способ получения металлургического полукокса

Формула изобретения

Способ получения металлургического кокса, включающий термообработку слоя угля в вертикальном аппарате шахтного типа при розжиге со стороны, противоположной подаче воздуха, отличающийся тем, что в качестве слоя угля используют уголь фракции 20-70 мм, а подачу воздуха через слой угля осуществляют с удельным расходом воздуха 70-99,5 м³/(м²·ч) в зависимости от марки угля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения полукокса и может быть использовано в металлургии.

Известен способ получения полукокса путем перегонки твердого углеродосодержащего сырья в вертикальном автотермическом аппарате шахтного типа с использованием воздушного дутья, включающий стадии нагрева, сушки и карбонации сырья, выгрузку полученного полукокса снизу и отбор горючего газа, причем к воздушному дутью добавляют продуктовый горючий газ, имеющий температуру выхода из аппарата, в концентрации, не превышающей нижний предел воспламенения газа, с добавлением к воздушному дутью примерно 8-10% газа от объема получаемого горючего газа, с температурой карбонизации 920-950°С, а воздушное дутье подают с противоположной розжигу угля стороны с удельным расходом 100-400 куб.м/кв.м·ч (RU 2169166 C1, кл. С 10 В 49/04, 20.06.2001 г.).

Наиболее близким к заявляемому способу по достигаемому результату и технической сущности является способ получения углеродного адсорбента в вертикальном аппарате шахтного типа с внутренним обогревом за счет сжигания летучих и части углеродного остатка в слое угля, продуваемом потоком воздуха (патент РФ №2014883). Способ предполагает розжиг слоя угля со стороны, противоположной подаче воздушного дутья. Фронт горения смещается навстречу потоку воздуха, а за фронтом остается твердый остаток, содержащий невыгоревший углерод. При движении фронта горения слой угля последовательно проходит стадии нагрева, сушки и карбонизации. Парогазовая смесь продуктов карбонизации, а также часть твердого углеродного остатка реагируют с кислородом воздуха до полного его исчерпания, образуя фронт горения с температурой 750-900°С. За фронтом горения формируется зона восстановления продуктов горения (CO₂ и Н₂O) до оксида углерода и водорода. Горючий газ отводится от аппарата для последующей переработки и использования. При этом твердый остаток имеет высокую внутреннюю пористость (свыше 60%), которая обеспечивает высокую сорбционную активность продукта и его последующее использование в качестве адсорбента.

Недостатками данного способа являются.

Получаемый продукт, несмотря на близость по химическому составу к металлургическому полукоксу, имеет ограниченную сферу применения в металлургии из-за повышенного содержания мелких фракций, малой плотности и повышенной зольности. Высокая пористость существенно снижает прочность углеродного остатка. Недостатком также является пониженный удельный выход твердого продукта из-за большого обгара исходного углеродосодержащего сырья.

Изобретение решает задачу повышения качества получаемого твердого продукта, отвечающего требованиям к металлургическому полукоксу.

Технический результат при использовании изобретения заключается в получении твердого продукта, имеющего более высокую прочность и плотность, низкую зольность, а также более крупный средний размер куска, и в увеличении удельного выхода твердого продукта.

Указанный технический результат достигается тем, что в качестве слоя угля используют уголь фракции 20-70 мм, а подачу воздуха через слой угля осуществляют с удельным расходом 70-99,5 куб.м/кв.м·ч в зависимости от марки угля.

Способ получения металлургического полукокса осуществляется следующим образом.

В вертикальный аппарат шахтного типа на всю высоту загружают дробленый уголь фракции 20-70 мм, подают воздушное дутье с удельным расходом от 70 до 99,5 куб.м/кв.м·ч (в зависимости от марки угля) и поджигают слой угля со стороны, противоположной подаче дутья. Образующийся фронт карбонизации с постоянной скоростью смещается навстречу потоку воздуха, а за фронтом остается слой горячего полукокса. Уголь при прохождении через фронт карбонизации последовательно проходит стадии нагрева, сушки и пиролиза. Горючие компоненты продуктов пиролиза полностью сгорают в кислороде воздуха с образованием углекислого газа и водяного пара, а затем путем восстановления на горячей поверхности полукокса превращаются в горючие компоненты газа (оксид углерода и водород), который не содержит продуктов пиролиза. После достижения фронтом карбонизации стороны слоя, противоположной стороне розжига, процесс завершается. Слой полукокса охлаждается и выгружается с нижней стороны вертикального аппарата.

В примерах, иллюстрирующих способ, использован вертикальный аппарат шахтного типа с внутренним диаметром 0,5 м и высотой 1,5 м.

Пример 1.

В качестве сырья использовали уголь фракции 20-60 мм (Шубаркольский уголь марки Д, Казахстан), имеющий следующий технический и элементный состав:

Wr t =12,2%	Сdaf=77,9%
А d=2,4%	Нdaf=5,3%
V daf=4%	Ndaf=1,2%
Q r i=25,7 МДж/кг	Odaf=15/16%	S daf=0,44%

В аппарат загружается примерно 160 кг дробленого угля. Розжиг слоя осуществляется сверху. Воздушное дутье подается снизу. После достижения фронтом горения нижней стороны угля процесс завершается. Удельный расход воздуха - 99,5 куб.м/кв.м·ч. Скорость движения фронта горения составила 11,5 см/ч. Удельный выход полукокса - 42,4 кг/кв.м·ч.

Выход полукокса - 48,6%.

Выход горючего газа - 165 куб.м/кв.м·ч.

Удельная теплота сгорания сырого газа - 2,4 МДж/куб.м.

Зольность полукокса, А^d=5,4%.

Кажущаяся плотность полукокса - 0,68 г/куб.м.

Структурная прочность полукокса - 74,8%.

Гранулометрический состав полукокса:

Более 20 мм - 25%;	10-20 мм - 58%;
5-10 мм - 11%;	менее 5 мм - 6%.

Пример 2.

В качестве сырья использовали уголь фракции 10-60 мм (Березовский марки Б2, Канско-Ачинский бассейн), имеющий следующий технический и элементный состав:

Wr t =10%	Cdaf=71%
Ad=7%	Hdaf=5,1%
Vdaf =48%	Ndaf=0,7%
Qr i=22,08 МДж/кг	Odaf =223%	Sdaf=0,3%

В аппарат загружается примерно 125 кг дробленого угля. Розжиг слоя осуществляется сверху. Воздушное дутье подается снизу. После достижения фронтом горения нижней стороны слоя угля процесс завершается.

Удельный расход воздуха - 76,4 куб.м/кв.м·ч.

Скорость движения фронта горения составила 9,2 см/ч.

Удельный выход полукокса - 27,7 кг/кв.м·ч.

Выход полукокса - 43%.

Выход горючего газа- 100,2 куб.м/кв.м·ч.

Удельная теплота сгорания сырого газа - 2,32 МДж/куб.м.

Зольность полукокса. А^d=15%.

Плотность полукокса - 0,45 г/куб.м.

Прочность полукокса - 60%.

Гранулометрический состав полукокса:

5-10 мм - 21,5%; менее 5 мм - 78,5%.

Пример 3 (сравнительный). В аппарат загружается 135 кг угля фракцией 5-20 мм марки Б2 (бородинский уголь), имеющего следующий технический и элементный состав:

Wr t=30%
Аd=90%	Сdaf=71%
Vdaf=22,5%	Нdaf=5%
	Ndaf=1%	S daf=0,5%

Снизу подается воздушное дутье с расходом 35 м³/ч, а розжиг угля производится сверху. Через 8 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход адсорбента составил 37 кг или 27,4% от исходного угля.

Его параметры следующие: влажность 0,5%, зольность 21-28%, насыпная плотность 0,45 г/см³, прочность на истирание (по ГОСТ 16188-70) 85-86%, суммарный объем пор 0,6 см³/г, удельная поверхность пор 850 м²/г, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 68,6% и метиленовому голубому (ГОСТ 6217-74) 28-60 мг/г.

Таким образом, предложенный способ позволяет получать твердый продукт, имеющий более высокую прочность и плотность, низкую зольность, а также более крупный средний размер куска, и в увеличении удельного выхода твердого продукта (см. таблицу).

Таблица
	Пример 1	Пример 2	Пример 3 (сравнительный)
Размер фракции угля, мм	20-60	20-60	5-20
Удельный расход воздуха, куб.м/кв.м·час	99,5	76,4	100-400
Зольность, А d,%	5,4	15	21-28
Структурная прочность полукокса,%	74,8	60	-
Кажущаяся плотность полукокса, г/куб.м	0,68	0,45	-
Выход твердого продукта,%	48,6	43	27,4