야금 코크스 생산을 위한 석탄 탄화

야금 코크스 생산을 위한 석탄의 탄화

석탄의 탄화는 석탄의 코크스로도 알려져 있습니다. 이 과정은 공기가 없거나 통제된 대기에서 석탄을 열분해하여 코크스로 알려진 탄소질 잔류물을 생성하는 것으로 구성됩니다.

석탄의 탄화는 다음 세 가지 온도 범위에서 수행할 수 있습니다.

• 저온 탄화는 일반적으로 500℃에서 700℃의 온도 범위에서 수행됩니다. 이러한 유형의 탄화에서는 액체 생성물의 수율이 더 높고 기체 생성물 수율이 더 낮다. 생산된 코크스에는 휘발성 물질이 더 많이 포함되어 있으며 자유롭게 연소됩니다.
• 중온 탄화는 약 800 ° C의 온도 범위에서 수행됩니다. 이 탄화는 무연 소프트 코크스를 생성합니다. 생성된 부산물은 고온 탄화와 특성이 유사합니다. 요즘은 중온 탄화법이 거의 시행되지 않습니다.
• 고온 탄화는 900℃ 이상의 온도에서 수행됩니다. 이 탄화는 기체 생성물의 수율을 높이고 액체 생성물의 수율을 낮춥니다. 이 탄화는 경질 코크스를 생성하며 일반적으로 점결탄에서 야금 코크스를 생산하는 데 사용됩니다.

석탄의 탄화 과정

석탄에서 코크스로의 변환은 석탄이 가열될 때 발생합니다. 용융 상태에 도달하면 가열된 석탄 층이 부드러워지고 융합됩니다. 약 375°C에서 475°C 사이에서 석탄은 분해되어 플라스틱 층을 형성합니다. 파괴적인 증류 반응은 휘발성 제품의 진화와 함께 플라스틱 층에서 빠르게 진행됩니다. 약 475°C ~ 600°C에서 타르 및 방향족 탄화수소 화합물의 현저한 진화가 있습니다. 가스와 응축성 증기는 플라스틱 덩어리에 갇혀 팽창하면서 부풀어 오릅니다. 반응이 진행되고 융합 영역의 온도가 증가함에 따라 석탄의 가소성은 감소합니다. 계속되는 가열 및 가스 발생으로 융합된 층은 점차적으로 전형적인 셀룰러 코크스 구조를 갖는 반 코크스로 재응고됩니다. 이 단계의 코크스는 여전히 상당한 휘발성 물질을 함유하고 있습니다. 온도가 600℃ 이상으로 증가함에 따라 가스와 약간의 타르가 발생하면서 파괴적인 증류 반응이 계속됩니다. 코크스 안정화는 온도가 600℃에서 1100℃로 증가함에 따라 발생합니다. 이는 코크스 덩어리의 수축, 코크스의 구조적 발달 및 최종 수소 발생이 특징입니다. 이 단계에서 최종 반응이 발생합니다. 이러한 반응은 매우 복잡한 고분자량 탄화수소에서 수소를 분리합니다. 온도가 증가함에 따라 수축 균열이 발생하면서 코크스 덩어리가 수축합니다.

고정 메커니즘

점결탄이 탄화되면 먼저 광학 등방성의 플라스틱 덩어리가 형성되고 그 후 점차적으로 라멜라 네마틱 액정이 형성됩니다. 이 고분자 상을 중간상이라고 합니다. 이것은 등방성 유체탄과 최종적으로 중간상으로부터 형성되는 고체 이방성 반코크스의 중간상으로, 고체와 액체의 중간적인 성질을 갖는다. 중간상의 유동성이 상당히 높으면 중간상은 즉시 하나의 더 큰 단위로 합쳐집니다. 온도가 상승하는 범위에 걸쳐 중간상은 지속적으로 형성되고 크기가 커지고 궁극적으로 서로 접촉합니다. 따라서 중간상은 점결탄에서 코크스의 광학적 등방성 조직으로 응고되고 변환될 수 있습니다.

점결탄의 역사

코크스는 4세기로 거슬러 올라가는 역사적 출처에 따라 고대 중국에서 생산되었습니다. 중국인들은 늦어도 9세기에 이르러서야 처음으로 콜라를 난방과 요리에 사용했습니다. 1709년에 주철을 생산하기 위해 코크스 연소 고로가 영국에 설립되었습니다. , 18세기 초에 코크스는 석탄을 땅에 쌓아두어 외부층만 태우고 더미 내부는 탄화된 상태로 만드는 방식으로 제조되었습니다.

덩어리 석탄을 사용하여 코크스를 만드는 '화로'공정은 19 세기 전반 동안 많은 지역에서 계속 사용되었습니다. 이 과정은 숯을 태우는 것과 비슷했지만 나뭇가지, 잎사귀, 흙으로 덮인 준비된 나무 더미 대신 코크스 가루로 덮인 석탄 더미를 사용했습니다.

이로 인해 철 제련을 위한 하드 코크스의 증가하는 수요를 충족하기 위해 다양한 모양과 크기의 벌집 오븐이 개발되었습니다.

벌집 오븐

벌집 화덕은 내부 모양이 옛날 벌집 모양이 되도록 아치형 지붕으로 지어진 단순한 내화 벽돌 방입니다. 크기는 일반적으로 너비가 4m, 높이가 2.5m입니다. 벌집 오븐은 일반적으로 이웃 오븐 사이에 공통 벽이 있는 다른 오븐 옆에 열로 만들어집니다. 이러한 오븐 행을 배터리라고 합니다. 배터리는 일반적으로 여러 개의 오븐, 때로는 수백 개의 오븐으로 구성됩니다. 벌집 오븐의 일반적인 단면은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 벌집 오븐의 일반적인 단면

석탄을 오븐으로 운반하기 위한 레일 트랙은 상단을 따라 달렸습니다. 그리고 코크스 차를 취급하기 위한 다른 철로가 오븐 옆에 있었습니다. 지붕에는 맨 위에서 석탄이나 기타 점화를 충전할 수 있는 구멍이 있습니다. 벽면 하단 둘레에 토출구가 제공됩니다.

석탄은 돔 꼭대기에 있는 구멍을 통해 빈 오븐에 장입됩니다. 그것은 약 600mm에서 900mm 깊이의 균일한 층을 생성하기 위해 도어를 통과하는 갈퀴에 의해 균일한 층으로 수평을 이루는 원뿔 모양의 말뚝을 형성합니다.

탄화 과정은 이전 석탄 충전에서 오븐 벽에 유지된 열에 의해 시작됩니다. 장입 직후 석탄에서 휘발성 물질로 구성된 가스가 생성됩니다. 연소용 공기는 오븐 도어 상단의 개구부 또는 측면 도어를 통해 유입됩니다. 탄화가 시작되면 부분적으로 닫힌 측면 도어 내부에서 연소되는 휘발성 물질이 생성됩니다. 탄화는 위에서 아래로 진행됩니다. 연소되는 휘발성 물질에 의해 열이 공급되므로 부산물이 회수되지 않습니다. 배기 가스는 대기로 빠져나갈 수 있습니다.

석탄층의 깊이에 따라 크게 달라지는 코크스 시간은 48시간에서 72시간 사이입니다. 코킹이 진행됨에 따라 방출되는 가스의 양이 감소하고 문의 개구부 크기는 그에 따라 감소하거나 상단 개구부에 벽돌을 도입함으로써 감소합니다. 이것은 공기의 양을 조절하고 과도한 양의 공기가 들어가는 것을 방지합니다. 그렇지 않으면 코크스의 일부를 태우고 오븐을 냉각시키기에 충분할 수도 있습니다.

뜨거운 코크스는 물로 급랭되고 측면 도어를 통해 수동으로 배출됩니다. 코킹이 완료되면 문이 열리고 개구부를 통해 흐르는 물줄기에 의해 흰색 핫코크가 꺼집니다. 급냉된 코크스는 오븐에서 수동으로 긁어 모아 운송을 위해 기차에 실립니다. 벽과 지붕은 다음 충전물의 탄화를 시작하기에 충분한 열을 유지합니다.

석탄이 코크스로에서 연소될 때 가스로 이미 배출되지 않은 석탄의 불순물이 축적되어 슬래그를 형성하는데, 이는 효과적으로 제거된 불순물의 덩어리입니다. 원하는 코크스 제품이 아니기 때문에 슬래그는 버리거나 벽돌을 만드는 재료, 혼합 시멘트, 심지어 비료로 사용됩니다.

새 오븐은 충전하기 전에 석탄이나 나무로 가열하여 온도를 높입니다.

벌집 코크스화는 소량 생산하고 매우 많은 양의 오염 물질을 생산하기 때문에 이제 구식 공정이 되었습니다. 그러나 여전히 사용 중입니다.

코크스 오븐 배터리 부산물

전 세계 코크스 생산량의 최대량은 이 배터리에서 나옵니다. 이 배터리의 석탄은 공기가 없는 상태에서 탄화되며 이 배터리는 오븐에서 양압으로 작동됩니다. 이러한 코크스 오븐 배터리의 코크스 제조 공정은 오프 가스가 수집되어 다양한 부산물이 회수되는 부산물 공장으로 보내지기 때문에 부산물 코크스 제조라고 합니다. 대부분의 부산물 코크스 오븐 배터리는 코크스 오븐 가스용으로 철강 공장에 통합되어 있습니다.

코크스 오븐 부산물 배터리 및 코크스 오븐 부산물 공장에서 코크스 제조에 대한 자세한 내용은 http://www.ispatguru.com/coke-making-in-byproduct-coke-oven-batteries/ 및 http:// www.ispatguru.com/coke-oven-by-product-plant/.

비회수 코크스 오븐 배터리

  비회수 코크스 오븐 배터리에서 석탄은 대형 오븐 챔버에서 탄화됩니다. 탄화 과정은 복사 열 전달에 의해 위에서, 밑창 바닥을 통한 열 전도에 의해 바닥에서 발생합니다. 연소를 위한 1차 공기는 오븐의 푸셔 및 코크스 측면 도어 모두에서 충전 레벨 위에 위치한 여러 포트를 통해 오븐 챔버로 유입됩니다. 부분적으로 연소된 가스는 오븐 벽의 '하향 코너' 통로를 통해 상단 챔버를 빠져나와 단독 연도에 들어가 오븐 바닥을 가열합니다. 연소된 가스는 공통 터널에 수집되어 오븐에 자연 통풍을 생성하는 굴뚝을 통해 배출됩니다. 부산물이 회수되지 않기 때문에 이 공정을 비회수 코크스 제조라고 합니다. 이러한 배터리에서 일반적으로 폐가스는 폐열 회수 보일러로 빠져나가 과잉 열을 발전용 증기로 변환하므로 이 과정을 열 회수 코크스 제조라고도 합니다. 비회수 코크스 오븐 배터리의 코크스 제조에 대한 자세한 내용은 http://www.ispatguru.com/non-recovery-coke-ovens-battery/ 링크의 별도 기사에 나와 있습니다.