи. Пористая структура кокса впитывает немного воды, обычно 3–6% от ее массы. На более современных коксовых заводах усовершенствованный метод охлаждения кокса основан на закалке на воздухе.

Битуминозный уголь должен соответствовать набору критериев для использования в качестве коксующегося угля, определенным с помощью определенных методов анализа угля .

Бизнес и финансы

БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиУправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги — контрольЦенные бумаги — оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудитМеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетикаАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Прокалка — кокс

Прокалка кокса при 700 сопровождается интенсивным дегидрированием и через 5 час. В этих уело-виях, по-видимому, еще не про-исходит разрушения сероор-ганических, кислород — и азотсодержащих органических соединений, так как не наблюдается значительного уменьшения относительного содержания в коксе серы, кислорода и азота.

Прокалка кокса в этих условиях без применения реагентов практически не привела к изменению содержания в нем серы.

Зависимость временного сопротивления раздавливанию кокса, прокаленного при 1300 С в течение 5 ч, от его пористости.| Зависимость величины деформации по высоте кубиков кокса, прокаленного при 1100 С, от величины сдавливающего усилия.

Прокалка кокса при температурах 1200 — 1300 С приводит к возрастанию пористости на 5 — 10 % в результате удаления летучих веществ.

Объемная усадка кокса.

Прокалка кокса при 700 С сопровождается интенсивным дегидрированием. После 5-часовой прокалки в коксе остается 20 — 30 % от того количества водорода, которое содержалось в нем после прокалки при 500 С. В этих условиях относительное содержание серы, кислорода и азота уменьшается незначительно.

Прокалка кокса при температурах 1200 — 1300 приводит к возрастанию пористости его на 5 — 10 % в результате удаления летучих веществ.

Прокалка кокса при 700 сопровождается интенсивным дегидрированием и через 5 час. В этих уело — виях, по-видимому, еще не происходит разрушения сероор-гаиических, кислород — н азотсодержащих органических соединений, так как не наблюда-ется значительного уменьшения относительного содержания в коксе серы, кислорода и азота.

Прокалка кокса в этих условиях без применения реагентов практически не привела к изменению содержания в нем серы.

Зависимость временного сопротивления раздавливанию кокса, прокаленного при 1300 С в течение 5 ч, от его пористости.| Зависимость величины деформации по высоте кубиков кокса, прокаленного при 1100 С, от величины сдавливающего усилия.

Прокалка кокса при температурах 1200 — 1300 С приводит к возрастанию пористости на 5 — 10 % в результате удаления летучих веществ.

Прокалка коксов может осуществляться как в инертной среде, так и в атмосфере активных ( дымовых) газов. В последнем случае наряду с прокалкой происходит активация кокса. От условий прокалки зависит выход прокаленного кокса. Обычно прокалка завершается при температурах до 1300 С. При более высоких температурах начинается процесс графитации. Прокалка и графи-тация кокса сопровождаются его обессериванием.

Прокалка коксов химически активными дымовыми газами сопровождается угаром ( потерями углерода) в результате вторичных реакций взаимодействия кокса с двуокисью углерода и парами воды при температурах выше 900 — 1000 С. При протекании эндотермических реакций резко снижается температура в зоне прокалки. С целью обоснования оптимальных условий ( прокалки полезно рассмотреть и обобщить экспериментальный материал, раскрывающий механизм протекания реакций при высокотемпературной обработке коксов.

Объемная усадка кокса.

Прокалка кокса при 700 С сопровождается интенсивным дегидрированием. После 5-часовой прокалки в коксе остается 20 — 30 % от того количества водорода, которое содержалось в нем после прокалки при 500 С. В этих условиях относительное содержание серы, кислорода и азота уменьшается незначительно.

Химия нефти

Нефтяные коксы относятся к углеродистым материалам — содержание углерода в них составляет 92-95% (масс.). В зависимости от качества сырья они могут содержать 2-7% водорода, 1-7% (масс.

) серы, азота и кислорода.

В коксе также имеются и другие элементы — металлы и неметаллы, такие, как ванадий, железо, никель, натрий и другие, составляющие его неорганическую часть и повышающие зольность кокса, что нежелательно.

Потребность в нефтяном коксе весьма значительна. Основной потребитель кокса — алюминиевая промышленность: кокс служит восстановителем (анодная масса) при выплавке алюминия из алюминиевых руд (бокситов). Удельный расход кокса довольно высокий — 550 — 600 кг/т алюминия.

Другие области применения кокса:

  • в качестве сырья для изготовления электродов, используемых в сталеплавильных печах;
  • для получения карбидов (кальция, кремния), которые применяются при получении ацетилена;
  • в производстве шлифовочных материалов при изготовлении проводников, огнеупоров и др.

Сернистые и высокосернистые коксы используются в качестве восстановителей и сульфидирующих агентов. Специальные сорта кокса используются как конструкционный материал для изготовления химической аппаратуры, работающей в условиях агресивных сред, в ракетной технике и других областях.

Получение нефтяного кокса

Нефтяной кокс получают в процессе коксования при температуре 450—520°С. Исходным сырьем являются нефтяные остатки: гудроны, полугудроны, крекинг-остатки, тяжелые газойли каталитического крекинга, смолы пиролиза, остатки масляного производства (асфальты, экстракты).

Основным источником коксообразования являются смолисто-асфальтеновые вещества, содержащиеся в сырье.

В зависимости от исходного сырья и промышленного способа коксования получают коксы различного качества, различающиеся содержанием серы, золы и степенью упорядоченности структуры.

Наиболее дорогим является кокс высокоупорядоченной анизотропной (игольчатой) структуры, используемый для производства специальных электродов. Для получения игольчатого кокса используют специально подготовленное сырье — дистиллятные крекинг-остатки.

В зависимости от сырья и технологии изготовления получают следдующие марки малосернистого нефтяного кокоса:

Марка кокса Технология изготовления Область применения
КНПС-СМ Коксование в кубах смолы пиролиза Производство углеродных конструкционных материалов специального назначения
КНПС-КМ Коксование в кубах смолы пиролиза Производство углеродных конструкционных материалов
КНГ Коксование в кубах прямогонных, крекинговых и пиролизных остатков Производство графитированной продукции
КЗГ Замедленное коксование (кокс с размером кусков свыше 8 до 250 мм) Производство графитированной продукции
КЗА Замедленное коксование (кокс с размером кусков свыше 8 до 250 мм) Алюминиевая промышленность
КНА Коксование в кубах прямогонных и крекинговых остатков Алюминиевая промышленность
КЗО Замедленное коксование (коксовая мелочь с размером кусков до 8 мм) Производство абразивов и другой продукции

Характеристики нефтяного кокса

В соответствии с ГОСТ 22898—78 вырабатывают коксы восьми марок.

Показатель Марки кокса
КНПС-СМвысший сортОКП 02 5821 0111 КНПС-КМпервый сортОКП 02 5821 0112 КНГОКП 02 5821 0115 КЗГОКП 02 5821 0132 КЗАвысший сортОКП 02 5821 0141 КЗАпервый сортОКП 02 5821 0142 КНАОКП 02 5821 0121 КЗООКП 02 5821 0171
Массовая доля обшей влаги, %, не более 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0
Массовая доля летучих веществ, %, не более 6,0 6,0 8,0 9,0 7,0 9,0 8,0 11,5
Зольность, %, не более 0,15 0,30 0,50 0,60 0,40 0,60 0,50 0,80
Массовая доля серы, %, не более 0,20 0,40 1,00 1,00 1,20 1,50 1,00 1,50
Массовая доля мелочи, %, не более:
    куски размером меньше 25 мм 4,0 4,0
    куски размером меньше 8 мм 10,0 10,0 8,0 10,0 10,0
Действительная плотность после прокаливания при 1300°С в течение 5 ч, г/см3 2,04÷2,08 2,04÷2,08 2,08÷2,13 2,08÷2,13 2,08÷2,13 2,08÷2,13 2,08÷2,13
Истираемость, %, не более 9,0 11,0
Массовая доля, %, не более:
    кремния 0,04 0,08 0,04
    железа 0,05 0,08 0,05
    ванадия 0,01 0,015 0,012
Оценка микроструктуры, балл, не менее не норм. не норм.

Вместе с металлургией

Главный рынок потребления игольчатого кокса — металлургия. Это связано с уникальными свойствами продукта — высокоструктурированного, с низким коэффициентом термического расширения, высокой удельной плотностью, механической прочностью, высоким содержанием графита и низким уровнем содержания серы, азота и золы. То есть обладающего оптимальным набором характеристик для производства сверхмощных графитированных электродов (марки UHP/ЭГСП), которые работают при повышенных плотностях тока. Они применяются при производстве спецстали методом EAF (electric arc furnace) — в электродуговых печах и печах-ковшах для внепечной обработки стали. По сравнению с обычным электродным коксом игольчатый обладает более высокой термостойкостью и существенно снижает расход электродов на тонну выплавляемой стали. Равноценной замены игольчатому коксу в настоящее время не существует.

Соответственно, объемы потребления игольчатого кокса напрямую связаны с уровнем спроса на высококачественные стали и распространением метода EAF. А значит, рынок игольчатого кокса ожидает только рост. За первое десятилетие XXI века объем выпуска электросталей в мире удвоился, и ожидается, что во втором динамика будет практически такой же: рост с 443 млн тонн электросталей в 2011 году до 903 млн тонн в 2020-м.

Производство игольчатого кокса развивается вместе с изменениями на металлургическом рынке. На данный момент предприятия США, Великобритании и Японии выпускают 880 тыс. тонн продукции ежегодно. К 2025 году эта цифра может вырасти до 1,2 млн тонн.

В России прогнозируемый рост производства электросталей не так высок (с 21 млн тонн в 2011-м до 27 млн тонн в 2020-м), однако тенденция также позитивная. Увеличение объемов выплавки электростали российскими предприятиями к 2020 году приведет к росту потребности в графитированных электродах отдельных марок на 60%. Сегодня в России ежегодно используется около 30 тыс. тонн сырья. По экспертным оценкам, к 2025 году эта цифра должна вырасти до 150 тыс. тонн. При этом уже на протяжении 40 с лишним лет отечественные производители электродов, а значит, и российская металлургия находятся в полной зависимости от поставок игольчатого кокса из-за рубежа.

Впрочем, в зависимости этой находятся не только металлурги: игольчатый кокс используется в том числе для изготовления углеродных изделий в оборонной, электронной и атомной промышленности. И это уже выводит проблему на уровень национальной промышленной безопасности.

Сравнительная характеристика видов кокса

Кокс электродный

Кокс игольчатый

Действительная плотность, г/см3

2,02-2,12

2,14-2,15

Массовая доля серы, %

1,5-2

0,38-0,46

Зольность, %

0,6

0,01-0,06

Массовая доля общей влаги, %

0,5

0,02-0,1

Коэффициент термического расширения, 10-7/°С

1,0-1,6

Основные отличия сырья для металлургической отрасли

На внешний вид каменноугольный кокс представляет россыпи различных фракций темно-серого (или даже черного) цвета. Это твердый пористый продукт. Плотность кокса разделяется на истинную и кажущуюся. Первая составляет 1.80-1.95 г/см3, вторая – приблизительно единица.

Однако эта величина может меняться в зависимости от условий получения, сырья (шихты), других технологических тонкостей. Так, при высоком содержании газовых углей прочность конечного продукта уменьшается. Но при этом наблюдается более легкая воспламеняемость материала.

Если понимать, как делают кокс из угля, то совсем нетрудно увеличить прочность, иногда заменяемую понятием истирание. Это достигается созданием условий для более длительного процесса коксования, что выполняется в основном за счет снижения температуры. Если в первом случае коксование идет при Т 1050 градусов, то во втором – около 950.

Видео: Как делается кокс на ОАО «Кокс» (Кемеровский коксохимический завод)

Уже было отмечено, где используется кокс, но есть потребность немного повторится:

  1. Плавка чугуна, где требуется высококачественное (с низкой долей серы) бездымное сырье.
  2. Материал для восстановления железной руды.
  3. Обогащение шихты.
  4. Литейное производство, как ваграночное топливо, используемое для эксплуатации специальных печей.

Все виды представляют кокс металлургический, но между первым и четвертым пунктами огромная пропасть по типу сырьевой базы. Суть отличий понятна в большей степени специалистам.

Для выплавки чугуна используют кокс доменный. К которому предъявляется ряд специфических требований. Часть из них регламентируется ГОСТ 5.1261-72 (с внесенными изменениями в 1974 году).

Выплавка чугуна

Туда входят такие параметры:

  • зольность и серность (средние и предельные значения);
  • выход летучих веществ;
  • два вида показателя прочности М25 и М10;
  • допустимый процент присутствия кусков менее 25 мм (максимум 3%);
  • средний размер фракции 25-40 мм, но не более 80.

В свою очередь кокс литейный считается более пригодным продуктом для металлургии. Размер фракций варьируется в диапазоне 60-80 мм. Желающий кокс литейный купить могут согласовывать потребности предприятия с ГОСТ 3340-88, по которому регламентируется изготовление этого вида сырья. В нем описываются все те же параметры, что и для доменной разновидности. При этом есть только один показатель прочности М40, который на самом деле имеет промежуточное значение между М10 и М25.

Кокс литейный и цена на него интересует предприятия, занимающиеся производством:

  • стали;
  • ферросплавов;
  • машиностроением;
  • в других отраслях тяжелой промышленности.

Если сравнивать показатели перечисленных параметров, нетрудно убедиться в том, что литейный кокс в металлургии ценится за следующее:

  • меньшее содержание серы (не более 1%);
  • слабое выделение легкоиспаряющихся веществ;
  • низкая электрическая проводимость;
  • высокая реакционная способность;
  • повышенная калорийность.

Но следует отметить, что для производства ферросплавов используют мелкие фракции, размером от 10 до 25 мм. Это не подходит под описание чисто литейного продукта, однако качественное содержимое – да. Поэтому в этой отрасли используют так называемые отходы (побочный продукт).

Схема загрузки кокса и шихты в доменную печь при производстве чугуна

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.