Способ получения продукта углеродсодержащего Российский патент 2024 года по МПК C10B57/04 C10L5/00 

Изобретение относится к области химической технологии твердого топлива и может быть использовано в коксохимической промышленности для получения аналога каменноугольного кокса и коксовой продукции. Изобретение позволяет получить продукт с заданными качественными характеристиками пригодный для использования в металлургической промышленности.

Современная стратегия металлургических предприятий заключается в производстве стали с низкими затратами и высоким качеством выпускаемой продукции, при этом максимальное внимание уделяется вопросам охраны окружающей среды и социальным проблемам. Для успешной реализации стратегических планов необходимо внедрение новых технологий и усовершенствование уже существующих с использованием низкозатратных или беззатратных проектов улучшения. Проецирование данной стратегии на первый передел означает сокращение затрат на производство жидкого чугуна, снижение образования газообразных, водных и твердых отходов и выбросов Одним из направлений по снижению себестоимости доменного процесса является использование инновационного продукта углеродсодержащего (ИПУС) с заданными характеристиками из углей условно пригодных для коксования, при проведении процесса слоевого коксования в коксовых батареях с гравитационной загрузкой.

Экономически целесообразное использование образующихся твердых отходов производства кокса является еще одним из приоритетных научно-технических направлений развития коксохимии. Коксовая пыль (мелкодисперсный коксовый продукт) - один из техногенных отходов коксохимических предприятий образующийся в процессе работы аспирационных установок при выполнении различных технологических операций, связанных с производством кокса (рассортировки валового кокса, сухого тушения кокса, перегрузках кокса и т.д).

Известны способы использования коксовой пыли для получения топливных брикетов (патент РФ № 2560186, кл. С1, опубл. 20.08.2015, патент РФ № 2468071, кл. С1, опубл. 27.11.2012). Изобретения позволяют получить бездымные топливные брикеты, улучшить экологическую обстановку и утилизировать коксовую пыль, но полученный продукт не пригоден для использования в металлургической промышленности.

Известен также способ получения кокса из смеси коксовой мелочи и угольной шихты. (патент СССР № 1786056 А1, кл. С10В 57/04, опубл. 07.01.1993). а также использование в шихте резиновой крошки обработанной отходами коксохимического производства и смешанной с коксовой пылью (патент РФ № 2186823, кл. С10В 57/06,53/08 опубл. 10.08.2002).

Существенным недостатком данных способов является:

- увеличение себестоимости коксового передела и необходимость специальных технологических мероприятий в процессе подготовки шихты к коксованию;

- незначительное использование кокосовой добавки (1,0 -2,5%);

- фиксированный и ограниченный набор марок углей, используемых в шихте для коксования.

В качестве прототипа выбран способ получения инновационного продукта углеродсодержащего (патент РФ № 2733610, кл. С10В 57/04; 57/06 опубл. 05.10.2020). Инновационный продукт углеродсодержащий получают при проведении процесса слоевого коксования в коксовых батареях с гравитационной загрузкой, в качестве исходного сырья используют от 60% до 100% углей одной или нескольких марок условно пригодных для коксования и 0-40% коксующихся углей.

Заявленный способ обеспечивает: снятие ограничений по выбору типа углей, используемых в шихте, качественные характеристики углеродсодержащего продукта, но при этом не предусматривает использование не угольных добавок.

Поэтому существенным недостатком данного способа получения углеродсодержащего продукта для доменного производства являются:

- отсутствие возможности включения в шихту для коксования отходов коксохимического производства, что в свою очередь увеличивает экологическую нагрузку на процесс производства кокса;

- отсутствует возможность минимизации затрат на производство продукта за счет введения в состав шихты отходов коксохимического производства.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка способа получения углеродсодержащего продукта, применимого в доменном производстве, а также утилизация техногенных отходов коксохимического производства.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения продукта углеродсодержащего включает формирование угольной шихты, загрузку ее в коксовые печи, последующее слоевое коксование, при этом шихта содержит 57,0-99,0% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования, 0-40,0% коксующихся углей и 1,0-6,0% мелкодисперсной коксовой добавки, а мелкодисперсная коксовая добавка состоит из коксовой пыли и/или дробленой коксовой мелочи фракционным составом не более 1,0 мм с содержанием класса не более 0,5 мм в количестве не менее 35% от общего количества мелкодисперсной коксовой добавки и характеризуется выходом летучих веществ не более 2,0% и зольностью 10,0-25,0%.

Угольная шихта характеризуется показателем отражения витринита 0,7 – 0,9% и выходом летучих веществ 30,0 -37,0%.

Плотность угольной шихты перед коксованием составляет 0,7-0,8 т/м³.

Скорость коксования угольной загрузки составляет 7,0-15,0 мм/час.

Компонентный состав заявляемой шихты получен экспериментальным путем.

Шихта для производства продукта углеродсодержащего должна включать 57,0–99,0% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования. При использовании углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования в количестве менее 57,0% возрастает себестоимость производства продукта углеродсодержащего (приближается к себестоимости производства кокса). Верхняя граница (99,0%) обусловлена задачей изобретения по утилизации мелкодисперсных коксовых продуктов.

Введение в шихту до 40,0% коксующихся углей обеспечивает требуемую прочность продукта углеродсодержащего после реакции с диоксидом углерода (показатель CSR от 25,0% до 45,0 %).

Содержание в шихте мелкодисперсной коксовой добавки в количестве менее 1,0% не позволяет в должной мере утилизировать мелкодисперсные коксовые отходы и как следствие, не решает экологические и экономические задачи при производстве продукта углеродсодержащего.

Содержание в составе шихты мелкодисперсной коксовой добавки более 6,0% приводит к значительному снижению в продукте углеродсодержащем показателя прочности после реакции с диоксидом углерода (CSR, %).

В лабораторных условиях установлено влияние фракционного состава мелкодисперсной коксовой добавки на качество получаемого кокса. Содержание в мелкодисперсной коксовой добавке фракции более 1,0 мм ухудшает качественные показатели получаемого продукта углеродсодержащего. В лабораторных условиях так же установлено, что минимальное содержание класса фракции не более 0,5 мм в мелкодисперсной коксовой добавке должно быть не менее 35,0%. При этом негативное влияние на показатель прочности после реакции с диоксидом углерода (CSR,%) минимально. Лабораторные данные подтверждены промышленными испытаниями.

Содержание класса фракции не более 0,5 мм в количестве более 35% позволяет утилизировать большее количество коксовой пыли и при этом получить мелкодисперсную коксовую добавку с выходом летучих веществ не более 2,0% и зольностью 10,0-25,0% и угольную шихту с показателем отражения витринита 0,70-0,90% и выходом летучих веществ 30,0-37,0%.

Угольная шихта характеризуется показателем отражения витринита 0,70 – 0,90% и выходом летучих веществ 30,0-37,0% так как содержит 57,0–99,0% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования.

Плотность угольного пирога находится в диапазоне 0,7-0,8, что обусловлено технологией коксования и конструктивным решением коксовой батареи - гравитационным способом загрузки шихты для коксования. Указанная плотность позволяет получить продукт углеродсодержащий, пригодный для дальнейшего использования в доменном производстве.

Скорость движения пластического слоя – скорость коксования угольной загрузки составляет 7,0 – 15,0 мм/час. Скорость коксования меньше 7,0 мм/час приводит к длительному нахождению продукта углеродсодержащего в печах, и снижает срок эксплуатации коксовой батареи. При скорости больше 15,0 мм/час процесс коксования будет не завершён, получаемый углеродсодержащий продукт не будет соответствовать требованиям доменного производства.

Осуществление изобретения.

Мелкодисперсная коксовая добавка (коксовая пыль, дробленая коксовая мелочь) складируется на специализированной площадке, далее автопогрузчиком загружается в железнодорожные вагоны, вагоны через вагоноопрокидыватель выгружают в специально подготовленный (выбранный от остатков материала) бункер дозировочного отделения. Далее мелкодисперсная коксовая добавка дозируется через автодозатор аналогично угольным концентратам и в составе угольной шихты для коксования закачивается в секции угольной башни для дальнейшей подачи в коксовые батареи и проведения процесса слоевого коксования.

Для получения продукта углеродсодержащего используется угольная шихта, состоящая из углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования, коксующихся углей, мелкодисперсной коксовой добавки.

Технологический процесс получения продукта углеродсодержащего включает в себя следующие технологические операции:

- загрузка в коксовые печи подготовленного сырья;

- коксование угольного сырья без доступа воздуха;

- выдача из печи продукта углеродсодержащего;

- процесс тушения;

- сортировка продукта углеродсодержащего и передача его потребителям (в частности, в доменное производство).

Пример реализации 1.

В условиях ПАО «Северсталь» проводился ряд экспериментов, в которых в качестве сырья для производства продукта углеродсодержащего выбран угольный концентрат, условно пригодный к коксованию и имеющий наименьшую закупочную стоимость – концентрат №1, в качестве мелкодисперсной добавки использовали кокосовую пыль с аспирационных установок коксохимического производства. Работа проводилась на коксовых батареях №№3-4 имеющих гравитационную загрузку угольной шихты.

Данные по качеству исходного сырья и соотношения компонентов в шихте для получения продукта углеродсодержащего приведены в таблице 1.

Данные по качеству полученной шихты для получения продукта углеродсодержащего приведены в таблице 2.

В таблице 3 приведены параметры работы коксовых батарей за время действия экспериментальной шихтовки. Скорость коксования угольной загрузки составила - 14,2 мм/час.

Качественные характеристики полученного продукта углеродсодержащего приведены в таблице 4.

Пример реализации 2.

В коксовом цехе №2 ПАО «Северсталь» для получения продукта углеродсодержащего выбран угольный концентрат, условно пригодный к коксованию и имеющий наименьшую закупочную стоимость – концентрат №1, и концентрат 2 относящийся к группе коксующихся углей в качестве мелкодисперсной добавки использовали кокосовую мелочь, измельчённую до крупности менее 1,0 мм. Работа проводилась на коксовых батареях №№3-4 имеющих гравитационную загрузку угольной шихты. Данные по качеству исходного сырья и соотношения компонентов в шихте для получения продукта углеродсодержащего приведены в таблице 5.

Данные по качеству полученной шихты для получения продукта углеродсодержащего приведены в таблице 6.

В таблице 7 приведены параметры работы коксовых батарей за время действия экспериментальной шихтовки. Скорость коксования угольной загрузки составила - 12,1 мм/час.

Качественные характеристики полученного инновационного продукта углеродсодержащего приведены в таблице 8.

Пример реализации 3.

В коксовом цехе №2 ПАО «Северсталь» для получения продукта углеродсодержащего выбран угольный концентрат, условно пригодный к коксованию и имеющий наименьшую закупочную стоимость – концентрат №1, и концентрат 2 относящийся к группе коксующихся углей в качестве мелкодисперсной добавки использовали смесь коксовой пыли (50,0%) и кокосовой мелочи (50,0%), измельчённой до крупности менее 1,0 мм. Работа проводилась на коксовых батареях №№5-6 имеющих гравитационную загрузку угольной шихты Данные по качеству исходного сырья и соотношения компонентов в шихте для получения продукта углеродсодержащего приведены в таблице 9.

Данные по качеству полученной шихты для получения продукта углеродсодержащего приведены в таблице 10.

В таблице 11 приведены параметры работы коксовых батарей за время действия экспериментальной шихтовки. Скорость коксования угольной загрузки составила - 10,7 мм/час.

Качественные характеристики полученного инновационного продукта углеродсодержащего приведены в таблице 12.

Полученный углеродсодержащий продукт характеризуется средним размером куска не менее 50,0 мм, выходом летучих веществ не более 1,0%, показателем прочности после реакции с диоксидом углерода не менее 25,0%.

Технико-экономическое преимущество предложенного способа состоит в том, что экономический эффект от использования продукта углеродсодержащего из углей условно пригодных для коксования и мелкодисперсной коксовой добавки, положительно сказывается на снижении себестоимости чугуна и готового металлопроката, а также позволяет решить проблему утилизации коксовой пыли и коксовой мелочи.

Таблица 1

Качественные характеристики сырья для получения шихты продукта углеродсодержащего

Наименование показателя Концентрат №1 Коксовая добавка Обозначения методики выполнения измерения Массовая доля общей влаги, W^r % 7,6 3,1 ГОСТ 11014 Зольность, A^d % 8,0 10,2 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 35,8 1,7 ГОСТ 55660 Показатель отражения витринита, Ro,% 0,800 ГОСТ 55659 Класс крупности «0-0,5 мм»,% 56 ГОСТ 2093 Участие в шихте для коксования,% 95 5

Таблица 2

Качественные характеристики шихты для получения продукта углеродсодержащего

Наименование показателя Значение Обозначения методики выполнения измерения Зольность, A^d % 8,1 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 34,1 ГОСТ 55660 Показатель отражения витринита, Ro,% 0,76 ГОСТ 55659 Насыпной вес (плотность), т/м³ 0,798

Таблица 3

Параметры работы коксовых батарей

Период, ч:мм Температура, °С %потушенных печей Показатели 14:16 1359,9 81,6

Таблица 4

Качественные характеристики продукта углеродсодержащего

Наименование показателя Результат измерения Обозначения методики выполнения измерения Зольность, A^d % 10,8 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 0,8 ГОСТ 55660 Массовая доля углерода, % 82,3 ГОСТ 2408.1 Средний размер куска, мм 62,8 ГОСТ 5954.1-91 Показатель прочности после реакции с диоксидом углерода, % 36,2 ГОСТ Р 54250

Таблица 5

Качественные характеристики сырья для получения шихты продукта углеродсодержащего

Наименование показателя Концентрат №1 Концентрат №2 Коксовая добавка Обозначения методики выполнения измерения Массовая доля общей влаги, W^r % 7,6 8,6 2,2 ГОСТ 11014 Зольность, A^d % 8,2 7,9 11,3 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 35,8 21,5 1,1 ГОСТ 55660 Показатель отражения витринита, Ro,% 0,800 1,24 ГОСТ 55659 Класс крупности «0-0,5 мм»,% 56 ГОСТ 2093 Участие в шихте для коксования,% 80 15 5

Таблица 6

Качественные характеристики шихты для получения продукта углеродсодержащего

Наименование показателя Значение Обозначения методики выполнения измерения Зольность, A^d % 8,3 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 31,9 ГОСТ 55660 Показатель отражения витринита, Ro,% 0,83 ГОСТ 55659 Насыпной вес (плотность), т/м³ 0,778

Таблица 7

Параметры работы коксовых батарей

Период, ч:мм Температура, °С %потушенных печей Показатели 16:50 1300,9 100

Таблица 8

Качественные характеристики продукта углеродсодержащего

Наименование показателя Результат измерения Обозначения методики выполнения измерения Зольность, A^d % 10,9 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 0,8 ГОСТ 55660 Массовая доля углерода, % 82,3 ГОСТ 2408.1 Средний размер куска, мм 56,4 ГОСТ 5954.1-91 Показатель прочности после реакции с диоксидом углерода, % 41,9 ГОСТ Р 54250

Таблица 9

Качественные характеристики сырья для получения шихты продукта углеродсодержащего

Наименование показателя Концентрат №1 Концентрат №2 Коксовая добавка Обозначения методики выполнения измерения Массовая доля общей влаги, W^r % 7,7 8,0 1,5 ГОСТ 11014 Зольность, A^d % 8,0 7,9 11,0 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 35,0 24,5 1,1 ГОСТ 55660 Показатель отражения витринита, Ro,% 0,745 1,28 ГОСТ 55659 Класс крупности «0-0,5 мм»,% 78 ГОСТ 2093 Участие в шихте для коксования,% 85 10 5

Таблица 10

Качественные характеристики шихты для получения продукта углеродсодержащего

Наименование показателя Значение Обозначения методики выполнения измерения Зольность, A^d % 8,1 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 32,3 ГОСТ 55660 Показатель отражения витринита, Ro,% 0,76 ГОСТ 55659 Насыпной вес (плотность), т/м³ 0,789

Таблица 11

Параметры работы коксовых батарей

Период, ч:мм Температура, °С %потушенных печей Показатели 18:55 1306 100

Таблица 12

Качественные характеристики продукта углеродсодержащего

Наименование показателя Результат измерения Обозначения методики выполнения измерения Зольность, A^d % 11,4 ГОСТ 55661 Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, V^daf % 0,9 ГОСТ 55660 Массовая доля углерода, % 82,8 ГОСТ 2408.1 Средний размер куска, мм 60,1 ГОСТ 5954.1-91 Показатель прочности после реакции с диоксидом углерода, % 38,8 ГОСТ Р 54250

Изобретение относится к способу получения продукта углеродсодержащего. Способ включает формирование угольной шихты, загрузку ее в коксовые печи, последующее слоевое коксование. При этом способ характеризуется тем, что угольная шихта содержит 57,0-99,0% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования, 0-40,0% коксующихся углей и 1,0-6,0% мелкодисперсной коксовой добавки, при этом мелкодисперсная коксовая добавка состоит из коксовой пыли и/или дробленой коксовой мелочи фракционным составом не более 1,0 мм, с содержанием класса не более 0,5 мм в количестве не менее 35,0% от общего количества мелкодисперсной коксовой добавки и характеризуется выходом летучих веществ не более 2,0% и зольностью 10,0-25,0%. Использование предлагаемого способа позволяет решить проблему утилизации коксовой пыли и коксовой мелочи. 3 з.п. ф-лы, 12 табл., 3 пр.

1. Способ получения продукта углеродсодержащего, включающий формирование угольной шихты, загрузку ее в коксовые печи, последующее слоевое коксование, отличающийся тем, что угольная шихта содержит 57,0-99,0% углей одной или нескольких марок, условно пригодных для коксования, 0-40,0% коксующихся углей и 1,0-6,0% мелкодисперсной коксовой добавки, при этом мелкодисперсная коксовая добавка состоит из коксовой пыли и/или дробленой коксовой мелочи фракционным составом не более 1,0 мм, с содержанием класса не более 0,5 мм в количестве не менее 35,0% от общего количества мелкодисперсной коксовой добавки и характеризуется выходом летучих веществ не более 2,0% и зольностью 10,0-25,0%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что угольная шихта характеризуется показателем отражения витринита 0,7-0,9% и выходом летучих веществ 30,0-37,0%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плотность угольной загрузки 0,7-0,8 т/м³.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость коксования угольной загрузки составляет 7,0-15,0 мм/час.