Сухое тушение кокса для металлургического сектора

ClimateTechWiki, пер. с англ. Голуб О. Ю.

Источник: http://climatetechwiki.org/technology/coke-dry-quenching

Сектор черной металлургии является вторым по величине промышленным потребителем энергии, потребляя 616 млн. т н.э. (2007 год), и является также крупнейшим промышленным источником выбросов СО₂. Пять наиболее крупных производителей – Китай, Япония, Соединенные Штаты, Европейский Союз и Россия – составляют более 70% от общего объема производства стали мире. Сухое тушение кокса является наиболее применимым для сокращения загрязнения воздуха, обуславливает в то же время заметный подъем энергии и экономии, особенно когда это связано с подогревом угля. Кроме того, кокс сухого тушения достаточно прочный, и содержание влаги в нем значительно ниже, чем у кокса, потушенного мокрым способом.

Введение:

Сектор черной металлургии является вторым по величине промышленным пользователя энергии, потребляя 616 млн. т н.э. в 2007 году и является также крупнейшим промышленным источником выбросов СО₂. Пять наиболее крупных производителей – Китай, Япония, Соединенные Штаты, Европейский Союз и Россия – составляют более 70% от общего объема производства стали мире. В целом на металлургическом заводе потребление энергии коксовыми печами составляет 7 – 8%. Примерно 45% сухого тепла высокотемпературного кокса (в красно-горячем состоянии) не учитывается.

Кокс представляет собой твердое углеродное топливо и источник углерода, используемый для расплава и удержания железной руды. Производство кокса и побочных продуктов коксования, в том числе коксового газа, осуществляется путем пиролиза (нагрева при отсутствии воздуха) необходимых сортов угля. Этот процесс также включает обработку коксового газа для удаления смол, аммиака (обычно извлекается в виде сульфата аммония), фенола, нафталина, светлых нефтепродуктов и серы, прежде чем газ используется в качестве топлива для нагрева печи.

Сухое тушение кокса – очень надежная технология для сокращения загрязнения воздуха, в то же время он может существенно снизить потребление энергии, особенно когда это связано с подогревом угля. Кроме того, кокс сухого тушения достаточно прочный, и содержание влаги в нем значительно ниже, чем у кокса, потушенного мокрым способом (Bisio and Rubatto 2000).

Процесс сухого тушения кокса был первоначально разработан в промышленных масштабах на территории бывшего Советского Союза в начале 1960-х годов (так называемый процесс Гипрококса). Он предназначался для применения в производстве кокса печей, расположенных в регионах, которые страдают от длительных периодов сильных холодов и там, где была сильная потребность в энергии для отопления (IPPC 2001).

Рисунок 1: Процесс сухого тушения кокса (Source: IPPC 2001)

По сравнению со всеми имеющимися технологиями в секторе черной металлургии, процесс сухого тушения кокса характеризуется высокой экономией средств (см. ниже).

Рисунок 2: Потенциал энергосбережения для железа и стали (IEA 2010)

Технико-экономические технологии и оперативная необходимость:

Оборудование для сухого тушения кокса состоит из градирни (камеры загрузки и камеры охлаждения) и восстановительного котла-утилизатора. Процесс протекает следующим образом: раскаленный кокс (около 1200℃) поступает в градирню, а инертный газ нагнетается в башню снизу. Теплообмен осуществляется с циркулирующим инертным газом. Затем газ нагревается до высокой температуры (около 800℃), он циркулирует через нагревательные трубы котла отработанного тепла, превращая воду в котле в пар. Температура кокса на выходе из градирни снижается примерно до 200℃.

В ходе этого процесса в средней части камеры поток смеси газ-пар нагревают до температуры до 700℃. В результате происходит процесс конверсии углеводородов с водяным паром газа, содержащего водород и окись углерода. Доменный кокс с температурой около 700 ℃ продвигается с средней части камеры в нижнюю ее часть, в которой он охлаждается до температуры 200 – 250℃ потоком циркулирующего инертного газа.

Рисунок 3: Оборудование сухого тушения кокса (Источник: Energy Efficiency Technologies Knowledge Base)

Современные операции сухого тушения кокса осуществляются в полностью автоматическом режиме с усовершенствованным управлением технологическими процессами и оптимизацией системы. Средний срок службы футеровки в тушильной башне составляет от семи до десяти лет. В среднем, коэффициент использования для всех существующих заводов, как сообщается, составляет 80 – 90%, но существуют заводы и с гораздо более высокими показателями эксплуатации, например, Rautaruukki (завод закалки в Финляндии), на котором средний коэффициент использования в период с 2000 по 2005 год превысил 99,6% (Ritamaki and Kellin 2009).

Определенные меры по содействию распространению технологий сухого тушения кокса, способствующих более эффективному использованию энергии и предотвращению загрязнения воздуха китайскими предприятиями черной металлургии, осуществляемые Ниппон Стил Корпорейшн (NSC) в сталелитейной промышленности в рамках так называемого Зеленого плана помощи, были предложены Министерством внешней торговли и промышленности (MITI) Японии для экономии энергии и охраны окружающей среды в Китае. Основную прибыль НСК составляют технологии обновления. В этом случае Китай, который сталкивается с растущей международной конкуренцией на внутреннем рынке, может уменьшить стоимость производства стали за счет экономии энергии при одновременном снижении выбросов парниковых газов. Существовали определенные барьеры, связанные с передачей технологий, такие как импорт оборудования, компонентов. Для стран-производителей может быть выгодно производить локально такие компоненты, чтобы сократить общие расходы. Однако эти части внутри страны могут вызвать некоторые проблемы с надежностью.

Статус технологий и их рыночный потенциал:

Установки сухого тушения кокса могут быть применены в принципе на новых и существующих металлургических заводах. Установки сухого тушения кокса были установлены на многих металлургических и коксохимических заводах Японии, как энергосберегающие и экологически чистые системы. С новыми энергетическими и промышленными технологиями развития (NEDO) типовых проектов в Японии, эффективность сухого тушения кокса была также признана в Китае. Китайское правительство указало одной из целей в десятого 5-летнего плана в 2000 году внедрение технологии сухого тушения кокса. Металлургические заводы в Ханфанг, Пекин, Чэндэ и Ханчжоу уже используют японские системы сухого тушения кокса. Усилия по внедрению сухого тушения кокса делаются в Китае и Индии.

Список литературы:

Bettinger, D., Kriechmair, J., Gould, L. (2009). «Прагматичный подход к экономической и экологической устойчивости в сталелитейной промышленности». Siemens VAI Metals Technologies GmbH. Millenium Steel.
Bisio, G., Rubatto, G. (2000). «Энергосбережение и некоторые пути улучшения среды коксохимических заводов». Energy 25, 247 – 265.
Hirano, J. (2008). «Деятельность NEDO в области сохранения энергии и окружающей среды в технологии металлургической промышленности». The Asia-Pacific Partnership on Clean Development and Climate 6th Steel Task Force Meeting & 5th Workshop.
IPPC (2001). «Объединенный контроль и профилактика загрязнений». Best available techniques reference document on the production of Iron and Steel. Ritamaki, O., Kellin, A.
Ritamaki, O., Kellin, A. (2009). «Все еще хотите выпустить пар?» Metals and Mining (1), 24 – 25.
Schoenberger, H. (2000). «BREF в производстве чугуна и стали – заключение по BAT». European Conference on “The Sevilla Process:A Driver for Environmental Performance in Industry”, Stuttgart.

Портал магистров ДонНТУ