КОКС і коксування
Кокс-сіре, трохи сріблясте, пористе і дуже тверда речовина, більш ніж на
96% складається з вуглецю і отримується при на-прогрівання кам'яного вугілля або
нафтових пеков без доступу повітря при 950-1050 ° С. Процес полученія- коксу в
Внаслідок переробки природних палив називається коксуванням.
Схема коксування: 1. - коксову батарею; 2. - збірний канал продуктів
горіння; 3. - газопровід; 4. - відділювач конденсату; 5. - газовий холодильник;
6. - електрофільтр; 7. - газодувки; 8. - трубопровід для відведення конденсату; 9.
- відстійник; 10. - сховище смоли; 11. - сховище аміачної води; 12. -
аміачна колона; 13. - сатуратор; 14. - бензоловий скруббер; 15. - бензолова
Кокс застосовують для виготовлення елек-Трод, для фільтрування, очищення рідин
і, найголовніше, для відновлення заліза із залізних руд і
концентратів в доменному процесі виплавки чавуну. У доменній печі кокс
згорає і утворюється оксид вуглецю (IV):
який взаємодіє з розпеченим кок-сом з утворенням оксиду вуглецю
Оксид вуглецю (II) і є відновите-лем заліза, причому спочатку з
оксиду заліза (III) утворюється оксид заліза (II, III), потім оксид заліза
(II) і, нарешті, залізо:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + Q
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 - Q
FeO + CO = Fe + CO2 + Q
В результаті доменного процесу отримують рідкий чавун-сплав заліза з домішками,
со-тримаються в залізній руді і кам'яно-вугільному коксі, - вуглецем, кремнієм,
мар-ганцем, фосфором і сіркою.
Коксування виникло в XVIII в. коли ис-споживання лісів для отримання
деревного вугілля, що використовувався при виплавці желе-за, стало загрозливим і
треба було заме-нить це вугілля іншим паливом. У 1735 р в Англії була
проведена перша доменна плавка на коксі.
У наш час 10% видобутого в світі ка-ного вугілля перетворюють на кокс.
Коксування проводять в камерах коксової печі, обігр ваемих зовні палаючим
газом. При пови-шеніі температури в кам'яному вугіллі від-ходять різноманітні
процеси. При 2500С з нього випаровується волога, виділяються СО і СО
2; при 3500С вугілля розм'якшується, перехо-дить в тістоподібне,
пластичне стан, з нього виділяються вуглеводні-газо-бразние і
низкокипящие, а також азотисті і фосфористий з'єднання. Важкі уг-листові
залишки спікається при 5000С, даючи напівкокс. А при 7000С
і вище напівкокс ті-ряется залишкові леткі речовини, головним чином водень, і
перетворюється в кокс.
Всі летючі продукти надходять в газо-збірник, а залишився розпечений кокс
ви-талківают в так званий гасильний ва-гон, де його охолоджують (гасять)
водою або інертним газом. Летючі речовини при кон-денсаціі утворюють
аміачну воду і смолу. Частина неконденсірующаяся газу використовують для нагрівання
вугілля в камерах печі; залишок га-за, аміачна вода і смола йдуть на
пере-лення. З них отримують різноманітні неорганізованому-ганическое і органічні
(Головним чином ароматичні) з'єднання. З 1 т кам'яного вугілля отримують
приблизно 800 кг коксу, 150 кг газу і 50 кг інших продуктів.
Важливим джерелом промислового отримання ароматичних вуглеводнів поряд
з переробкою нафти є коксування кам'яного вугілля.
Процес коксування можна провести в лабораторії. Якщо кам'яне вугілля сильно
нагрівати в залізній трубці без доступу повітря, то через деякий час
можна буде спостерігати виділення газів і парів. В U-образ-ой трубці
конденсується смола, що має неприємний запах, і над нею вода, що містить
аміак. Проходив далі гази збираються в посудині над водою. У залізної
трубці після досвіду залишається кокс. Зібраний газ добре горить, його називають
Таким чином, при нагріванні кам'яного вугілля без доступу повітря утворюються
чотири основні продукти: кокс, кам'яновугільна смола, аміачна вода,
Коксохімічне виробництво в основі своїй має багато спільного з лабораторним
досвідом коксування вугілля, воно як би відтворює його в великих масштабах.
Промислова коксова піч складається з довгої вузької камери, в яку зверху
через отвори завантажують кам'яне вугілля, і опалювальних простінків, в
каналах яких спалюють газоподібне паливо (коксовий або доменний газ).
Кілька десятків таких камер утворюють батарею коксових печей. для
досягнення високої температури горіння газ і повітря попередньо нагрівають
в регенераторах, розташованих під камерами, подібно до того як це
При нагріванні вугілля без доступу повітря до 900-1050 оС призводить до
його термічного розкладання з утворенням летючих продуктів і твердого
Процес коксування триває близько 14 годин. Після того як він закінчиться,
утворився кокс- «коксовий пиріг» -вигружают з камери в вагон і потім гасять
водою або інертним газом; в камеру завантажують нову партію вугілля, і процес
коксування починається знову. Коксування вугілля-періодичний процес.
Основні продукти: кокс-96-98% вуглецю; коксовий газ-60% водню, 25% метану,
7% оксиду вуглецю (II) і ін. Побічні продукти: кам'яновугільна смола (бензол,
толуол), аміак (з коксового газу) і ін.
Після охолодження кокс сортують і направляють на металургійні заводи для
Летючі продукти виводяться через отвори вгорі камер і надходять до загального
газосборнік, де з них, як в нашому досвіді, конденсується смола і аміачна
З неконденсірующаяся газу витягують аміак і легкі ароматичні вуглеці
(Головним чином бензол). З метою вилучення аміаку газ пропускають через
розчин сірчаної кислоти; утворюється сульфат амонію використовується в якості
Ароматичні вуглеводи виходять шляхом поглинання їх розчинником і
подальшої відгону з утворюється розчину.
З кам'яновугільної смоли шляхом фракціонування отримують гомологи бензолу,
фенол (карболової кислоти), нафталін і ін.
Коксовий газ після отчистки застосовується в якості палива в промислових
печах, так як містить багато горючих речовин. Він використовується і як
хімічна сировина. Наприклад, з коксового газу виділяють водень для різних
Проблеми використання вуглеводневої сировини:
До недавнього часу в паливному балансі країни величезна частка припадала на
нафту. У зв'язку з розвитком енергопостачання здійснюється переведення енергетики
з використанням нафти і нафтопродуктів в якості палива на широке
застосування в цих цілях природного газу, вугілля, на використання атомної
енергії. Це означає, що важкі залишки переробки нафти-мазути будуть більш
повно перероблятися в світлі нафтопродукти, необхідні для сучасного
органічного синтезу. Хімічній науці належить завдання вишукати більш
ефективні шляхи переробки нафти, природного і попутних газів, вугілля,
сланців, а також удосконалити існуючі з метою більш повного і
комплексного використання природного вуглеводневої сировини.
Отримання штучного рідкого палива не є новою проблемою. установка
гідрування вугілля була введена в Німеччині ще в 1923 році, а в 1943 цим шляхом
в Німеччині було отримано 2 мільйони тонн бензину і 800000 тонн дизельного
палива. Процес отримання штучного рідкого палива був дуже дорогим і
проходив при тиску 70 МПа і температурі 180 ° С. У післявоєнні
роки гідрування вугілля практично втратило промислове значення.
В даний час вченими розробляються інші економічно вигідніші
методи гідрування вугілля з використанням ефективних каталізаторів, що дасть
можливість знизити температуру і тиск.
Іншим перспективним шляхом отримання синтетичного рідкого палива є
його синтез з оксиду вуглецю (II) і водню.