ИННОВАЦИОННЫЙ ПРОДУКТ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИЙ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
CARBON-CONTAINING INNOVATIVE PRODUCT AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Изобретение относится к области химической технологии твердого топлива и может быть использовано в коксохимической промышленности для получения аналога каменноугольного кокса и коксовой продукции. Изобретение позволяет получить продукт с заданными качественными характеристиками пригодный для использования в металлургической промышленности.
Конкуренция на рынке металла определяет необходимость оптимизации затрат на производство. Один из факторов, понижающий себестоимость продукции металлургического производства, является минимизация затрат на сырье. Подбор углей, расширение сырьевой базы и технологических возможностей коксования, получение продуктов с заданными свойствами, сочетающих оптимальные экономические и технологические показатели - основные направления для развития коксохимического производства. Сырьевой рынок наиболее ценных с точки зрения коксования углей марок Ж, К, КО, ОС является дефицитным. В данных условиях особую актуальность имеют технологические решения, дающие возможность, увеличения использования менее ценных, а, следовательно, и более дешевых марок углей.
Известны способы получения из бурых и каменных углей среднетемпературного кокса металлургического и энергетического назначении путем термоокислительного коксования угля в кипящем слое (патент РФ №2285715, кл. С10В 49/10, опубл. 20.10.2006) или использование аппарата шахтного типа, выполненного с уклоном к вертикали под углом, близким к динамическому углу естественного откоса угля и кокса (патент РФ №2297438, кл. С10В 11/00, С10В 53/08 опубл. 20.027.2007). Изобретения позволяют получить из малоценных углей, продукт пригодный для использования в металлургической промышленности, но применяются технологии принципиально отличающаяся от технологии слоевого коксования.
Известен также способ формирования шихты и производство металлургического кокса с использованием нестандартного сырья, такого как термообработанная буроугольная смола скоростного пиролиза бурых углей (патент РФ №2343179, кл. С10В 57/06, опубл. 10.01.2009), а так же использование в шихте предварительно брикетированных газовых и тощих углей (патент РФ №2003659, кл. С10В 53/08 опубл. 30.11.1993). Существенным недостатком данных способов является увеличение себестоимости кокса и необходимость специальных технологических мероприятий в процессе подготовки шихты к коксованию.
В качестве прототипа (патент РФ №2627425, кл. С10В опубл. 08.08.2017) выбран способ получения шихты для металлургического кокса. Шихта содержит: нефтяной кокс от 30,0% до 1,0%, нефтяные остатки от 30,0% до 1,0%, смесь каменных углей от 40,0% до 98,0%.
В заявляемой шихте в состав каменных углей могут входить в количестве от 40% до 100% неспекающиеся и/или слабоспекающиеся угли.
Особенностью современной нефтеперерабатывающей промышленности является тенденция к углублению переработки нефти, что объясняется ограниченностью ее запасов, а также ужесточением экологических требований к нефтепродуктам. Значительная доля всей массы отходов приходится на так называемые тяжелые нефтяные остатки - это, как правило, нефтепродукты, которые не находят более квалифицированного применения, но при этом имеют рыночную стоимость сопоставимую с высококачественными угольными концентратами.
Поэтому существенным недостатком данного способа формирования шихты для получения металлургического кокса являются:
- необходимость применения нефтяных остатков до 60%;
- увеличение экологической нагрузки на процесс производства кокса.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка универсальной шихты для коксования за счет снятия ограничений по выбору типа каменных углей, используемых в шихте.
Задачей изобретения является разработка способа, получения инновационного продукта углеродсодержащего (ИПУС) с заданными характеристиками из углей условно пригодных для коксования, при проведении процесса слоевого коксования в коксовых батареях с гравитационной загрузкой.
Поставленная задача решается путем создания инновационного продукта углеродсодержащего, получаемого в процессе слоевого коксования угольной шихты состоящей из 60-100% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования, и 0-40% коксующихся углей, имеющего фракцию не менее 25 мм, характеризующегося выходом летучих веществ не более 1,0%, показателем прочности после реакции с диоксидом углерода не менее 25%, и имеющего массовую долю углерода не менее 80%.
Поставленная задача решается путем проведения процесса слоевого коксования в коксовых батареях с гравитационной загрузкой, согласно изобретению, исходным сырьем для производства является шихта, состоящая из 60-100% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования и 0-40% коксующихся углей, при этом процесс коксования осуществляется за 14-18 часов при температуре в контрольных вертикалах 1200-1400°С.
Угольная шихта для коксования формируется из мономарки или нескольких марок малоценных угольных концентратов условно пригодных к коксованию. Для получения инновационного продукта с заданными качественными характеристиками количество коксующихся углей варьируется в диапазоне 0-40%, а технологический процесс в коксовых батареях гравитационного типа регламентирован температурой в контрольных вертикалах 1200-1400°С и периодом коксования 14,0-18,0 часов. Введение в шихту до 40% коксующихся углей направлено на получение в готовом продукте требуемой прочности после реакции с диоксидом углерода, что обусловлено последующим использованием его в доменном переделе. При периоде коксования менее 14 часов невозможно достичь требуемого содержания летучих веществ (менее 1%). При периоде коксования более 18 часов наблюдается уменьшение содержания углерода менее 80%, что не допустимо для последующего доменного передела.
Для выполнения тепловой и химической функции в доменном процессе фракция полученного продукта должна быть не менее 25 мм и с регламентированным выходом летучих веществ не более 1%. Фракция менее 25 мм не может быть использована в доменном процессе, т.к. не соответствует условиям обеспечения требуемого газового потока. Содержание летучих веществ и прочность после реакции с диоксидом углерода также обусловлены последующим переделом.
В готовом продукте коксования массовая доля углерода должна составлять не менее 80%, что является определяющим для получения чугуна.
Пример реализации
Для производства инновационного продукта углеродсодержащего (ИПУС) используется угольная шихта, состоящая из одной или нескольких малоценных марок угля, с возможным добавлением коксовой пыли, коксового шлама и продуктов переработки коксохимического производства.
Технологический процесс производства инновационного продукта углеродсодержащего (ИПУС) включает в себя следующие технологические операции:
- загрузка в коксовые печи подготовленного угольного сырья;
- коксование угольного сырья без доступа воздуха;
- выдача из печи инновационного продукта углеродсодержащего (ИПУС);
- процесс тушения;
- сортировка инновационного продукта углеродсодержащего (ИПУС) и передача его потребителям.
Рассмотрим промышленный эксперимент, проведенный в коксовом цехе ПАО Северсталь. В рамках промышленного эксперимента в качестве сырья для производства инновационного продукта углеродсодержащего (ИПУС) выбран угольный концентрат, условно пригодный к коксованию и имеющий наименьшую закупочную стоимость - концентрат №1 и концентрат №2 являющийся технологически ценным. Данные по качеству угольного сырья и соотношении концентратов в шихте для производства инновационного продукта углеродсодержащего (ИПУС) приведены в таблице 1.
Набор угольного сырья в бункера загрузочного вагона производился в автоматическом режиме с обеспечением полного открытия затворов угольной башни и включения пневмообрушения при зависании материала. Загрузка угольного сырья в камеры коксования производилась по бездымной программе в полуавтоматическом режиме. Минимальный допустимый период коксования на коксовых батареях №№3-4 - 14 часов 15 минут, рабочий (проектный) период коксования - 14 часов 49 минут. На коксовых батареях №№5-6 минимальный допустимый период коксования - 17 часов 00 минут, рабочий (проектный) период коксования - 17 часов 30 минут. Выдача инновационного продукта углеродсодержащего (ИПУС) из коксовой печи организована в соответствии с цикличным графиком. Серийности выдачи: 5-2 на коксовых батареях №№3-4, и 2-1 на коксовых батареях №№5-6. Тушение и отстой инновационного продукта углеродсодержащего (ИПУС) производилось в автоматическом режиме. Качественные характеристики полученного инновационного продукта углеродсодержащего (ИПУС) приведены в таблице 2.
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоит в том, что экономический эффект от использования продукта углеродсодержащего (ИПУС) из углей условно пригодных для коксования положительно сказывается на снижении себестоимости чугуна и готового металлопроката.