ЗАКОННЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ НА ВЫБРОСЫ СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ОБОГАЩЕНИЮ И ДАЛЬНЕЙШЕЙ
ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ.
GESETZLICHE BEGRENZUNG VON ABWASSEREMISSIONEN
AUS DER AUFBEREITUNG, VEREDELUNG UND WEITERVERARBEITUNG VON KOHLEN
www.lebensministerium.at/filemanager/download/6347/
Общие сведения.
Уголь является одним из осадочных полезных ископаемых,
возникших в процессе углеобразования. Уголь используют уже тысячелетия как твёрдый горючий
материал и химическое сырьё. Различают уголь по свойствам, составу, поведении при
нагревании и т.д., поэтому существует множество видов угля: антрацит, тощий уголь,
жирный уголь, газовый уголь, пламенный уголь, длиннопламенный уголь. Это разделение
ориентировано в первую очередь на содержание в угле летучих компонентов. В химическом
отношении уголь является сложной трудно поддающейся анализу смесью органических соединений,
содержащей водород, углерод, кислород, азот, серу, минеральные составные части, (кремний,
алюминий, железо, магний, кальций, калий, натрий, фосфор, хлор и т.д.) которые выделяются
при горении угля.
О конституции угля до сих пор известен только состав
строительного вещества, молекулы угля входящие в его состав возникли из целлюлозы,
поллилозы и лигнина растений, которые подвергались процессу углефикации ещё 300 млн.
лет назад (период Карбон) и почти 135 млн. лет назад (Меловой период)
образовывались бурые угли. Под углефикацией подразумевают биохимический и химический
процесс, длящийся несколько миллионов лет, при котором происходит уменьшение доли летучих
веществ растительного исходного материала (водорода, кислорода, азота) и увеличения
содержания углерода, пока его содержание в конце процесса не приблизится к 100% (как
в графите). Предпосылка для протекания подобного процесса является отсутствие кислорода,
наличие соответствующего давления, температуры и длительного периода времени. Степень
углефикации является решающей для классификации технологического поведения угля, например
при коксовании. Наряду с углеродом угли содержат много органически связанного азота и
органически связанной серы (из белковых соединений растений) а также сулифиды железа.
Содержание последнего вытекает из влияния сероводорода в ходе
процесса углефикации. Используя органические растворители (например, кетоны, пиридины,
амины, фенолы, тетралины, ароматично-алкильные смеси) из угля можно получить множество
насыщенных и ненасыщенных углеводородов. При этом содержание в углях растворимых
органических и гидроароматических веществ, таких как антрацен, кризен, флюрен,
фенантрен и так далее сильно зависит от степени углефикации; рост соотношения
С/Н сопровождается повышением содержания конденсированных ароматических веществ.
Молекулы угля с высоким содержанием углерода состоят из алкильных ароматических
структур (полициклических ароматических углеводородов); относительное число ароматических
колец определяет ароматичность. Кислород, азот, и сера включены в гетероциклические кольца,
при этом кислород чаще встречается в фенолах и эфироподобных соединениях. В углях также
встречаются алифатические углеводороды. Бурые угли содержат также молекулы с
многочисленными карбоксильными группами, имеющие исключительное свойство ионообменника.
В каменном угле содержится приблизительно 75% углерода в форме конденсированных
ароматических веществ.
В просторечии под понятием уголь могут иметь в виду также
"не настоящие" угли, такие как костяной, кровяной и древесный уголь, кокс, угольная
пыль, сажа, а также остальные существующие материалы, состоящие практически из чистого
углерода, такие как графит или искусственные угли, которые используются как электроды,
активированный уголь и т.д.
Полукоксование, коксование
Под полукоксованием понимается пиролиз в твердой фазе,
битуминирование вещества при температурах от 500 до 600 oС. При этом из угля образуется
твердый не содержащий битума остаток, а также жидкие и газообразные углеводороды.
В качестве сырья для полукоксования служат, прежде всего, бурые угли, как в рассыпной,
так и брикетированной форме учитывая то, что смолы и масла интенсивно используются для
других целей.
В отличие от полукоксования, которое может проводиться
непрерывно, коксование происходит сейчас исключительно в периодически работающих камерных
печах. Исходным материалом является особый сорт каменного угля (коксующийся уголь).
Способность к коксообразованию коксующегося угля зависит от температуры образования
пластического слоя и начала образования твердого вещества, а также поведения во время
спекания. Из коксующихся каменных углей особенно пригодны угли с выходом летучих
компонентов в интервале 15-30% по массе.
Коксование как высокотемпературных процесс происходит в
многослойных регенераторных печах при температурах 1000-1400 oС. Период коксования зависит
от технологических условий печи и составляет от 15 до 25 часов. Главным продуктом
коксования является металлургический кокс необходимый для производства чугуна
(доменный кокс), который отличается хорошей твердостью кусков и прочностью при истирании.
Дополнительно возникают побочные продукты коксования (коксовый газ, и другие углеродистые
материалы). Коксовые печи состоят, как правило, из герметически закрывающихся камер
выложенных огнеупорным кирпичом высотой 5-8 м., длиной 12-17 м, шириной 0.5-0.4 м,
которых путем внешнего обогрева без доступа воздуха нагревается 20-50 тон угля
(коксование). 20-50 подобных камер могут быть объединены в батареи коксовых печей.
С тонны угольной шихты получают 750-780 кг кокса и от 300 до 400 м3 газа коксования.
Заключительной стадией процесса коксования является гашение
тлеющего кокса (гашение кокса). Гашение происходит, как правило, целенаправленной
подачей воды в тушильные башни. В течение периода тушения от 60 до 100 секунд тратится от
1 до 1.5 м3 воды на тону кокса, из которой испаряется приблизительно половина. Оставшаяся
вода после промежуточной очистки вновь используется в процессе тушения. В настоящее время
существует также технология сухого тушения кокса циркулирующим инертным газом, термическая
энергия которого может быть использована для производства энергии.
Газ, выделяющийся при коксовании, используется в энергетике;
это - высококалорийный газ с теплотворной способностью более чем 20000 кДж/м3. Газ
состоит в основном из - водорода (60%), метана(25%), угарного газа(5%), углекислого
газа(2%), азота(2%) и более высоких углеводородов(3%). Перед сжиганием побочные вещества
(сырая смола, фенолы, аммиак, угольные легкие масла и т.д.) должны быть удалены. Это
происходит чаще всего при охлаждении газа после выхода из печи газовым конденсатом
(водой из газа). Содержащиеся в остатке вещества затем удаляются сначала в аммиачных,
сероводородных и бензольных мойках. Моющие агенты циркулируют в этих мойках. Избыточная
вода из моечных аммиачных и сероводородных моечных аппаратов возвращается после обработки
обратно в цикл.
Из газового конденсата сначала отделяется механическим способом
и флотацией взвешенные твердые материалы, эмульгированные смолы и масла отделяются в
смолоотделителе. После этого происходит обезфеноливание. Это реализуется при помощи
бензола выделяемого из коксового газа, бутилацетата, диизопропилена или методом адсорбции
при помощи активированного угля или кокса; жидкие растворители могут использоваться
повторно, насыщенный активированный уголь или кокс сжигаются. На следующем шаге обработки
конденсата удаляются паровыдуванием жидкие компоненты, такие как аммиак, сероводород и
цианистый водород. Выделенные вещества могут быть использованы для производства серной
кислоты или удобрений (сульфата аммония).
Сточная вода процесса коксования состоит из той воды, которая
содержится в каменном угле, пирогенетической воды, образующейся при частичном окислении
водорода каменного угля, газового конденсата и промывочных вод, использующихся при очистке
коксового газа.Вода для тушения кокса циркулирует, изолировано и не отводится.