Отынның механизімі химизімі және кинетикалық негіздері. Кокстың пайда болуының механизмі мен кинетикасы

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 4 бет
Таңдаулыға:

Қатты отынды өңдеу

Қатты отын жоғары температуралық (пирогенетикалық) өңдеуге түседі. Мұндай өңдеудің мақсаты - көмірден отын және негізгі органикалық синтездің жартылай өнімі ретінде қолданылатын бағалы екіншілік өнімдер алу. Көмірді өңдеудің барлық әдістері жоғары температурада көп фазалы жүйеде жүретін гетерогенді (көптеген жағдайда каталитикалық емес) процестерге негізделген. Қатты отынды пирогенетикалық өңдеу процесінің жағдайына және белгісіне байланысты үш типке бөлінеді (1-сурет) :

Көмір

Пиролиз

Газификация

Сұйылту

Пиролиз: Жартылай

Газификация: Синтез-газ CO+H ₂

Сұйылту: Сұйық котелді отын

Пиролиз: Кокстеу

Газификация: Отындық газ

Сұйылту: Жеңіл көмірсутектер

Пиролиз: Сорбенттер

Газификация: Табиғи газды алмастырғыш

Сұйылту: Фенолдар

Пиролиз: Шайырлар

Газификация: Мотор отындары

Пиролиз: Отындық газ

1-сурет. Қатты отынды өңдеудің жолдары.

Қатты отынды кокстеу. Кокстеу - 900-1050⁰C температурада ауасыз кокс пештерінде тас көмірді өңдеу әдісі. Алғашқы алынатын өнімдер: кокс және ұшқыш заттар - тура кокс газы. Шикізат ретінде 350-400⁰C температурада пластикалық күйіне ауысып, берік және кеуекті металлургиялық кокске айналатын тас көмірлерді қолданады.

Көмірді ауасыз қыздырғанда төмендегідей процестер жүреді:

250⁰C-ге дейін көміртектің (II) оксиді, диоксиді жіне бу бөлінеді;
300-350⁰C газ фазасында шайыр буы және пирогенді су бөлінеді, ал көмір пластикалық күйге көшеді;
500-550⁰Cпластикалық массаның айырылу процесі жүреді. Бұл уақытта парафинді, нафтенді, қанықпаған және ароматты көмірсутектерден тұратын газдар жәәне шайырлар түзіледі, сонымен қатар жартылай кокс түзіліп масса қатады;
700⁰C-де және одан жоғары темпертурада ұшатын заттар одан әрі бөлініп, кокс түзіледі.

Коксхимиялық өндірісі кокспен қатар жүздеген химиялық өндірістің шикізатын, жартылай өнімдер және мономерлер өндіріледі. 1 т өндірілетін көмірден орта есеппен мынандай өнімдер алынады: кокс - 700-800 кг, шайыр - 20-40 кг, бензол - 8-12 кг, кокс газы - 280-340 м³, аммиак - 2-4 кг. Минералды заттар мен күкірттің көптеген бқлігі коксте қалады.

Кокс және оны қолдану. Кокс - кеуекті қатты зат (кеуектілігі - 50%) . Органикалық бөлігі 94-96% көміртектен, 2, 5% сутектен, 1, 5-2, 0% оттектен және 1, 2-1, 7% күкірттен тұрады. Кокстың құрамында күкірттің болуы оның сапасын төмендетеді. Өйткені темір рудаларын балқытқан кезде күкірт болаттың құрамына еніп, оның сапасын төмендетеді. Судың көбеюі кокстың жылу беру қасиетін азайтады, сондықтан судың мөлшері 5% аспауы керек. Кокстың құрамында 10-11% минералдық заттар болады, олар жанғанда күлге айналады. Мұның құрамы өте күрделі. Тура кокс газы құрамындағы шайырларды, ароматты көмірсутектерді және аммиакты адсорбциялағаннан кейін қалған газ қоспаларын - кері кокс газы деп атайды, оның құрамы (көлем - %) : H₂ - 54-59; CH₄ - 23-28; CO - 5-7; N₂ - 3-5; C _m H₄ - 2-3; CO₂ - 1, 5-2, 5; O₂ - 0, 3-0. 8. Жану жылуы - 16700-7200 кДж/м³.

Кері кокс газы - кокс және домна пештерін қыздыруға, көбінесе химиялық шикізат ретінде қолданылады.

Кокс шайырының құрамында мыңдаған дербес қосындылар бар. Олардың 300-ге жуығын жеке бөліп алуға болады. Кокс шайырын алғашында фракцияларға бөліп, олардан дербес заттарды бөліп алады.

Шикі бензол - жеңіл ароматты көмірсутектерінен құралатын күрделі, тура кокс газынан кокс шайырымен бірге конденсацияланбайтын, қайнау температурасы үлкен маймен сіңіріліп бөлінетін қоспа.

Кокс пештері - 70-тен астам камерадан түзілген жоғары температураға төзімді реакторлар батареясы. Пешті сыртынан қыздырады. Отын ретінде домна, кері кокс немесе генератор газдарын қолданады. Әр камераның ұзындығы 14м., биіктігі 4. 3м, ені 0. 4м. Камераның ішкі қабырғасы отқа төзімді кірпішпен қапталған.

Тас көмірді кокстеу 13-14 сағат мерзімінде аяқталады. Оптималды температура 900-1100 Cаралығы. Кокстеу процесі периодты 13-14 сағаттан кейін кокс камерадан шығарылып сумен суйылтылады. Кокстеу процесінде үздіксіз бөлінетін кокс газының құрамындағы қажетті, құнды компоненттерді айырып алу үшін технологиялық жүйеге жіберіліп химиялық-физикалық әдістермен өңделеді (30-сурет) .

Кокс газын қайта өңдеу - үздіксіз тура кокс газы 700 C температурамен газ жинағышқа келіп «шайыр бетінде» сумен 70 C-қа дейін салқындатады. Газдар, булар, су және концентрацияланған шайыр қоспалары сепараторға келіп, тығыздығына байланысты сұйық және газ, бу қоспасына бөлінеді.

Бензол қатарының көмірсутектерін газ құрамынан айырып алу мақсатымен газды салқын сумен салқындатады, газбен жанасқан су-газ құрамындағы күкірт қышқыл талшықтарымен қатты нафталинді газдан айырып алады. Салқындаған газ шығыр орналасқан мұнарада соляр немесе тас көмір майларымен жуылады - бензол көмірсутектері мұнараның төменгі шетінен бөлініп алынып дистилляциялау әдісімен шикі бензолға және алғашқы қалпына келтірілген жұтқыш майға бөлінеді.

Шикі бензол құрамы, %: бензол - 59. 5-78. 3, күкіртті және жеңіл қайнайтын көмірсутектер 1. 6-3. 4.

Мұнарадан шыққан газ - кері кокс газы деп аталып күкіртті сутектен және басқа күкіртті қосылыстардан тазартылып кокс немесе металлургия пештерін қыздыруға отын ретінде қолданылады. Қазіргі кезде кері кокс газынан - этилен, метан, көміртек (ІІ) оксидін және сутекті фракциялап, оларды химиялық шикізат ретінде қолданады.

Шайыр бетіндегі су құрамында еріген күйіндегі аммиак және олардың тұздары (NH ₄ ) CO ₃ , NH ₄ CN, (NH ₄ ) ₂ S, NH ₄ Cl, NH ₄ CNS, (NH ₄ ) ₂ SO ₄ , еріген түрінде фенол болады.