Коксовый газ
Одним из наиболее эффективных видов газообразного топлива является коксовый газ. Изначально коксовый газ считался побочным продуктом, который при производстве кокса выбрасывался в атмосферу.
Позже коксохимические заводы стали использовать его в целях обеспечения работы оборудования, а в настоящий момент коксовый газ применяется как топливо в различных областях промышленности и бытовом газоснабжении.
Производство коксового газа
Коксовый газ – продукт термического разложения молекул угля, получают его одновременно с коксом при перегонке угля в камерных печах. Данный процесс осуществляется при температуре 900-1200 С. При этом количество произведенного газа напрямую зависит от установленной температуры и продолжительности цикла. При высокотемпературной переработке, продолжительностью 13-14 часов, в зависимости от исходных особенностей угля, производится примерно 74-78 % твердого кокса, 15-18 % газа.
Получение и применение коксового газа
Основным потребителем коксового газа является металлургия, преимущественное большинство коксохимических заводов расположено на металлургических предприятиях или вблизи них. В данной отрасли 50-60% от всего поставляемого объема задействовано в мартеновских цехах.
Применяется данное топливо также в керамической и стекольной отрасли. Используется в виде топлива для паровых котлов и на предприятиях нарезки металла. Во многих городах России коксовый газ используется в городском газоснабжении.
Широкое распространение коксовый газ получил в виде транспортного топлива для автомобилей и железнодорожного транспорта.
Состав и свойства коксового газа
Состав и свойства коксового газа могут незначительно отличаться в зависимости от условий коксования и качества исходного материала.
Примерный состав:
водород Н2 – 50-60%;
метан СН4 – 20-30%;
оксид углерода СО – 5-7 %;
диоксид углерода СО2 – 2-3 %;
азот N2 – 2 - 3,5 %.
Свойства:
плотность при температуре 0 °C и атмосферном давлении 760 мм.рт ст.: 0,45 - 0,50 кг/м3;
теплоемкость: 1,35 кДж;
теплота сгорания: 17,5 мДж/м3;
температура воспламенения: 600 – 650 °C.
Коксовый газ токсичное и взрывоопасное вещество. Концентрация взрывоопасных веществ от 6 до 30 %.
Очистка от коксового газа
Коксовальный газ, выводимый из печей (прямой газ), непригоден к использованию. После производства, газ поставляется на химический завод, где подлежит очистке и улавливанию продуктов сухой перегонки угля и влаги.
Прямой коксовый газ до улавливания содержит примерно 300-500г/нм3 водяных паров, 100-125г/нм3 смолы, 30-40г/нм3 бензольных углеводородов, 7-1 г/нм3 аммиака, 5-20г/нм3 сероводорода и частичные вкрапления сероуглерода, окислы азота, циана.
От излишней влаги и некоторой доли смолы коксовый газ очищается путем конденсации или вымораживания. Остатки смолы осаживаются на электрофильтрах.
Бензол поглощается каменноугольным или соляровым маслом. Аммиак и сера улавливаются из газа для дальнейшей переработки в лекарственные препараты.
Улавливание остальных примесей в первую очередь обусловлено сохранением оборудования и газопроводов, так как излишнее содержание данных веществ может стать причиной выхода оборудования из строя, забивания труб и гидравлических ударов.
Горение и сжигание коксового газа
Коксовый газ обладает высокой теплотворной , характеризующейся в 14-18 МДж/м3, что делает его наиболее эффективным газообразным топливом.
Объемная доля горючих компонентов в составе газа составляет 93%, что обусловливает высокие показатели КПД.
Преимущества использование коксового газа в виде топлива:
сгорание топлива без остатков;
не требует использования тяговых устройств;
простой контроль и регулировка процессов;
легкий запуск и остановка процессов.
Нагнетатели коксового газа
Нагнетатели коксового газа используются для преодоления сопротивления аппаратуры при подаче газа от коксовых печей для его дальнейшей обработки и транспортировки.
Бывает два вида нагнетателей:
с электроприводами;
с паровым турбопроводом.
Чаще всего коксохимические предприятия оснащены нагнетателями с электроприводами в целях экономии ресурсов, однако, паровые нагнетатели имеют более совершенную систему отсасывания.
Газопровод коксового газа
Использование газа в различных отраслях требует его бесперебойной поставки, поэтому система газопровода полностью автоматизирована и оснащена газгольдерами, которые поддерживают необходимое давление и распределяют газ по сети с учетом потребности.
Газгольдеры делятся на два вида: низкого давления (используются для подачи переменного объема) и высокого давления (обеспечивают постоянный объем подаваемого газа).
2сu + o2 --> 2cuo cuo + 2hcl --> cucl2 + h2o cucl2 + naoh --> cu(oh)2 + 2nacl
cu(oh)2 --t--> cuo + h2o
zn + o2 --> zno zno + 2hno3 --> zn(no3)2 + h2o
zn(no3)2 + koh --> zn(oh)2 +2kno3 zn(oh)2 + h2so4 --> znso4 + 2h2o
2k + 2h2o --> 2koh + h2 2koh + co2 --> k2co3 + h2o
k2co3 + 2hcl --> kcl + co2 + h2o 2kcl + h2so4 --> k2so4 + 2hcl
s + fe--> fes fes + hcl --> fecl2 + h2s h2s + naoh --> na2s + h2s
na2s + h2so4--> na2so4 + h2so4
c + o2 --> co2 co2 + 2naoh --> na2co3 + h2o na2co3 + hcl --> nacl +h2co3 ( co2 + h2o) ba(oh)2 + co2 --> baco3 + h2o
4p + 5o2 --> 2p2o5 p2o5 + 3h2o --> 2h3po4
2h3po4 + 3cao --> ca3(po4)2 + 3h2o ca3(po4)2 + 6hcl --> 3cacl2 + 2h3po4
h3po4+ 2naoh --> na3po4 + 3h2o
2al + 3h2so4 --> al2(so4)3 + 3h2 al2(so4)3 + 6naoh--> al(oh)3 + 3na2so4
2al(oh)3 --t--> al2o3 + 3h2o al2o3 + 6hno3 --> 2al(no3)3 + 3h2o
fe + 2hcl --> fecl2 + h2 fecl2 + 2naoh--> fe(oh)2 --> 2nacl
fe(oh)2 + h2so4 --> feso4 + 2h2o feso4 + zn --> znso4 + fe
2h2 + o2 --> 2h2o 2na + 2h2o --> 2naoh + h2 2naoh + co2 --> na2co3 + h2o
na2co3 + 2hno3 --> nano3 + co2 + h2o
2fe + 3cl2 --> 2fecl3 fecl3 + 3hno3 --> fe(no3)3 + 3hcl
2fe(no3)3 + 3h2so4 --> fe2(so4)3 + 6hno3
fe2(so4)3 + al --> al(so4)4 + fe
2pb + o2 --> 2pbo pbo + hno3 --> pb(no3)2 + h2o
pb(no3)2 + 2naoh --> pb(oh)2 + 2nano3
pb(oh)2 --t--> pbo + h2o pbo + h2so4 --> pbso4 + h2o
h2 + cl2 --> 2 hcl fe + 2hcl --> fecl2 + h2 fecl2 + mg --> mgcl2 + fe
mgcl2 + 2hno3 --> mg(n)3)2 + 2hcl hcl + na --> nacl + h2
2na + 2h2o --> 2naoh + h2 naoh + h2s --> na2s + h2o
na2s + hcl --> nacl + h2s 2nacl + h2so4 --> na2so4 + hcl
na2so4 + bacl2 --> baso4 + 2nacl
