Көмірді кокстеу процесінің технологиясы туралы мақала

«Атырау инженерлік – гуманитарлық институтының колледжі» мекемесі

Мақала тақырыбы: Көмірді кокстеу процесінің технологиясы

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ

Негізгі БӨЛІМ

1.1 Отынды шикізат ретінде термиялық өңдеу...........................................................

1.2 Көмірдің шығу тегі..................................................................................................4

1.1.1 Химиялық, петрографиялық құрамы...........................…...................................5

1.3 Көмір құрылымын зерттеудің қазіргі заманғы әдістері.......................................6

1.4 Көмірді каталитикалық сұйылту............................................................................8

1.5 Көмірді кокстеу процесінің технологиясы..........................................................12

1.6 Қоршаған ортаны қорғау......................................................................................16

3.1 Жану теориясының элементтері..........................................................................18

3.2 Отынның толық жану есебі..................................................................................18

ҚОРЫТЫНДЫ..........................................................................................................21

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ............................................................23

КІРІСПЕ

Көмір – өсімдік қалдықтарынан түзілген жанғыш, қатты шөгінді кен жынысы. Көмір құрамында әр түрлі мөлшерде минералдық қоспалар (50%-дан аспайды) бар, ол басқа шөгінді кен жыныстарының арасында қабаттар түрінде кездеседі. Көмір үш генетикалық топқа бөлінеді:гумолиттер, сапропелиттер, сапрогумолиттер .

Олардың біріншісі – тек жоғары сатыдағы өсімдік қалдықтарынан, екіншісі – негізінен, төменгі сатыдағы өсімдік қалдықтарынан, ал сапрогумолиттер аралас өсімдік қалдықтарынан тұрады.

Химиялық құрамының, физикалық және технологиялық қасиеттерінің өзгешеліктеріне қарай көмір мынадай негізгі табиғи түрлерге ажыратылады: қоңыр көмір, таскөмір, антрацит. Көмірдің қасиеттері оның петрографиялық құрамына, көмірлену дәрежесіне және минералдық микроқұрауыштардың мөлшеріне байланысты болады. Көмірдің тығыздығы 0,92 – 1,7 г/см3 аралығында, бұл көрсеткіштің мәні күлділік азайған сайын төмендейді; қаттылығы Моос шкаласы бойынша 1 – 3 аралығында. Органикалық массасының элементтік құрамы көміртектің басымдылығымен (қоңыр көмірде 65%, антрацитте 98%), оттек (тиісінше 30-дан 1%-ға дейін) және сутек (6-дан 1%-ға дейін) мөлшерімен сипатталады [1].

Көмірдің басты технологиялық көрсеткіштері – ұшпа заттардың шығымы, біріккіштігі, күлділігі. Көмір – бағалы металлургиялық және химиялық өнеркәсіп шикізаты, отын ретінде кеңінен пайдаланылады; бітімі қабатты, түйіршікті, құрылымы біртекті және жолақты; түсі қоңырдан сұр қараға дейін, күңгірттен металл түске дейін жылтырайды. Көмір көп таралған пайдалы қазба. Қазақстанда аса ірі көмір кендері Қарағанды, Екібастұз көмір алаптарында орналасқан.

Кокс – көмірді немесе мұнайлы шикізаттарды кокстеу арқылы алынатын жасанды қатты отын. Тас көмір Коксін пайдалану 18 ғ-дан белгілі. Алғаш рет Кокспен шойын балқыту 1735 жылы Ұлыбританияда іске асырылды, ал алғашқы жабық камералы Кокс пештері 19 ғасырдың 30-жылдарында өндіріске енгізілді. Тас көмірді кокстеудің кең тараған әдісі – 3 мм-ге дейін ұсақталған тас көмір түйірлерін 900 – 1050°С-та ауасыз қыздыру арқылы алу. Ал мұнай қалдықтарынан Коксті ауа қатыстырмай жабық ыдыста 4 – 5 атмосфералық қысымда және 450 – 500°С температурада қыздырып өңдеу арқылы алады. Өндірісте процесс екі тәсілмен жүргізіледі: қыздырылмайтын реакторларда баяу кокстеу және көлденең орнатылған қыздырылған кубты қондырғыларда кокстеу. Кокс алуға жарамды мұнайлы қалдықтарға: айдау қондырғыларынан шыққан мазут пен гудрон, термиялық крекинг қалдықтары, пиролиз шайыры, катализдік крекингтің ауыр газойльдері және мұнай-битумды жыныстар жатады. Кокстің тығыздығы 1,4–1,5 г/см3, оның құрамындағы көміртектің мөлшері 96%-ке жетеді. Коксте сондай-ақ, күкірт және металдар жинақталады. Құрамындағы күкірттің мөлшері бойынша Кокс аз күкіртті (1,5%-ке дейін), күкіртті (1,5 – 4,0%) және көп күкіртті (4%-тен көп) болып бөліне

Негізгі БӨЛІМ

1.1 Отынды шикізат ретінде термиялық өңдеу

Отын – табиғи немесе жасанды жанатын қабілеті бар, энергия көзі болып және өндірістерде, бірінші қатарда химиялық өндірістерге, шикізат болып есептелінетін зат. Барлық отындар агрегатты күйіне байланысты: қатты, сұйық және газ күйіндегі болып үш топқа бөлінеді. Тегіне байланысты: табиғи және жасанды болып екі түрге бөлінеді. Жасанды отындар табиғи заттарды өңдеу нәтижесінде алынады [3].

Отын классификациясы кесте -1

Агрегат тық күйі

Тегі

Табиғи отын

Жасанды отын

Қатты

Ағаш, шымтезек, қоңыр көмір, тас көмір, жанатын тақтатастар

Жартылай кокс, ағаш көмір, кокс

Сұйық

Мұнай

Бензин, керосин, лигроин, соляр майы, газойль, мазут, тас көмір қара майы және олардың фракциялары

Газ түрінде

Табиғи газ, мұнай өндірісіндегі жолай газдары

Кокс газы, жартылай кокс газы, генератор газдары, мұнай өңдегендегі газдар және т.б.

Болашақта сутек және метанол мотор және энергетикалық отын қатарына енетін болады. Отынның маңызы ерекше, ол өнеркәсіптің қай саласында болмасын, ауыл шаруашылығында, күнделікті үй шаруашылығында шешуші орын алады. Отынның сапасы: оның жылу шығару мүмкіншілігі мен және ұшқыш заттардың бөлініп шығуымен анықталады. Отынның қызу шығару мүмкіншілігі дейтініміз 1 кг (газ болса (м3)) отынды жаққанда бөлініп шығатын жылу мөлшері ұшқыш заттар отынды 8500С температурада 7 минут бойы ауасыз қыздырғанда газ және бу қалпында бөлініп шығатын қоспа. Қатты және сұйық отындар құрамында органикалық масса (С, Н және О) және минералдық бейорганикалық қоспалар болады. Органикалық масса құрамында тағы да N, S және т.б. элементтер болады. Бейорганикалық бөлімде ылғал және бейорганикалық қосылыстар – Са, Ғе, АІ, К, Nа және т.б. силикаттары, фосфаттары, сульфидтері, сульфаттары болады. Қатты отын жанғанда минералдық заттар көбінесе металдар оксидтері түрінде күлге айналады. Қатты отын жанғанда сульфидтер және құрамында күкірт бар органикалық қоспалар күкірт диоксидін түзіп, газ күйіне айналады да, сульфат құрамындағы күкірт күл құрамында қалады. Отынның элементтік құрамын мынадай түрде көрсетуге болады: C

Кейбір табиғи отындардың құрам мөлшері кесте -2

Отын

Органика- лық масса, %

Ылғал- дық%

Күл %

S %

ұш қыш зат шығы мы %

тығыз дығы кг/дм

жағу жы луы МДЖ/кг

Энергия, сыйым дылығы, м/т

С

Н

О+N

Торф (шымтезек)

Қоңыр көмір

Тас көмір

Антрацит

Жанғыш тақта тастар

Мұнай

Отын құрамындағы ылғал және минералдық заттар отынның сапасын төмендетіп, тасымалдау құнын арттырып өңдеу технологиясын күрделендіреді (қиындатады). Әсіресе отын құрамындағы күкірттің мөлшеріне ерекше көңіл бөлінеді, күкірт отын жанғанда агрессивті, улы қосылыстар айналып тірі табиғатқа, аппараттарға, құрылыстарға тигізетін әсері өте зор.

Қатты отынды химиялық әдістермен өңдеу – олар: пирогенетикалық (“пиро” – грек сөзі – “от”, “генос” – туу) әдістер пиролиз (құрғақ айдау); газификациялау (газға айландыру) және гидрогенизациялау (гидрлеу).

Пиролиз – отынды ауа кірмейтін жабық реакторда қыздырғанда отын құрамындағы компоненттер құрылымы бұзылып химиялық өзгерістерге ұшырауы. Пиролиз процесіндегі негізгі химиялық өзгерістер ірі молекулалар ұсталады және ұсатылған бөлшектер одан әрі полимеризация, конденсация, деалкилдеу, араматтану және т.б. қзгерістерге ұшырайды.

2 – сурет

Газификациялау – 10000С температурада қатты отынның органикалық массасын ауамен, су буымен немесе олардың қоспасымен шала тотықтыру арқылы жанғыш газдарға айналдыру. Жанатын газдарды өндіру арнаулы генератор деп аталатын пеште орындалатын болғандықтан оларды генератор газдары деп атайды. Генератордағы жоғарғы температура компоненттер арасындағы экзотермиялық реакциялардың жылуымен орнайды [8].

3 – сурет

Гидрогенизация (гидрлеу) – катализатордың қатысуымен жоғары температурада және қысымда отынды сутекпен өңдеу. Гидрлегенде отын алғашқыға қарағанда құрамында сутек молайған жаңа сұйық, газ және қатты отындаға айналады. Мысалы, көмірден және сланцтен гидрлеу арқылы арзан сұйық және газ күйіндегі, отын және т.б. химиялық шикізаттар өндіріледі.

4 – сурет

1.2 Көмірдің шығу тегі

2.2.1 Химиялық, петрографиялық құрамы

Қатты жанатын пайдалы қазбалардың генезисі туралы ғылым көрсеткендей (көмір пласттардағы жапырақтардың қабықтарының, сабағының, тұқымдарының іздері). Олар органикалық заттардан құралған. Табиғи көмір түзілу процесінің күрделілігі, және бұл процеске климаттың P, t және орта әсері химиялық микробиологиялық, геологиялық теорияның бөлінуіне әкеледі. Бұл процестің жалпы схемасы:

Сонда қатты жанатын пайдалы қазбалардың генезисі кезекті жүретін сатылары 1=>2=>2=>3=>4=>5=>6

Қатты жанатын қазбалардың түзілу көздері баст.органикалық заттардың түзілуі полиграфиялық түзілу жағдайына тәуелді.

Өсімдіктер мен бактериялардың топтық құрамы кесте – 4

Өсімдік түрі

Май,%

Целлюлоза,%

Лигнин,%

Ақуыз,%

Ағаш текті

қырықбуындар

шөптер

Балдырлар

Мүктер

бактериялар

Зерттелген кесте мәліметтеріне сүйенетін болсақ көмір түзетін жоғары сатыдағы өсімдіктердің негізгі компоненті целлюлоза мен лигниннен тұрады, ал төменгі сатыдағы өсімдіктер (бактерия, балдыр) –май, ақуыздан құралған, лигнині жоқ [2].

Көмір түзушілердің элементтік құрамы кесте – 5

Құрам бөліктері

С,%

Н,%

О,%

N,%

S,%

Майлар

Балауыз

Целлюлоза

Шайырлыр

Лигнин

ақуыз

Балауыздар – құрамына жоғары молекулалық май қышқылдарының күрделі эфирлері мен жоғары алифатты спирттер ж/е С24-С34 қышқылдар,С24-С34 спиртер, кей жағдайда көмірсулар кіреді.Өсімдік балауыздары құрамы, қасиетін сақтайтын қатты заттар, микроорганизмдар әсеріне ұшырамайды. Өте жоғары тұрақтылығына байланысты қоңыр көмірде кезд. Шайырлар-бір атомды спирттердің күрделі эфир қышқылынан тұрады. Полимерлеуге, тотығуға бейім болғандықтан, ерігіштікті төмендетіп, Мr жоғарылауына әкеледі. Майлар-жоғары молекулалық қаныққан және қанықпаған қышқылдар эфирлері мен глицериннен тұрады. Лигниндер-ароматты, майлы ароматты, ретті құрылысы жоқ полимер б.т. құрамындағы оттеккарбоксил,гидроксил топтары түрінде болады. Лигниннің молекулалық массасы 600-700 аралығында. Оның жоғары химиялық тұрақтылығы, гумин қышқылдарының жинақталуымен түсіндіріледі. Көмірдің петрографиялық («петрос»-тас) зерттеулерінің нәтижесі бастапқы органикалық материалдардың табиғатын, генезисін, классификациясын, халық шаруашылығында тиімді қолданылуын анықтауға мүмкіндік берді.Көмірді петрографиялық зерттеу 1919 ж. басталды. Ағылшын ғалымы М.Стопс көмірді зерттеп, 4 мета типке бөлді:

· Бирен;

· Кларен;

· Дюрен;

· Кюзен.

Микроскоппен қарағанда көмір компоненттері ерекшеленетін, 1935 ж Стопс оларды мацералдар деп атады. Барлық мацералдар 3-ке жіктеледі:

1. Витринит (жылтыр көмірдің негізгі компоненті болып табылады. Олар жапырақ, ағаш ұлпаларынан түзіледі. Көмірлену процесі лигнин,целлюлоза есебінде жүреді);

2. Эксзинит (көк, жасыл түсті балдырлар қалдығынан, полимерленген шайырлар, көмірсу, майлардан түзілген);

3. Интертинит (фейзунит), саңырауқұлақтардан, полимерленген шайырлар, тотыққан жануар қалдықтарынан түзілген).

Барлық көмір органикалық және минералды бөліктен тұрады. Органикалық массасына: O,H,C,N,S жатады. Көмірдің минералды жанбайтын бөлігі ылғалданған минералдыды заттардан құралған. Минералды заттарға металдардың (Fe2+,Fe3+,Ca2+,Mg2+,Al3+,Na+)сульфиттері, карбонаттары, фосфаттары, сульфаттары жатады. Минералды бөлігі ішкі және сыртқы болып бөлінеді. Ішкі минералдық бөлік көмірсутектердің органикалық бөліктері болып табылатын гумин қышқылдарымен (қоңыр көмір) немесе қанықпаған қышқылдардың үлкен молекулалық полимерлерімен (тас көмір) байланысқан. Сыртқы минералдыды бөлікке көмір түзілу прроцесінде су ағындыларымен, желмен т.б. жағдайлармен енетін механикалық қоспалар жатады.

1.3 Көмір құрылымын зерттеудің қазіргі заманғы әдістері

Көмір алу көлемінің үздіксіз өсуі көмірлерді пайдаланудың тиімділігін алдын ала анықтайтын олардың сапасын жоғарылатуға қойылатын талаптарға байланысты.Шахталар мен карьерлерді тереңдетудің, өндірісті кеңінен механикаландырудың және басқа да себептердің салдарынан көмірлердің сапалы сипаттамасы күлділігі, уақталған құрамы, ылғалдылығы және т.б бойынша нашарлайды. Сонымен, соңғы он жылдың ішінде алынатын көмірлердің күлділігі 3,4% өсті және 1988 жылғы деректер бойынша 35,7% жетті.Энергиялық отынның жоғары күлділігі пайдаланылатын отын агрегаттарының ПІК төмендетеді, жабдықтың уақытынан бұрын тозуына әкеледі, қоршаған ортаны түтінді газдармен ластануына әсерін тигізеді. Кокстанатын көмірлердің күлділігінің ұлғаюы оларды кокстануға дайындау кезінде шығындардың көбеюіне, шойын өндіру кезінде кокс пен флюстардың шығынының жоғарылауына және домна пештерінің өнімділігін төмендетуге әкеледі [5].

Сонымен қатар, күлдің (тау жынысының) көмірде болуы тұтынушыға оларды жеткізу кезінде балласт болып табылады. Оларды тасымалдау үшін теміржол вагондары мен автомобильдердің көп саны қарызға беріледі, бұл пайдаланушылық шығындарды жоғарылатады. Сонымен, көмірлердің сапасын өндіру және байыту кезінде олардың күлділігін азайту есебінен жоғарылату – көмір өнеркәсібінің алдында тұрған маңызды міндеттердің бірі. Алынатын…