Коксование

Коксова́ние, процесс высокотемпературной переработки органических веществ без доступа воздуха для получения твёрдого углеродистого остатка (кокса). В РФ промышленное значение имеет коксование твёрдых горючих ископаемых (углей, торфа, горючих сланцев), высококипящих остатков переработки нефти, каменноугольного пека. При коксовании происходят процессы термической деструкции высокомолекулярных соединений сырья, а также полимеризации и поликонденсации промежуточных и исходных веществ.

Коксование твёрдых горючих ископаемых осуществляется в керамических реакторах (коксовых печах) различной конструкции. Для переработки каменных углей наиболее приемлема горизонтальная камерная печь. Используемые в РФ коксовые печи коксохимических предприятий оборудованы камерами коксования объёмом 14–52 м³ . Коксовая печь имеет системы обогрева, загрузки угольной шихты, выдачи кокса, отбора парогазовых продуктов коксования. Коксовые печи – периодически действующие агрегаты, объединённые в батареи, обеспечивающие непрерывность процесса коксохимического производства. Коксовые батареи включают несколько десятков печей. Отапливаются коксовые печи коксовым или доменным газом, а также их смесью. Температура устанавливается в зависимости от качества сырья, условий коксования и других факторов. Максимальная температура в отопительном простенке 1450 °С, температура при выдаче продукта 1000–1100 °С, удельный расход энергии на коксование сухой шихты 2300–2700 кДж/кг. Качество кокса существенно повышается при предварительном нагревании шихты до 200 °С или при её частичном брикетировании и трамбовании. Внедрение непрерывных процессов коксования (производство брикетококса, формованного кокса, коксование в кольцевых печах и др.) позволяет расширить ресурсы коксующихся углей и получить кокс, оптимально удовлетворяющий требованиям потребителей.

При коксовании каменных углей образуются кокс, каменноугольная смола, коксовый газ и другие продукты. Нагревание каменных углей до 300 °С – т. н. стадия бертинизации (облагораживания) – приводит к выделению водяных паров, СО₂ , СО, СН₄ ; топливо обогащается углеродом, повышается теплота его сгорания. При температуре 300–350 °С образуются жидкие и газообразные продукты (главным образом за счёт деструкции макромолекул). При температуре 350–500 °С из летучих продуктов деструкции формируется пластическая масса – смесь твёрдого вещества и нелетучих жидких продуктов. При температуре выше 550 °С пластическая масса затвердевает. При 600 °С образуется полукокс; при температуре 900 °С завершается превращение полукокса в кокс.

Коксование бурых углей, торфа и горючих сланцев осуществляют при температуре 500–700 °С. Из бурых углей получают реакционноспособный углеродистый остаток, который используется в электротермическом производстве, для бытовых целей. Модифицированием торфяного кокса (водяным паром, СО₂ , воздухом) получают высококачественные сорбенты. При переработке горючих сланцев получают химические продукты различного назначения.

Коксование тяжёлых остатков переработки нефти осуществляют при температуре 470–540 °С в металлических реакторах. Получают жидкие продукты и газ (70–80 %) – сырьё для нефтехимического синтеза, а также нефтяной кокс (20–30 % по массе). Коксование каменноугольного пека производят в пекококсовых печах коксохимических предприятий при температуре 1000 °С в течение 17,5 ч. Пекококсовые печи, объединённые в пекококсовые батареи из 5–7 печей, оборудуют камерами коксования объёмом около 18 м³ . Получают 64–67 % по массе пекового кокса, 23–28 % смолы, 7–8 % газа.

Проблему загрязнения окружающей среды отходами коксохимических предприятий решают путём тщательной герметизации технологических агрегатов, совершенствования технологии коксования и конструкции печей, очистки сточных вод или создания бессточных технологий. Высокий уровень экологической опасности, а также снижение конкурентоспособности отдельных видов продукции коксования обусловили разработку и реализацию технологий производства кокса без улавливания летучих продуктов коксования; в 2001 г. по такой технологии США, Китай, Колумбия, Индия произвели 43 млн т кокса.