CZ303777B6

CZ303777B6 - Vsázka pro výrobu vysokopecního koksu

Info

Publication number: CZ303777B6
Application number: CZ20110389A
Authority: CZ
Inventors: Czudek@Stanislav; Cieslar@Jindrich; Skuta@Zdenek; Hermann@Radek; Stonawski@Josef; Kubík@Lubos; Kusý@Jaroslav; Safárová@Marcela; Andel@Lukás; Vales@Josef; Ciahotný@Karel
Original assignee: Vysoká skola chemicko-technologická; TRINECKÉ ZELEZÁRNY, a. s.; Výzkumný ústav pro hnedé uhlí a.s.
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-05-02
Also published as: CZ2011389A3

Abstract

Vsázka pro výrobu vysokopecního koksu pochodem tzv. vysokoteplotní karbonizace, spocívajícím v zahrívání smesi ruzných druhu uhlí v koksové baterii na teploty, pohybující se nad teplotou 1000 .degree.C pri omezeném prístupu kyslíku, obsahuje 0,1 az 30 % hmotn. prídavku nespékavého hnedého uhlí, 70 az 99 % hmotn. základní slozky cerného uhlí a zbytek prípadné doprovodné primíseniny, pricemz prídavek nespékavého hnedého uhlí je tvoren hnedým uhlím s obsahem 35 az 55 % hmotn. prchavé horlaviny (V.sup.daf.n.), 10 az 17 % hmotn. dehtu (T.sup.d.n..sub.sk.n.), 4 az 7 % hmotn. popela (A.sup.d.n.) a 15 az 30 % hmot. vody (W.sup.t.n..sub.r.n.).

Description

(57) Anotace:

Vsázkapro výrobu vysokopecního koksu pochodem tzv. vysokoteplotní karbonizace, spočívajícím v zahřívání směsi různých druhů uhlí v koksové baterii nateploty, pohybující se nad teplotou 1000 °C při omezeném přístupu kyslíku, obsahujeOJ až 30 %hmotn. přídavku nespékavého hnědého uhlí, 7) až 99 % hmotn. základní složky černého uhlí a Zbytek případné doprovodné přimíseniny, přičemž přídavek nespékavého hnědého uhlí je tvořen hnědým uhlím s obsahem 35 až55 % hmotn. prchavé hořlaviny (V^daf), 10 až 17 % hmotn. dehtu (T^dsk), 4 až 7 % hmotn. popela (A^d) a 15 až 30 °/c hmot. vody(W‘_r).

Vsázka pro výrobu vysokopecního koksu

Oblast techniky

Předložený vynález se týká vsázky pro výrobu vysokopecního koksu, sestávajícího ze směsi různých druhů uhlí.

Dosavadní stav techniky

Koks se dosud běžně vyrábí ze směsi různých druhů uhlí pochodem tzv. vysokoteplotní karbonizace, spočívajícím v zahřívání uhelné vsázky v koksové baterii na teploty, pohybující se nad teplotou 1 000 °C při omezeném přístupu kyslíku, přičemž jako vedlejší produkty vzniká mimo plynných produktů a lehkých olejů také kamenouhelný dehet a čpavek. Vzhledem k tomu, že tato uhelná vsázka je v zájmu dosažení potřebných parametrů vyráběného koksu vesměs tvořena směsí různých druhů černého uhlí, je nevýhodou dosavadního způsobu výroby koksu zejména vysoká cena vstupní suroviny, vyplývající i ze stále klesajících zásob pro koksování vhodného a kvalitního černého uhlí.

Proto jsou stále činěny pokusy nahradit alespoň určitý podíl černého uhlí v uhelné vsázce pro výrobu koksu jiným složkami, což je například známo i ze zveřejněného spisu US 4 419 186 (A). Předmětem tohoto spisu je způsob výroby vysokopecního koksu ze vsázky, obsahující v hmotnostním množství až 40 % v podstatě prachových částic o velikosti menší než zhruba 0,15 mm netavitelného materiálu, vhodného i pro jiné další využití ve vysoké peci. Tímto netavitelným materiálem může být příkladně nespékavé či špatně spékavé uhlí, odpadní koks, polokoks, antracit, dále pak materiály s obsahem oxidů železa nebo i hnědé uhlí resp. lignit, případně směs alespoň některých těchto látek. Pro použití do vsázky pro výrobu koksu je však nutno celou směs těchto částic nejprve tzv. briketovat, a to lisováním pod tlakem více než 500 kg/cm².

Ze zveřejněné české přihlášky vynálezu PV 2008-728 je dále známý způsob výroby hnědouhelného koksu jednostupňovým tepelným přepracováním, který spočívá vtom, že hnědé uhlí s obsahem uhlíku v sušině 60 až 75 % hmotn., prchavé hořlaviny 40 až 60 % hmotn. a dehtu 17,5 až 30 % hmotn. je drcením a mletím upraveno na velikost zrna pod 0,25 mm a zvlhčeno na obsah veškeré vody v rozmezí 10 až 25 % hmotn.. Homogenizovaná směs je pak vnesena do retorty a po zhutnění nepřímo zahřívána do vnitřní teploty retorty 950 až 1 300 °C, na této teplotě je udržována po dobu dvou a více hodin, načež je produkt z retorty vyjmut po ochlazení na povrchovou teplotu 400 °C. Pouze hnědé uhlí, a to podle tohoto vynálezu hnědé uhlí spékavé, však nelze použít pro výrobu vysokopecního koksu, neboť tímto způsobem vyrobený hnědouhelný koks nesplňuje parametry vysokopecního koksu a hlavně nemá ani požadovanou mechanickou pevnost a ani potřebnou odolnost zejména vůči reakci s oxidem uhličitým.

Ostatní známé způsoby výroby koksu z hnědého uhlí vysokoteplotní karbonizací pro jeho nespékavost neprobíhají přímo ale nepřímo jako například u řešení dle spisu JP 51135902, při kterém je odpopelněný a desulfurizovaný kapalný produkt, získaný působením vhodného solventu na hnědé uhlí, podroben působení zvýšené teploty a tlaku v prostředí vodíkové atmosféry. Vytvořený pevný podlije pak oddělen a smíchán ve vhodném poměru s uhelnou surovinou, přičemž takto vytvořená směs tvoří vsázku do koksovací baterie. Známá je rovněž výroba koksu z hnědého uhlí, při které se hnědé uhlí přidává jako ostřidlo ke spékanému černému uhlí v množství od 3 do 10 %. Další známý způsob přípravy vysokoteplotního koksu z hnědého uhlí je rovněž nepřímý, kdy je z hnědého uhlí nejprve vyroben polokoks, který byl následně bezpojidlově či pojidlově briketován. Vylisované brikety byly pak vysokoteplotně karbonizovány v intervalu teplot 900 až 1 200 °C.

- 1 CZ 303777 B6

Všechny tyto známé jednostupňové či vícestupňové resp. přímé či nepřímé způsoby výroby koksu s použitím hnědého uhlí v uhelné vsázce však kromě své poměrné náročnosti a složitosti vyžadují dále i určité dodatečné investice do stávajícího výrobního zařízení na koksovnách. Proto se i s ohledem na těmito způsoby výroby dosahovanou nižší kvalitu vyrobeného koksu hnědé uhlí pro výrobu vysokopecního koksu v současné době v podstatě vůbec nepoužívá.

Zároveň přes existenci všech výše uvedených známých řešení stále přetrvávají i problémy v nalezení jak konkrétních kvalitativních parametrů hnědého uhlí, které bude možné ke vsázce černého koksovatelného uhlí přidávat, tak i optimálního podílu tohoto uhlí ve vsázce, který se nijak neprojeví zhoršením kvality koksu a nezpůsobí problémy při zpracování vedlejších produktů koksování v chemické části koksovny.

Podstata vynálezu

Tyto nevýhody dosavadního stavu techniky jsou do značné míry odstraněny vyřešením složení vsázky pro výrobu vysokopecního koksu pochodem tzv. vysokoteplotní karbonizace, spočívajícím v zahřívání směsi různých druhů uhlí v koksové baterii na teploty, pohybující se na teplotou 1000 °C bez přístupu kyslíku, podle předkládaného vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že vsázka obsahuje 0,1 až 30 % hmotn. přídavku nespékavého hnědého uhlí, 70 až 99% hmotn. základní složky černého uhlí a zbytek případné doprovodné přimíseniny. Optimální se přitom jeví přídavek 5 až 15 % hmotn. nespékavého hnědého uhlí, přičemž pri hranici 5 % hmotn. tohoto přídavku je stále zaručena chemická pevnost vyrobeného koksu a při hranici 15% hmotn. tohoto přídavku jeho mechanická pevnost.

Přídavek nespékavého hnědého uhlí musí pak být tvořen hnědým uhlím s obsahem 35 až 55 % hmotn. prchavé hořlaviny (V^daf), 10 až 17 % hmotn. dehtu (T^dsk), 4 až 7 % hmotn. popela (A^d) a 15 až 30 % hmotn. vody (W‘_r). Pro uvedené limity je přitom vhodné používat minimální hodnoty s cílem minimalizace vnosu balastu do zásypné směsi.

Podstata vynálezu spočívá dále v tom, že co se týče zrnitosti přídavku nespékavého hnědého uhlí do vsázky, obsahuje tento přídavek 1 až 15 % hmotn. hnědého uhlí o zrnitosti max. 0,02 mm, což zajistí dostatečné promíchání přídavku hnědého uhlí s celou směsí, a zbytek o zrnitosti smax. průměrem zrna 3,15 mm. Při pěchování vsázky tato zrnitost přídavku nespékavého hnědého uhlí zároveň umožní zvýšení hustoty celé vsázky až zhruba o 100 kg/m³ oproti běžně dosahovaným hustotám s kladným dopadem na efektivitu celého koksovacího procesu.

Co se týče základní složky černého uhlí pro vsázku pro výrobu vysokopecního koksu, spočívá podstata vynálezu dále v tom, že tato základní složka černého uhlí je s výhodou tvořena směsí černého uhlí s obsahem 5,2 až 10,2 % hmotn. popela (A^d), 18,2 až 39,7 % hmotn. prchavé hořlaviny (V^daf), indexem puchnutí SI 3,0 až 8,5, dále s obsahem 34,8 až 81,6 % obj. vitrinitu, kontrakcí (a) 21 až 35 %, dilatací (b) 5 až 95 %, střední světelnou odrazností vitrinitu 0,698 až 1,456 % a hodnotou F_inax fluidity 10 až 4 143 ddpm.

Rovněž s výhodou pak tato směs černého uhlí obsahuje 2 až 10 % hmotn. černého uhlí prvního typu, označovaného standardně jako typ K, 50 až 60 % hmotn. černého uhlí druhého typu (typu Ž) a 30 až 40 % hmotn. černého uhlí třetího typu (typu G), přičemž černé uhlí prvního typu je tvořeno černým uhlím s obsahem 7,4 až 9,4 % hmotn. popela (A^d), 18,2 až 19,2 % hmotn. prchavé hořlaviny (V^daf), indexem puchnutí SI 6,0 až 8,0, dále s obsahem 76,8 až 80,8 % obj. vitrinitu 1,198 až 1,456 % a hodnotu Finax fluidity 10 až 25 ddpm. Černé uhlí druhého typuje tvořeno černým uhlím s obsahem 5,3 až 9,5 % hmotn. popela (A^d), 22,9 až 25,9 % hmotn. prchavé hořlaviny (V^daf), indexem puchnutí SI 5,5 až 8,5, dále s obsahem 45,9 až 72,4 % obj. vitrinitu, kontrakcí (a) 21 až 31 %, dilatací (b) 11 až 94 %, střední světelnou odrazností vitrinitu 1,000 až 1,174 % a hodnotou Fmax fluidity 133 až 692 ddpm a černé uhlí třetího typuje tvořeno černým uhlím s obsahem 5,2 až 10,2 % hmotn. popela (A^d), 29,9 až 39,7 % hmotn. prchavé hoř- 2 CZ 303777 B6 laviny (V^daf), indexem puchnutí SI 3,0 až 7,5, dále s obsahem 34,8 až 81,6 % obj. vitrinitu, kontrakcí (a) 25 až 35 %, dilatací (b) 5 až 48 %, střední světelnou odrazností vitrinitu 0,698 až 0,980 % a hodnotou F_max fluidity 231 až 4 143 ddpm. Při tomto složení je docíleno optimálního poměru ceny černého uhlí jako základní vstupní suroviny a jeho vlastností pro výrobu vysokopecního koksu ze vsázky s přídavkem hnědého uhlí dle tohoto vynálezu.

Výhodou řešení dle vynálezu je skutečnost, že z této vsázky vyrobený vysokopecní koks je svojí kvalitou plně srovnatelný s vysokopecním koksem dosud vyráběným ze zcela černouhelné vsázky, a to při podstatně nižších nákladech. Řešení dle vynálezu přitom nevyžaduje žádné další investice ani jakékoli zásahy jak do stávajícího výrobního zařízení koksoven, tak do vlastního koksovacího procesu. Výhodou je rovněž použití hnědého uhlí, které se nemusí předem nijak zvlášť upravovat například chemicky či lisováním do briket.

Přehled obrázku na výkrese

Vynález bude dále přiblížen i přiloženým obrázkem výbrusu vzorku koksu, vyrobeného ze vsázky dle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Vsázka pro výrobu vysokopecního koksu pochodem tzv. vysokoteplotní karbonizace, spočívajícím v zahřívání směsi různých druhů uhlí v koksové baterii na teploty, pohybující se nad teplotou 1 000 °C při omezeném přístupu kyslíku podle tohoto konkrétního příkladného provedení obsahuje 5 % hmotn. přídavku nespékavého hnědého uhlí a 95 % hmotn. základní složky černého uhlí včetně případných doprovodných přimíšením Tento přídavek nespékavého hnědého uhlí je tvořen hnědým uhlím s obsahem 30 % hmotn. prchavé hořlaviny (V^daf), 12 % hmotn. dehtu (T^dsk), 6 % hmotn. popela (A^d) a 20 % hmotn. vody (W'_r). Z hlediska zrnitosti tento přídavek nespékavého hnědého uhlí obsahuje 15 % hmotn. hnědého uhlí o zrnitosti s max. průměrem zrna 0,02 mm a zbytek o zrnitosti s max. průměrem zrna 3,15 mm.

Základní složka černého uhlí je pak tvořena směsí, obsahující 4 až 6 % hmotn. černého uhlí prvního typu K, 53 až 55 % hmotn. černého uhlí druhého typu Z a 34 až 36 % hmotn. černého uhlí třetího typu G.

Celou směs černého a hnědého uhlí lze běžným způsobem nadávkovat, dopravit přes úložnou věž na výtlačné pěchovací stroj, upěchovat a karbonizovat taktéž běžným technologickým postupem v koksárenské komoře při teplotě topných stěn 1 200 až 1 245 °C a koksovací době 23:44 až 23:59 hodin.

Z přiloženého obrázku výbrusu vzorku koksu je patrno začlenění reliktů hnědouhelné hmoty ve struktuře vysokopecního koksu. Jeden takovýto relikt hnědouhelné hmoty, jehož působení lze označit jako pojivo, spojující hmotu koksu a zajišťující i jeho mechanickou pevnost, je na tomto obrázku ohraničen křivkou k. Lze přitom konstatovat, že pevnost za tepla CSR CRI dle testu NSC je stejná jako u běžného vysokopecního koksu a pevnost za studená M₄₀Mi₀ dle zkoušky MICUM je dokonce vyšší.

Konkrétní specifikace jednotlivých typů K, Z a G černého uhlí, použitého ve vsázce dle vynálezu, jsou patrné z následující tabulky č. 1 a specifikace uhelné vsázky z hlediska zrnitosti na tabulce č. 2.

-3 CZ 303777 B6 tab. č. 1

Vlastnosti ------;— --Α/Ρ--.----------------š_____________________________________________J_______K__________j........_ž_______________i_______G___

Obsah popela A^d (hm%)

Maximum	9,4	9,5	10,2
Minimum	7,4	5,3	5,2
Obsahu prchavé hořlaviny V“*³’	(hm%)	1
i Maximum	19,2	25,9	39,7
Minimum	18,2	22,9	29,9

Index puchnutí Si

1 Maximum	8,0	u..............V	i 7,5
; Minimum	6,0	5,5	} 3,0
\| Obsah vitrínitu (obj %)
Maximum z Vitrinit	80,8	72,4	81,6
Minimum z Vitrinit	76,8	45,9	i 34,8
Kontrakce a
Maximum z TZ a	26	31	?-L,
Minimum z T7_a	23	21	25
Dilatace b
Maximum z TZ_b	17	94	48
Minimum z TZ b	15	11	5
Střední světelná odraznost vitrín itu {%)
Maximum z Ro	1,456	1,174	0,980
Minimum z Ro	1,198	1,000	0,698
Hodnota F_maM fluidity (ddpm)
Maximum z Fmax	25 I	692	4143
Minimum z Fmax	10 i	133	231

tab. č. 2

	Obsah zrna(F=veiikost oka sít)
F>3,15 mm	F>0,5 mm \|	F>0,2 mm I	F<0#2 mm
Maximální (hm %)	15,2	47,7 :	28,2	32,5
Minimální (hm%)	7,2	39,9	15,5 1	17,7

Claims

20 PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vsázka pro výrobu vysokopecního koksu pochodem, tzv. vysokoteplotní karbonizace, spočívajícím v zahřívání směsi různých druhů uhlí v koksové baterii na teploty, pohybující se nad tep25 Iotou 1 000 °C při omezeném přístupu kyslíku, vy z n a č uj í c í se t í m , že obsahuje

-4CZ 303777 B6

0,1 až 30 % hmotn. přídavku nespékavého hnědého uhlí; a

70 až 99 % hmotn. základní složky černého uhlí a zbytek případné doprovodné přimíseniny, přičemž přídavek nespékavého hnědého uhlí je tvořen hnědým uhlím s obsahem 35 až 55 % hmotn. prchavé hořlaviny (V^daf);

10 až 17 % hmotn. dehtu (T^dsk);

4 až 7 % hmotn. popela (A^d); a 15 až 30 % hmotn. vody (W‘_r).
2. Vsázka pro výrobu vysokopecního koksu podle nároku 1, vyznačující se tím, že přídavek nespékavého hnědého uhlí obsahuje

1 až 15 % hmotn. hnědého uhlí o zrnitosti s max. průměrem zrna 0,02 mm;

zbytek o zrnitosti s max. průměrem zrna 3,15 mm.
3. Vsázka pro výrobu vysokopecního koksu podle alespoň jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že základní složka černého uhlí je tvořena směsí černého uhlí s obsahem 5,2 až 10,2 % hmotn. popela (A^d), 18,2 až 39,7 % hmotn. prchavé hořlaviny (V^daf), indexem puchnutí SI 3,0 až 8,5, dále s obsahem 34,8 až 81,6 % obj. vitrinitu, kontrakcí (a) 21 až 35 %, dilatací (b) 5 až 95 %, střední světelnou odrazností vitrinitu 0,698 až 1,456 % a hodnotou F_max fluidity 10 až 4 143 ddpm.
4. Vsázka pro výrobu vysokopecního koksu podle nároku 3, vyznačující se tím, že směs černého uhlí obsahuje

2 až 10 % hmotn. černého uhlí prvního typu (typu K);

50 až 60 % hmotn. černého uhlí druhého typu (typu Z); a

30 až 40 % hmotn. černého uhlí třetího typu (typu G), přičemž

- černé uhlí prvního typuje tvořeno černým uhlím s obsahem 7,4 až 9,4 % hmotn. popela (A^d),

18,2 až 19,2 % hmotn. prchavé hořlaviny (V^daf), indexem puchnutí SI 6,0 až 8,0, dále s obsahem 76,8 až 80,8 % obj. vitrinitu, kontrakcí (a) 23 až 26%, dilatací (b) 15 až 17 %, střední světelnou odrazností vitrinitu 1,198 až 1,456 % a hodnotu F_max fluidity 10 až 25 ddpm;

- černé uhlí druhého typuje tvořeno černým uhlím s obsahem 5,3 až 9,5 % hmotn. popela (A^d),

22.9 až 25,9 % hmotn. prchavé hořlaviny (V^daf), indexem puchnutí SI 5,5 až 8,5, dále s obsahem 45,9 až 72,4 % obj. vitrinitu, kontrakcí (a) 21 až 31 %, dilatací (b) 11 až 94 %, střední světelnou odrazností vitrinitu 1,000 až 1,174 % a hodnotou F_max fluidity 133 až 692 ddpm; a

- černé uhlí třetího typuje tvořeno černým uhlím s obsahem 5,2 až 10,2 % hmotn. popela (A^d),

29.9 až 39,7 % hmotn. prchavé hořlaviny (V^daf), indexem puchnutí SI 3,0 až 7,5, dále s obsahem 34,8 až 81,6 % obj. vitrinitu, kontrakcí (a) 25 až 35 %, dilatací (b) 5 až 48 %, střední světelnou odrazností vitrinitu 0,698 až 0,980 % a hodnotou F_max fluidity 231 až 4 143 ddpm.