способ получения металлургического среднетемпературного кокса

Формула изобретения

Способ получения металлургического среднетемпературного кокса путем термоокислительной обработки угля в кипящем слое, отличающийся тем, что в качестве слоя угля используют уголь с фракционным составом 0÷15 мм, а подачу воздуха через слой угля осуществляют при температуре 800÷900°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области переработки угля, в частности к получению среднетемпературного кокса металлургического и энергетического назначения.

Известен целый ряд способов энерготехнологической переработки углей с использованием техники кипящего слоя, ориентированных на получение кокса преимущественно из бурого угля. Характерным примером является технология, известная как способ термоконтактного коксования угля (способ ТККУ) в кипящем слое (Андрющенко А.И., Попов А.И. Основы проектирования энерготехнологических установок электростанций. - М.: Высшая школа, 1980). Коксование мелкозернистого угля осуществляется в аппарате с кипящим слоем при температуре около 540°С. При этом подвод тепла в кипящий слой обеспечивается за счет промежуточного теплоносителя, роль которого выполняет образующийся в процессе кокс. Для этой цели рециркулируемая часть кокса нагревается в коксонагревателе с воздушным дутьем за счет сжигания пиролизного газа. Основными продуктами данного способа являются мелкозернистый кокс (фракция 0-З мм составляет 90-95%), а также пылевидный кокс (фракция менее 0,063 мм составляет 80-95%). Их выход при переработке бородинского бурого угля (Канско-Ачинский угольный бассейн) составляет соответственно 28 и 10% от массы исходного угля. Парогазовые продукты разложения угля подвергаются конденсации с выделением нескольких фракций смолы и пиролизного газа.

Главный недостаток данного способа заключается в многостадийности процесса коксования, а также в связанной с этим сложности технологической схемы и конструкций составляющих ее аппаратов. Продуктом является мелкозернистый и пылевидный кокс, который рекомендуется использовать преимущественно как энергетическое топливо на месте его производства. В металлургической промышленности такой продукт практически не используется.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является "Способ получения полукокса из бурых и каменных углей" (патент РФ №2073061, 10.02.1997 г.). Данный способ заключается в коксовании угля крупностью до 10 мм в кипящем слое при температуре 600-700°С с добавлением к воздушному дутью некоторого количества водяного пара с целью активации продукта путем увеличения его пористости и внутренней поверхности.

К основным недостаткам этого способа следует отнести низкую удельную производительность (в расчете на квадратный метр газораспределительной решетки она составляет 1000 кг/(м²·ч) по углю), мелкий фракционный состав продукта (99% частиц менее 2,8 мм) и его пониженную структурную прочность вследствие высокой гористости. Последние два показателя по существу исключают возможность широкого использования кокса в металлургии, т.к. самым низшим классом крупности кокса в соответствии с ТУ 1-7-115-89 является коксовая мелочь с размером частиц до 10 мм.

Задача настоящего изобретения состоит в повышении удельной производительности процесса, укрупнении фракционного состава получаемого среднетемпературного кокса и повышения его структурной прочности.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности среднетемпературного кокса, увеличение среднего размера куска и производительности процесса в расчете на квадратный метр газораспределительной решетки.

Технический результат достигается за счет повышения температуры обработки угля в кипящем слое до 800-900°С, использования воздушного дутья, а также укрупнения фракционного состава исходного угля до 15 мм. Вследствие более высокой температуры значительно возрастает производительность процесса: удельный расход угля на квадратный метр газораспределительной решетки составляет от 3000 до 6000 кг/(м²·ч) в зависимости от марки угля, рабочей температуры процесса и температуры подогрева воздуха. Фракционный состав продукта удовлетворяет требованиям ТУ 14-7-115-89 на коксовую мелочь. За счет высокой скорости нагрева и отказа от использования дополнительного пара пористость частиц кокса заметно снижается по сравнению с известным способом. Это обеспечивает повышение структурной прочности продукта до 70-75% для бурого угля и до 80% - для каменного угля.

Способ осуществляют следующим образом. В аппарат с кипящим слоем угля, который в зависимости от назначенного режима имеет температуру от 800 до 900°С, питателем непрерывно подают дробленый уголь фракции 0-15 мм. Более крупные частицы исходного угля, нагреваясь до температуры слоя и перемещаясь в горизонтальном направлении, последовательно проходят стадии сушки, пиролиза и выгружаются из аппарата путем естественного перетока через отборный патрубок. Мелкодисперсный уголь и газообразные продукты коксования воспламеняются в верхней части кипящего слоя и догорают в надслоевом пространстве, отдавая тепло излучением верхней части слоя. Продукты сгорания подаются в котел-утилизатор на генерацию тепловой энергии.

В примерах, иллюстрирующих способ, использован аппарат кипящего слоя с размером камеры коксования в плане примерно 60×540 мм и отбором твердого продукта на высоте, например, 560 мм.

Пример 1.

В качестве сырья использовали уголь фракции 0-15 мм марки 2Б (разрез "Березовский" Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:

В аппарат подается 170 кг/час угля и 280 нм ³/ч воздуха.

Температура в кипящем слое - 890-900°С.

Удельный расход угля - 5250 кг/(м²·ч).

Выход кокса - 41% от массы исходного угля.

Зольность кокса, А^d=11,3%.

Насыпная плотность кокса - 0,56 г/м³.

Структурная прочность кокса - 72%.

Гранулометрический состав кокса:

более 10 мм - 7%; 5-10 мм - 64%; менее 5 мм - 29%.

Пример 2.

В качестве сырья использовали уголь фракции 0-15 мм марки Д (разрез "Моховский" Кузнецкого угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:

В аппарат подается 130 кг/ч угля и 195 нм ³/ч воздуха.

Температура в кипящем слое - 850-870°С.

Удельный расход угля - 4012 кг/(м²·ч).

Выход кокса - 59% от массы исходного угля.

Зольность кокса, А^d=5,4%.

Насыпная плотность кокса - 0,6 г/м³.

Структурная прочность кокса - 80%.

Гранулометрический состав кокса:

более 10 мм - 11%; 5-10 мм - 54%; менее 5 мм - 35%.

Пример 3. (сравнительный из патента РФ №2073061, 10.02.1997 г.)

В качестве сырья использовали подсушенный уголь фракции 0,5-7 мм марки 3Б (месторождение "Лермонтовское", Сахалин), имеющий следующий технический и элементный состав:

А^d=31,2%; V^daf=44,9%: С ^daf=73,4%.

В аппарат поперечным сечением 0,075 м ² подается 75 кг/ч угля, 106 нм³/ч воздуха и 8,5 кг/ч водяного пара.

Температура в кипящем слое - 680-720°С.

Удельный расход угля - 1000 кг/(м²·ч).

Выход кокса - 63% от массы исходного (подсушенного) угля.

Зольность кокса, А^d=54,2%.

Насыпная плотность кокса - 0,52 г/м³.

Гранулометрический состав кокса:

более 2,8 мм - 1%; 1,6-2,8 мм - 11%; 0,5-1,6 мм - 55%; менее 0,5 мм - 33%.

Средний размер куска кокса - 0,9 мм.

Таким образом, предложенный способ позволяет получать среднетемпературный кокс, имеющий более высокую прочность и плотность, более крупный средний размер куска и более высокую производительность процесса в расчете на квадратный метр газораспределительной решетки (см. таблицу).

Таблица
Параметр	Пример 1	Пример 2	Пример 3 (сравнительный)
Размер фракции угля, мм	0-15	0-15	0,5-7
Температура в кипящем слое, °С	890-910	850-870	680-720
Удельный расход угля, кг/(м 2·ч)	5250	4012	1000
Структурная прочность кокса, %	72	80	Нет данных
Насыпная плотность кокса, г/см3	0,56	0,6	0,52
Средний размер куска кокса, мм	6,2	7,5	0,9