Коксующийся уголь добывают способом

Что такое коксующийся уголь и где его применяют

Увеличение цен на нефть и поиски альтернативных источников энергии не только привели к разработке новых технологий, но обратили внимание на другое, не менее полезное сырье – уголь. Самым важным для промышленности является коксующийся уголь. В чем его ценность и где его добывают – изложено в этой статье.

Что такое коксующийся уголь

Это каменный уголь, из которого в условиях коксования получают кокс определенной прочности и крупности. Он представляет большую ценность для промышленности и пользуется активным спросом во многих отраслях. Так, коксующийся уголь используется как основное топливо при производстве стали и энергетики.

Коксующиеся угли отличаются от других каменных углей свойством переходить в пластическое состояние и спекаться при воздействии высоких температур без доступа кислорода.

Состав коксующегося угля

Коксующийся уголь в концентрированном и необогащенном виде характеризуется низкой зольностью (менее 10 %), незначительным содержанием летучих компонентов (от 15 до 37 %) и серы (менее 3,5 %). По сравнению с другими видами угля, коксующиеся угли обладают высокой температурой сгорания и характеризуются меньшим содержанием примесей. Соотношение составляющих веществ в разных месторождениях угля может немного отличаться. Это очень важно учитывать в процессе его коксования. Так, перед переработкой каменного угля обязательно определяется его состав, коксуемость, спекаемость и другие показатели. На территории постсоветского пространства для коксования применяют такие виды угля:

• К – коксовые.
• Ж – жирные.
• Г – газовые.
• ОС – отощенно-спекающиеся.
• СС – сильноспекающиеся.

Процесс коксования

Под коксованием подразумевают технологический процесс преобразования угля в кокс. Он состоит из несколько стадий. На первом этапе проводится подготовка угля к коксованию. Добытый уголь измельчают и образовывают специальные смеси – шихты. На следующей стадии проводится коксование. Оно происходит в специальных камерах коксовой печи с применением газового нагрева. Подготовленную шихту помещают в печь на 15 часов, где все это время проводится повышение температуры до 1000ºС. В результате этого процесса получается «коксовый пирог».

Технология коксования на протяжении двадцатого столетия сильно изменилась, что позволило разрабатывать новые угольные залежи.

Согласно подсчетам, около 10 % общемировой добычи каменного угля проходит процесс коксования. Этот факт подтверждает наличие высокого спроса промышленности на коксующиеся угли.

Чем отличается коксующийся и энергетический уголь

Наибольшую ценность для промышленности предоставляют коксующиеся угли, которые используются в качестве технологического топлива во многих производственных отраслях народного хозяйства. Например, для выплавки чугуна. Главная особенность, которая отличает коксующийся уголь от энергетического – наличие витрена. Это зольная составляющая часть угля, которая образуется в результате разложения растений при отсутствии кислорода. Свойства витрена заключаются в способности плавиться и спекаться под воздействием высокой температуры. Таким образом, микрочастицы угля склеиваются в одну плотную массу. Чем больше концентрация витрена, тем выше качество коксования такого угля.

Наибольшее количество плавких веществ содержится в таких марках угля: коксовые, газовые, жирные, отощенно-спекающиеся и коксовые жирные.

Марки угля

В природе существует много разновидностей каменного угля, которые отличаются техническим составом, показателями спекаемости и выходом летучих составляющих. Для коксования подходят всего несколько марок угля. Но не все они пригодны для спекания в чистом виде. Иногда требуется добавление некоторых компонентов. Итак, существуют следующие марки коксующегося угля:

1. К – коксовый. При коксовании этой марки угля в чистом виде получается кондиционный металлургический кокс. Для получения угля высшего качества добавляют другие марки – жирный или газовый.
2. КЖ – коксовый жирный. Обладает наилучшей коксуемостью, в основном используется для получения кокса без добавления других марок угля. В составе коксового жирного угля содержится до 30 % летучих компонентов. Отражение витрена – 1,3 %. Толщина пластического слоя составляет 18 мм. Без изменений качества кокса допускается добавление в эту марку до 20 % КС, ОС и КО.
3. КО – коксовый отощенный. Толщина пласта составляет 10-12 мм, отражение витрена – до 1 %. Как правило, эта марка не используется отдельно, а только в сочетании с ЖК и ГЖ углем.
4. КСН – коксовый слабоспекающийся низкометаморфозный. Во время спекания из этого вида угля образуется стирающийся кокс с низкой прочностью, поэтому его в основном используют для спекания с другими марками или для получения синтетического газа.
5. КС – коксовый слабоспекающийся. Толщина пластического слоя составляет до 9 мм. Характеризуется низкой спекаемостью. Уголь марки КС используют коксохимическими предприятиями в качестве отощающего компонента. Также его применяют в некоторых сферах производства для слоевого сжигания.
6. ГК – газовые коксующиеся. При коксовании дают хорошо сплавленный кокс, но с малой механической прочностью. Продукт спекания легко разделяется на мелкие куски. Обычно газовый уголь применяется в смесях с другими коксующимися углями.

Наилучшими для спекания считаются такие марки коксующегося угля: жирный, слабоспекающийся, газовый, отощенно-спекающийся и коксовый в чистом виде. В них содержится наименьшее количество примесей, и они обладают высокой пластичностью.

Сферы применения

Главное предназначение коксующегося угля – промышленное топливо. Во время сжигания коксующийся уголь выделяет большое количество тепловой энергии. Так, температура воспламенения этого топлива составляет 470ºС. Но сжигание – не единственный способ извлечения полезных свойств из этого ископаемого. Существует много других отраслей народного хозяйства, в которых эффективно используют коксующийся уголь. Применение этого природного ресурса в промышленных процессах позволяет получать из него свинец, молибден, цинк, германий, серу, галлий и другие химические элементы. Промышленное применение имеют также и отходы угольной промышленности. Так, их перерабатывают в огнеупорные материалы и абразивы. Также из отходов производят строительные материалы.

В общей сложности из каменного топлива изготавливают более 300 разновидностей продукции. Уголь используется в качестве основного материала для производства углеграфитовых конструкционных элементов, высокоазотных кислот, которые применяются в удобрениях. Эффективное применение имеют вещества, которые выделяются в процессе коксования. Так, во время сухой перегонки образуется каменноугольная смола и аммиачная вода. Они также поддаются переработке.

Кроме того, в процессе коксования выделяются газообразные продукты, которые содержат бензол, фенол, аммиак и толуол. Они служат источниками других полезных веществ.

Добыча коксующихся углей на Украине

Коксующийся уголь в Украине в основном применяется металлургическими предприятиями. Так, на металлургию приходится около 90% общего спроса на этот вид топлива. Добывающая промышленность страны обеспечивает коксующимся углем внутренний рынок всего на 60%. Остальные 40 % потребляемого угля импортируются. Главным поставщиком коксующегося угля на Украину является Россия.

В последние годы в стране наблюдается рост спроса на иностранное сырье. Это связано со снижением объемов внутреннего производства. Также спрос на отечественное сырье падает из-за снижения его качества, так как металлургические заводы не могут использовать уголь с высоким содержанием серы.

На Украине коксующийся уголь добывается в бассейнах: Донецком, Львовско-Волынском, Днепровском. Наибольшее количество запасов каменного угля сосредоточено в Донецкой, Луганской и Днепропетровской областях. На данный момент из-за политической нестабильности добыча коксующегося угля на востоке Украины приостановлена.

Добыча угля в России

На территории России находятся большие месторождения угля. Согласно цифрам, страна занимает одно из первых мест в мире по угольным запасам. Более 67 % из них приходится на каменный уголь. Из них 10 % составляют коксующиеся угли.

В России коксующийся уголь добывается в бассейнах: Кузнецком, Печорском, Южно-Якутском, Донецком и Кизеловском. Первые два бассейна производят уголь в наибольшем количестве.

Запасы коксующихся углей в РФ составляют 47,3 млрд. тонн. Однако лишь незначительная часть является пригодной для использования. В последние годы добыча коксующегося угля в России находится на уровне 70 млн. т в год. Этого достаточно, чтобы обеспечить сырьем промышленные предприятия страны.

Коксующийся уголь в России добывают стабильными темпами. Прирост объемов добычи угля будет иметь место в случае повышения спроса на этот вид сырья, обусловленном развитием металлургических и смежных отраслей экономики РФ.

Перспективы рынка коксующегося угля

В ближайшие годы российскую угольную промышленность ждут изменения. Ключевые направления развития отрасли будут касаться вертикальной системы угольных производств. Так, государственной политикой предусмотрено создание на базе угольных шахт энергетических объектов небольшой и средней мощности. Также планируется установка на угледобывающих предприятиях оборудования, позволяющего перерабатывать уголь в экологически чистые синтетические топлива.

Что касается объемов реализации, спрос на коксующийся уголь в России будет расти. Дело в том, что кроме сталелитейных предприятий кокс использует цветная металлургия и много других отраслей промышленности. Так, для производства 1 т чугуна необходимо около 0,4 т кокса. А альтернативные технологии, которые позволяют его заменить на более выгодный ресурс, применяются ограниченно.

Тенденции мирового рынка коксующегося угля

На сегодняшний момент многие угольные компании всех стран переживают кризис снижения цен на коксующийся уголь. Эту проблему усугубляют государства, которые поставляют кокс в избыточных количествах. Также большое влияние на цены оказывает стремление покупателей сокращать затраты. Еще одна неблагоприятная ситуация возникает из-за желания производителей стали снизить производственные издержки. В Европе и в Китае спрос на коксующийся уголь продолжает расти, но это происходит за счет производства продукции высших категорий. Но в целом объемы закупок сырья на мировом рынке падают.

Немного стабилизировалась ситуация с энергетическим сырьем на рынке США. Но цена на него продолжает падать из-за снижения спроса на сталь. В результате этого может сократиться добыча коксующегося угля в США и странах Европы.

Зато эксперты прогнозируют рост импорта энергетического сырья в Индии. По объему ввоза коксующегося угля эта страна занимает третье место в мире.

Стоимость сырья

Во втором квартале 2015 года наблюдается снижение цен на коксующийся уголь. Крупные мировые компании предлагают сырье по цене, которая на 5–10 % ниже по сравнению с первым кварталом. Так, южноафриканская компания Anglo American предложила Японии коксующийся уголь наивысшего качества по 116 долларов США за 1 тонну. Средняя цена за 1 тонну коксующегося угля составляет 117 долларов США.

Источник

Производство кокса: технология и особенности

Что такое кокс? Это стратегически важный продукт, полученный путем термического бескислородного разложения. Подразделяется он на многие виды. Так, выделяют нефтяной и пековый, торфяной и каменноугольный кокс. Но основным из них является последний вид. Именно каменноугольный кокс выступает базовым компонентом доменного производства.

Важный продукт

Что означает слово «кокс»? Морфология данного понятия говорит нам о том, что это горючий твердый остаток, образующийся при термическом безкислородном нагреве некоторых органических веществ, в числе которых уголь (бурый или каменный), нефть, а также торф. Само слово имеет английские корни. Coke означает не что иное, как продукт, полученный путем термического разложения.

Производство кокса в России является важной составляющей промышленного комплекса. По данным статистики, этот стратегически важный продукт ежегодно выпускается в объеме 27 млн тонн. В таких количествах он жизненно необходим литейному производству и металлургической промышленности. Самый крупный российский производитель кокса — «Северсталь». Эта корпорация владеет собственным производством данного вида топлива и использует его для нужд своих же металлургических заводов. самые большие доменные печи, принадлежащие «Северстали», находятся в Череповце. Они выпускают наиболее высококачественный кокс.

Шихта

Для поддержания горения доменных печей требуется большое количество каменноугольного кокса. Данный продукт представляет собой пористую, но в то же время твердую спекшуюся массу. Она получается в результате удаления летучих веществ из каменного угля.

Кокса химическое производство основано на процессе гидролиза. Помимо этого, возможен и сухой перегон каменного угля. Но в любом случае производство кокса связано с нагреванием исходного продукта без малейшего доступа воздуха. Целью гидролиза является отделение углерода от всех остальных веществ, входящих в состав угля. Что представляет собой сырье для производства кокса? Это каменный уголь различных сортов, в том числе жирный и коксовый, газовый и тощий. Называют такое сырье шихтой. Основу данного продукта составляет самый дорогой сорт – коксующийся уголь. На металлургические заводы России шихту доставляют из месторождений Кузбасса, а также Печоры. Богатыми залежами коксующихся углей может гордиться и Якутия. Здесь их добывают на территории Нерюнгри, до которой специально была проведена ветка железной дороги.

В связи со своими масштабами производство кокса требует большого количества сырья. Его доставляют к производственным цехам в насыпных вагонах. Здесь шихту перегружают в огромные башни, в которых специальные механизмы, будто насосы, закачивают поступивший уголь в коксовые колонки. Зимой шихта поступает, как правило, в замерзшем состоянии. И поэтому перед выгрузкой ее отогревают прямо в вагонах, загоняя их в специальные огромные ангары.

Подготовка шихты

Непосредственно само производство кокса начинается с сортировки шихты. Весь уголь, пришедший на завод, разделяется по своему свойству и составу на нужные группы. После этого шихта дробится и перемешивается. Далее следует ее дозировка. Она производится на автоматических весах. После такой подготовки шихта обогащается с использованием обеспыливания, грохочения, мытья, флотации и прочих способов. Все это позволяет устранить из сырья посторонние примеси. После шихта подлежит сушке и поступает на заключительный этап дробления, в результате которого получаются зерна, радиус которых не превышает 3 мм.

Подготовленное таким образом сырье готово для того, чтобы начать производство доменного кокса. Оно перегружается в смесительные агрегаты, а затем поступает в бункеры накопителя, находящиеся в угольной башне.

Коксовые батареи

Готовое сырье, которое необходимо для того, чтобы осуществить производство кокса, высыпается из угольной шахты в бункер загрузочного вагона. После этого оно доставляется в коксовые батареи. Это система, состоящая из нескольких камер, в которых и происходит процесс производства конечного продукта.

Коксовая камера представляет собой сооружение, стены которого выложены огнеупорным кирпичом. Его длина – 13-15 м, ширина – 0,4-0,5 м, высота – 5-5,5 м. Подобные габариты камеры позволяют осуществить процесс производства кокса достаточно быстрыми темпами.

В сводах подобных камер имеется по три-четыре люка с плотно закрывающимися крышками. Они предназначены для загрузки сырья. В торцевых стенах камер также имеются герметичные металлические двери. В процессе того, как образуется кокс, производство требует отвода появляющихся при этом газообразных продуктов. Это также предусмотрено в конструкции камер. В своей верхней части они имеют специальные стояки, по которым летучие вещества попадают в газосборник.

В то время, когда осуществляется производство кокса, технология процесса требует значительного обогрева камер. Для этого между ними конструируют специальные простенки. Они представляют собой целую систему отопительных каналов, по которым перемещаются горячие газы. В результате происходит обогрев стенок камер. В нижней части сооружений для производства кокса размещены регенераторы. Они необходимы для подогрева камер газами, подаваемыми через газопроводы, а также теми, которые отходят из воздуха.

Прогрев шихты

Над коксовыми камерами располагается рельсовый путь. По нему перемещается загрузочный вагон. С него шихта через люки попадает в камеру. Это происходит благодаря расположенным на вагоне специальным механизмам, которые могут откручивать, а затем и закрывать герметичные крышки.

По рельсовому пути, расположенному вдоль одной из сторон камеры, передвигается специальная коксовыталкивательная машина. Именно она подходит к боковым дверям и вскрывает их. Далее это устройство выталкивает полученный кокс. С другой стороны к камере подходит тушильный вагон. Он принимает раскаленный продукт и транспортирует его в зону, находящуюся под башней для тушения, выгружая затем на рампу.

Образование конечного продукта

Все производства металлургического кокса строго соблюдают технологические процессы, которые требуют не допустить попадания воздуха в камеру. Как это происходит? Процесс получения кокса начинается сразу после того как загрузочный вагон поставляет отмеренную дозу шихты в камеру. При этом происходит закрытие ее люков и включение подогревающих устройств.

Что происходит на начальном этапе, когда осуществляется производство кокса? Технология процесса на первой своей стадии предусматривает выделение из готового сырья газов и воды. После этого происходит плавление и оседание шихты. Дальнейшее повышение температуры приводит к вспучиванию данного промежуточного продукта. Это происходит в связи с дальнейшим выделением газов и паров. Далее шихта постепенно отвердевает. Что представляет собой последняя стадия процесса, в результате которой получается кокс? Производство этого продукта осуществляется при растрескивании и усадке спека. В итоге происходит образование так называемого коксового пирога. Все фракции, имеющие парогазовую форму, отводятся по стоякам в газосборник.

Процесс нагрева шихты в камерах идет от ее нагреваемых стенок к центру. В связи с малой теплопроводностью сырья в различных местах стадии коксования находятся на разных этапах.

Весь процесс образования кокса длится от 14 до 17 часов. Его продолжительность зависит от температуры сгорания шихты, ее состава и размеров камеры.

После завершения технологического процесса производства кокса выключаются нагревательные устройства и перекрываются стояки. К дверям коксовой камеры подходит выталкиватель, с помощью которого полученный продукт выгружается в тушильный вагон. Таким образом и происходит освобождение печи. После этого выталкиватель навешивает герметичные двери и отправляется по рельсам к следующей камере. Туда же следует и загрузочный вагон. Он открывает люки и загружается новой дозой переработанной шихты.

Доставка продукта в башню

Полученный в камерах кокс необходимо подвергнуть тушению. Ведь после его соприкосновения с воздухом происходит самовозгорание. В тушильном вагоне кокс доставляется в башню, где он окончательно гасится водой. Далее продукт высыпается из вагона на наклонную бетонированную поверхность, называемую рампой. Здесь в течение двадцати минут происходит его остывание. После этого кокс при помощи транспортеров поступает на сортировку.

Попутные продукты

Производство кокса невозможно без выделения летучих веществ. Они представляют собой смесь газов и паров. Такие компоненты в совокупности называют прямым коксовым газом. После обработки одной тонны шихты, влажность которой достигает 6 %, получается 270 кг прямого коксового газа. В объемном выражении эта цифра равна 330 метрам кубическим.

В прямом коксовом газе, полученном из одной тонны шихты, содержится:

— около тридцати килограмм каменноугольной смолы;
— 10 кг сырого бензола;
— 3 кг аммиака;
— 5 кг сероводорода;
— 80 кг воды;
— 140 кг обратного газа.

До недавнего времени коксохимическое производство являлось единственным поставщиком, предлагающим бензольные углеводороды. Однако после развития сферы нефтепереработок данные продукты стало возможным получать с меньшими капиталовложениями. Это привело к тому, что доля коксохимического производства в поставках бензольных углеводородов упала до сорока процентов. Данный продукт используют в качестве сырья в процессе органического синтеза. Легкая же его фракция перерабатывается с сырым бензолом.

Другие виды попутных продуктов после их ректификации и обработки химическими реагентами, а также после вымораживания с последующей кристаллизацией дают возможность для получения около трехсот химических соединений высокого качества.

Использование нефти

Это природное вещество, так же, как и уголь, является стратегически важным для нашей страны. Их него осуществляется производство кокса и нефтепродуктов, которые представляют собой:

— топливо;
— церезины и парафины;
— смазочные масла;
— битумы;
— пластичные смазки;
— сырье, предназначенное для основного органического и нефтехимического комплекса;
— прочие продукты.

Нефтяной кокс

Такое словосочетание носит собирательный характер. Под нефтяным коксом понимают продукты глубокой переработки «черного золота». Сырьем для его производства служат компоненты, полученные при первичной переработке нефти. Это гудрон и полугудрон, асфальт и экстракт.

Производство нефтяных коксов происходит одним из двух способов:

— замедленным коксованием, которое осуществляется в необогреваемых реакторах;
— в кубовых установках с применением горизонтальных реакторов обогреваемого типа.

Первый из этих двух способов является самым популярным. С его помощью производят практически восемьдесят процентов этого вида продукта.

Нефтяной кокс в дальнейшем используется при производстве электродов, а также анодных масс и анодов при выплавке алюминия. Находит он применение и в технологических процессах изготовления ферросплавов, абразивов, кремния. Широко задействуют нефтяной кокс в химической промышленности.

Получение данного продукта происходит при низком давлении. При этом поддерживается температура от 480 до 560 градусов. Это позволяет произвести нефтяной кокс и бензины, углеводородные газы, а также керосино-газойлевые фракции.

Процесс коксования представляет собой расщепление всех компонентов, входящих в состав сырья. При этом образуются жидкие дистиллятные фракции и углеводороные газы.

Промышленный процесс получения нефтяного кокса осуществляется с использованием установок трех типов. Помимо периодического коксования в специальных кубах и замедленного процесса в камерах оно может происходить непрерывно в псевдоожиженной массе коксаносителя. Рассмотрим один из них, применяющийся наиболее часто, подробнее.

Замедленное коксование

Данный процесс называют еще и полунепрерывным. Этот способ получения нефтяного кокса наиболее распространен в мировой практике. Он подразумевает такой технологический процесс, при котором предварительно нагретое до 350-380 градусов сырье непрерывно подается на особые тарелки, находящиеся в ректификационных колоннах. Подобные установки работают при атмосферном давлении. Сырье для производства нефтяного кокса стекает по тарелкам и контактирует с парами, поднимающимися из реакционных аппаратов. Результатом такого массо- и теплообмена становится конденсат. Именно он и образует вместе с исходным продуктом вторичное сырье, подлежащее дальнейшему нагреванию до 490-510 градусов в трубчатых печах.

Далее смесь поступает в коксовые камеры. Это вертикально расположенные полые цилиндры, высота которых достигает 22-30 метров, а диаметр – 3-7 м.

Реакционная масса поступает в коксовые камеры непрерывно. Причем этот процесс длится на протяжении от 24 до 36 часов. За это время масса, благодаря удерживаемой ею теплоте, постепенно коксуется. Когда камера заполняется конечным продуктом на 70-90 процентов, его удаляют с помощью обычной струи воды, находящейся под высоким давлением.

Далее кокс помещают в дробилку, в которой измельчается на кусочки, размер которых не превышает 150 мм. После этого продукт с помощью элеватора подается на грохот, сортирующий его на фракции разных размеров. Камера, в которой был получен кокс, подлежит прогреву водяным паром и теми парами, которые подаются из работающих аппаратов. Далее емкость вновь заполняется сырьем.

После прохождения технологического процесса возникают летучие продукты. Это парожидкостная смесь, которая непрерывно выводится из действующих камер и последовательно разделяется на газы вначале в ректификационной колонне, а затем — в водоотделителе и газовом блоке, а также в отпарной колонне.

Источник