Производство кокса технология

Определение «Коксохимическая промышленность» по БСЭ:

Коксохимическаяпромышленность — отрасль тяжёлой промышленности, осуществляющая переработку каменного угля методом коксования. Производит кокс (76-77% всей продукции отрасли по массе), коксовый газ (14-15%) и химическиепродукты (5-6%) (см. Коксохимия).
Первая плавка чугуна целиком на коксе без добавки древесного угля впервые осуществлена в Великобритании в 1735. Коксовые печи с закрытыми камерами были впервые введены также в Великобритании в 30-х гг. 19 в. Длительноевремя производство кокса было придатком металлургической промышленности. Как самостоятельная отрасль К. п. возникла только в конце 19 в. В дореволюционной России производство кокса в промышленных масштабах началось в Донбассе в 80-х гг. 19 в. К. п. России была отсталой отраслью. В 1913 произведеноменее 4,5 млн.т кокса. Около 20% внутреннейпотребности страны в коксе удовлетворялось импортом (около 1 млн.т в год).
Коксовый газ использовался неэффективно, значительная его часть выпускалась в атмосферу. Химические производства на базе коксования углей находились на низком уровне. В период 1-й мировойвойны 1914-18, Гражданской войны и военной интервенции 1918-20 производство кокса ещё больше сократилось. В СССР уровень 1913 достигнут в 1928-29. За годы Советской власти в разных районах страны сооружены крупные коксохимическиезаводы. Значительно расширилась сырьевая база. Освоен ряд новых угольных месторождений, в которых добываются угли для коксования — Кузнецкий, Карагандинский, Печорский угольные бассейны, Ткварчельское и Ткибульское угольные месторождения. Сооружения Магнитогорского, Кузнецкого, Нижнетагильского, Челябинского, Карагандинского, Орско-Халиловского и Руставского коксохимических заводов стало возможным только в связи с освоением новых баз углей для коксования (см. Коксующиеся угли). Выпуск кокса в СССР непрерывно растет (см. табл.).

Производство кокса в СССР (млн.т валового кокса 6%-ной влажности)

1940 21,1 1970 75,4
1950 27,7 1971 78,3
1960 56,2

По производству кокса и по уровню развития К. п. СССР занимает (1971) 1-е место в мире.
Быстрое развитие коксования углей шло параллельно с ростом концентрации производства в К. п. В 1971 80% всего производства кокса осуществлялось на заводах с объёмом производства свыше 2 млн.т кокса в год. Это способствовало повышению технического уровня К. п. производство кокса в печах без улавливания химических продуктов прекращено. В СССР сооружаются современные коксовые печи, основные производственные процессы — разгрузка угля, загрузка и выгрузка коксовых печей, тушение кокса — полностью механизированы. По сравнению с дореволюционным временем период коксования углей и, следовательно,оборот коксовых печей ускорился в 2-2,5 раза.
В К. п. внедрены непрерывные процессы при переработке химических продуктов коксования углей. Комбинирование коксохимических заводов с металлургическими и химическими заводами обеспечивает болеерациональноеиспользование коксового газа. Значительно увеличилась производительность труда в К. п. (за 1951-70 — в 2,2 раза). Росту производительности труда способствовало увеличение электровооружённости труда рабочих более чем в 3 раза. Основные направления дальнейшего развития К. п.: завершениекомплексной механизации и автоматизации производственных процессов. интенсификация существующих и внедрение новых процессов коксования. расширение ассортимента углей, пригодных для коксования (использование газовых и слабоспекающихся углей). внедрение дистанционного и программного управления коксовыми машинами. осуществлениемероприятий по улучшению условий труда и предотвращениюзагрязнения воздушного и водного бассейнов.

Успешно развивается К. п. и в др. социалистических странах, особенно в Польше и Чехословакии.

В 1970 производство металлургического кокса в Польше составило 16,8 млн.т, в Чехословакии 11,5 млн.т.
В 1970 производство металлургического кокса в отдельных капиталистических странах составило (млн.т): в США 57,7, ФРГ 39,9, Японии 25,1, Великобритании 16,5, Франции 14,2.
Лит.: Преображенский П. И., Обогащение углей для коксования, Хар. — М., 1950. Справочник коксохимика, т. 1-6 М., 1964-66. Улицкий Л. И., Экономика коксохимической промышленности СССР, М., 1964. его же, Экономика обогащения углей, М., 1969.
Л. И. Улицкий.

Коксохимическое производство

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Коксохимическая промышленность — отрасль черной металлургии, занимающаяся переработкой каменного угля методом коксования.

Основная продукция коксохимической промышленности (в % к общему выпуску):

Каменноугольный кокс — 76-78 %

Коксовый газ — 14-15 %

Химические продукты (бензол, толуол, этилен, различные смолы, масла и пр.) — 5-6 %

Каменноугольный кокс используется в металлургии в качестве топлива в доменных и литейных производствах. Коксовый газ и другие продукты коксования служат сырьем для химических производств. На их основе выпускают различные полимеры, азотные удобрения, синтетические моющие средства, пестициды, лекарственные препараты и многое другое.

Кокс – основное топливо доменной плавки – представляет собой кусковой пористый материал из спекшейся углеродистой массы, получающийся при прокаливании каменного угля без доступа воздуха. Получают сухой перегонкой при температуре до 1100 по Цельсию без доступа воздуха, в коксовых печах представляющих собой камеры из динасового кирпича. Кокс обладает следующими свойствами: высокая прочность, высокая термостойкость, малое содержание золы, определенный размер кусков, малое содержание вредных примесей, малое и постоянное содержание влаги и высокая пористость. Кокс хорошего качества светло-серого цвета. Содержит 86-88% углерода, 8-13% золы, 0,7-1,5% летучих примесей, 0,5-5% влаги и др.

Подготовка железных руд к доменной плавке

Чем тщательнее подготавливают руду, тем выше производительность доменной печи, ниже расход кокса и выше качество чугуна. Оптимальная доменная шихта включает: офлюсованное железорудное сырье (крупность 5-8мм), кокс (25-60мм).

Руду, добытую в карьере или шахте, нельзя сразу подавать в печь, так как она неоднородна по химическому составу, содержит много пустой породы, вместе с очень крупными кусками имеется много пылевидной мелочи. На такой руде доменная печь будет работать непроизводительно, потребуется увеличенное количество топлива для выплавки 1 т чугуна. Поэтому перед доменным процессом железная руда подвергается предварительной подготовке, которая включает следующие операции: дробление, сортировку, обогащение, спекание, обжиг, усреднение.
Дробление сводится к измельчению специальными машинами— дробилками — крупных кусков руды до размеров 30 — 100 мм. При этом образуется некоторое количество мелочи, которая в случае попадания в доменную печь препятствует свободному движению газов. Поэтому мелочь отделяется от кусковатой руды путем сортировки и направляется на спекание.
Сортировка осуществляется на грохотах, представляющих собой сита с отверстиями заданного размера.
Обогащение руды состоит в отделении от нее пустой породы, что повышает процентное содержание железа.
Обогащают железные руды промывкой (мокрое обогащение), магнитной сепарацией и обжигом.
Мокрому обогащению подвергаются преимущественно руды, содержащие в пустой породе глину и песок. На промывочных машинах сильной струей воды отмывают глинистые и песчаные породы.
Магнитное обогащение применяется к рудам, обладающим магнитными свойствами, к таким, как магнитный железняк. Руду измельчают до размера зерен не более 0,2 мм и пропускают через магнитный сепаратор. Куски руды, попадая в поле действия электромагнита, прилипают к барабану сепаратора, отделяясь от пустой породы, не обладающей магнитными свойствами.
Обжиг руды при температуре 600—800° производится для удаления воды, углекислого газа и серы. После обжига руда делается пористой и свободной от вредных примесей—серы и мышьяка.
Спекание руды осуществляется на специальных агломерационных фабриках. Мелкая железная руда и рудная пыль, которая улавливается при выносе ее из доменной печи вместе с выходящими газами, смешиваются с измельченным топливом, увлажняются водой и в виде смеси подаются на специальные машины. Здесь под действием температуры сжигаемого топлива легкоплавкие частицы руды расплавляются и связывают другие частицы руды.

Образующиеся пористые куски массы называются агломератом.
Усреднение железной руды заключается в смешивании руды различного химического состава. Для получения высоких технико-экономических показателей работы доменной печи важно, чтобы в печь подавалась руда одинакового химического состава.

Обогащение и окускование железорудного сырья.

Обогащение –процесс обработки, целью которого является повышение содержания полезного компонента путем отделения пустой породы. В результате обогащения получаются концентраты и хвосты обогащения, которые по содержанию компонента различны. Например, железная руда, в которой концентрат обогащения 52-59% содержания железа и хвосты обогащения 8-13% содержания железа. Обогащение руды является сложным процессом который включает в себя след. пункты: дробление, измельчение, флотация, обезвоживание и другие физико-химические процессы.

Дробление – процесс уменьшения размера кусков путем разрушения под действием внешних сил для придания кускам руды определенных размеров.

Грохочение – разделение материала на классы крупности при помощи решеток или механических сит.

Флотация – метод обогащения основанный на различных физико-химических свойствах поверхностей различных минералов.

Окускование полезных ископаемых — это процесс превращения мелких классов полезных ископаемых в куски с заданными свойствами для их более эффективного использования. Получаемые в результате глубокого обогащенияконцентраты

руд чёрных и цветных металлов, как правило, непригодны для непосредственного использования в плавке или других технологических процессах и требуют окускования. В зависимости от вида полезного ископаемого и его последующего передела окускование осуществляется агломерацией, окомкованием или брикетированием.

Агломерация — спекание мелких руд или концентратов в твёрдые пористые куски.

Окомкование — процесс получения гранул сферической формы — окатышей, подвергаемых для упрочненияобжигу

.

Брикетирование — процесс получения брикетов прессованием мелкого материала.

В результате окускования частиц получают:

при агломерации — агломерат крупностью 5—60 мм,

при окомковании — окатыши в основном крупностью 9—16 мм,

при брикетировании — брикеты разной геометрической формы и необходимых габаритов и массы. Из общего производства окускованного сырья агломерат занимает около 70 %, окатыши 28 % и брикеты 2 %.

Окусковывают материалы крупностью частиц менее 10 мм.

Окускование широко используется при подготовке железорудных концентратов (агломерация), угля (брикетирование). В связи с непрерывным снижением крупности металлургического и угольного сырья актуальность окускования возрастает.

Производство чугуна и устройство доменной печи.

Чугуном называют сплав железа с углеродом (2… 6,67 %), кроме них в состав сплава могут входить кремний, марганец, сера, фосфор и др. Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Наиболее часто применяемые железные руды: красный (Fe2O3), магнитный (Fe3O4), бурый (Fe2O3-nH2O), шпатовый (РеСОз) железняки, содержащие 30…70 % железа и пустую породу из различных природных химических соединений (SiO2, А12Оз и др.) и вредные примеси (серы, фосфора). Топливом служит кокс — продукт сухой перегонки (без доступа воздуха) коксующихся каменных углей. Флюсы (плавни) — известняки, доломиты, кварц, песчаники применяют для понижения температуры плавления пустой породы и перевода ее и золы топлива в шлак. Основным способом производства чугуна из руд в настоящее время является доменный процесс, заключающийся в восстановлении железа из руд (оксидов) при высокой температуре и отделении его от пустой породы руды.

Чугун выплавляют в доменных печах (9.2) объемом до 5000 м3, куда руду, кокс и флюсы загружают чередующимися слоями, опускающимися вниз печи под влиянием собственной массы. В нижнюю часть печи — горн через отверстия — фурмы подают под давлением нагретый воздух, необходимый для поддержания горения топлива.

Кокс, сгорая в верхней части горна, образует СО2 ;ij[C+O2 = CO2), который поднимается вверх по печи и, встречая на своем пути раскаленный кокс, переходит в оксид углерода: CO2-f-: -f-C=2CO. Оксид углерода восстанавливает оксиды железа до чистого железа по схеме Fe2O3->-F3O4-«-FeO-> -HFe. Этот процесс может быть представлен следующими реакциями: 3F9Q3+ ;+ СО = 2F3O4 + СО2; 2Fe3O4+2CO=6FeO+2CO>; 6FeO+6CO = 6Fe+6CO2.

Доменная печь — домна является шахтной печью непрерывного действия. Она имеет форму двух усеченных конусов, сложенных широкими основаниями, между которыми находится цилиндрическая часть, называемая распаром.

Верхняя (узкая) часть печи называется колошником. Колошник имеет засыпной аппарат для загрузки шихты (руды, топлива, флюсов) и газоотводные трубы, по которым из доменной печи отводятся газы, называемые доменными или колошниковыми. Часть печи между колошником и распаром называется шахтой. Часть печи, обращенная усеченным конусом вверх и поддерживающая шихту в распаре вместе с шихтой и колошником, носит название заплечиков. В этой части печи происходит довольно резкое сокращение объема загружаемых материалов в результате выгорания кокса и образования жидких продуктов плавки. Нижняя часть печи, имеющая форму цилиндра, в которой скапливаются продукты плавки — жидкий чугун и шлак, — называется горном. В горне имеются радиально расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга отверстия (10—16, в зависимости от размера домны). В эти отверстия вставлены из красной меди, бронзы или алюминия трубы с двойными стенками. Эти отверстия носят название фурмы. Через фурмы вдувается вентилятором или воздуходувными машинами нагретый в воздухонагревателях (кауперах) горячий воздух. Фурмы охлаждаются водой, циркулирующей в пространстве между стенками труб. Внизу горна расположены отверстия для выпуска чугуна — чугунная летка, и для выпуска шлака —шлаковая летка. Нижняя часть, или дно, горна называется лещадью. Лещадь опирается на железобетонный фундамент печи. Стенки доменной печи выложены огнеупорным шамотным кирпичом. Огнеупорная кладка печи заключена в стальной кожух, который изготовляют из склепанных или сваренных между собой листов. Для повышения стойкости огнеупорной кладки производится охлаждение ее с помощью металлических холодильников, в которых циркулирует вода.

Коксохимическое производство. Основным сырьем для коксохимического передела является каменный уголь, из которого получают кокс, служащий основным видом топлива в металлургических

Основным сырьем для коксохимического передела является каменный уголь, из которого получают кокс, служащий основным видом топлива в металлургических процессах. Полученные попутно с коксом продукты (газ, смолы, бензолы и т.д.) используют как сырье для производства парфюмерии, лаков, анилиновых красок, пластмассы, медикаментов и т.п.. Химическая продукция современных коксохимических заводов составляет около 60% стоимости кокса.

Коксованию подлежат специальные сорта каменных углей, способные в процессе сухой перегонки превращаться в твердую спекшуюся массу.

Технологический процесс коксования включает подготовку шихты, сухую перегонку (без доступа воздуха) и спекание угля при температурах 1100–1200 0С, улавливание выделяющихся химических продуктов и обработку коксового пирога.

Подготовка шихты состоит из приема и складирования углей, их усреднения, дозирования компонентов шихты, ее обогащения и последующего обезвоживания. Крупнокусковой уголь перед обогащением предварительно измельчают.

Спекание шихты осуществляют в коксовых печах, которые представляют собой камеры в форме вытянутого параллелепипеда с габаритами по высоте, длине, ширине до 8×18×0,65 м и вмещают свыше 22 т сухой шихты. Группа из 45–70 камер составляет одну коксовую батарею. Между камерами расположены обогревательные простенки, в которых движутся продукты горения доменного газа. Простенки в верхней части соединены переходными каналами. Воздух для сжигания газа предварительно нагревают до 900–1100 0С в регенераторах. На каждую камеру приходится два регенератора, один из которых нагревается продуктами горения, а в другом, ранее разогретом регенераторе, происходит подогрев доменного газа, сгорающего в нижней части простенка (рисунок 10.1). Через некоторое время направление движения газов меняется.

1 – регенераторы; 2 – обогреваемые вертикалы; 3 – обводной канал;

4 – отверстия для загрузки шихты; 5 – камера коксования

Рисунок 10.1 – Схематический разрез коксовой батареи

В камерах коксования, работающих периодически, по мере роста температуры из шихты удаляются пары воды и летучие вещества. При 350 0С начинается разложение угля с выделением смол. При 350–500 0С шихта переходит в пластическое состояние. При повышении температуры до 1000–1100 0С получают кокс (спекшуюся массу). Спекание коксующегося угля сопровождается усадкой и появлением пор. Выделяющиеся смола и летучие вещества отсасываются для химической переработки.

Продолжительность коксования составляет 15–17 часов, современные батареи производят до 20 тыс. т.

кокса в сутки.

Загрузка коксовой камеры производится через люки, расположенные в своде печи. Для выдачи кокса открывают две противоположные дверцы, закрывающие оба конца сквозной коксовой камеры, и раскаленный кокс при помощи коксовыталкивателя выдавливается из нее.

Кокс из камеры передается в тушильную башню для мокрого (водой) или сухого (азотом) тушения. Операция предотвращает горение раскаленного кокса. После тушения кокс подвергается грохочению, куски классом 25–60 мм направляют в доменную плавку. Более мелкий кокс используют как восстановитель в различных металлургических процессах.

Основными химическими продуктами коксования являются коксовый газ, бензол, фенолы, нафталин, каменноугольная смола, сульфат аммония и каменноугольный пек.

В экологическом отношении коксохимическое производство является одним из наиболее опасных. На всех его стадиях выделяется значительная масса загрязнителей.

Крупным источником токсичных веществ служат цеха коксохимического производства, перерабатывающие продукты коксования: бензол, каменноугольную смолу и др. На долю коксохимического производства приходится более 70% канцерогенов от их общего количества, образующегося в металлургии.

Дефицитностью коксующихся углей инициируются разработки по бескоксовой металлургии, внедоменных способов производства железа и его сплавов, а также замене части кокса в доменной плавке углем и природным газом, вдуваемыми через фурмы.

Переработка нефти

На современном этапе развития промышленного производства ориентируются на глубокую переработку нефти, при которой получают искусственное топливо (жидкое и газообразное), смазочные масла, нефтяные битумы и пеки, сырье для производства пластмассы, химических волокон, синтетических каучуков, моющих средств и т.д. Глубина переработки нефти в передовых странах достигает 90%, в нашей стране она составляет 62–64%. По объему потребления наибольшее значение для народного хозяйства имеют искусственные жидкие топлива (горючее), смазочные масла и консистентные смазки.

Жидкие топлива в зависимости от их назначения классифицируются на карбюраторные (авиационный и автомобильный бензин) и дизельное, отличающееся высокой теплотой сгорания, превышающей 40 тыс. кДж/кг.

Карбюраторное топливо используют в двигателях внутреннего сгорания с зажиганием от электрической искры.

Дизельное топливо используют в поршневых двигателях внутреннего сгорания с воспламенением его от сжатия при 550–600 0С. К дизельному топливу относятся керосин и соляровое масло.

После отгонки моторного топлива из нефти остается вязкая черная жидкость – мазут. Его используют как топливо или перерабатывают в смазочные масла и бензин.

Вторая группа нефтепродуктов (смазочные масла) применяется для уменьшения трения во всех движущихся деталях и отвода от них тепла.

Третью группу нефтепродуктов – консистентные (мазеобразные) смазки – получают добавлением к смазочным маслам загустителей (масла, сульфидов, силикатов и др.).

Добытую нефть перед отправкой на переработку подвергают очистке от механических примесей, воды, газов, растворенных веществ, которую ведут физическими и химическими методами, включающими стадию нагревания нефти или нефтепродуктов до высоких температур с разделением на фракции (смеси) или выделением индивидуальных углеводородов.

Перегонка нефти (физический метод) основана на разнице температур кипения и конденсации органических соединений, входящих в состав нефти. Перегонка заключается в разделении исходной сложной по составу жидкости на отдельные фракции (дистилляты).

Средние выходы различных дистиллятов приведены в таблице 10.1.

При переработке нефти выход наиболее ценных продуктов (бензина) недостаточен и обычно не превышает 15%, что не может покрыть все возрастающий спрос народного хозяйства на этот и другие виды моторного топлива. Увеличения их выхода достигают применением химических процессов переработки, резко увеличивающих выход бензина (до 70% массы сырья).

Таблица 10.1 – Выходы дистиллятов при прямой перегонке нефти

Дистиллят Температура отбора, 0С Выход, % от массы нефти
Первая ступень
Бензиновый До 170 14,5
Лигроиновый 160–200 7,5
Керосиновый 200–300 18,5
Соляровое масло 300–350 5,0
Остаток – мазут 55,0
Вторая ступень (Перегонка мазута под вакуумом 6–7 кПа)
Веретенный 230–250 10–12
Машинный 260–305
Легкий цилиндровый 315–325
Тяжелый цилиндровый 350–370
Остаток – гудрон 27–30

При переработке с применением более высоких, чем при прямой перегонке, температур молекулы органических соединений нефти распадаются на относительно мелкие с меньшим числом атомов углеводороды. Одновременно протекают вторичные процессы, в которых продукты распада образуют молекулы новых соединений, отличающихся от исходных строением и составом. Ко вторичным относятся процессы полимеризации (отщепление водорода от какого-либо соединения) и многие другие. Первичные и вторичные процессы переработки нефти и нефтепродуктов называют крекингом.

При крекинге образуется большее количество газообразных веществ (водород, метан, бутан, пропилен, этилен и др.), являющихся сырьем для органического синтеза.

Добыча, переработка и транспортировка нефти сопряжены с загрязнением окружающей среды. Потенциальным его источником является сеть нефтепроводов. Ежегодно происходит до 700 крупных разрывов нефтепроводов, при этом потери достигают 7–20% добываемой нефти.

На угрожающем уровне находится нефтяное загрязнение Мирового океана. В настоящее время одна треть океанической поверхности покрыта нефтяной пленкой. Межконтинентальная транспортировка нефти, осуществляемая нефтеналивными судами, составляет почти половину общего объема морских перевозок.

Значительным фактором загрязнения окружающей среды являются предприятия нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслей. Зона активного загрязнения почвы составляет 1–3 км от предприятия при общем распространении загрязняющих веществ, в том числе попадающих в сельскохозяйственные культуры, на расстояние не менее 20 км.

Методы очистки от нефти и нефтепродуктов достаточно многочисленны, однако универсального способа нет. Применение того или иного метода определяется свойствами загрязненной среды, ее температурой, составом и свойствами нефти, масштабом загрязнения, его расположением относительно населенных пунктов, предприятий народного хозяйства и многими другими факторами.

КОКСОХИМИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО — промышленное получение кокса с одновременным улавливанием и переработкой химических продуктов, образующихся при коксовании.

Кокс — твердое топливо, обладающее высокой теплотворной способностью, используется при получении чугуна (доменный процесс) и его расплавлении перед разливкой в формы (литейное производство). Кокс получается в процессе разложения при нагревании каменного угля без доступа воздуха до t° 900—1100°.

В качестве сырья в К. п. используются шихты (смеси), состоящие из коксующихся углей различных марок. Коксование осуществляется в коксовых печах, для обогрева которых используют доменный, генераторный или коксовый газ. Готовый кокс из печей с помощью коксовыталкивателя направляется в тушильный вагон, где тушится фенольной водой или инертными газами. После тушения кокс подается транспортером на сортировку. Горячий коксовый газ (600—700°) охлаждается, в результате чего конденсируется каменноугольная смола. Смола подвергается перегонке, надсмольная (аммиачная) вода вместе с сырым газом используется для получения сульфата аммония. После освобождения от аммиака газ вновь охлаждается и направляется на улавливание сырого бензола — бензольных углеводородов.

Каменноугольная смола нагревается до 380—400° в трубчатых печах; смесь ее паров разгоняется на фракции, из которых выделяют фенолы (см.), нафталин (см.) и другие органические соединения. Остаток (пек) подвергается дальнейшей термической обработке.

На углеподготовительных фабриках процессы дробления, выгрузки бункеров, подачи угля на транспортеры сопровождаются пылеобразованием. При обслуживании коксовых батарей работающие могут подвергаться действию всех ингредиентов коксового газа, которые выделяются в воздух при загрузке шихты, через люки, при неплотностях коммуникаций и различных нарушениях технол. процесса. Особое значение имеет поступление в воздух окиси углерода (см.), бензола (см.), аммиака (см.), сернистого газа, сероводорода (см.). Температура воздуха при недостаточной теплоизоляции оборудования может достигать 42—50° и более; напряженность лучистого тепла у печей — 5—8 кал/см2/мин и выше. При тушении кокса фенольными водами наряду с названными вредными веществами в воздух поступают фенолы, а также пары ртути при наличии в шихте углей, содержащих ртуть (см.).

В коксосортировочных цехах при загрузке кокса в бункера и других операциях в воздух выделяется пыль и вредные газы — окись углерода и др. Масса кокса, охлажденного лишь до 125—200°, выделяет большое количество тепла.

Процесс конденсации смолы, ведущийся под вакуумом, не сопровождается выделением вредных веществ в воздух.

В смолоперегонных цехах отмечается повышенная температура воздуха; в воздухе содержится нафталин и, как правило, в небольших концентрациях фенол, бензол, пиридин (см.), сероводород, пары ртути. Возможно поступление в воздух рабочей зоны и в атмосферный воздух 3,4-бензпирена (см.).

В воздухе рабочей зоны ПДК для окиси углерода 20 мг/м3, бензола — 5 мг/м3, аммиака — 20 мг/м3, сероуглерода — 10 мг/м3, пиридина — 5 мг/м3, паров ртути — 0,01 мг/м3, нафталина — 20 мг/м3, фенола — 5 мг/м3, сероводорода — 10 мг/м3, цианистого водорода и цианидов (в пересчете на цианистый водород) — 0,3 мг/м3.

На К. п. возможны острые и хрон, отравления работающих. При тушении кокса фенольными водами, содержащими более 0,3 г фенола в 1 л, описаны случаи острого отравления фенолами и окисью углерода; при переработке каменноугольной смолы — комбинированные интоксикации ароматическими углеводородами, сернистыми соединениями, фенолами и непредельными углеводородами.

Под действием каменноугольной смолы могут возникать поражения кожи, особенно резко они выражены при действии пека: резкое раздражение кожи, выражающееся покраснением, отеком и сильным жжением, усиливающимся при действии солнечного света. Одновременно отмечается конъюнктивит, чувство жжения в глазах, светобоязнь, а также явления раздражения со стороны верхних дыхательных путей и бронхов. В тяжелых случаях могут присоединяться головная боль, головокружение, тошнота, рвота, потеря сознания.

При хрон, воздействии вредных веществ в К. п. отмечаются выраженные функц, расстройства ц. н. с., жел.-киш. тракта, заболевания органа зрения и кожи. У лиц, подвергающихся воздействию продуктов термической обработки каменного угля (фенолы, нафталин, антрацен, пек и др.), возможны поражения печени. В смолоперерабатывающих цехах у рабочих отмечаются поражения кожи — фолликулиты, меланодермии, бородавчатые разрастания.

В СССР на К. п. осуществлены механизация процессов, автоматический контроль и управление большей частью операций. Радикальное оздоровление условий труда дает введение непрерывного коксования угля, сухого тушения кокса инертными газами, бессатураторного способа получения сульфата аммония и др.

Непрерывное коксование полностью исключило технол. операции, при которых рабочие подвергались воздействию окиси углерода и других ядовитых соединений, интенсивного лучистого тепла и высокой температуры воздуха. Переход с мокрого на сухое тушение кокса резко снизил загрязненность фенолом и другими веществами почвы и воздуха на территории завода, площадок, тоннелей коксовых печей, галерей транспортеров, помещений коксосортировки, а также атмосферного воздуха в ближайших населенных пунктах. Перед тушением кокса фенольными водами осуществляется их обесфеноливание, разбавление чистой водой.

Хороший оздоровительный эффект дает внедрение программно-автоматической загрузки печей с дистанционным управлением на современных пекококсовых установках, полуавтоматический способ загрузки печей, автоматизация сортировки кокса, механизация чистки дверей и рам и др. Эти мероприятия в значительной степени облегчили тяжелый физ. труд рабочих, уменьшили концентрацию в воздухе пековых аэрозолей, акридина, 3,4-бензпирена.

Введение вращающихся барабанных аппаратов для охлаждения нафталина исключило необходимость в центрифугах, что снизило концентрации нафталина в воздухе до предельно допустимых. Для борьбы с теплом, пылью и вредными газами важное значение имеют правильная планировка промышленной площадки, размещение технол. оборудования с выносом на открытый воздух оборудования, выделяющего большие количества тепла. Наряду с теплоизоляцией, герметизацией оборудования и коммуникаций обеспечивается эффективный воздухообмен в производственных помещениях с помощью аэрационных фонарей и механической приточной вентиляции (см.). Для улавливания вредных веществ из отработанного воздуха используются различные очистные сооружения, в частности конденсаторы.

Кроме дистанционных методов управления процессами, механизации операций, сокращающих время пребывания рабочих у источников лучистого тепла, используются специальные передвижные экраны, воздушное душирование, специальная защитная одежда (см. Одежда защитная). Для защиты от пыли, вредных паров и газов используются респираторы (см.) и противогазы с Коробкой марки А (см. Противогазы), при чистке оборудования — шланговые или кислородно-изолирующие противогазы, при работе с пеком — противопылевые комбинезоны с капюшоном из пыленепроницаемой ткани, рукавицы, достигающие середины предплечья, герметичные очки с темными стеклами. Для защиты кожи используются паста Долгова, состоящая из равных количеств окиси цинка, талька, этилового спирта, глицерина и вазелинового масла с добавлением салола (7% от общей массы), а также паста «Луч» фабрики «Свобода» и др.

На К. п. организуются спасательные станции, а также специальные лаборатории, контролирующие соблюдение гиг. нормативов, в т. ч. и ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны, а также в атмосферном воздухе и водоемах в р-не размещения производства.

Рабочие К. п. подвергаются обязательным предварительным при поступлении на работу и периодическим медосмотрам 1 раз в 12 мес., занятые дистилляцией каменноугольной смолы и ректификацией ароматических углеводородов — 1 раз в 6 мес. Медосмотр осуществляется дерматологом и по показаниям терапевтом, невропатологом, окулистом и урологом. Обязательно при этом определение количества гемоглобина, лейкоцитов и РОЭ. Противопоказаниями к приему на работу служат заболевания кожи с повышенной чувствительностью к солнечному свету, предраковые заболевания кожи, жирная себорея, заболевания фолликулярного аппарата кожи, хрон, заболевания глаз.

К работам в контакте с бензолом женщины не допускаются. Подростки-юноши допускаются к работе и производственному обучению отдельным профессиям в К. п. при индивидуально-бригадной подготовке не ранее 18 лет. Работающие в К. п. пользуются сокращенным рабочим днем, дополнительными отпусками, получают специальное питание.

Библиография: Жуков А. М. Исследование воздушной среды и вентиляции смолоперегонного цеха, Гиг. труда и проф. заболев., № 12, с. 43, 1971; Капитульский В. Б. и Липлавк И. Л. Гигиеническая характеристика пекококсового производства, Гиг. и сан., № 6, с. 111, 1967, библиогр.; К л и п и н и ц e р И. Л. и д р. Исследование бенз(а)пирена в продуктах антраценовой фракции каменноугольной смолы, Гиг. труда и проф. заболев., № 3, с. 47, 1977; П e т р о в а Н. И, и Еремеев А. Д. Ртутная опасность в коксохимическом производстве, там ше, № 11, с. 45, 1972.

Ю. Л. Егоров.

Коксохимическое производство может быть цехом металлургического завода или самостоятельным предприятием. Сырьем для получения кокса служат каменные угли.

Производство агломерата Доменное производство Коксохимическое производство Мартеновское производство Конвертерное производство Электросталеплавильное производство Огнеупорное производство Агломашины, машины для обжига окатышей, охладители, грохоты и др. Доменные печи, установки грануляции шлака и др. Мартеновские печи, миксеры и др. Конвертеры, миксеры и др. Электропечи и др. Шахтные и вращающиеся печи, сушильные барабаны, дробилки и др.

Коксохимическое производство Коксовые батареи, башни тушения кокса, ва-гоноопрокиаыватели и др.

Коксохимическое производство загрязняет воздух угольной пылью и сажей. Источниками этих поступлений являются следующие производственные процессы: размол угля, загрузка шихты в камеры коксовой батареи, выгрузка кокса в тушильный вагон.

На коксохимических производствах необходимо применять сооружения глубокой многоступенчатой биологической очистки, которые позволяют обеспечить в очищенных сточных водах снижение содержания фенолов и роданидов соответственно на 98 и 99,9%- Использование таких очищенных вод для подпитки охлаждающих систем также открывает определенные перспективы для дальнейшего сокращения водопотреб-ления в коксохимическом производстве. Очищенные фенольные сточные воды, добавляемые в систему оборотного водоснабжения, умягчают техническую воду, циркулирующую в системе, поскольку не содержат солей жесткости и являются ингибиторами коррозии, что особенно важно для систем оборотного водоснабжения.

Сточные воды коксохимического производства — одни из наиболее опасных (как источник загрязнения водоемов) и трудных с точки зрения их очистки среди промышленных сточных вод. Поэтому проблема очистки сточных вод коксохимического производства решается комплексом физико-химических (отстаивание, флотация, коагуляция) механических и биохимических способов, которые используются для очистки локальных стоков и общего фенольного стока на биохимических установках. Выбор способов и эффективность очистки во многом определяются тем, как используются очищенные сточные воды.

Схема коксохимического производства и источники сточных вод. Ежедневная загрузка угля при 10%-ной влажности — 6000 т, а ежедневная производительность по коксу — 4200 т.

Аварийные стоки коксохимического производства г. Череповца привели к гибели многих гидробионтов. В обрастаниях на древесных субстратах встречались мертвые личинки хирономид, поденок, рачки Sida crystallina. Зооперифитон участков, расположенных в зоне воздействия аварийных выбросов, практически не развивался (Скальская, 1990). Слабый естественный прогрев водоема в период аварии усугубил ход процессов самоочищения водоемов, в то же время сравнительно низкая температура воды способствовала большей выживаемости чувствительных к загрязнению мелких рачков. В опытах с лабораторной культурой Daphnia magna было показано, что с увеличением температуры воды от 15 до 25 °С витальная концентрация солей тяжелых металлов снижается, причем весьма существенно, например, для цинка в 10 раз (Щербань, 1977).

Основными этапами коксохимического производства являются: подготовка (промывка) угля, выжиг и гашение кокса, переработка коксового газа с извлечением из него смолы, аммиака, бензола и других продуктов разгонки.

Масла в сточных водах коксохимического производства по своему составу специфичны по сравнению со сточными водами других отраслей промышленности.

ПАВ используются также в коксохимическом производстве, в технологических процессах нефтяной промышлености, на предприятиях черной и цветной металлургии, при обогащении и флотации цветных и железных руд.

Общее количество сточных вод коксохимического производства при оборотной системе водоснабжения составляет 0,35-0,38 м3 на 1 т кокса.

В связи с перспективой перехода коксохимической промышленности на сухое тушение кокса инертными газами рассмотрен вопрос об эксплуатации оборотных систем при их беспродувочном режиме. Как показали исследования, такой подход к эксплуатации охладительных систем возможен, но требует применения ингибиторов коррозии, в частности может быть использован ингибитор УХИН-2 (его получают из упаренного раствора воды газосборникового цикла коксохимического производства) в количестве 0,01 % расхода подпиточной воды.

Сущность метода. В сточных водах коксохимического производства содержатся различные полициклические соединения, среди которых значительное место занимают представители ряда тетрафена.

УШ-16. Структурная блок-схема коксохимического производства (сплошная линия — прямые технологические связи; штриховая — передача производственных выбросов)

В черной и цветной металлургии, в коксохимическом производстве практически остановлено строительство новых и реконструкция действующих объектов. Не проводится положенный капитальный ремонт, не заменяются вовремя изношенные узлы и агрегаты. Несущие бетонные и металлические конструкции производственных помещений значительно изношены и представляют повышенную опасность.

Ш-14. Схема подготовки отходов коксохимических производств при использовании их в шихте для коксования.

Рассмотрим схему гипотетического коксохимического производства (рис. 9.2.3), в котором предусмотрено улавливание побочных продуктов, а большинство восстановительных операций идентично операциям, которые применяются на действующих предприятиях этой отрасли промышленности. По величине ежедневного расхода угля (6000 т) такое производство можно было бы включить в число 20 наиболее мощных в США.

Смолы и масла встречаются в сточных водах коксохимических производств, газогенераторных станций, обогатительных фабрик, нефтеперегонных заводов, нефтепромыслов и нефтебаз.

Следует отметить в целом высокий выход ВЭР в коксохимическом производстве (около 80% от первичного энергопотребления).

Это прежде всего энергетический потенциал коксового газа, выполняющего функции теплового и горючего ВЭР, а также физическое тепло кокса (тепловой ВЭР, не относящийся к газовым).

В процессе биологической очистки сточных вод коксохимических производств в первую очередь окисляются фенолы, а затем роданиды и цианиды, причем после разрушения фенолов многие культуры способны разрушать роданиды.

Вторым узлом, усложняющим создание безотходного коксохимического производства, является цех улавливания аммиака и пиридиновых оснований. Ранее было указано, что идеальным конечным вариантом могло быть прекращение образования аммиака при коксовании. Однако это невозможно. В то же время необходимым условием является полное улавливание аммиака, которое должно быть обеспечено с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами.

Одним из наиболее сложных и неблагоприятных узлов коксохимического производства оказывается, как видно из главы I, конечное охлаждение коксового газа. Традиционная технология этого относительно простого участка (рис.

Цианистый водород из газов поглощают в химическом и в коксохимическом производствах. Задачи при этом различны. На предприятиях химических производств цианистый водород является товарным продуктом и поглощение его из газов — основная задача процесса (цехи производства цианистого водорода), либо он является побочным продуктом, как при получении акрилонитрила окислительным аммонолизом пропилена, когда образуется до 20% от массы акрилонитрила цианистого водорода . Естественно, существует потребность и в санитарной очистке выхлопных газов от следов цианистого водорода во всех производствах, где НСМ используют как сырье.

При размоле угля, загрузке шихты в батареи и выгрузке кокса на коксохимических производствах образуются угольная пыль и сажа. В процессе коксования выделяется газ, содержащий пары углеводородов (смолистых веществ ). Количество газообразных выбросов составляет 3—5 м3, смолистых веществ 0,2—0,5 кг на 1 т используемого угля.

Следующим перспективным методом обесфеноливания сточных вод коксохимических производств является пароциркуляционный метод.

Особенно большое выделение пыли, газов и жидких стоков имеет место в коксохимическом производстве Источниками пыли являются коксовые батареи при их загрузке и выгрузке кокса, а также при мокром тушении кокса.

Применение улавливания бензола под давлением может значительно улучшить экономику коксохимического производства и уменьшить размеры аппаратов. При этом возрастет полнота улавливания компонентов из газа и отпадет традиционный узел конечного охлаждения. Однако объем стоков не изменится, так как он зависит от водяного баланса коксохимического производства. Улавливание под давлением не влияет также на работу узлов тушения кокса и переработки надсмольной воды..

Выбросы предприятий металлургической промышленности. Черная металлургия традиционно состоит из следующих основных производств: агломерационного, доменного, сталеплавильного и прокатного. В промышленный комплекс черной металлургии часто включается коксохимическое производство, производство огнеупоров, а также производство тепловой энергии в котлах ТЭЦ и паровоздуходутьевых станций (ПВС).

В табл. 17 приведены данные физико-химических анализов воды общего стока одного металлургического комбината с полным технологическим циклом производства (включая кокс, аглофабрику, огнеупоры и ТЭЦ) за зимние месяцы при отсутствии поступления атмосферных осадков и дренажных вод; для сравнения в табл. 17 приведены данные физико-химического анализа — воды, подаваемой на завод из источника, при коэффициенте использования этой воды 0,44. Как видно из данных табл. 17, загрязнения в общем стоке металлургического комбината представляют собой взвешенные вещества, нефтепродукты и смолу, железо, хлориды и сульфаты; вода слабощелочная и имеет высокую окисляемость, обусловливаемую, по-видимому, присутствием железа, нефтепродуктов и смол от коксохимического производства.

Менее устойчивыми соединениями в почве являются фенолы и их производные, относящиеся к группе веществ, обладающей высокой токсичностью для растений. Фенолы поступают с промышленными стоками коксохимического производства и некоторых химических производств. Они содержатся в осадках городских сточных вод и могут выщелачиваться оттуда атмосферными осадками, попадая с жидким стоком в почвы и водоёмы. Скорость разложения фенолов в почвах довольно велика (уже через б суток он не обнаруживается). Отсутствие фенолов в почве не всегда связано с их разложением или трансформацией, так как возможна их адсорбция глинистыми минералами, причем глины, насыщенные ионами железа, сорбируют лучше, чем глины, насыщенные ионами алюминия, меди и кальция.

Мышьяк является сильным ингибитором ряда ферментов в организме и способен вызывать острые отравления. Совокупность симптомов, обусловленных постепенным отравлением людей соединениями мышьяка в коксохимическом производстве Италии, получила в 1960-х годах название болезни «чизолла». Хроническое действие малых доз соединений мышьяка способствует возникновению рака легких и кожи, так как мышьяк сильно повышает чувствительность слизистых к другим канцерогенам, а кожных покровов — к ультрафиолетовым лучам. Тератогенные эффекты мышьяка проявляются в расщеплении неба (волчья пасть), микроофтальмии, недоразвитии мочеполовой системы.

Сточные воды, содержащие растворенные соли неорганических кислот, в том числе цианиды и соединения мышьяка, образуются на предприятиях обогащения руд цветных металлов, на заводах цветной металлургии, в гальванических производствах разных отраслей машиностроительной и металлобрабатывающей промышленности, в коксохимических производствах и др.

В настоящее время разрабатываются модификации этого прибора: стационарный, переносной и лабораторный с малогабаритным датчиком. Выпускаются автоматический фотометрический титрометр ТФ-2 для определения суммы сложных фенолов коксохимических производств (оборотная вода), а также лабораторный полуавтоматический титрометр ТПЛ-3 для определения окисляемости воды с пределами измерения 45—450 мг/л.

Прочие фенольные стоки проходят систему механической очистки (рис. 5.10), состоящую из первичных отстойников для удаления тяжелых смол и грубодисперсных примесей и флотационных маслоотделителей для более глубокого удаления смол и масел. Масла в сточных водах коксохимического производства в основном представлены компонентами поглотительного масла (конденсированными двухядерными ароматическими углеводородами с температурой кипения от 200 да 300 °С) и антраценового масла (полициклическим, в основном трехкольчатыми, конденсированными углеводородами с температурой кипения выше 300 °С).

Для обеспечения возможности использования фусов в качестве топлива илк компонента шихты для коксования и газификации можно осуществлять их оком-кование п смеси с основными компонентами и другими видами промышленных отходов. Так, для использования в шихте для коксования угля отходы коксохимических производств можно подготавливать по схеме, приведенной на рис.

Азотные удобрения. Основным азотным удобрением, выпускаемым в странах — членах СЭВ, является аммиачная селитра. В ГДР производят только известково-аммиачную селитру из-за взрывоопасности аммиачной. Сульфат аммония в относительно больших количествах выпускают в качестве побочного продукта в коксохимическом производстве и производстве капролактама в СССР и ГДР. В последнее время резко возросло производство карбамида (мочевины) как наиболее концентрированного азотного удобрения, содержащего 45—46% N. Другие азотные удобрения (натриевая и кальциевая селитры) выпускают в незначительных количествах.

Из жидких азотных удобрений в СССР в относительно большом объеме применяют аммиачную воду; ее используют также в ГДР и ПНР. В перспективе намечен переход к производству безводного аммиака, содержащего 82% N.

Удаление аммиака десорбцией — это процесс, который часто рассматривается как один из возможных способов очистки сточных вод, но не находит широкого практического применения. Сток от обычной системы очистки бытовых сточных вод содержит около 10—20 мг/л азота в виде аммонийного иона. Такой сток является разбавленным. Водный аммиак с коксохимического производства представляет собою сильно насыщенные отходы, содержащие, например, 5000 мг/л ЫН3 (по 14), а также 2000 мг/л фенола, некоторое количество цианидов и масел. Десорбцию можно использовать только, если мы воспользуемся растворимостью загрязняющего вещества, превратив аммонийный ион в газообразный.

В зависимости от физико-химического состава поверхностного стока промышленные предприятия и отдельные его участки рекомендовано разделять на две группы. К первой группе относятся предприятия, для которых основными примесями поверхностного стока являются грубодиснергированные примеси, нефтепродукты и органические соединения, сорбированные главным образом на взвешенных веществах. В настоящее время к этой группе относятся предприятия черной металлургии (за исключением коксохимических производств), машиностроительной, электротехнической, угольной, нефтяной, легкой, хлебопродуктовой, молочной, пищевой промышленности, энергетики, автотранспортные предприятия, речные порты, ремонтные заводы, а также отдельные производства нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности, на территорию которых не попадают специфические загрязнения.

Для улучшения эффективности очистки флотационными методами в очищаемую воду добавляют специальные реагенты: собиратели, пенообразователи и др. Молекулы собирателей отличаются наличием в них полярных групп, которые прикрепляют молекулу собирателя к поверхности коллоидной частицы, и неполярных групп, ориентированных от поверхности. Примерами собирателей являются высшие жирные кислоты и их соли, а также органические основания, содержащие в катионе углеводородную группу, и их соли. Примерами пенообразователей являются поверхностно-активные вещества типа алкил- и алкиларилсульфонатов и т.п. Флотация также используется в очистке сточных вод лакокрасочного производства, для очистки от цианидов сточных вод коксохимических производств и для очистки сточных вод производства красителей.

В настоящее же время более существенна разработка по получению дисперсных топливных систем, где серный ангидрид улавливается в виде сульфидов щелочноземельных металлов. Введение в топливо рассчитанного количества гидроокиси кальция или магния приводит к взаимодействию их с двуокисью серы в момент образования последней и связыванию ее в виде высокоплавких солей, которые удаляются с золой. Использование метода решит проблему не только потребления высокосернистых топлив, но также утилизацию топливных остатков на судах (чтобы не сливать их в море или таскать бесполезным балластом до береговых отстойников), отходов целлюлозно-бумажной промышленности — так называемых лигнинов, токсичных «хвостов» коксохимического производства — фусов и т. д.

Добавить комментарий

Закрыть меню