冶金用コークス製造用の石炭の炭化

冶金用コークス製造用の石炭の炭化

石炭の炭化は、石炭のコークス化としても知られています。このプロセスは、空気がない状態または制御された雰囲気の中で石炭を熱分解して、コークスと呼ばれる炭素質の残留物を生成することで構成されます。

石炭の炭化は、次の3つの温度範囲で実行できます。

• 低温炭化は、通常、500℃から700℃の温度範囲で行われる。このタイプの炭化では、液体生成物の収率が高く、気体生成物の収率が低い。生成されたコークスは揮発性物質が多く、自由燃焼します。
• 中温炭化は約800℃の温度範囲で行われます。この炭化により無煙の軟質コークスが生成されます。生成される副産物は、高温炭化と特性が似ています。最近、中温炭化はめったに行われていません。
• 高温炭化は、900℃を超える温度で実施されます。この炭化により、気体生成物の収率が高くなり、液体生成物の収率が低くなります。この炭化によりハードコークスが生成され、通常、原料炭からの冶金コークスの製造に使用されます。

石炭の炭化プロセス

石炭が加熱されると、石炭からコークスへの変換が起こります。融着状態に達すると、加熱された石炭の層が軟化して融着します。約375℃から475℃まで、石炭は分解してプラスチック層を形成します。破壊的な蒸留反応はプラスチック層で急速に進行し、揮発性生成物が発生します。約475℃から600℃では、タールと芳香族炭化水素化合物の顕著な進化が見られます。ガスと凝縮性蒸気はプラスチックの塊に閉じ込められ、膨張するにつれて膨潤する傾向があります。反応が進行し、溶融ゾーンの温度が上昇すると、石炭の可塑性が低下します。ガスの加熱と発生を続けると、溶融層は徐々に再凝固して、典型的なセルラーコークス構造を有するセミコークスになります。この段階のコークスには、まだかなりの揮発性物質が含まれています。温度が600℃を超えてさらに上昇すると、破壊的な蒸留反応が続き、ガスと少量のタールが発生します。コークスの安定化は、温度が600℃から1100℃に上昇するにつれて起こります。これは、コークスの質量の収縮、コークスの構造的発達、および最終的な水素の発生を特徴としています。この段階で、最終的な反応が起こります。これらの反応は、非常に複雑な高分子量の炭化水素から水素を分離します。温度が上昇すると、コークスの塊は収縮亀裂の発生とともに収縮します。

ケーキングメカニズム

原料炭が炭化されると、最初に光学等方性の塑性塊が形成され、その後徐々に層状ネマティック液晶が形成されます。この高分子相は中間相と呼ばれます。これは、等方性流体炭と最終的に中間相から形成される固体異方性セミコークスとの間の中間相であり、固体と液体の中間の特性を持っています。中間相の流動性が非常に高い場合、中間相はすぐに単一の大きなユニットに合体します。上昇する温度の範囲にわたって、中間相は継続的に形成され、サイズが大きくなり、最終的には互いに接触します。したがって、中間相は固化して、原料炭からコークスの光学異方性テクスチャに変換できます。

原料炭の歴史

コークスは、4世紀にさかのぼる史料に従って古代中国で生産されました。中国の人々は、9世紀までに最初にコークスを暖房と調理に使用しました。 1709年に、鋳鉄を製造するためのコークス焚き高炉が英国に設立されました。 、18世紀初頭、コークスは、外層のみが燃焼し、パイルの内部が炭化状態のままになるように、地面の山で石炭を燃焼させることによって製造されました。

塊炭を使用したコークス製造の「炉床」プロセスは、19世紀の前半に多くの地域で使用され続けました。このプロセスは炭焼のプロセスと似ていましたが、小枝、葉、土で覆われた準備された木材の山の代わりに、コークスの粉で覆われた石炭の山を使用しました。

これらはその後、鉄製錬用のハードコークスの高まる需要を満たすために、さまざまな形状とサイズのビーハイブオーブンの開発につながりました。

ビーハイブオーブン

蜂の巣オーブンは、アーチ型の屋根で作られたシンプルな耐火レンガの部屋で、内部の形は昔ながらの蜂の巣の形になっています。その寸法は通常、幅4 m、高さ2.5mです。 Beehiveオーブンは通常、列をなして構築され、隣接するオーブンの間に共通の壁があり、1つのオーブンが隣り合っています。このようなオーブンの列は、バッテリーと呼ばれます。バッテリーは通常、多数のオーブン、場合によっては数百のオーブンが連続して構成されています。ビーハイブオーブンの典型的な断面を図1に示します。

図1ビーハイブオーブンの典型的な断面

石炭をオーブンに運ぶための線路は、頂上に沿って走っていました。コークスカーを扱うための他の線路はオーブンの横を走っていました。屋根には、石炭やその他のキンドリングを上から充電するための穴があります。壁下部の周囲に排出口を設けています。

石炭は、ドームの頂点にある穴から空のオーブンに入れられます。円錐形のパイルを形成し、ドアを通過したレーキによって均一な層に水平になり、深さ約600mmから900mmの均一な層を生成します。

炭化プロセスは、前回の石炭投入からオーブンの壁に保持された熱によって開始されます。充電直後、石炭から揮発性物質からなるガスが発生します。燃焼用の空気は、オーブンドアの上部にある開口部またはサイドドアから流入します。炭化が始まると揮発性物質が発生し、部分的に閉じたサイドドア内で燃焼します。炭化は上から下に進みます。熱は燃焼する揮発性物質によって供給されるため、副産物は回収されません。排気ガスは大気中に逃げることができます。

石炭層の深さに大きく依存するコークス化の時間は、48時間から72時間の範囲です。コークス化が進むと、発生するガスの量が減少し、それに応じてドアの開口部のサイズが減少するか、上部の開口部にレンガを導入します。これにより、空気の量が調整され、過剰な量の空気が入るのを防ぎます。そうしないと、コークスの一部が燃焼し、オーブンを冷却するのに十分な場合があります。

ホットコークスは水で急冷され、サイドドアから手動で排出されます。コークス化が完了すると、ドアが開かれ、開口部から送られる水の流れによって白熱したコークスが急冷されます。次に、急冷されたコークスはオーブンから手動でかき集められ、輸送のために鉄道車両に積み込まれます。壁と屋根は、次のチャージの炭化を開始するのに十分な熱を保持します。

石炭をコークス炉で燃焼させると、ガスが蓄積してスラグを形成するため、石炭の不純物はまだ追い出されておらず、これは効果的に除去された不純物の集合体です。スラグは望ましいコークス製品ではないため、廃棄されるか、レンガ製造の原料、混合セメント、さらには肥料としても使用されます。

新しいオーブンは、充電する前に石炭または木材で加熱することによって温度を上げます。

Beehiveコークス化は、製造量が少なく、汚染物質が非常に多いため、現在では廃止されたプロセスです。ただし、まだ使用されています。

副産物のコークス炉バッテリー

世界のコークス生産量の最大量は、これらのバッテリーから来ています。これらのバッテリーの石炭は空気がない状態で炭化され、これらのバッテリーはオーブン内で陽圧で作動します。これらのコークス炉電池でのコークス製造プロセスは、オフガスが収集されて副産物プラントに送られ、そこでさまざまな副産物が回収されるため、副産物コークス製造と呼ばれます。副産物のコークス炉バッテリーのほとんどは、コークス炉ガスの目的で鉄鋼プラントに統合されています。

副産物コークス炉電池およびコークス炉副産物プラントでのコークス製造の詳細は、リンクhttp://www.ispatguru.com/coke-making-in-byproduct-coke-oven-batteries/およびhttp：//の下の別々の記事に記載されています。 www.ispatguru.com/coke-oven-by-product-plant/。

非回収コークス炉バッテリー

非回収コークス炉電池では、石炭は大きな炉室で炭化されます。炭化プロセスは、放射熱伝達によって上から行われ、ソールフロアを介した熱伝導によって下から行われます。燃焼用の一次空気は、オーブンのプッシャーとコークスの両方のサイドドアのチャージレベルより上にあるいくつかのポートからオーブンチャンバーに導入されます。部分的に燃焼したガスは、オーブン壁の「ダウンコーナー」通路を通って上部チャンバーを出て、唯一の煙道に入り、それによってオーブンの底を加熱します。燃焼したガスは共通のトンネルに集まり、スタックを経由して出て、オーブン内に自然なドラフトを生成します。副産物が回収されないため、このプロセスは非回収コークス製造と呼ばれます。これらのバッテリーでは、通常、廃ガスは廃熱回収ボイラーに排出され、余剰熱を蒸気に変換して発電するため、このプロセスは熱回収コークス製造とも呼ばれます。非回収コークス炉バッテリーでのコークス製造の詳細は、リンクhttp://www.ispatguru.com/non-recovery-coke-ovens-battery/の下の別の記事に記載されています。