СПОСОБ ПРОКАЛКИ ПЕКОВОГО КОКСА Российский патент 1999 года по МПК C10L9/08 C10C3/00 C10B47/18 C10B53/00 

Предлагаемое изобретение относится к технологии получения коксового сырья для электродной промышленности, в частности для изготовления электродов сталеплавильных печей, а также анодов, применяемых для получения алюминия путем электролиза криолит-глиноземных расплавов, и может найти применение в производстве широкого ассортимента изделий на основе конструкционных графитов различных марок.

Известные способы прокаливания коксового сырья - нефтяного кокса, пекового кокса или их смеси в преобладающем большинстве своем ориентированы на ведение процесса во вращающихся трубчатых печах, обладающих высокой пропускной способностью. Однако такие прокалочные печи характеризуются большими потерями прокаливаемого сырья из-за уноса, а также большими тепловыми потерями, что обусловлено реализованной в них схемой прямого (непосредственного) нагрева прокаливаемого сырья за счет подаваемого непосредственно в зону прокалки теплоносителя и частичного сгорания прокаливаемого сырья (преимущественно, мелких фракций). Несмотря на то, что вращающиеся трубчатые печи оборудованы системой регулирования соотношения подаваемых в них теплоносителя и воздуха, позволяющей влиять на величину угара прокаливаемого сырья, потери на угар в них могут превышать 15%, а суммарные потери с учетом уноса могут быть более 20%.

В свете сказанного более предпочтительными по экономичности являются ретортные прокалочные печи, меньшая пропускная способность которых на единицу производственной площади преодолевается увеличением числа реторт (ячеек). По сравнению с вращающимися ретортные прокалочные печи, благодаря реализованной в них схеме косвенного нагрева прокаливаемого сырья (путем омывания реторт теплоносителем извне), обладают таким важным преимуществом, как отсутствие потерь на унос. Однако для прокалки пекового кокса при температурах, превышающих 1000^oC, ретортные печи не используются из-за опасности сгорания сырья и вывода печей из строя. Не прокаливают в ретортных печах и мелкоизмельченный кокс (крупностью менее 5 мм) из-за наблюдающегося зависания его в узких ретортах.

Известен способ прокалки пекового кокса непосредственно в камере коксования коксовых печей путем продувки коксового пирога воздухом перед выгрузкой. Воздух в камеру коксования подают от специально установленного вентилятора в течение 15 - 20 мин. При этом за счет сгорания остаточных летучих веществ и части кокса в количестве 1 - 1,5% температура массы кокса повышается до 1300 - 1500^oC, что позволяет получить кокс с удельным весом 2,02 г/см³/ А.С. N 445683, C 10 L 9/08, 1977/ (1).

Однако известный способ прокалки пекового кокса не нашел применения на практике из-за опасности разрушительного воздействия на кладку коксовых печей высоких температур в условиях окислительной среды и, как следствие, возрастания затрат на содержание и ремонт коксовых батарей из-за снижения срока службы. В целях снижения затрат коксовое сырье, поставляемое на электродные заводы, в частности пековый кокс, производится коксохимическими заводами при температурах ниже 1000^oC. Такой кокс (пековый) может использоваться только для производства анодов для алюминиевой промышленности. Производство же электродов для сталеплавильных печей из пекового кокса возможно только после дополнительной прокалки его при повышенной температуре, обеспечивающей более высокую плотность и низкую усадку материала.

Известен также способ прокалки коксового сырья, в том числе и пекового, включающий подготовку сырья, подачу его в прокалочную печь и последующую термическую обработку в процессе проводки в зоне прокалки /А.С. N 173710, C 10 B 53/00, 1964 / (2). Согласно этому способу процесс ведут во вращающейся прокалочной печи, подготовку коксового сырья производят путем разделения кокса на фракции, а термообработку фракций ведут в различных температурных зонах вращающейся печи: крупной фракции - в противотоке печи, а мелкой - в зоне печи с температурой 950 - 1050^oC.

Известный способ прокалки коксового сырья наряду с "унаследованными" от вращающейся печи недостатками имеет и свои собственные - увеличение пылевыноса мелких фракций из-за локального пережима газового потока коксовой мелочью, подаваемой в зону прокалки, т.е. сокращение выхода прокаленного кокса на тонну загружаемого сырья, а также повышение расхода топлива на нагрев вводимой в зону прокалки мелочи пекового кокса, характеризующегося низким содержанием летучих (до 1%).

В основу предлагаемого способа прокалки пекового кокса положена задача уменьшения потерь коксового сырья при повышенных температурах прокалки пекового кокса и сокращении затрат энергоносителя на ведение процесса.

Решение поставленной задачи в способе прокалки пекового кокса, включающем подготовку коксового сырья, подачу его в прокалочную печь и последующую термообработку в процессе проводки в зоне прокалки, обеспечивается тем, что термообработку подготовленного сырья ведут в ретортной прокалочной печи при температуре 1000 - 1400^oC, при этом в процессе термообработки и проводки сырья обеспечивают создание в каждой реторте печи избыточного давления газов.

Решение поставленной задачи обеспечивается, в частности, тем, что создание избыточного давления в каждой реторте прокалочной печи в процессе термообработки и проводки сырья достигают путем подачи в реторты печи пекового кокса с примесью нефтяного кокса в виде кусков, коксовой мелочи или кусков с коксовой мелочью.

При этом количество примеси нефтяного кокса в виде кусков, коксовой мелочи или кусков вперемежку с коксовой мелочью может составлять 20 - 80%.

Нужно заметить, что попытки прокалки пекового кокса в ретортных печах без создания избыточного давления в каждой реторте в процессе термообработки при повышенных температурах всегда заканчивается сгоранием до 100% прокаливаемого сырья из-за засасывания из окружающей атмосферы воздуха. При создании же условий, обеспечивающих появление и сохранение в каждой реторте избыточного давления в процессе проводки сырья, воздух из окружающей атмосферы не проникает в реторты, и процесс прокалки идет в безокислительной среде.

Избыточное давление в каждой реторте можно обеспечить не только примесью нефтяного кокса, но и за счет оснащения ретортной прокалочной печи внешним источником защитного газа и соединением этого источника транспортными каналами с ретортами прокалочной печи. При этом в качестве защитного газа может использоваться любой инертный газ. Однако создание избыточного давления в каждой реторте в процессе термообработки за счет примеси нефтяного кокса представляется более предпочтительным, так как не требует реконструкции печи, исключает необходимость расходования специального газа и, кроме того, позволяет попутно решить еще одну проблему, связанную с конструктивными особенностями ретортных печей. Дело в том, что в ретортных печах из-за узости реторт, имеющих форму плоских кассет шириной около 200 мм, нельзя производить прокалку мелочи нефтяного кокса из-за сливания мелких частиц кокса и образования сводов, т.е. закупорки кассет. При добавлении же мелочи нефтяного кокса в пековый кусковой кокс это явление исчезает, причем количество примеси мелочи нефтяного кокса в пековом кусковом коксе, при котором сводообразование не наблюдается, составляет от 20 до 80%. Таким образом, обеспечивается дополнительно возможность переработки мелочи нефтяного кокса, которая в большом количестве образуется у производителей кокса, а также в электродном производстве при переработке нефтяного кокса из-за низкой прочности его и, как следствие, его измельчения в процессе транспортировки, дробления и любых перевалок. Именно низкая прочность и высокое удельное электрическое сопротивление послужили причиной того, что прокалку нефтяного кокса во вращающихся трубчатых печах согласно прототипу [2] производят после перемешивания нефтяного кокса с пековым коксом, имеющим более высокую прочность и существенно более низкое электросопротивление. В результате для алюминиевых электролизеров получают аноды, обладающие более высокой прочностью и достаточно низким электросопротивлением. Из этого можно сделать вывод, что создание избыточного давления в ретортах прокалочной печи при термообработке пекового кокса за счет примеси нефтяного кокса не вступает в противоречие с получившими распространение методами переработки коксового сырья, позволяет расширить возможности ретортных прокалочных печей, решив и поставленную задачу. Достоинством предлагаемого способа является и то, что количество примеси нефтяного кокса в пековом может варьироваться в широком диапазоне (20 - 80%).

Способ реализуют следующим образом.

Коксовое сырье готовят в виде смеси пекового и нефтяного коксов. Это может быть осуществлено как предварительным перемешиванием коксов, так и чередованием подаваемых в загрузочный бункер порций пекового и нефтяного коксов. Из бункера коксовое сырье подают в кассеты (реторты) прокалочной печи и доводят до температуры 1000 - 1400^oC. Верхний предел 1400^oC определяется термической стойкостью кладки реторт. При этом осуществляют проводку прокаливаемого сырья через реторты со скоростью, соответствующей производительности одной реторты в диапазоне 12 - 21 кг/час, в зависимости от удельного содержания остаточных летучих веществ в примеси нефтяного кокса, а также от скорости их выделения при установленной температуре. С учетом этого эмпирически подбирают скорость проводки сырья.

В процессе термообработки и проводки коксового сырья примесь нефтяного кокса выделяет остаточные летучие вещества, которые и создают в каждой реторте избыточное давление по отношению к окружающей атмосфере. Истекающие из реторт летучие смешиваются с теплоносителем, омывающим реторты извне, и сгорают, создавая тем самым дополнительное тепло. Это также способствует уменьшению затрат энергоносителя на ведение процесса прокалки, помимо того, что основная экономия затрат энергоносителя обеспечивается реализацией процесса прокалки пекового кокса в ретортной прокалочной печи.

Описанный способ прокалки пекового кокса иллюстрируется примерами ведения процесса.

Пример 1.

В ретортную прокалочную печь, состоящую из 12 реторт (каждая размером 5000 х 3000 х 200 мм) загружали из бункера предварительно подготовленную смесь пекового кускового и нефтяного кускового коксов в соотношении 3:2 крупностью до 55 мм. Температуру коксового сырья в ретортах поднимали со скоростью 100^oC/час до рабочей температуры (1300^oC). При этой температуре коксовое сырье проводили через реторты со скоростью, соответствующей производительности одной кассеты 18 кг/час. Из реторт кокс поступал в холодильник и далее - в накопительный бункер. В результате реализации указанного режима и условий получен кокс плотностью 2,08 г/см³, что соответствует требованиям к коксовому наполнителю для конструкционных графитов. При этом потери кокса на угар и унос отсутствуют за исключением уменьшения веса за счет выделевшихся летучих веществ (3 - 4%).

Пример 2.

Прокалку предварительно подготовленного сырья проводили по режиму, идентичному режиму примера 1, с той лишь разницей, что смесь пекового и нефтяного кускового кокса (той же крупности) была взята в соотношении 2:3 и через реторты печи проводилась со скоростью, соответствующей производительности одной реторты 15 кг/час. В результате получен кокс с удельной плотностью 2,08 г/см³. Потери кокса на угар и унос отсутствуют. Изменение веса за счет выделения летучих составило 6%.

Пример 3.

Предварительно подготовленную смесь кускового пекового (до 55 мм) и мелочи нефтяного кокса (крупностью не более 3 мм) в соотношении 4:1 подвергали термической обработке в процессе проводки через реторты прокалочной печи со скоростью, соответствующей производительности одной реторты 21 кг/час и при температурном режиме по примеру 1. В результате получен кокс необходимой плотности 2,08 г/см³. Зависания коксовой мелочи не наблюдалось. Потери отсутствуют.

Пример 4.

Предварительно приготовленную смесь кускового пекового (крупностью до 55 мм) и мелочи нефтяного кокса с крупностью зерен не более 3 мм в соотношении 1:4 подвергали термической обработке по режиму примера 3 в процессе проводки через реторты прокалочной печи со скоростью, соответствующей производительности одной реторты 12 кг/час. В результате реализации указанного режима и условий получен кокс нужной плотности 2,08 г/см³. Зависания коксовой мелочи не наблюдалось. Потери отсутствуют. На летучие ушло 9%.

Описанные в примерах испытания предлагаемого способа прокалки пекового кокса, проведенные в промышленных условиях, показали его промышленную применимость с расширением возможностей ретортных прокалочных печей, обеспечивающих существенное сокращение потерь коксового сырья, а также затрат энергоносителя на ведение процесса.

Изобретение относится к технологии получения коксового сырья для электродной промышленности, в частности для изготовления электродов сталеплавильных печей, а также анодов, применяемых для получения алюминия путем электролиза криолит-глиноземных расплавов, и может найти применение в производстве широкого ассортимента изделий на основе конструкционных графитов различных марок. Сущность способа заключается в том, что термообработку подготовленного коксового сырья ведут в ретортной прокалочной печи при температуре 1000-1400^oС, при этом в процессе термообработки и проводки сырья в зоне прокалки обеспечивают создание в каждой реторте прокалочной печи избыточного давления газов. Предпочтительным решением задачи создания избыточного давления в каждой реторте прокалочной печи, согласно изобретению, является создание давления путем подачи в реторты печи вместе с пековым коксом примеси нефтяного кокса, в частности примеси нефтяного кокса в виде коксовой мелочи. Способ позволяет расширить возможности ретортных прокалочных печей, сократить потери коксового сырья на унос и угар, а также обеспечить переработку коксовой мелочи нефтяного кокса. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ прокалки пекового кокса, включающий подготовку коксового сырья, подачу его в прокалочную печь и последующую термообработку в процессе проводки в зоне прокалки, отличающийся тем, что термообработку коксового сырья ведут в ретортной прокалочной печи при температуре 1000-1400^oC, при этом в процессе термообработки и проводки сырья обеспечивают создание в каждой реторте печи избыточного давления газов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание избыточного давления в каждой реторте прокалочной печи в процессе термообработки и проводки сырья обеспечивают путем подачи в реторты печи вместе с пековым коксом примеси нефтяного кокса. 3. Способ прокалки пекового кокса по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что создание избыточного давления в каждой реторте в процессе термообработки и проводки коксового сырья обеспечивают путем подачи в реторты прокалочной печи вместе с кусковым пековым коксом примеси нефтяного кокса в виде коксовой мелочи.