Реферат: Переработка твердого топлива

Шихтовка, или смешение компонентов, - это заключительная операция приготовления угольной шихты для коксования. Шихтовка осуществляется в смесительных машинах различной конструкции: дезинтеграторных, валковых, тарельчатых и в машинах барабанного типа производительностью до 1200 т шихты в час.

Рисунок 1.2 Схемы измельчения коксового сырья:а - обычная ДШ; б - дифференцированная ДК; С - смешение;УБ - угольная башня (склад измельченного сырья).

1.3.3 Физико-химические основы процесса коксования

Коксование - это сложный двухфазный эндотермический процесс, в котором протекают термофизические превращения коксуемого сырья и химические реакции с участием компонентов его органической части. Коксование проводят в коксовых печах, являющихся реакторами периодического действия с косвенным нагревом, в которых теплота передается к коксуемой угольной шихте через стенку реактора. Поэтому термофизические процессы при коксовании включают:

теплопередачу от стенки к материалу шихты;

диффузию продуктов пиролиза (паров воды и летучих веществ) через слой шихты;

удаление этих продуктов из шихты.

При установившемся режиме процесса коксования количество теплоты, передаваемое за единицу времени, определится из уравнения

Q = K_т · F · ∆t (1.2)

где К_т - коэффициент теплопередачи, кДж/м² ·град·ч;

F- поверхность теплопередачи, м^2, ∆t= t_г - t_ш - разность температур обогревающих стенку камеры печи газов t_г и нагреваемой шихты (температуры коксования) t_ш . Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле

(1.3)

где α₁ и α₂ - коэффициенты теплопередачи соответственно от греющих газов к стенке печи и от стенки к шихте, кДж/м² ·град·ч;

δ₁ - толщина стенки, м,

δ₂ = b/2 - половина толщины загрузки шихты, м, λ₁ и λ - соответственно коэффициенты теплопроводности стенки и шихты, кДж/м² ·град·ч.

Для увеличения теплового потока и, как следствие, интенсивности обогрева печи необходимо повышать коэффициент теплопередачи К_т и поверхность обогрева F. Так как коэффициент теплопередачи угольной шихты весьма мал, то из формулы 1.2 следует, что для увеличения коэффициента теплопередачи К_т , помимо повышения α₁ и α₂ , необходимо уменьшать толщину слоя угольной шихты. Поэтому ширина камеры печи достаточно жестко регламентирована и составляет обычно 0,40-0,41 м. Из этого следует, что поверхность теплопередачи F определяется двумя другими размерами камеры печи - длиной и высотой.

Коксовая печь - реактор периодического действия, поэтому температура угольной шихты в ней изменяется во времени. Следовательно, изменяется и движущая сила процесса, то есть разность температур между греющими газами и угольной шихтой ∆t= t_г - t_ш . Непосредственно после загрузки шихты t_ш мала и разность ∆t велика. Поэтому в холодную шихту поступает в единицу времени большее количество теплоты и уголь у стенок камеры начинает коксоваться, в то время как вследствие низкой теплопроводности шихты средние слои остаются холодными. По мере прогрева шихты ее температура возрастает и движущая сила процесса ∆t падает при одновременном повышении температуры по сечению камеры.

Химические превращения при коксовании могут быть сведены к реакциям двух типов: первичным и вторичным.

К первичным реакциям, протекающим в шихте при ее нагревании, относятся:

реакции деструкции сложных молекул;

реакции фенолизации;

реакции карбонизации органической части угля;

реакции отщепления атомов водорода, гидроксильных, карбоксильной и метоксильной ОСН₃ групп.

В процессе первичных превращений из угольной шихты выделяются первичный газ и пары первичной смолы и образуется кокс. К вторичным реакциям, которые протекают при контакте выделившихся первичного газа и первичной смолы с нагретой стенкой печи, относятся:

реакции крекинга алканов

С_n H_2n+2 → C_m H_2m+2 + C_p H_2p ;

реакции полимеризации алкенов

ЗС_n Н_2n → ∆С_n Н_2n ;

реакции дегидрогенизации нафтенов