Коксовый газ
Одним из наиболее эффективных видов газообразного топлива является коксовый газ. Изначально коксовый газ считался побочным продуктом, который при производстве кокса выбрасывался в атмосферу.
Позже коксохимические заводы стали использовать его в целях обеспечения работы оборудования, а в настоящий момент коксовый газ применяется как топливо в различных областях промышленности и бытовом газоснабжении.
Производство коксового газа
Коксовый газ – продукт термического разложения молекул угля, получают его одновременно с коксом при перегонке угля в камерных печах. Данный процесс осуществляется при температуре 900-1200 С. При этом количество произведенного газа напрямую зависит от установленной температуры и продолжительности цикла. При высокотемпературной переработке, продолжительностью 13-14 часов, в зависимости от исходных особенностей угля, производится примерно 74-78 % твердого кокса, 15-18 % газа.
Получение и применение коксового газа
Основным потребителем коксового газа является металлургия, преимущественное большинство коксохимических заводов расположено на металлургических предприятиях или вблизи них. В данной отрасли 50-60% от всего поставляемого объема задействовано в мартеновских цехах.
Применяется данное топливо также в керамической и стекольной отрасли. Используется в виде топлива для паровых котлов и на предприятиях нарезки металла. Во многих городах России коксовый газ используется в городском газоснабжении.
Широкое распространение коксовый газ получил в виде транспортного топлива для автомобилей и железнодорожного транспорта.
Состав и свойства коксового газа
Состав и свойства коксового газа могут незначительно отличаться в зависимости от условий коксования и качества исходного материала.
Примерный состав:
водород Н2 – 50-60%;
метан СН4 – 20-30%;
оксид углерода СО – 5-7 %;
диоксид углерода СО2 – 2-3 %;
азот N2 – 2 - 3,5 %.
Свойства:
плотность при температуре 0 °C и атмосферном давлении 760 мм.рт ст.: 0,45 - 0,50 кг/м3;
теплоемкость: 1,35 кДж;
теплота сгорания: 17,5 мДж/м3;
температура воспламенения: 600 – 650 °C.
Коксовый газ токсичное и взрывоопасное вещество. Концентрация взрывоопасных веществ от 6 до 30 %.
Очистка от коксового газа
Коксовальный газ, выводимый из печей (прямой газ), непригоден к использованию. После производства, газ поставляется на химический завод, где подлежит очистке и улавливанию продуктов сухой перегонки угля и влаги.
Прямой коксовый газ до улавливания содержит примерно 300-500г/нм3 водяных паров, 100-125г/нм3 смолы, 30-40г/нм3 бензольных углеводородов, 7-1 г/нм3 аммиака, 5-20г/нм3 сероводорода и частичные вкрапления сероуглерода, окислы азота, циана.
От излишней влаги и некоторой доли смолы коксовый газ очищается путем конденсации или вымораживания. Остатки смолы осаживаются на электрофильтрах.
Бензол поглощается каменноугольным или соляровым маслом. Аммиак и сера улавливаются из газа для дальнейшей переработки в лекарственные препараты.
Улавливание остальных примесей в первую очередь обусловлено сохранением оборудования и газопроводов, так как излишнее содержание данных веществ может стать причиной выхода оборудования из строя, забивания труб и гидравлических ударов.
Горение и сжигание коксового газа
Коксовый газ обладает высокой теплотворной , характеризующейся в 14-18 МДж/м3, что делает его наиболее эффективным газообразным топливом.
Объемная доля горючих компонентов в составе газа составляет 93%, что обусловливает высокие показатели КПД.
Преимущества использование коксового газа в виде топлива:
сгорание топлива без остатков;
не требует использования тяговых устройств;
простой контроль и регулировка процессов;
легкий запуск и остановка процессов.
Нагнетатели коксового газа
Нагнетатели коксового газа используются для преодоления сопротивления аппаратуры при подаче газа от коксовых печей для его дальнейшей обработки и транспортировки.
Бывает два вида нагнетателей:
с электроприводами;
с паровым турбопроводом.
Чаще всего коксохимические предприятия оснащены нагнетателями с электроприводами в целях экономии ресурсов, однако, паровые нагнетатели имеют более совершенную систему отсасывания.
Газопровод коксового газа
Использование газа в различных отраслях требует его бесперебойной поставки, поэтому система газопровода полностью автоматизирована и оснащена газгольдерами, которые поддерживают необходимое давление и распределяют газ по сети с учетом потребности.
Газгольдеры делятся на два вида: низкого давления (используются для подачи переменного объема) и высокого давления (обеспечивают постоянный объем подаваемого газа).
Химическая промышленность
Она получила наибольшее развитие в XX веке. Степень ее развития показывает уровень модернизации экономики страны. Химическая промышленность состоит из таких отраслей: горная химия (добыча сырья), основная химия (производство минеральных удобрений, неорганических кислот и соды) и химия органического синтеза (производство полимерных материалов).
Отрасли химической промышленности ориентируются на большое количество электроэнергии, воды и сырья. На размещение этой отрасли влияют возможность комбинирования производства, наличие квалифицированной рабочей силы, потребитель, транспортабельность продукции и хорошо развитый транспорт. Особенно выделяется такая отрасль химической промышленности, как производство синтетических смол и пластмасс, их общий выпуск за последнее десятилетие возрос с 50 млн. т до 63 млн. т. Эти предприятия получают газ и этил, который часто поступает по этиленопроводам (Германия, Бельгия, Нидерланды). Крупные производители химического волокна и ниток — США, Япония, Россия, ФРГ, Китай, Италия, Великобритания, Франция, Чехия.
Главные районы органической химии тяготеют к районам нефтепереработки:
Юг США (особенно приморские штаты Техас и Луизиана), Нижний Рейн от Кельна (Германия) до Роттердама (Нидерланды), а в Японии размещается на побережье внутреннего Японского моря, на о. Хонсю.
Лидерство в химической промышленности принадлежит США, в последнее десятилетие на второе место вышли Германия и Япония. Их основные конкуренты в Западной Европе ~ Великобритания, Франция, Италия, Голландия (Нидерланды), Бельгия, Швейцария.
Важное место занимает основная химия во многих странах, в том числе горно-химическая промышленность. Крупные производители серы — США, Канада, Япония, Франция, Мексика, Германия, Украина. Сера используется для производства серной кислоты, минеральных удобрений. Самые крупные производители серной кислоты — США (40 млн. т), Украина и Россия (27 млн. т).
Добыча фосфоритов и апатитов в мире составляет 100 млн. т: США, Марокко, страны Африки (Тунис, Алжир, Сенегал, Бенин).
Важное сырье химической промышленности — поваренная соль. Крупные ее производители — США, Россия, Германия, Украина, Великобритания, Франция, Канада, Мексика, Австралия, Голландия. Соль широко используют для производства соды.
Основным сырьем для производства азотных удобрений являются природный газ и промышленный газ. Производители азотных удобрений — США, Россия, Индия, Франция, Канада, Япония, Италия, Нидерланды, ФРГ, Украина.
Микробиология — молодая отрасль химической промышленности. В данное время она широко используется для производства кормовых биологических белковых веществ, производства кормовых дрожжей (из сырья растительного происхождения), а также фурфуролы, которая получается путем гидролиза древесины и растительных отходов сельского хозяйства.
В целом необходимо выделить страны с высокоразвитой химической промышленностью — США, Канада, страны Европы, Япония, Австралия.