RU2553116C1 - Method of metallurgical coke production - Google Patents
Method of metallurgical coke production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2553116C1 RU2553116C1 RU2013157144/02A RU2013157144A RU2553116C1 RU 2553116 C1 RU2553116 C1 RU 2553116C1 RU 2013157144/02 A RU2013157144/02 A RU 2013157144/02A RU 2013157144 A RU2013157144 A RU 2013157144A RU 2553116 C1 RU2553116 C1 RU 2553116C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coke
- furnace
- heating
- charge
- calcination
- Prior art date
Links
Landscapes
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии переработки нефти и может быть использовано для получения металлургического кокса.The invention relates to oil refining technology and can be used to produce metallurgical coke.
Известен способ получения нефтяного кокса на установках замедленного коксования нагреванием исходного сырья в трубчатой печи с последующим коксованием в реакторе (авторское Свидетельство СССР №199312), согласно которому коксование ведут в присутствии парообразного теплоносителя с коксовым числом не более 3%, нагретого до температуры не ниже 500°C.A known method of producing petroleum coke in delayed coking plants by heating the feedstock in a tubular furnace followed by coking in a reactor (USSR Author's Certificate No. 199312), according to which coking is carried out in the presence of a vaporous coolant with a coke number of not more than 3%, heated to a temperature of at least 500 ° C.
Недостатком известного решения по АС СССР №199312 является необходимость использования дополнительного источника тепла - парообразного теплоносителя и реактора, в котором осуществляется коксование, что усложняет способ и увеличивает затраты на его осуществление.The disadvantage of the known solution for the USSR AS No. 1993312 is the need to use an additional heat source - a vaporous coolant and a reactor in which coking is carried out, which complicates the method and increases the cost of its implementation.
Известен способ непрерывной прокалки нефтяного кокса с высоким содержанием летучих и коксовой мелочи во вращающихся трубчатых печах (авторское Свидетельство СССР №239206), согласно которому кокс нагревают в печах, работающих по принципу прямотока, сначала до температуры выделения летучих за счет сжигания топлива, а затем ведут прокалку путем сжигания летучих, выделяющихся из кокса.There is a method of continuous calcination of petroleum coke with a high content of volatile and coke breeze in rotary tube furnaces (USSR Author's Certificate No. 239206), according to which coke is heated in direct-flow furnaces, first to the temperature of volatile emissions by burning fuel, and then lead calcination by burning volatiles released from coke.
Недостатком известного решения по АС СССР №239206 являются его ограниченные функциональные возможности, поскольку он предназначен только для прокалки нефтяного коксаThe disadvantage of the known decision on the USSR AS No. 239206 is its limited functionality, since it is intended only for calcination of petroleum coke
Известен способ получения нефтяного кокса (авторское Свидетельство СССР №507614), включающий предварительный нагрев исходного сырья до 380-400°C, фракционирование его на легкие фракции и кубовый остаток, нагрев кубового остатка в трубчатой печи в присутствии водяного пара до 475-510°C и коксование. При этом после нагрева кубового остатка от него отделяют парогазовые продукты, а оставшуюся жидкую часть направляют на коксование.A known method of producing petroleum coke (USSR author's certificate No. 507614), comprising preheating the feedstock to 380-400 ° C, fractioning it into light fractions and bottoms, heating the bottoms in a tube furnace in the presence of water vapor to 475-510 ° C and coking. In this case, after heating the bottom residue, vapor-gas products are separated from it, and the remaining liquid part is sent to coking.
Недостатком известного решения по АС СССР №507614 является его сложность, обусловленная особенностью исходного сырья для коксования, а именно: используют непосредственно нефтяной остаток. При этом необходимо сначала осуществить фракционирование нагретого исходного сырья на легкие фракции и кубовый остаток. Затем осуществляют нагрев выделенного кубового остатка в трубчатой печи в присутствии водяного пара, а перед коксованием из нагретого кубового остатка необходимо отделить парогазовые продукты.A disadvantage of the known solution for the USSR AS No. 507614 is its complexity, due to the peculiarity of the feedstock for coking, namely: they use directly the oil residue. In this case, it is first necessary to carry out fractionation of the heated feedstock into light fractions and bottoms. Then, the separated bottoms are heated in a tubular furnace in the presence of water vapor, and steam and gas products must be separated from the heated bottoms before coking.
Аналогичными недостатками обладают способы получения нефтяного кокса по авторскому свидетельству СССР №1169977 и авторскому свидетельству СССР №1279997.The methods for producing petroleum coke according to the USSR copyright certificate No. 1169977 and USSR copyright certificate No. 1279997 have similar disadvantages.
Известен способ непрерывного получения кокса и устройство для коксования по патенту РФ №2144555 (выбран в качестве наиболее близкого аналога - прототипа). Известный по патенту РФ №2144555 способ непрерывного получения кокса из угля включает следующие стадии: подготовку по крайней мере одной вытянутой в длину камеры коксования с каналом, образованным наружной стенкой малой трубы и внутренней стенкой большой трубы; принудительную подачу угля в загрузочный конец камеры коксования и его уплотнение за счет прижатия к наружной стенке малой трубы и внутренней стенке большой трубы и непрерывное коксование угля и превращение его в кокс в отсутствие кислорода нагреванием принудительно перемещаемой в канале камеры коксования массы угля, который нагревается за счет теплопроводности с двух сторон во время движения через вытянутую в длину камеру коксования, в которой коксование угля начинается у стенок обеих труб и сопровождается расслоением движущейся массы угля по существу в средней части канала.The known method for the continuous production of coke and a coking device according to the patent of the Russian Federation No. 2144555 (selected as the closest analogue to the prototype). Known for the patent of the Russian Federation No. 2144555, a method for continuously producing coke from coal includes the following stages: preparing at least one elongated coking chamber with a channel formed by the outer wall of the small pipe and the inner wall of the large pipe; forced supply of coal to the loading end of the coking chamber and its compaction by pressing against the outer wall of the small pipe and the inner wall of the large pipe and continuous coking of coal and turning it into coke in the absence of oxygen by heating a mass of coal forcibly moved in the coking chamber channel, which is heated by heat conduction on both sides during movement through a elongated coking chamber, in which coking of coal begins at the walls of both pipes and is accompanied by separation of the moving ma sy coal substantially in the middle of the channel.
Недостатком способа по патенту РФ №2144555, выбранного в качестве наиболее близкого аналога, является его сложность, обусловленная необходимостью использования оборудования, изготовленного специально для осуществления заявляемого способа, а именно: необходимость использования специальной сложной конструкции печи.The disadvantage of the method according to the patent of the Russian Federation No. 2144555, selected as the closest analogue, is its complexity, due to the need to use equipment made specifically for the implementation of the proposed method, namely: the need to use a special complex furnace design.
Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является упрощение способа получения металлургического кокса из нефтяного сырья и повышение его качества.The technical result achieved by the claimed invention is to simplify the method of producing metallurgical coke from petroleum feedstock and improve its quality.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в способе получения металлургического кокса, включающем нагрев, спекание и прокалку углеродсодержащей шихты в движущемся потоке, согласно изобретению нагрев углеродсодержащей шихты в движущемся потоке осуществляют в присутствии кислорода в зоне нагрева вращающейся трубчатой печи с температурой в пределах 200-500°C, а спекание и прокалку углеродсодержащей шихты осуществляют в зоне спекания и прокалки вращающейся трубчатой печи с температурой в пределах 600-1500°C, причем используют углеродсодержащую шихту с содержанием 50-100 мас.% нефтяного полукокса с выходом летучих веществ от 14 до 25 мас.%, полученного путем замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков.The claimed technical result is achieved due to the fact that in the method for producing metallurgical coke, which includes heating, sintering and calcining a carbon-containing mixture in a moving stream, according to the invention, the carbon-containing mixture is heated in a moving stream in the presence of oxygen in a heating zone of a rotary tube furnace with a temperature in the range of 200 -500 ° C, and sintering and calcination of a carbon-containing mixture is carried out in the sintering and calcining zone of a rotary tube furnace with a temperature in the range of 600-1500 ° C, and using comfort carbon-containing mixture with a content of 50-100 wt.% petroleum coke with a yield of volatiles from 14 to 25 wt.%, obtained by delayed semi-coking of heavy oil residues.
Нагрев шихты осуществляют при попутном, противоточном или смешанном движении шихты и газа.The mixture is heated at the associated, countercurrent or mixed movement of the mixture and gas.
Отходящие газы используют для нагрева воздуха, поступающего в трубчатую печь.Exhaust gases are used to heat the air entering the tube furnace.
Полученный кокс охлаждают водой и/или паром.The resulting coke is cooled with water and / or steam.
Заявляемый способ может быть осуществлен на вращающейся трубчатой печи любой конструкции.The inventive method can be carried out on a rotary tube furnace of any design.
Вращающаяся печь (трубчатая печь, барабанная печь) - промышленная печь цилиндрической формы с вращательным движением вокруг продольной оси, предназначенная для нагрева сыпучих материалов с целью их физико-химической обработки. Вращающиеся печи различают: по принципу теплообмена - с противотоком и с параллельным током газов и материала; по способу передачи энергии - с прямым, косвенным (через стенку муфеля) и комбинированным нагревом обрабатываемого материала. По назначению различают вращающиеся печи для спекания шихт в производстве глинозема, получения цементного клинкера, окислительного, восстановительного, хлорирующего обжига, прокалки гидроокиси алюминия, кокса, карбонатов, сульфатов и др., обезвоживания материалов, извлечения цинка и свинца (вельц-печи), получения железа или сплавов цветных металлов их прямым восстановлением из руд в твердой фазе (кричные печи), обжига огнеупорного сырья и др. Основными являются вращающиеся печи, в которых сжигается пылевидное, твердое, жидкое или газообразное топливо непосредственно в рабочем пространстве печи и греющие газы движутся навстречу обрабатываемому материалу. Металлический барабан, футерованный огнеупорным кирпичом, устанавливают под небольшим углом к горизонту на опорные ролики. В ряде случаев диаметр барабана делают переменным по длине. Барабан приводят во вращение (1-2 об/мин) электродвигателем через редуктор и открытую зубчатую передачу. Шихту загружают со стороны головки. Сухую шихту подают механическими питателями, а шихту в виде пульпы - наливом или через форсунки. Топливо (10-30% от массы шихты) вводят через горелки (форсунки), помещенные в горячей головке. Здесь же выгружают готовый продукт, направляемый в холодильник. Газы из вращающейся печи очищают от пыли (возгонов) в системе. Для улучшения условий теплопередачи во вращающейся печи встраивают различные теплообменные устройства - перегребающие лопасти, полки, цепные завесы, насадки и т.д. С этой же целью в ряде случаев футеровку печей выполняют сложной формы, например ячейковой. Основные размеры вращающейся печи варьируются в значительных пределах: длина от 50 до 230 м, а диаметр от 3 до 7,5 м. Производительность вращающейся печи достигает 150 т/ч (готового продукта). Наблюдается тенденция к соединению вращающейся печи с различными теплообменными аппаратами, что позволяет при повышении технико-экономических показателей работы печей уменьшать их размеры (Большая советская энциклопедия).Rotary kiln (tube furnace, drum furnace) is an industrial cylindrical furnace with rotational movement around the longitudinal axis, designed to heat bulk materials with the aim of their physicochemical processing. Rotary kilns distinguish: by the principle of heat exchange - with countercurrent flow and with a parallel flow of gases and material; by the method of energy transfer - with direct, indirect (through the wall of the muffle) and combined heating of the processed material. According to their purpose, there are distinguished rotary kilns for sintering charges in the production of alumina, obtaining cement clinker, oxidizing, reducing, chlorinating roasting, calcining aluminum hydroxide, coke, carbonates, sulfates, etc., dehydrating materials, extracting zinc and lead (Waelz kiln), obtaining iron or non-ferrous metal alloys by their direct reduction from ores in the solid phase (flash furnaces), firing of refractory raw materials, etc. The main ones are rotary kilns in which pulverized, solid, liquid or gas is burned heat of fuel directly into the working space of the furnace and the heating gases are moved towards the material being worked. A metal drum lined with refractory bricks is installed at a slight angle to the horizon on the support rollers. In some cases, the diameter of the drum is made variable in length. The drum is driven into rotation (1-2 rpm) by an electric motor through a gearbox and an open gear transmission. The mixture is loaded from the side of the head. The dry charge is fed by mechanical feeders, and the charge in the form of pulp is fed in bulk or through nozzles. Fuel (10-30% by weight of the charge) is introduced through burners (nozzles) placed in a hot head. Here, the finished product is sent to the refrigerator. Gases from a rotary kiln are cleaned from dust (sublimates) in the system. To improve the conditions of heat transfer in a rotary kiln, various heat-exchange devices are built in - scraper blades, shelves, chain curtains, nozzles, etc. For the same purpose, in some cases, the lining of furnaces is carried out with a complex shape, for example, cell. The main dimensions of the rotary kiln vary significantly: length from 50 to 230 m, and diameter from 3 to 7.5 m. The productivity of the rotary kiln reaches 150 t / h (finished product). There is a tendency to connect a rotary kiln with various heat exchangers, which makes it possible to reduce their size with an increase in the technical and economic indicators of the operation of furnaces (Great Soviet Encyclopedia).
Таким образом, трубчатыми вращающимися печами принято называть технологические агрегаты непрерывного действия с рабочим пространством в виде полого цилиндра, в котором вследствие небольшого наклона (~3°) печи и вращения перерабатываемые сыпучие материалы перемещаются вдоль печи, нагреваясь за счет тепла, выделившегося при сжигании топлива. В конструктивном отношении они отличаются друг от друга только размерами корпуса и устройством систем загрузки и выгрузки материала. В названии печи обычно отражено ее назначение. Трубчатые печи широко распространены в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностях, они являются составной частью многих установок и применяются в различных технологических процессах, таких как перегонка нефти, мазута, каталитический крекинг и риформинг, гидроочистка, очистка масел и др.Thus, it is customary to call tubular rotary kilns continuous technological units with a working space in the form of a hollow cylinder, in which, due to the slight inclination (~ 3 °) of the kiln and rotation, the processed bulk materials move along the kiln, being heated due to the heat released during fuel combustion. In a structural respect, they differ from each other only in the size of the housing and the device systems for loading and unloading material. The name of the furnace usually reflects its purpose. Tube furnaces are widespread in the oil refining and petrochemical industries, they are an integral part of many plants and are used in various technological processes, such as distillation of oil, fuel oil, catalytic cracking and reforming, hydrotreating, oil refining, etc.
Металлургический кокс согласно заявляемому способу возможно получать на любых трубчатых печах, необходимо только настроить температурный режим (авторы осуществляли промышленные испытания на печах трех типов).According to the claimed method, metallurgical coke can be produced on any tube furnaces, it is only necessary to adjust the temperature regime (the authors carried out industrial tests on three types of furnaces).
Нагрев углеродсодержащей шихты, спекание и прокалку полученного кокса осуществляют в присутствии кислорода. Как правило, это кислород воздуха. Термоокислительная обработка углеродсодержащей шихты обеспечивает сжигание выделяющихся летучих веществ (коксового газа) и устранения опасности его взрыва, т.к. трубчатые (прокалочные) печи, как правило, не имеют системы улавливания или дожига выделяющихся летучих веществ. Кроме того, присутствие в зоне нагрева, спекания и прокалки кислорода (воздуха) обеспечивает экономию топлива, подаваемого в трубчатую печь, т.к. при сгорании летучих веществ, выделяющихся из углеродсодержащей шихты, выделяется большое количество тепла.Heating the carbon-containing mixture, sintering and calcination of the obtained coke is carried out in the presence of oxygen. As a rule, this is oxygen. The thermo-oxidative treatment of the carbon-containing charge provides the combustion of the released volatile substances (coke oven gas) and eliminates the danger of its explosion, because Tubular (calcining) furnaces, as a rule, do not have a system for trapping or afterburning of emitted volatile substances. In addition, the presence of oxygen (air) in the heating, sintering, and calcining zone saves fuel supplied to the tube furnace, since during the combustion of volatile substances released from a carbon-containing mixture, a large amount of heat is released.
Движение шихты и газа (воздуха) может быть как в одном направлении, так и в противоположном. Либо направление движения газа (воздуха) может быть установлено раздельно для нагрева (например, противоток) и спекания с прокалкой (например, прямоток).The movement of the charge and gas (air) can be either in one direction or in the opposite. Or the direction of movement of the gas (air) can be set separately for heating (for example, countercurrent) and sintering with calcination (for example, forward flow).
Авторы неоднократно проводили промышленные испытания заявляемого способа на трех разных конструкциях трубчатых вращающихся печей при разном направлении газа (воздуха). Результаты испытаний во всех случаях были примерно одинаковыми, во всяком случае, авторы не могут с уверенностью сказать, что направление газа (воздуха) имеет принципиальное значение для заявляемого способа.The authors have repeatedly conducted industrial tests of the proposed method on three different designs of tubular rotary kilns with different directions of gas (air). The test results in all cases were approximately the same, in any case, the authors cannot say with certainty that the direction of the gas (air) is of fundamental importance for the proposed method.
В качестве исходного материала (исходной углеродсодержащей шихты) применяют нефтяной полукокс с выходом летучих веществ от 14 до 25% в количестве (50 - 100) мас.%, полученный путем замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков.Petroleum semi-coke with a yield of volatiles from 14 to 25% in the amount of (50 - 100) wt.% Obtained by delayed semi-coking of heavy oil residues is used as a starting material (initial carbon-containing charge).
Применяемый в заявляемом способе нефтяной полукокс обладает пластичностью, проявляющейся в процессе его нагрева при температурах 200-500°C (т.е. на начальном этапе осуществления заявляемого способа). Проявление применяемым в заявляемом способе нефтяным полукоксом пластичных свойств на этапе его нагрева позволяет при дальнейшем движении шихты при вращении трубчатой печи окатать шихту, т.е. получить кусковой материал, который при его последующем спекании и прокалке превращается в кокс.Used in the inventive method, the petroleum coke has ductility, which manifests itself in the process of heating it at temperatures of 200-500 ° C (i.e., at the initial stage of the implementation of the proposed method). The manifestation of the plastic properties used in the inventive method of the petroleum coke at the stage of heating allows for further movement of the charge during rotation of the tube furnace to pellet the charge, i.e. to obtain bulk material, which, when it is subsequently sintered and calcined, turns into coke.
На стадии прокалки полученный кусковой материал обессеривается за счет разрыва теофеновых связей при температурах 1320-1360°C. Содержание серы в шихте снижается с 4,2% (в исходной шихте) до 0,7% (после прокалки).At the calcination stage, the obtained bulk material is desulfurized by breaking the theophene bonds at temperatures of 1320–1360 ° C. The sulfur content in the charge is reduced from 4.2% (in the original charge) to 0.7% (after calcination).
Выделяющиеся из обрабатываемой шихты летучие вещества сгорают в рабочем пространстве трубчатой печи.Volatiles released from the processed charge are burned in the working space of the tube furnace.
Для получения качественного кокса заявляемым способом время пребывания шихты в печи должно быть достаточным для удаления влаги, летучих и окончания физико-химических превращений в прокаливаемом коксе. Время пребывания шихты в печи зависит от таких факторов, как диаметр и длина печи, число оборотов барабана, угол наклона барабана.To obtain high-quality coke by the claimed method, the residence time of the mixture in the furnace should be sufficient to remove moisture, volatiles and end the physicochemical transformations in the calcined coke. The residence time of the charge in the furnace depends on such factors as the diameter and length of the furnace, the number of revolutions of the drum, the angle of inclination of the drum.
Фактором, влияющим на время пребывания шихты в печи и ее производительность, является коэффициент заполнения печи. Для каждой печи подбирают оптимальную величину заполнения барабана, чтобы кокс при движении в зоне прокалки максимально подвергался облучению от горящего факела и контактировал с раскаленными газами. При заполнении барабана выше оптимального ухудшаются условия теплообмена кокса с топочными газами, и часть материала в середине потока не соприкасается ни с футеровкой печи, ни с раскаленными газами, т.е. не нагревается ни излучением, ни конвекцией. В этом случае физико-химические процессы в коксе не успевают закончиться. При пониженном коэффициенте заполнения печи тепловая энергия топочных газов будет использоваться недостаточно полно.A factor affecting the residence time of the charge in the furnace and its productivity is the fill factor of the furnace. For each furnace, the optimal drum filling value is selected so that the coke, when moving in the calcination zone, is exposed to the maximum exposure to the burning torch and comes into contact with hot gases. When the drum is filled above the optimum, the heat exchange conditions of coke with flue gases deteriorate, and part of the material in the middle of the stream does not come into contact with the lining of the furnace or with incandescent gases, i.e. It is not heated by radiation or convection. In this case, the physicochemical processes in coke do not have time to end. With a reduced fill factor of the furnace, the thermal energy of the flue gases will not be fully utilized.
Скорость вращения барабана устанавливается разная для разных конструкций трубчатых печей в зависимости от коэффициента заполнения печи, особенностей углеродсодержащей шихты, состояния шихты, способа нагрева шихты в печи и т.п. и определяется экспериментальным путем.The rotational speed of the drum is set different for different designs of tube furnaces depending on the fill factor of the furnace, the characteristics of the carbon-containing charge, the state of the charge, the method of heating the charge in the furnace, etc. and is determined experimentally.
Авторам не известна формула зависимости скорости вращения барабана трубчатой печи в зависимости от коэффициента заполнения печи, особенностей углеродсодержащей шихты, способа нагрева шихты и т.п. Поэтому в заявляемом способе невозможно привести правило, согласно которому определяется выбор скорости вращения барабана печи. Эта скорость определяется опытным путем.The authors do not know the formula for the dependence of the rotational speed of the drum of a tubular furnace depending on the fill factor of the furnace, the characteristics of the carbon-containing charge, the method of heating the charge, etc. Therefore, in the inventive method, it is impossible to give a rule according to which the choice of the rotation speed of the furnace drum is determined. This speed is determined empirically.
Спекание и прокалку полученного после нагрева материала осуществляют при температуре 600-1500°C. Для этого настраивают температурный режим работы трубчатой печи по зонам - в зоне нагрева обеспечивают температуру в пределах 200-500°C, в последующей зоне спекания и прокалки обеспечивают температуру в пределах 600-1500°C.Sintering and calcination of the material obtained after heating is carried out at a temperature of 600-1500 ° C. To do this, adjust the temperature regime of the tube furnace by zones - in the heating zone provide a temperature in the range of 200-500 ° C, in the subsequent sintering and calcination zone provide a temperature in the range of 600-1500 ° C.
Для организации таких зон требуется ввести небольшие конструктивные изменения в трубчатую печь. Зоны нагрева, спекания и прокалки выделяются дополнительными воздуходувными и тягодутьевыми средствами, чем обеспечивается необходимый температурный режим в каждой зоне.To organize such zones, it is required to introduce small design changes in the tubular furnace. The heating, sintering and calcining zones are distinguished by additional blower and draft means, which ensures the necessary temperature regime in each zone.
После прокалки полученный кокс охлаждают, например, в охлаждающем барабане и затем рассеивают на фракции. Крупная фракция кокса используется в качестве металлургического кокса, мелкая - в качестве карбюризатора.After calcination, the resulting coke is cooled, for example, in a cooling drum and then dispersed into fractions. A large fraction of coke is used as metallurgical coke, a small fraction as a carburizer.
Полученный заявляемым способом кокс из исходной углеродсодержащей шихты, представляющей собой нефтяной полукокс с выходом летучих веществ от 14 до 25% в количестве (50 - 100) мас.%, полученный путем замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков, полностью соответствует требованиям, предъявляемым к металлургическим коксам.Obtained by the inventive method, coke from the initial carbon-containing mixture, which is an oil semi-coke with a yield of volatile substances from 14 to 25% in the amount of (50 - 100) wt.%, Obtained by delayed semi-coking of heavy oil residues, fully meets the requirements for metallurgical cokes.
Характер исходной шихты, представляющей собой нефтяной полукокс с выходом летучих веществ от 14 до 25% в количестве (50 - 100) мас.%, полученный путем замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков, исключает необходимость в использовании при осуществлении заявляемого способа дополнительных источников нагрева шихты, а также обеспечивает получение качественного кокса, по своим характеристикам не уступающего металлургическому коксу.The nature of the initial mixture, which is an oil semi-coke with a yield of volatile substances from 14 to 25% in an amount of (50 - 100) wt.%, Obtained by delayed semi-coking of heavy oil residues, eliminates the need for additional sources of heating of the mixture when implementing the inventive method, and It also provides high-quality coke, which in its characteristics is not inferior to metallurgical coke.
На фиг. 1 изображена схема печи, на которой осуществляли заявляемый способ.In FIG. 1 shows a diagram of a furnace on which the inventive method was carried out.
Способ осуществляли на двух печах.The method was carried out on two furnaces.
Пример 1Example 1
Осуществление заявляемого способа на трубчатой печи для прокалки антрацита Новосибирского электродного заводаThe implementation of the proposed method on a tubular furnace for calcining anthracite Novosibirsk electrode plant
Трубчатая печь содержит: металлический барабан 1, футерованный огнеупорным кирпичом, который устанавливают под небольшим углом к горизонту на опорные ролики 2. В ряде случаев диаметр барабана делают переменным по длине. Барабан приводят во вращение электродвигателем через редуктор и открытую зубчатую передачу 3. Шихту загружают со стороны головки 4. Сухую шихту подают механическими питателями, а шихту в виде пульпы - наливом или через форсунки 5. Топливо вводят через горелки (форсунки) 6, помещенные в горячей головке 7. Здесь же выгружают готовый продукт, направляемый в холодильник. Газы из вращающейся печи очищают от пыли в системе 8. Для улучшения условий теплопередачи в печь встраивают различные теплообменные устройства 9 - перегребающие лопасти, полки, цепные завесы, насадки и т.д. С этой же целью в ряде случаев футеровку печей выполняют сложной формы, например ячейковой.The tube furnace contains: a metal drum 1, lined with refractory brick, which is mounted at a slight angle to the horizon on the support rollers 2. In some cases, the diameter of the drum is made variable in length. The drum is rotated by an electric motor through a gearbox and an open gear 3. The charge is loaded from the side of the head 4. The dry charge is fed by mechanical feeders, and the charge in the form of pulp is fed in bulk or through nozzles 5. Fuel is introduced through burners (nozzles) 6, placed in a hot head 7. Here, the finished product is sent to the refrigerator. Gases from a rotary kiln are cleaned of dust in system 8. To improve the heat transfer conditions, various heat-exchange devices 9 are built into the kiln — scraper blades, shelves, chain curtains, nozzles, etc. For the same purpose, in some cases, the lining of furnaces is carried out with a complex shape, for example, cell.
В качестве топлива может использоваться пылевидное, твердое, жидкое или газообразное топливо, которое сжигается непосредственно в рабочем пространстве печи.As the fuel can be used pulverized, solid, liquid or gaseous fuel, which is burned directly in the working space of the furnace.
В холодильнике материал охлаждается до 80-100°C. Барабан холодильника постоянно охлаждается водой. Расход воды составляет ~15 м3 на тонну прокаленного материала.In the refrigerator, the material is cooled to 80-100 ° C. The refrigerator drum is constantly cooled by water. Water consumption is ~ 15 m 3 per tonne of calcined material.
За счет наклона и вращения барабанов прокаливаемый материал перемешается по длине печи и интенсивно перемешивается. Длина печи 60 м, диаметр 4,5 м. Коэффициент заполнения барабана составляет 6-8%, угол наклона 3,5 град. Максимальная частота вращения барабана 1,4 об/мин.Due to the tilt and rotation of the drums, the calcined material is mixed along the length of the furnace and intensively mixed. The length of the furnace is 60 m, the diameter is 4.5 m. The drum filling factor is 6-8%, the inclination angle is 3.5 degrees. The maximum drum speed is 1.4 rpm.
По длине барабан можно условно разделить на три зоны:According to the length of the drum can be divided into three zones:
1 зона: Зона сушки и подогрева материала, наиболее длинная зона. Температура теплоносителя в начале зоны ~1200°C, в конце 500-600°C.Zone 1: The zone of drying and heating of the material, the longest zone. The temperature of the coolant at the beginning of the zone is ~ 1200 ° C, at the end of 500-600 ° C.
2 зона: Зона прокаливания. Это зона максимальных температур в печи (до 1400°C), ее длина определяется длиной факела горения и составляет 3-10 м. При прокалке углеродсодержащей шихты с относительно высоким выходом летучих веществ в результате их горения зона прокаливания может увеличиваться до 12-15 м.Zone 2: Annealing zone. This is the zone of maximum temperatures in the furnace (up to 1400 ° C), its length is determined by the length of the flame and is 3-10 m. When calcining a carbon-containing mixture with a relatively high yield of volatile substances as a result of their combustion, the calcination zone can increase to 12-15 m.
3 зона: Зона охлаждения, наиболее короткая (1,5 - 2,0 м). Она располагается около передней головки барабана.Zone 3: The shortest cooling zone (1.5 - 2.0 m). It is located near the front head of the drum.
От размеров зон (особенно зоны прокаливания) зависит производительность печи и угар материала. С удлинением зоны прокаливания увеличивается продолжительность пребывания материала при высоких температурах. При большом удалении факела от передней головки возрастает сгорание (угар) прокаленного материала.The size of the zones (especially the calcination zone) depends on the productivity of the furnace and the burning of material. With the extension of the calcination zone, the residence time of the material at high temperatures increases. With a large distance of the torch from the front head, combustion (fumes) of the calcined material increases.
Температурный режим в печи поддерживается путем подачи топлива и создания оптимального разрежения. Необходимым условием является герметичность печи. Только в этом случае можно четко регулировать подачу воздуха в печь.The temperature in the furnace is maintained by supplying fuel and creating optimal vacuum. A prerequisite is the tightness of the furnace. Only in this case can the air supply to the furnace be clearly regulated.
Технологические параметры работы печиTechnological parameters of the furnace
Перед проведением работ по заявляемому способу печь работала в режиме прокалки антрацита.Before carrying out the work according to the claimed method, the furnace worked in anthracite calcination mode.
Режим работы прокалочной печиCalcination furnace operating mode
1. Температура теплоносителя на входе в барабан 1250°C1. The temperature of the coolant at the inlet to the drum 1250 ° C
2. Температура теплоносителя на выходе из барабана 1050°C2. The temperature of the coolant at the outlet of the drum 1050 ° C
3. Расход природного газа 450 м3/ч3. The consumption of natural gas 450 m 3 / h
4. Расход воздуха 5432 м3/ч4. Air consumption 5432 m 3 / h
5. Производительность по нефтяному коксу 12 т/ч5. Productivity for petroleum coke 12 t / h
Для базового режима был составлен тепловой баланс.For the basic mode, a heat balance was drawn up.
В технологическом процессе не контролируются присосы воздуха и "угар" кокса. При составлении баланса "угар" кокса был принят равным 5% от производительности, тепловые потери 5% от прихода тепла, а недостающее по расходной части баланса тепло расходуется на подогрев подсасываемого воздуха.In the technological process, air suction and coke “waste” are not controlled. When compiling the balance, the “waste” of coke was taken equal to 5% of the productivity, heat loss of 5% of the heat input, and the heat that is lacking in the flow part of the balance is spent on heating the sucked-in air.
Коэффициент избытка воздуха при сжигании природного газа составлял 1,15. Теплота сгорания природного газа 33142 МДж/м3.The coefficient of excess air during the combustion of natural gas was 1.15. The calorific value of natural gas is 33142 MJ / m 3 .
Тепловой баланс МДж/ч (кВт) %Heat balance MJ / h (kW)%
ПриходComing
1. Тепло горения газа 14914 (4143) 21,41. The heat of combustion of gas 14914 (4143) 21.4
2. Тепло горения летучих веществ 34008 (9447) 48,92. The heat of combustion of volatile substances 34008 (9447) 48.9
3. Горение материала 20640 (5733) 29,73. Combustion of material 20640 (5733) 29.7
Итого 69562 (19333) 100Total 69562 (19333) 100
РасходConsumption
1. С прокаленным коксом 21600 31,11. With calcined coke 21600 31.1
2. С продуктами горения 8621 12,42. With combustion products 8621 12.4
3. Тепловые потери 3500 5,03. Heat loss 3,500 5.0
4. С подсасываемым воздухом 35844 51,54. With suction air 35844 51.5
Итого 69562 (19333) 100Total 69562 (19333) 100
После определения режима работы печи, ее характеристик по данным, полученным при прокалке антрацита, прекращали подачу антрацита, разгружали антрацит и в пустую разогретую печь подавали углеродсодержащую шихту, в качестве которой использовали нефтяной полукокс с выходом летучих веществ от 14 до 25% в количестве (50-100) мас.%, полученный путем замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков (далее по тексту - нефтяной полукокс).After determining the operating mode of the furnace, its characteristics according to the data obtained during anthracite calcination, the anthracite supply was stopped, the anthracite was discharged, and a carbon-containing mixture was fed into an empty heated furnace, which was used as an oil semicoke with a yield of volatiles from 14 to 25% in quantity (50 -100) wt.% Obtained by delayed semi-coking of heavy oil residues (hereinafter referred to as oil semi-coke).
Технический анализ нефтяного полукокса приведен в таблице 1 и таблице 1.1. Technical analysis of petroleum coke is given in table 1 and table 1.1.
где Wr - влажность;where W r - humidity;
Ad- зольность;A d is the ash content;
Wdaf - содержание летучих веществ;W daf — volatile matter content;
Sd - содержание серы.S d is the sulfur content.
Используемый в заявляемом способе нефтяной полукокс характеризуется повышенным выходом летучих веществ (17,3%) по сравнению с нефтяным коксом (8,57%).Used in the inventive method, petroleum semi-coke is characterized by an increased yield of volatile substances (17.3%) compared with petroleum coke (8.57%).
Для расчета количества тепла, выделяющегося при горении летучих, определили выход химических продуктов коксования. To calculate the amount of heat released during the combustion of volatiles, the yield of coking chemical products was determined.
Сравнительный анализ приходных статей теплового баланса представлен в Таблице 3.A comparative analysis of the incoming heat balance items is presented in Table 3.
Расход природного газа при прокалке антрацита принят равным 450 м3/ч, нефтяного кокса и нефтяного полукокса - 50 м3/ч. Принято допущение, что сгорает 5% обработанного материала. Выход летучих веществ из антрацита 3,5%.The consumption of natural gas when calcining anthracite is assumed to be 450 m 3 / h, petroleum coke and petroleum coke - 50 m 3 / h. It is assumed that 5% of the processed material burns. The output of volatile substances from anthracite 3.5%.
Тепло от горения летучих веществ, содержащихся в нефтяном полукоксе, возрастает в 1,6 раза по сравнению с нефтяным коксом. За счет снижения расхода природного газа с 450 до 50 м3/ч приход тепла от его горения снижается в 9 раз. Приход тепла от горения материала считаем одинаковым в обоих вариантах. Суммарный приход тепла при обработке нефтяного полукокса увеличивается на ~10% по сравнению с теплом, выделяющимся при прокалке нефтяного кокса.The heat from the combustion of volatile substances contained in petroleum coke increases 1.6 times compared to petroleum coke. By reducing the consumption of natural gas from 450 to 50 m 3 / h, the heat input from its combustion is reduced by 9 times. The heat input from the combustion of the material is considered the same in both cases. The total heat input during the processing of petroleum coke increases by ~ 10% compared with the heat generated during calcination of petroleum coke.
Следует отметить, что даже без подачи природного газа приход тепла при окусковании нефтяного полукокса превышает приход тепла при термообработке.It should be noted that even without the supply of natural gas, the heat input during sintering of petroleum coke exceeds the heat input during heat treatment.
Движения шихты и воздуха были противоположными друг другу (противоток).The movement of the charge and air were opposite to each other (countercurrent).
В Таблице 3.1 приведены данные о качестве полученного по Примеру 1 кокса по сравнению с установленными требованиями.Table 3.1 shows the data on the quality obtained in Example 1 coke compared with the established requirements.
Пример 2Example 2
На той же печи при тех же технологических условиях, что и по примеру 1, получали кокс на трубчатой печи для прокалки антрацита Новосибирского электродного завода из смеси нефтяного полукокса (таблица 1) и угольного концентрата марки ГЖ (газово-жирные угли) обогатительной фабрики «Распадская». Для коксования использовали шихты, состоящие из нефтяного полукокса и угольного концентрата в соотношении компонентов 50:50 и 70:30 соответственно.In the same furnace under the same technological conditions as in Example 1, coke was obtained on a tube furnace for calcining the anthracite of the Novosibirsk Electrode Plant from a mixture of petroleum coke (table 1) and coal concentrate GZh grade (gas-fatty coals) of the Raspadskaya concentrator ". For coking, we used blends consisting of petroleum coke and coal concentrate in a ratio of components of 50:50 and 70:30, respectively.
Показатели качества угольного концентрата обогатительной фабрики «Распадская»: влага (Wa) - 2,83%; зола (Ad) - 7,64%; летучие (Wdaf) - 35,0%; сера (Sd) - 0,93%.Quality indicators of coal concentrate at the Raspadskaya concentrator: moisture (W a ) - 2.83%; ash (A d ) - 7.64%; volatile (W daf ) - 35.0%; sulfur (S d ) - 0.93%.
В Таблице 4 приведены сведения о качестве кокса, полученного по примеру 2.Table 4 shows information about the quality of coke obtained in example 2.
Как видно из примера (Таблица 4), параметры полученного кокса также соответствуют требованиям ГОСТ, но при содержании нефтяного полукокса 50% показатель горячей прочности CRI уже чуть выше указанного в ГОСТе. Но этот недостаток не является существенным, поскольку не является нормируемым.As can be seen from the example (Table 4), the parameters of the obtained coke also meet the requirements of GOST, but when the content of petroleum coke is 50%, the index of hot strength CRI is already slightly higher than that specified in GOST. But this drawback is not significant, since it is not standardized.
Пример 3Example 3
Вторая печь, на которой производились работыThe second furnace, on which work was carried out
Печь для обжига известняка в г. Нижний Тагил Свердловской области. Вращающаяся печь диаметром 3,6 м, длиной 60 м. Частота вращения 1,6 об/мин.Limestone kiln in Nizhny Tagil, Sverdlovsk Region. Rotary kiln with a diameter of 3.6 m, length 60 m. The frequency of rotation of 1.6 rpm
Расход нефтяного полукокса - 10 т/ч. Природный газ использовался в горелке только при разогреве печи до рабочей температуры, расход 300 м3/ч.The consumption of oil semicoke is 10 t / h. Natural gas was used in the burner only when the furnace was heated to operating temperature, flow rate 300 m 3 / h.
Полученный по второму примеру кокс имел показатели практические такие же, как по первому примеру (Таблица 3.1).Obtained in the second example, coke had practically the same indicators as in the first example (Table 3.1).
Как видно из таблицы 3.1, полученный заявляемым способом кокс имеет показатели зольности, механической (CSR) и горячей (CRI) прочности выше показателей, установленных ГОСТом.As can be seen from table 3.1, obtained by the claimed method, coke has indicators of ash, mechanical (CSR) and hot (CRI) strength above the indicators established by GOST.
Показатель, связанный с содержанием серы, хуже, чем установлено ГОСТом, что ограничивает использование кокса, полученного заявляемым способом, в доменном производстве, однако такой кокс может быть широко использован в минераловатных вагранках, а также в цветной металлургии (производство меди и цинка), где в процесс (восстановительно-сульфидирующая плавка) специально добавляют серу.The indicator associated with the sulfur content is worse than established by GOST, which limits the use of coke obtained by the claimed method in blast furnace production, however, such coke can be widely used in mineral wool cupolas, as well as in non-ferrous metallurgy (copper and zinc production), where sulfur is specially added to the process (sulphiding reduction smelting).
Улучшение качества кокса произошло в отношении следующих показателей: зольность, механическая и горячая прочность.The improvement of coke quality occurred in relation to the following indicators: ash content, mechanical and hot strength.
Заявляемый способ не требует использования специального оборудования или же внесения значительных конструктивных изменений в трубчатую печь.The inventive method does not require the use of special equipment or significant structural changes in a tubular furnace.
Получение кокса из нефтяного полукокса с выходом летучих веществ от 14 до 25% в количестве (50 - 100) мас.%, полученного путем замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков, на трубчатой печи согласно заявляемому способу, позволяет значительно сократить затраты на производство кокса.The production of coke from petroleum coke with a yield of volatiles from 14 to 25% in the amount of (50 - 100) wt.%, Obtained by delayed coking of heavy oil residues on a tube furnace according to the claimed method, can significantly reduce the cost of coke production.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013157144/02A RU2553116C1 (en) | 2013-12-23 | 2013-12-23 | Method of metallurgical coke production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013157144/02A RU2553116C1 (en) | 2013-12-23 | 2013-12-23 | Method of metallurgical coke production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2553116C1 true RU2553116C1 (en) | 2015-06-10 |
Family
ID=53295224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013157144/02A RU2553116C1 (en) | 2013-12-23 | 2013-12-23 | Method of metallurgical coke production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2553116C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2608524C1 (en) * | 2015-11-24 | 2017-01-19 | Публичное акционерное общество "Северсталь" | Method of forming mixture for production of metallurgical coke with specified index of hot csr strength |
| WO2022108484A1 (en) | 2020-11-19 | 2022-05-27 | Нлмк Интернэшнл Б.В. | Composition of a charge for producing metallurgical coke |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU435260A1 (en) * | 1972-06-02 | 1974-07-05 | Н. Д. Волошин , Ю. М. Абызгильдин Уфимский нефт ной институт | INSTALLATION FOR RECEIVING A COKE FROM HEAVY OIL RESIDUES |
| SU445683A1 (en) * | 1971-09-13 | 1974-10-05 | И. М. Кравцов, А. Н. Курохтин, Э. С. Кравченко, Г. К. Чагай, | The method of calcination electrode coke |
| RU2144555C1 (en) * | 1994-11-09 | 2000-01-20 | Калдерон Алберт | Method of continuous production of coke and device for coking |
-
2013
- 2013-12-23 RU RU2013157144/02A patent/RU2553116C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU445683A1 (en) * | 1971-09-13 | 1974-10-05 | И. М. Кравцов, А. Н. Курохтин, Э. С. Кравченко, Г. К. Чагай, | The method of calcination electrode coke |
| SU435260A1 (en) * | 1972-06-02 | 1974-07-05 | Н. Д. Волошин , Ю. М. Абызгильдин Уфимский нефт ной институт | INSTALLATION FOR RECEIVING A COKE FROM HEAVY OIL RESIDUES |
| RU2144555C1 (en) * | 1994-11-09 | 2000-01-20 | Калдерон Алберт | Method of continuous production of coke and device for coking |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2608524C1 (en) * | 2015-11-24 | 2017-01-19 | Публичное акционерное общество "Северсталь" | Method of forming mixture for production of metallurgical coke with specified index of hot csr strength |
| WO2022108484A1 (en) | 2020-11-19 | 2022-05-27 | Нлмк Интернэшнл Б.В. | Composition of a charge for producing metallurgical coke |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2018513344A (en) | Partition wall rotary kiln equipment | |
| CN104334511A (en) | Plant for producing cement clinker with gasification reactor for difficult fuels | |
| BG99420A (en) | Method for improved manufacture of cement in long kilns | |
| CN105745308A (en) | Thermal dismantling unit and high temperature furnace | |
| US9919965B2 (en) | Method for burning lump material | |
| RU2553116C1 (en) | Method of metallurgical coke production | |
| US4251323A (en) | Method for calcining delayed coke | |
| CN103486849A (en) | Variable-atmosphere cement clinker calcination rotary kiln testing equipment | |
| RU2608155C1 (en) | Screw-tube furnace (versions) | |
| CN101691492A (en) | Coal carbonization technology | |
| CN104694138A (en) | Hybrid heating equipment and application thereof | |
| US9266774B2 (en) | Method for burning pelletized good | |
| EP0158387B1 (en) | A process for calcining green coke | |
| CN104495785B (en) | A kind of coking dividing wall type rotary kiln device | |
| NO170550B (en) | PROCEDURE AND APPARATUS FOR THE PREPARATION OF HIGH QUALITY CALCINED COOK FROM GREEN COOK | |
| NO157459B (en) | KOKSKALSINERINGSANLEGG. | |
| CN1974464A (en) | Kiln for burning lump materials | |
| JPS62227991A (en) | Continuous coking of pitch | |
| CN103788963B (en) | The blue charcoal stove of a kind of external-heat | |
| RU2547195C1 (en) | Production of portland cement clinker (versions) | |
| RU2791072C1 (en) | Cyclone furnace for heat treatment of fine materials | |
| CN112610951B (en) | Multipurpose fluidized bed type fluidized bed furnace and system with fully reduced atmosphere | |
| CN213179367U (en) | Hot air heating system of rotary reaction furnace | |
| RU2488639C1 (en) | Method for silicothermic magnesium production | |
| RU2660129C1 (en) | Method for forming fine factions of oil coke |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HE4A | Change of address of a patent owner |
Effective date: 20180918 |