Kiedyś gaz koksowniczy był uważany za produkt uboczny w procesie produkcji koksu, więc często był nawet uwalniany do atmosfery (co jest bardzo marnotrawstwem!). Później gaz był używany do ogrzewania pieców koksowniczych, a dziś jest już w całości rozprowadzany do odbiorców zewnętrznych do użytku domowego i innych potrzeb. Jak powstaje gaz koksowniczy i jaki jest jego skład? W tym artykule omówiono wszystkie aspekty problemu i podano konkretne przykłady wykorzystania gazu.
Aspekt historyczny
Historia gazu koksowniczego rozpoczęła się na przełomie XIX i XX wieku. Już wtedy był używany do oświetlenia, ogrzewania, a zatem do gotowania i innych prac domowych. W tym czasie wybuchła rewolucja przemysłowa i urbanizacja. Produkcja produktów ubocznych, smoły węglowej i amoniaku zaczęła służyć jako najważniejsze składniki, a mianowicie surowce, w produkcji barwników o składzie chemicznym oraz w całym przemyśle chemicznym. Zatem absolutnie wszystkie rodzaje barwnikówsztuczna natura została wykonana ze smoły i gazu koksowniczego.
Ponadto gaz koksowniczy jest szeroko stosowany w piecach do wytwarzania produktów przemysłowych, w silnikach opalanych gazem i oczywiście jako surowiec do produkcji produktów chemicznych.
Produkcja gazu koksowniczego
Pozyskiwanie gazu koksowniczego następuje jednocześnie z produkcją koksu w koksowniach poprzez suchą destylację węgla. Należy zauważyć, że proces ten musi koniecznie przebiegać w temperaturze 900-1200 stopni. Jak zauważono powyżej, na początkowych etapach wytwarzania gaz był uważany za produkt uboczny, dlatego często ulatniał się do powietrza atmosferycznego. Nieco później zaczęto rozpalać piece koksownicze gazem koksowniczym. Tym samym zużycie gazu na potrzeby własne uległo znacznemu zmniejszeniu (prawie do 60%), podczas gdy pozostała część należała do innych kategorii odbiorców, np. do ogrzewania pieców w produkcji metalurgicznej, których temperatura jest niezwykle wysoka, lub do prac domowych. Dziś absolutnie cały gaz należy do odbiorców zewnętrznych. Czemu? Faktem jest, że gaz koksowniczy jest bardzo kaloryczny, co oznacza, że można stosować tańszy gaz do ogrzewania pieców. Najlepszym tego przykładem jest LPG. Nawiasem mówiąc, jest oparty na mieszaninie propan-butan.
Skład gazu koksowniczego
Jak się okazało, z różnych gazówgaz pochodzenia sztucznego, rozważany w artykule i otrzymywany w procesie koksowania węgla, ma duże znaczenie. Należy zauważyć, że z praktycznego punktu widzenia jego skład podlega znacznym wahaniom. Zależy to z reguły od surowca, który jest używany jako paliwo, od różnicy w trybach pracy, od stanu fizycznego pieców koksowniczych i tak dalej. Jego kaloryczność mieści się w granicach 15-19 MJ/m3. Jeśli weźmiemy pod uwagę składniki tego gazu jako procent objętości, wówczas powstaje następujący obraz:
- H2: 55-60.
- CH4: 20-30.
- CO: 5-7.
- CO2: 2-3.
- N2: 4.
- węglowodory nienasycone: 2-3.
- O2: 0, 4-0, 8.
Należy zauważyć, że gaz koksowniczy (wzór: H2CH4NH3C2H4) ma gęstość w temperaturze zero stopni od 0,45 do 0,50 kg/m3, pojemność cieplna wynosi 1,35 kJ/(m3 K), a towarzysząca procesowi zapłonu temperatura dochodzi do 600-650 stopni.
Formuła substancji
Jak się okazało powyżej, skład gazu koksowniczego obejmuje takie substancje jak wodór (H2), metan (CH4), amoniak (NH3) i etylen (C2H4). Jako przykład należałoby podać następujący skład oczyszczonego gazu koksowniczego:
| Komponent | H2 | CH4 | CO | N2 | SN | O2 |
| Treść, % | 55, 5 | 27, 6 | 8, 2 | 6, 0 | 2, 0 | 0, 7 |
Należy zauważyć, że skład rozważanego gazu jest ściśle uzależniony od reżimu temperaturowego procesu koksowania i czasu jego trwania. Ogromną rolę odgrywa również jakość przerabianego węgla. Zatem im wyższy reżim temperaturowy procesu koksowania, tym wyższy stopień rozkładu węglowodorów, a co za tym idzie wyższa zawartość wodoru i tlenku węgla w gazie. W związku z tym zawartość dwutlenku węgla, przeciwnie, będzie niższa.
Potrzeba oczyszczenia gazu koksowniczego
Dziś problem konieczności oczyszczania gazu koksowniczego jest dość dotkliwy, ponieważ skład ten niekorzystnie wpływa na ekologiczny aspekt życia. W ten sposób nowoczesne społeczeństwo dąży do ulepszania odpowiednich technologii. Oczyszczanie gazów koksowniczych jest niezbędne dla sprawności mechanizmów instalacji, ponieważ cyjanowodór, którego zawartość w gazie koksowniczym jest dość wysoka, jest główną przyczyną korozji urządzeń profesjonalnych. Ponadto amoniak jest koniecznie uwalniany podczas tworzenia się gazu koksowniczego. Substancja ta ma niezwykle szkodliwy wpływ nie tylko na rurociągi, ale także na środowisko, ponieważ w końcu się tam dostaje. Skutkiem rozważanych operacji jest wysoki poziom strat produktów pochodzenia chemicznego dla danego zakładu orazrównież znaczny stopień emisji gazów i odpadów pochodzenia płynnego do atmosfery.
Proces oczyszczania gazu koksowniczego
Jak się okazało, produkcja gazu koksowniczego niesie za sobą szereg problemów, co w pełni uzasadnia potrzebę jego oczyszczania. Dotychczas najskuteczniejszą metodą jest wynalazek opisany w tym rozdziale, który jest szeroko stosowany w przemyśle koksowniczym. Przede wszystkim należy przepłukać gaz roztworem fosforanu amonu w absorberze, który musi być wyposażony w tace. Następnie gaz koksowniczy należy potraktować tym roztworem, zanim dostanie się do obszaru tacy absorbera. W tym przypadku jednostkowe zużycie roztworu obiegowego powinno wynosić 1,0-1,2 l/m3 gazu, wówczas jego gęstość będzie równa 1,195-1,210 kg/l. Ta metoda oczyszczania gazu koksowniczego, jak wspomniano powyżej, jest dziś często stosowana w odpowiedniej branży, ponieważ jest najbardziej efektywna.
Zastosowanie gazu koksowniczego
Dziś gaz koksowniczy jest bardzo szeroko i bezpiecznie wykorzystywany w społeczeństwie jako paliwo w zakładach hutniczych, a także w miejskiej działalności gospodarczej oraz jako surowiec do produkcji. Jak się okazało, z gazu koksowniczego wydziela się wodór, który jest po prostu niezbędny do syntezy amoniaku znaną metodą kondensacji funkcjonującą w warunkach reżimu niskiej temperatury. W wyniku tegoPodczas operacji powstaje frakcja, która służy jako wysokiej jakości surowiec do różnego rodzaju syntez. Należy zauważyć, że domieszka siarkowodoru w gazie koksowniczym jest absolutnie niepożądana w każdym przypadku (zarówno gdy gaz koksowniczy jest wykorzystywany jako paliwo, jak i gdy służy jako surowiec do produkcji produktów chemicznych). Dlatego tak niezbędny jest proces oczyszczania, który został szczegółowo omówiony w poprzednim rozdziale.
Właściwości gazu
Na zakończenie należałoby rozważyć właściwości fizyczne gazu koksowniczego. Zatem jego moc opałowa wynosi od 3600 do 3700 kcal/m3, ciężar właściwy w składzie substancji waha się od 0,45 do 0,46 kg/m3 (czyli prawie trzy razy lżejszy od powietrza), maksymalny reżim temperaturowy jej spalania to równy 2060 stopni, a samemu procesowi towarzyszy czerwony płomień.
Ważne jest, aby pamiętać, że dany gaz jest wybuchowy w połączeniu z powietrzem. Co więcej, dolna granica wybuchowości to 6% gazu (reszta to powietrze), a górna granica wybuchowości to 32% gazu (reszta to powietrze). Temperatura zapłonu wynosi 550 stopni, a do spalenia 1 metra sześciennego gazu potrzeba około 5 metrów sześciennych powietrza. Gaz koksowniczy nie jest obdarzony kolorem i smakiem, ale ma cierpki zapach naftalenu, zgniłych jaj, co można wytłumaczyć zawartością siarkowodoru w jego składzie.
