Коксохимическое производство

Современное коксохимическое производство – одна из сфер деятельности химической промышленности в области чёрной металлургии, направленная на переработку природного топлива (преимущественно – каменного угля) с целью получения кокса и целого ряда полезных химических продуктов методом коксования. Такими продуктами выступают: коксовый газ, доля которого в общем объёме выхода составляет 14-15% и 80 наименований или 160 сортов химической продукции с долей выхода составляющей 5-6%.

Термины и определения

Кокс – подразумевает собой целый список веществ, представляющих собой твёрдое, пористое, богатое углеродом, высококачественное топливо, получаемых промышленными методами. Перечень этих веществ-топлив включает в себя:

• Каменноугольный кокс (самый распространённый и наиболее употребляемый) – продукт переработки (коксования) каменного угля. Подразделяется на доменный, литейный, бытовой и иные виды кокса.
• Нефтяной кокс – остаток, образующийся в результате вторичной переработки нефти.
• Пековый (электродный) кокс – получаемый в результате разложения каменноугольного пека, остаток, содержащий в себе достаточное количество углерода для последующего использования в качестве топлива.
• Торфяной кокс – одна из фракций термического разложения торфа.
• Полукокс – топливо, производимое по технологии коксования, с ограничением температуры вдвое ниже нормы.
• Коксование – термический процесс, осуществляемый без доступа воздуха над топливными материалами, пребывающими в жидком или твёрдом состоянии.
• Коксовый газ – смесь горючих газов, содержащих в себе ряд полезных веществ. Является попутным продуктом процесса коксования каменного угля.

Полезные химические продукты, получаемые в процессе коксования, включают в себя:

• бензол,
• толуол,
• этилен,
• продукты переработки аммиака, используемые в качестве удобрений и продукты переработки каменноугольной смолы,
• масла,
• смолы.

История

Впервые металлургическое использование кокса с целью выплавки чугуна было осуществлено в 1735 году на территории Великобритании. Там же на столетие позже появились коксовые печи. А к концу XIX-го века был освоен процесс улавливания газообразных продуктов коксования.

В России коксохимическая отрасль, как важное звено металлургии и химии, получила бурное развитие с момента установления Советской власти. В 80-ых годах прошлого столетия коксохимическое производство стало оснащаться системами автоматизации, механизации. Важным фактором оптимизации производства стало ресурсосбережение.

А на рубеже II-го – III-го тысячелетий стала производиться выплавка металлов без использования кокса.  

Технологические процессы

Прежде чем приступить к процессу коксования, из коксующихся и самостоятельно некоксующихся углей готовят шихту (смесь разнообразных углей). Процесс её подготовки включает в себя обогащение малозольных коксующихся углей, отличающихся незначительным содержанием серы, с целью удаления примесей. Затем их смешивают с некоксующимися углями. Дробят, сушат, доводят на фракционности размером в 3 мм и меньше, чтобы содержание в шихте таких габаритов составляло не менее 95%.

Всё дело в том, что к составу шихты предъявляются высокие требования по содержанию влаги, серы, золы и целого ряда примесей. Вдобавок к этому смесь в процессе термообработки должна получаться заданной толщины и пластичности. Поэтому качество углей (проверяемое в лабораториях) и готовность смеси к процессу коксования проходят тщательную проверку.

После чего в высокопроизводительных кокосовых печах, обогреваемых генераторным, доменным или коксовым газом при температуре, порядка 900-1100⁰С, в течение 14-16 часов производят коксование. Процедуры, завершающейся получением «коксового пирога», выталкиваемого в вагоны для охлаждения водой или азотом, с целью последующей транспортировки.

Немаловажное практическое имеет и сырая газообразная смесь, проходящая процессы улавливания, охлаждения, очистки и переработки. Имея в своём составе пары:

• воды,
• каменноугольной смолы,
• аммиака,
• сероводорода,
• бензольных углеводородов.

Газ проходит процессы разделения. Образующееся сырьё: бензол в сыром виде, каменноугольная смола и надсмольная (аммиачная вода) перерабатывается. В частности, из надсмольной воды выделяют аммиак, пиридиновые основания и фенолы.

Применение

Наибольшее применение кокс (каменноугольный) получил в металлургии. Здесь его используют в качестве высококалорийного бездымного топлива при выплавке чугуна, также он служит для восстановления железной руды и является разрыхлителем шихтовых материалов. Кроме того, кокс находит применение как ваграночное топливо в процессе литейного производства, служит для бытовых нужд, употребляется в ферросплавной и химической промышленности.

Востребованы также и смежные продукты:

• Аммиак служит для получения сульфата аммония, входящего в состав азотных удобрений.
• Сырой бензол используется для получения бензола, толуола, сольвентов (растворителей), а также расходуется при изготовлении красок, лаков, линолеума, резинотехнических изделий.
• Каменноугольная смола является химической основой для изготовления нафталина, ароматических соединений, масел и пека (остатка перегонки каменноугольного дёгтя).
• Пиридиновые основания и фенолы служат для получения полимеров, пестицидов, смол, красок, лекарственных и парфюмерных препаратов.

Отраслями использования смежной продукции выступают:

• стройиндустрия,
• цветная металлургия,
• металлообработка,
• огнеупорное производство,
• выпуск электродов, электрокорунда, искусственных графитов,
• изготовление сахара,
• химическая индустрия.

Крупнейшие российские коксохимические производители

Центрами добычи коксующихся углей в России выступают: Донецкий, Кизеловский, Кузнецкий, Печорский и Южно-Якутские бассейны. Объём ежегодной выработки находится на уровне 70 млн. т, а подтверждённые запасы коксующихся углей оцениваются в 47,3 млрд. т.

Освоением этих перспективных месторождений с целью производства коксохимической продукции занимаются такие представители отрасли, как:

• «Алтай-Кокс».
• Кемеровский «Кокс».
• «Губахинский кокс».
• «Москокс».
• ООО «Мечел-кокс».
• «Уральская сталь».
• «Северсталь Ресурс».
• «ММК-Коксовый цех».
• «Евраз».
• «УралМеталлИнвест».

Несмотря на трудности, связанные с качеством добываемых в стране и импортируемых материалов, значительными транспортными расходами, в целом наблюдается рост потребности «элитных» сортов кокса. Что объясняется не спадающим спросом на сталелитейную и чугунолитейную продукцию, являющуюся основой современной промышленности.

При достаточном уровне инвестиций и широкомасштабной правительственной поддержке, отрасль имеет все перспективы выйти на более высокий уровень производства, что значительно повысит уровень обеспечения столь важным сырьём другие отрасли промышленности.