способ утилизации отходов коксохимического производства

Формула изобретения

1. Способ утилизации отходов коксохимического производства, включающий подачу в шихту на коксование твердых и вязкотекучих отходов, отличающийся тем, что твердые и вязкотекучие отходы коксохимического производства смешивают в соотношении 1 : 2-1 : 0,5 с резиносодержащей крошкой и подают в шихту на коксование в количестве 3-5% от массы шихты.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве твердых и вязкотекучих отходов коксохимического производства используют каменноугольные фусы отделения конденсации, осадок из хранилищ и отстойников смолы, пека, фракций смолы, из цистерн от транспортирования жидкого пека, из аммиачных колонн и хранилищ аммиачной воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической переработки органических отходов, в частности отходов коксохимического производства и резиносодержащей крошки, и может быть использовано в коксохимической отрасли промышленности.

Известен способ утилизации многотоннажных отходов коксохимического производства путем их введения в угольную шихту, поступающую на коксование [Усик А. Ф. , Баришполец В. Т. Использование отходов коксохимического производства // Ин-т "Черметинформация", М. , 1981 / Обзор, информ. Серия Коксохимическое производство. - вып 1. -20 с. ] . Этим способом утилизируются только многотоннажные отходы: фусы отделения конденсации, кислые смолки ректификации, сульфатного отделения, кубовые остатки ректификации, полимеры. Существенным недостатком способа утилизации является: зависание шихты в угольных башнях, неравномерность подачи отходов на транспортерную ленту, наличие вязкотекучих продуктов, что затрудняет эксплуатацию оборудования углеподготовительного цеха, ухудшает условия труда, увеличение давления распирания шихты при коксовании, так как содержание смолы в отходах превышает 50%. Кроме того, не утилизируются осадки: от очистки хранилищ смолы, пека, сборников фракций смолы, из железнодорожных цистерн, образующихся от транспортирования жидкого пека.

Известен способ утилизации в шихте на коксование твердых фталопекосодержащих отходов: кубовых остатков цеха фталевого ангидрида и осадков с пекоприемников смолоперерабатывающего цеха, т. е. отходов, которые представляют собой при нормальных условиях (t - 20-25^oC) твердые вещества. Осадки пека имеют температуру размягчения 91^oC, кубовые остатки цеха производства фталевого ангидрида - температуру плавления 137-145^oC. Эти твердые отходы подаются в уголь, поступающий на коксохимическое производство, и совместно с углем проходят весь цикл подготовки угольной шихты к коксованию [Хамидулин Ф. З. , Гайниева Г. P. , Пьянков Б. Ф. и др. Пат. России N 2135543, 6 C 10 В 53/08, 57/08. Способ подготовки угольной шихты к коксованию, БИ N 24, 1999] . Подать в шихту на коксование таким способом другие вязкотекучие отходы - осадки из хранилищ, сборников и др. с меньшей температурой размягчения, не представляется возможным.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ утилизации путем получения обмасливающей добавки к угольной шихте для коксования, включающий приготовление водно-масляной эмульсии с использованием твердых отходов коксохимического производства: фусы отделения конденсации, осадки хранилищ смолы, шламы пиридиновой и биохимических установок, коксовую и угольную пыль, осадки пекоприемников и их смеси, которые вводят в эмульсию в виде суспензии: в жидких продуктах переработки каменноугольной смолы; в кубовых остатках процесса ректификации сырого бензола, в водно-масляной эмульсии в количестве 30-70% [Сабирова Т. М. , Евзельман И. Б. , Сапегин А. Н. и др. Авт. свид. N 1799899, 5 C 10 В 57/06. Способ получения обмасливающей добавки к угольной шихте для коксования. БИ N9, 1993 г. ] . Единственное преимущество этого способа утилизации отходов коксохимического производства - это то, что охватывается вся гамма отходов, а в остальном ему присущи все недостатки действующей технологии утилизации вязкотекучих отходов в шихте на коксование: налипание на транспортерные ленты, зависание в угольных башнях, что затрудняет эксплуатацию оборудования, летучие продукты испаряются с открытых транспортерных лент, ухудшая условия труда, высокое содержание влаги и смолы в отходах увеличивает давление распирания шихты при коксовании. Все эти отходы извлекают из хранилищ, цистерн и сборников вручную, транспортируют, дозируют, перемешивают, создавая суспензии, что трудоемко, но при этом твердая часть отходов повторно выпадает в осадок, что требует снова чистки, а самый большой недостаток - очистка хранилищ смолы, сборников осуществляется в основном в летнее время и единовременно образуется значительное количество вязкотекучих - "твердых" отходов, на суспензирование которых никакой суспензии не хватит, единовременная их подача в шихту невозможна, как и хранение. Таким образом, это не технологичный способ переработки и совершенно не приемлем для утилизации осадков из большегрузных хранилищ смолы.

Задачей предложенного изобретения является совместная утилизация коксохимических и резиносодержащих отходов в шихте на коксование, упрощение технологии утилизации отходов, улучшение условий труда, увеличение выхода и улучшение качества металлургического кокса.

Поставленная цель достигается тем, что твердые и вязкотекучие отходы коксохимического производства - каменноугольные фусы отделения конденсации, осадки из хранилищ и отстойников смолы, пека, фракций смолы, из цистерн от транспортирования и хранения жидкого пека, из аммиачных колонн и хранилищ аммиачной воды смешиваются в соотношении 1: 2,0-1: 0,5 с резиносодержащей крошкой до сыпучего состояния и подаются в шихту на коксование в количестве 3-5% от массы шихты.

Технический результат, достигаемый с помощью предложенного способа, заключается в следующем:

- утилизации всех твердых и вязкотекучих отходов коксохимического производства в шихте на коксование;

- утилизации на месте образования отработанных резино-технических изделий - автопокрышек, транспортерных лент и др. ;

- увеличении выхода металлургического кокса и улучшении его качества;

- увеличении выхода химических продуктов коксования;

- полной ликвидации отвала химических продуктов коксования;

- снижении давления распирания шихты в камерах коксования;

- упрощении технологии утилизации отходов подачей сыпучего материала - окомкованных связанных коксохимических отходов, непосредственно на транспортерную ленту;

- отсутствии налипания в бункерах, угольных башнях, транспортерных лентах шихты.

Проверка соответствия изобретения требованиям новизны проводилась с учетом всех опубликованных изобретений, технической информационной литературы и др. источников. Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию изобретения "новизна", т. к. в нем не используют резиносодержащую крошку. Совокупность существенных признаков: физико-химические свойства отходов коксохимического производства, физико-химические свойства резиносодержащих изделий, соотношение отходов коксования и отработанных резиносодержащих изделий, их содержание в шихте на коксование позволяют решить проблему совместной квалифицированной утилизации углеродсодержащих отходов в процессе пиролиза каменного угля с получением технического эффекта, заключающегося в улучшении прочностных характеристик кокса, увеличении выхода ценных химических продуктов коксования. Это позволяет говорить о существенности отличий предложенного изобретения и удовлетворению его этому критерию.

Совокупность признаков заявленного способа не была выявлена в других технических решениях при изучении данной области и обеспечивает заявленному решению соответствие его критерию "изобретательский уровень".

Новый технический результат заявленного способа заключается в следующем: в универсальности способа квалифицированной утилизации всех твердых, вязкотекучих, малотоннажных отходов коксохимического производства; в совместной переработке коксохимических и резиносодержащих отходов (отработанных автомобильных шин, транспортерных лент и др); в простоте и малооперационности технического решения - твердый сыпучий материал подается в шихту на коксование непосредственно на транспортерную ленту; в увеличении выхода и качества металлургического кокса и химических продуктов коксования; в улучшении экологии при возврате в шихту химических продуктов коксования в сыпучем виде.

Физико-химические свойства утилизируемых по данному способу отходов коксохимического производства представлены в табл. 1. Данные представлены на основании анализа отходов КХП ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат" (ОАО "ЗСМК"). Фусы из механических осветлителей отделения конденсации утилизируются в шихту на коксование через установку утилизации фусов в вязкотекучем состоянии. Остальные отходы вывозятся в отвал.

Физико-химические характеристики резиносодержащей крошки представлены в табл. 2.

В ней приведены основные свойства резиносодержащей крошки с точки зрения возможности ее использования как компонента угольной шихты. Из данных табл. 2 видно, что резиносодержащая крошка представляет собой преимущественно углеводородный материал, содержащий 87-89% углерода. Эти данные, а также исследования, описанные в литературе, позволяют считать, что термическое разложение резины приводит к образованию углеводородных структур, химически совместимых с продуктами пиролиза угольного материала. Отходы цехов улавливания и переработки химических продуктов коксования находятся в основном в вязкотекучем, пластичном состоянии и при смешении с резиновой крошкой модифицируют поверхность крошки. Это делает возможным использование отходов резины в смеси с твердыми, вязкотекучими отходами цехов улавливания и переработки химических продуктов коксования как компонента угольной шихты в процессе высокотемпературного пиролиза каменного угля.

Примеры, подтверждающие возможность предложенного способа переработки отходов химцехов КХП и резиносодержащей крошки в шихте на коксование, представлены в табл. 3.

Испытания смесей резиносодержащей крошки с отходами КХЦ в угольной шихте проводились коксованием базовой и опытных шихт в лабораторной печи с загрузкой шихты 2 кг по ГОСТ 9521-74. Базовая шихта составлялась из компонентов производственной угольной шихты ОАО "ЗСМК". В качестве исследуемых материалов использовались шинная крошка крупностью 0-2,5 мм и отходы КХП (осадки пека, смолы и др. ), которые вводились в базовую шихту взамен части угольного компонента в количестве от 2 до 7%.

Исследования качества компонентов шихт, шихт и продуктов коксования производились в соответствии с существующими методами: технический анализ ГОСТы - 11014-81, 27589-91, 11022-95, 6382-91, 8606-93, ГОСТы 7846-73, 9951-73; пластометрический анализ ГОСТ 1186-87; элементный анализ ГОСТ 27044-86, 2408-275; определение коксуемости угля ГОСТ 9521- 74; определение выхода химических продуктов коксования ГОСТ 18- 635-73, температура размягчения ГОСТ 9950-83, определение веществ, не растворимых в толуоле ГОСТ 7847-74.

Данные табл. 3 показывают, что прочный кокс получен из шихт, содержащих от 2 до 5% отходов (резиносодержащая крошка, осадки пека, смолы и др. ), взятых в различных соотношениях (примеры 2-8 и 11-13). При увеличении содержания отходов в шихте падает выход валового кокса с 77,9% (базовая шихта, пример 1) до 76,4% (примеры 9, 10).

Наибольший эффект по прочности (показатели П₂₅, П₁₀, П_с), выходу валового кокса, а также выходу кокса классов +40 и +25 мм достигнут при введении в шихту отходов в количестве 3% с соотношением: резиносодержащая крошка: отходы химцехов = 1: 1 (пример 4). Полученный кокс характеризуется следующими показателями качества: выход валового кокса равен 77,7%; выход кокса класса +40 мм составил 74,9%, +25 мм - 94,2%; механическая прочность кокса по показателям П₂₅, П₁₀ составила 93,5 и 6,0% соответственно; структурная прочнось - П_с - 91,7%.

Таким образом, введение в угольную шихту смеси резиносодержащей крошки крупностью 0-2,5 мм и отходов химических цехов КХП в количестве до 5% (примеры 2-8, 11-13) от массы шихты положительно повлияло на выход и качество полученного кокса: выход кокса крупностью +40 мм увеличился на 1,6-4,6%, +25 мм - на 1,1-2,7%, прочность по ₂₅ возросла на 0,1-2,2%, по П₁₀ - на 0,1-0,4%. Структурная прочность (П_с) возросла на 0,1-2,3%.

Добавка отходов в угольные шихты повысила выход ценных химических продуктов коксования: смолы и сырого бензола (примеры табл. 3).

Освоение заявленного способа позволит: квалифицированно утилизировать на месте отходы производства КХП и резино-технических изделий, уменьшить капитальные и эксплуатационные расходы на их утилизацию, увеличить выход и качество продуктов коксования.

Заявленный способ может быть промышленно реализован на каждом коксохимическом заводе.