Главная -> Словарь

Непрерывном коксовании

Общепринято, что окисление углерода кислородом-сложный процесс, протекающий через образование и разрушение кислород-углеродных комплексов с выделением в газовую фазу обоих оксидов углерода . Образование поверхностных комплексов при низких температурах окисления подтверждается непосредственным увеличением массы частицы угля и данными ИК-спектроскопии . На рис. 2.5 представлены результаты , полученные при определении изменения массы частицы каменного угля при взаимодействии с кислородом методом непрерывного взвешивания на кварцевых весах. При 400 °С и концентрации кислорода 1,0% кривая имеет два характерных максимума и минимума. При повышении концентрации до 5,0% О2 наблюдается непрерывное и значительное уменьшение массы . При более вы-

Для измерения распределения пористости в основном- крупных макропор может быть использован метод непрерывного взвешивания. Размеры пор определяют по скорости изменения массы образца, насыщенногогжидкостью и опущенного в жидкость с иной плотностью. При определенном подборе жидкостей скорость вытеснения жидкости из пор образца другой жидкостью зависит от разности их плотностей и высоты образца, а также от внутреннего трения при движении жидкости по капилляру. Перемешиванием жидкости на границе раздела пренебрегают ввиду малых размеров пор.

С точки зрения быстроты проведения эксперимента, а также получения в результате одного опыта зависимости реакционной способности от степени угара кокса можно применять методику либо непрерывного взвешивания образца, либо непрерывного анализа состава продуктов реакции в течение всего опыта. Вследствие простоты реакционной системы применение метода газового анализа предпочтительнее.

Рис. 15. Прибор для определения тиореакционнои способности углеродистого материала методом непрерывного взвешивания:

Следующей ступенью развития термогравиметрии явилось внедрение непрерывного взвешивания при помощи коромысловых весов.

Для непрерывного взвешивания широко применяют также и пружинные весы. Основным элементом этих весов является пружина, чаще всего изготовленная из кварца. Работа всех разновидностей весов этого типа сводится к следующему. Исследуемое вещество в кварцевом или платиновом тигельке подвешивают к одному концу кварцевой пружины, а другой конец ее прикрепляют к кронштейну. Пружина растягивается под действием навески, а затем по мере уменьшения последней сокращается. Предварительно производят градуировку таких весов. Отсчет ведут обычно визуально по шкале, но в новейших конструкциях этих весов предусмотрена автоматическая запись.

Скорость гетерогенной реакции зависит от ряда физических факторов. Исследования кинетики гетерогенных реакций стараются проводить в таких условиях, чтобы по возможности исключить или ослабить до минимума влияние физических факторов — диффузии, пористости материала и др. При исследовании кинетики гетерогенных, реакций часто применяют метод непрерывного взвешивания реагирующей частицы с помощью чувствительных пружинных микровесов, устроенных в виде тонкой стальной иглы крутильных весов или из кварцевой спирали и т. п. Взвешиваемая частица находится в обтекающем ее реагирующем газе. Температура реагирования поддерживается с помощью электрической печи, в которой помещается реагирующая частица и контролируется термопарой. Частица обычно имеет сферическую или цилиндрическую форму для простоты определения ее внешней поверхности. Изменение веса позволяет судить о суммарной скорости реакции и дает только общее представление о кинетике, в частности, о суммарном порядке реакции. В некоторых исследованиях наряду с взвешиванием частицы производят анализ газообразных продуктов реакции. Как известно, гетерогенная реакция сопровождается молекулярной и конвективной диффузией. При достаточно большой скорости потока газа, обтекающего подвешенную в нем частицу, диффузия не влияет на общую скорость реакции. Поэтому, чтобы исключить диффузионное сопротивление, стремятся изучать кинетику реакции при достаточно большой скорости потока газа. Снижение температуры способствует уменьшению влияния диффузии. Чем ниже температура реагирования, тем быстрее происходит переход в этот так называемый внешний кинетический режим . С другой стороны, известно, что чем выше температура, тем больше процесс реагирования сосредоточивается на внешней поверхности. При низких температурах процесс осложняется внутриобъемным реагированием в норах и трещинах кусочка материала. Это обстоятельство следует учесть при определении видимой энергии активации и при изучении других сторон кинетики реакции. Как известно, видимая энергия активации в случае развитого процесса внутреннего реагирования составляет половину от энергии активации в чисто кинетическом режиме .

Мазанкиной и Касаточки-ным проводились опыты по определению скорости взаимодействия каменного угля с кислородом в области i = = 400—700° С методом непрерывного взвешивания на кварцевых весах.

Санвиновым проводилось изучение реакции С02-)-С = 2СО методом непрерывного взвешивания реагирующего шарика с помощью крутильных весов. Автор исследовал скорость реагирования шарика из электродного угля d = 0,15 до 1,5 см в интервале температур t = 743 -^-927° С. При этом зависимость от диаметра частицы не обнаружена, но, по Хитрину , это объясняется очень малой величиной внутренней поверхности S угольной частицы, реагирующей в потоке углекислоты. Реакция изучалась на частицах из электродного угля, а также из графита как большого диаметра , так и малого в заранее установленном опытами внешнем кинетическом режиме . Для этого экспериментально устанавливалась зависимость скорости реакции от скорости дутья вплоть до перехода в кинетический режим. Опыты проводились при изменении концентрации углекислоты в пределах от 0 до 100°/0 и давлений от 1 до 6 ата, в интервале температур 855—1040° С. Вычисленная из температурной зависимости энергия активации составляет ? = 50500 кал/моль. Как и в других работах , наблюдался признак внутреннего реагирования — разрыхление поверхности. На рис. 48а, 486 приводятся графики изменения скорости реакции от начальной концентрации С02. Они показывают (как и другие по-

Пильчер, Уокер и Райт применяли в своем исследовании реакции разложения водяного пара на углероде метод непрерывного взвешивания цилиндрического угольного стержня в потоке смеси пара и азота. Кроме того, отходящие газы отбирались для газового анализа. В качестве

Допустимая глубина превращения сырья является одним из важнейших параметров процесса независимо от способа его осуществления . Выбираемая глубина превращения определяется максимальным выходом делового продукта. Выбор однократного процесса или процесса с рециркуляцией — возвратом в зону реакции малоценных промежуточных продуктов или пепревращенного сырья — определяется назначением процесса. Если, например, промесс коксонапия направлен на получение максимального выхода кокса, что характерно для переработки малосериистого сырья на установках замедленного коксования, то вся тяжелая часть жидких продуктов коксования возвращается на повторный процесс. При непрерывном коксовании, особенно сернистого сырья, одним из целевых продуктов может являться широкая тяжелая фракция котельного топлива, выкипающая выше 350 °С, а кокс является побочным продуктом — концентратом агрессивных соединений и серы, содержащейся в сырье. В этом случае целесообразно проводить процесс однократно .

При коксовании в кубах периодического действия выход кокса больше, а выход газа меньше, чем при коксовании другими методами. Значительный выход кокса обусловлен дефлегмацией паров, сопровождающейся реакциями уплотнения. Выход кокса при непрерывном коксовании приближается к коксуемости сырья , составляя в среднем 110—115% от этой величины.

Частица кокс:;по г о ТСРХОНССИТСЛЯ н разрезе имеет плотную слои-с/п ю структуру . Пористссгь се ос:ег.ь невелика—она i:c i ((( снышаст 3—5%, т. е. истинная и кажущаяся плотность практически ССЕПЗДГЮТ. Высекая температура коксового теплоносителя и гк.дача водя не.: го пара в слон частиц спссобствуют испарению продуктов разложения и ускоряют их удаление с поверхности частиц, предотвращая тем самым образование продуктов втсричиого уплотнения. Поэтому выход кокса на сырье при непрерывном коксовании меньше, чем при замедленном.

Из табл. 17 видна значительная разница в выходах кокса при замедленном и псирсрьи.ном коксовании. Выход кокса при непрерывном коксовании приближается к коксуемости сырья по Конрад-сону, составляя в среднем ПО — 115/6 от этой величины. Выход кокса при замедленном коксовании значительно превышает величину коксуемости по Конрадеону и достигает !50—180%.

Значение в промышленности твердого продукта коксования — нефтяного кокса непрерывно возрастает. Основную часть сернистого кокса используют в качестве топлива. Размолотый на шаровых мельницах до тонкого помола пылеп-цшый кокс, подобно углю, сжигают в топках паровых котков и промышленных печей. Однако основной экономический интерес представляет получение малосер-ш.стого кокса, используемого в электрометаллургии. Содержание серы п коксе, как правило, превышает содержанке серы в сырье коксования. Так, при непрерывном коксовании гудрона ромашкки-ской шфтн, содержащего 3,5% серы, получаемый кокс содержит около 5% серы. При использовании в качестве сырья малоссрпистых осталкоп в коксе может оказаться заметное количество серы. Так. по iii'iuKM данным, при коксовании гудрона смеси туркменских пеф-тей, в котором бы.".о 0,45%' серы, получался коке с 0,7—0,8% серы.

при непрерывном коксовании

При непрерывном коксовании нефтяных остатков вследствие расхода тепла не только на проведение реакции и компенсацию тепловых потерь, но и на догрев сырья с 380—410 до 510—520 °С удельный расход тепла значительно больше, чем при замедленном коксовании в необогреваемых камерах, и составляет 672—838 кДж/кг сырьевой загрузки реактора. В связи с этим в систему необходимо подавать значительное количество тепла извне. Установлено, что устойчивый ход процесса обеспечивается при массовом соотношении теплоносителя и сырья 7—8: 1 в случае порошкообразного теплоносителя и 12—14: 1 в случае гранулированного. При одних и тех же температурах время, требуемое для завершения коксования в тонком слое, значительно меньше, чем при коксовании в необогреваемых камерах.

На деструкции в жидкой фазе основаны процессы замедленного и непрерывного коксования. В случае замедленного коксования нефтяных остатков при 440—485 °С процессы деструкции в основном протекают с малой скоростью, но в конечном итоге достигается большая глубина разложения сырья , чем при непрерывном коксовании. Поскольку деструк-

При непрерывном коксовании нефтяных остатков вследствие расхода тепла не только на проведение реакции и компенсацию тепловых потерь, но и на догрев сырья с 380—410 до 510—520 °С удельный расход тепла значительно больше, чем при замедленном коксовании в необогреваемых камерах, и составляет 160— 200 ккал/кг сырьевой загрузки реактора. В связи с этим в систему необходимо сообщить значительное количество тепла извне. Установлено, что устойчивый ход процесса обеспечивается при весовом соотношении теплоносителя и сырья 7—8 : 1 в случае порошкового теплоносителя и 12—14:1 в случае применения гранулированного теплоносителя. При одних и тех же температурах время, -требуемое для завершения коксования в тонком слое, значительно меньше, чем при коксовании в необогреваемых камерах.

При непрерывном коксовании на качество нефтяного кокса влияет не только технологический режим коксообразования в реакторе, но и условия обработки в регенераторе. Обработка в регенераторе воздухом и другими активными газами при высоких температурах приводит к обогащению кислородом и изменению величины удельной поверхности пор. Удельная поверхность пор коксов непрерывного коксования в несколько раз выше, чем у коксов, полученных в необогреваемых камерах. По мере увеличения удельной поверхности кокса существенно возрастает его реакционная способность и влагоемкость.

При непрерывном коксовании нагретое сырье вступает в контакт с подвижным, нагретым до более высокой температуры инертным теплоносителем и коксуется на поверхности этого теплоносителя. Кокс, отложившийся на поверхности теплоносителя, вместе с ним выводится из зоны реакции. Затем теплоноситель и отложившийся на нем кокс поступают в регенератор, где часть кокса выжигается. За счет тепла, выделившегося при сгорании, происходит подогрев теплоносителя до -требуемой температуры. Нагретый теплоноситель возвращается в зону реакции.