Вы здесь

Коксохимическая промышленность

Коксохимия – обособленная часть химии и химической промышленности, специализирующаяся на переработке природного топлива (каменного угля) в кокс методом коксования. При этом даже побочные продукты, образующиеся в процессе (коксовый газ, масла, смолы), становятся исходным сырьем для ряда других производств: изготовления удобрений, химических реагентов, выпуска полимеров, моющих средств и прочего. Поэтому нужность этой отрасли сложно переоценить.

История отрасли

Коксовый уголь долгое время не находил промышленного применения. И это несмотря на то, что как ископаемое он был известен давно. Массовое использование началось только с середины XVIII века после того, как при доменной плавке стал использоваться кокс, а не древесный уголь.

Извлечение побочных продуктов из коксового газа началось гораздо позже, так как до этого времени считалось, что смола, содержащаяся в газе – просто отход производства, поэтому она не находила практического применения. Хотя уже тогда промышленники знали, что эти «побочные продукты» содержат бензол, аммиак, нафталин, однако технологии тех времен попросту не позволяли извлечь их.

Ситуация изменилась во второй половине XIX века: в это время налаживалось производство синтетических красителей, а потому спрос на смолу, бензол и прочие «отходы» коксохимической промышленности вырос.

В России, несмотря на богатейшие месторождения марганцевых и железных руд, каменного угля и известняков, коксохимическая промышленность начала «расти» только после Октябрьской революции. Правда, развивалась отрасль гигантскими темпами: строились заводы, оснащенные по последним техническим возможностям.

Начавшаяся в 1941 году ВОВ временно затормозила развитие промышленности, однако в период 1946-1950 гг. все разрушенные заводы были восстановлены и даже запущены новые.

В настоящее время отрасль продолжает развиваться: разрабатываются месторождения, изыскиваются новые технологии обработки сырья и переработки отходов.

Область применения

Основной потребитель коксохимической отрасли – черная металлургия (доменное производство). При этом уголь должен обладать определенными характеристиками:

  • приемлемым содержанием примесей (серы и влаги);
  • более высокими температурами сгорания;
  • возможностью спекаться (это обуславливает наличие витрена в составе) и приобретать пластическое состояние;
  • «правильной» калорийностью;
  • необходимой механической прочностью.

Несоблюдение этих требований приведет к расстройству хода домны.

Примечание: только 10% каменного угля подвергаются коксованию.

Также находят применение и побочные продукты. Речь идет о таких веществах:

  • коксовый газ – используется как промышленное топливо и сырье для химического синтеза;
  • каменноугольная смола – содержит около 300 различных компонентов, среди которых толуол, бензол, фенол, нафталин, ксилол;
  • надсмольная вода – слабый водный раствор аммиака и аммонийных солей, служит для получения сульфата аммония (удобрение) и аммиачной воды.

Они используются «смежными» индустриями:

  • цветной металлургией;
  • при изготовлении стройматериалов;
  • для металлообработки;
  • пищевой индустрией (изготовление сахара);
  • производством электродов;
  • при производстве электрокорунда;
  • производством огнеупоров;
  • для изготовления искусственного графита;
  • в химической промышленности (изготовление углеродистого кальция, карбида кремния, фосфора, соды, сульфида натрия) и других отраслях.

Есть еще одна область применения – бытовая (топливо). В этом случае к продукту не предъявляется высоких требований относительно его прочности.

Сырье и виды кокса

Основной продукт – искусственное твердое топливо (кокс). Получается он в процессе нагрева природного горючего (древесина, каменный уголь, нефтепродукты) до высоких температур. В зависимости от состава и качества исходного материала, а также от техники его обработки можно получить несколько видов продукта:

  • Нефтяной (низкозольный – до 0,8%). Его получают путем пиролиза (термическое разложение без доступа кислорода) и крекинга (высокотемпературная переработка) жидких отходов нефтепроизводства.
  • Электродный пековый (зольность до 0,3%) – результат коксования каменноугольного пека при высоких температурах.
  • Каменноугольный – самый распространенный – выделяют доменный, литейный, бытовой и прочие виды.

По качеству наилучшим считается доменный кокс.

Процессы производства

Условно процесс можно разделить на три стадии:

  1. Подготовка. Сюда относится обогащение малозольных коксующихся углей с низким содержанием серы – это необходимо, чтобы удалить примеси, затем последующее измельчение (в результате получаются «угольные зерна» размером до 0,3мм), смешивание нескольких пород угля, сушка полученной смеси (шихты).
  2. Коксование. На этой стадии полученную смесь загружают в коксовую печь на 14-16 часов при температуре 900-1050°C. Полученный продукт (спекшийся «коксовый пирог») выталкивается специальными устройствами в железнодорожные вагоны, где он будет охлаждаться азотом или водой.
  3. Полученная при охлаждении парогазовая смесь через газосборник отводится для улавливания и переработки.

Полученные газо- и парообразные продукты также нуждаются в охлаждении. Делается это при помощи воды, которая впрыскивается (она необходима для разделения газовой смеси). Процесс дальнейшего «остывания» проходит в кожухотрубчатых холодильниках. Полученные вещества (конденсаты) смешивают. Затем оттуда извлекают надсмольную воду и каменноугольную смолу.

Следующая стадия – очистка сырого коксового газа от аммиака и сероводорода:

  • улавливание фенола и сырого бензола происходит в результате промывки газа специальным поглотительным маслом;
  • улавливание пиридиновых оснований происходит при участии серной кислоты.

 «Чистый» коксовый газ используют как топливо в батареях коксовых печей.

Из надсмольной воды выделяется аммиак, фенолы, пиридиновые основания.

Оставшуюся воду, предварительно разбавленную технической, используют для охлаждения кокса после печи или направляют на очистные сооружения с целью последующей биоочистки.

Из каменноугольной смолы ректификацией (разделение многокомпонентных смесей за счет противоточного массообмена между паром и жидкостью) получают такие фракции:

  • каменноугольный пек;
  • нафталиновую;
  • антраценовую;
  • поглотительную.

Из них в последующем будут выделены каменноугольные масла, фенантрен, фенолы, антрацен, нафталин.

Наиболее крупные коксохимические представители

Другие компании, работающие в данной отрасли, представлены в разделе Коксохимические предприятия.

Влияние на экологию

На всех стадиях производства происходит выделение вредных веществ (аммиак, сероводород, угарный газ, бензол, синильная кислота). Это наносит вред не только экологии, но и здоровью человека (влияет на нормальную работу печени, системы кроветворения, органов дыхания и пр.). Кроме того, действие токсических веществ может усиливаться (эффект суммации).

Причем распределение токсических веществ «по окрестностям завода» с течением времени происходит неравномерно: в одном месте показатели могут продемонстрировать небольшие отклонения от нормативов, а в другом – значительные.

Для того чтобы улучшить экологическую ситуацию в регионах расположения коксохимических предприятий, нужно продолжать совершенствовать технологические процессы: стараться довести их до малоотходного или безотходного производства. Но это потребует значительных финансовых инвестиций. Поэтому для начала необходимо хотя бы вывести из использования устаревшие агрегаты и оборудование (а таких на заводах большинство) и заменить их на более новые аппараты, оснащенные современными природоохранными установками.

Трудности и перспективы отрасли

Несмотря на свою полезность и востребованность, эта отрасль промышленности также имеет свои сложности. В первую очередь они касаются сырья: большинство угля на территории России добывается открытым способом, а это значит, что спекаемость у этого материала недостаточна для того, чтобы получить кокс высокого качества.

Примечание: сырье, поставляемое из соседних стран, хотя и имеет более высокую спекаемость, но также содержит и большое количество примесей (сера). Полученный из них кокс не будет обладать необходимой прочностью.

Кроме того, многие коксохимические предприятия России находятся на значительном расстоянии от места добычи (например, уголь из Кузбасса нужно везти в центр страны или на Урал), поэтому транспортировка материала всегда связана со значительными расходами. А еще с потерями: уголь перевозится в открытых вагонах, поэтому часто большое количество сырья попросту остается на железнодорожном полотне. Все это будет накладывать свой отпечаток на себестоимость конечного продукта.

Однако спрос на сталелитейную продукцию только растет. То же самое можно сказать и о производстве чугуна. Это приводит к тому, что потребности в коксе «элитного» качества будут только прогрессировать, что, возможно, сделает отрасль более привлекательной в плане инвестиций. А увеличившееся финансирование позволит вывести индустрию на более высокий уровень.

13.01.2020


Электроэнергетика России

21.04.2020

Российская промышленность: сводка

15.01.2020

Металлообработка

15.01.2020

Нефтяная промышленность

15.01.2020

Мусороперерабатывающая промышленность

15.01.2020