Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШИХТЫ ДЛЯ КОКСОВАНИЯ

Изобретение относится к области получения металлургического кокса и может быть использовано на коксохимических предприятиях для формирования угольной шихты.

Известны способы подготовки шихт для коксования, в которых осуществляют смешивание коксующих и спекающих нефтяных добавок с другими компонентами шихт.

Известен способ подготовки шихты для коксования из патента РФ №2411283 на изобретение, в котором угли различных марок смешиваются с добавкой, представляющей собой продукт замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков с содержанием летучих от 12 до 25% и температурным интервалом пластичности не менее 120°C. В результате обеспечивается улучшение качества кокса за счет того, что вследствие широкого температурного интервала пластичности шихта начинает уплотняться при меньших температурах и находится в пластичном состоянии в очень широком интервале температур.

Известен способ подготовки шихты для коксования из патента РФ №2418837 на изобретение, в котором шихту для коксования получают смешиванием коксующих углей со спекающей добавкой, представляющей собой битуминозный остаток процесса получения легких фракций нефтяных продуктов со следующими характеристиками:

- зольность A^d не более 2,5%;

- выход летучих V^daf не более 70%;

- содержание серы S^d не более 5%;

- вспучивание не менее 20 мм;

- индекс Рога (IR) не менее 10.

Недостатком известных способов является то, что нефтяные добавки смешиваются одновременно со всеми компонентами угольной шихты и создают условия для локального переожирнения спекающих компонентов шихты. Переожирнение отдельных компонентов шихты вызывает увеличение пористости и снижение плотности куска кокса, создает нарушение микроструктуры кокса, ухудшая его прочностные свойства.

Способ подготовки шихты для коксования, известный из патента РФ №2418837, выбран в качестве наиболее близкого аналога (прототипа).

Техническая проблема, решаемая настоящим изобретением, - расширение арсенала способов подготовки шихт для коксования.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, - повышение качества кокса, содержащего слабоспекающиеся угли, утилизация слабоспекающихся углей марок (КС - коксовые слабоспекающиеся угли; КСН - коксовые слабоспекающиеся низкометаморфизованные угли; КО - коксовые отощенные угли; ОС - отощенные спекающиеся угли; ТС - тощие спекающиеся угли).

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в способе подготовки шихты для коксования с получением продукта, готового для коксования в виде моношихты или в составе шихты, содержащей несколько компонентов, заключающемся в смешении нефтяной спекающей добавки со слабоспекающимися углями марок КС, и/или КСН, и/или КО, и/или ТС, и/или ОС, смешение осуществляют при следующем соотношении компонентов, масс. %:

- нефтяная спекающая добавка (1-30),

- угли марок КС, и/или КСН, и/или КО, и/или ТС, и/или ОС (99-70),

при этом нефтяная спекающая добавка представляет собой остатки переработки нефти со следующими характеристиками:

- зольность A^d - не более 2,5%;

- выход летучих V^daf - не более 90%;

- содержание серы S^d - не более 5%;

- температура размягчения по КиШ - не менее 40°C.

В настоящее время на рынке коксующихся углей России образовался дефицит углей марок К (коксовые угли), Ж (жирные угли) и КЖ (коксово-жирные угли) в связи с истощением их запасов.

Примечание: в настоящей заявке классификация углей по маркам осуществляется в соответствии с ГОСТ 25543-2013.

Согласно заявляемому способу нефтяная спекающая добавка смешивается непосредственно со слабоспекающимися углями марок КС, КСН, КО, ТС и ОС. Это не позволяет «переожирнить» шихту для коксования и, в зависимости от количества и вида спекающей добавки, позволяет избирательно улучшить свойства конкретного слабоспекающегося угля и модифицировать его в угли коксовой группы - марки К, Ж или КЖ. Затем полученные коксовые угли добавляются в угольную шихту обычным образом или используются для получения металлургического кокса без смешения с другими марками углей («моношихта»).

Заявляемый способ обеспечивает:

1) увеличение показателей, характеризующих спекающие и коксующие свойства углей (показатели технического, пластометрического и рефлектограмного анализов);

2) повышение вариативности набора компонентов угольной шихты;

3) повышение качества получаемого кокса с использованием модифицированного угля по показателям CSR (послереакционная прочность) и A^d (зольность).

Нефтяные спекающие добавки, пригодные для осуществления данного способа, представляют собой неперегоняемые остатки, образующиеся при атмосферно-вакуумной переработке нефти и в термокаталитических процессах нефтепереработки. К ним относятся остатки висбрекинга, гудроны, асфальты и другие продукты со следующими характеристиками:

- зольность A^d - не более 2,5%;

- выход летучих V^daf - не более 90%;

- содержание серы S^d - не более 5%;

- температура размягчения по КиШ - не менее 40°C.

КиШ - метод «Кольца и Шара» - метод определения температуры размягчения нефтяных битумов по кольцу и шару. Сущность метода заключается в определении температуры, при которой битум, находящийся в кольце заданных размеров, в условиях испытания размягчается и, перемещаясь под действием стального шарика, касается нижней пластинки - в этот момент фиксируется температура размягчения. Метод является важным для определения физико-химических свойств марок битумов (ГОСТ 11506-73).

Количество нефтяной спекающей добавки в угольной шихте, состоящей из слабоспекающихся углей марок КС, и/или КСН, и/или КО, и/или ТС, и/или ОС варьируется от 1 до 30%. Добавление в угольную шихту более 30% нефтяной спекающей добавки нецелесообразно из-за переожирнения угля и ухудшения качества получаемого кокса по показателям CRI (реакционной способности) и содержанию серы, что снижает долю участия или полностью исключает использование такого модифицированного угля в качестве компонента шихты для коксования.

Примеры осуществления способа

Были взяты угли марок: КС (обогатительная фабрика «Междуреченская»), КСН (разрез «Черниговец»), КО (обогатительная фабрика «Бачатская»), ТС (разрез «Сибиргинский»), ОС (обогатительная фабрика «Нерюнгринская») и нефтяные спекающие добавки (СД) со следующими характеристиками:

- зольность A^d - не более 2,5%;

- выход летучих V^daf - не более 90%;

- содержание серы S^d - не более 5%;

представляющие собой остатки процесса висбрекинга, асфальты деасфальтизации и гудрон с разными температурами размягчения 40, 50, 65, 85 и 115°C.

Перед смешением с нефтяными спекающими добавками (СД) уголь додрабливался до крупности 85% класса 0-3 мм. Температура угля была постоянной: 20°C.

СД добавлялись к углю как в дробленом виде при комнатной температуре, так и разогретые до жидкотекучего состояния. Перемешивание СД с углем осуществлялось в роторном лабораторном смесителе в течение 5 минут. Разницы в пластических свойствах модифицированного угля в зависимости от температуры и вида подаваемой на смешение СД обнаружено не было, поэтому эти показатели в таблицах не отражаются.

Определение толщины пластического слоя (Y) исходного и модифицированного угля проводилось в автоматизированном аппарате Сапожникова по ГОСТ 1186-2014.

При смешивании СД с углем происходит как увеличение выхода летучих смеси, так и увеличение до определенного предела толщины пластического слоя (Y, мм). Учитывая эти параметры, определяется марка полученного модифицированного угля.

Зависимость толщины пластического слоя (Y, мм) и марки полученного модифицированного угля от температуры размягчения по КиШ и количества добавляемой к углю СД приведены в таблицах 1-5.

При увеличении доли нефтяной спекающей добавки в смеси с углем толщина пластического слоя модифицированного угля увеличивается, однако добавление к углю более 30% СД нецелесообразно из-за ухудшения качества получаемого кокса по показателям CRI (реакционной способности) и содержанию серы.

При увеличении температуры размягчения СД пластические свойства всех типов исследованных углей улучшаются. Применение для модификации угля СД с температурой размягчения ниже 40°C нецелесообразно из-за снижения эффекта улучшения пластических свойств и появления признаков слеживаемости угля, что делает невозможным его хранение в штабеле.

Для подтверждения качественных характеристик модифицированного угля были проведены выборочные лабораторные коксования по ГОСТ 9521 с определением показателей реакционной способности и послереакционной прочности кокса CRI и CSR по ГОСТ Р 54250-2010.

Качество кокса, полученного при коксовании модифицированного угля (Обогатительная фабрика «Бачатская» и Обогатительная фабрика «Междуреченская»), приведено в таблице 6.

Качество кокса, полученного из модифицированного угля, подтверждает его соответствие марке, определенной по величине пластического слоя.

С увеличением доли СД в смеси с углем происходит улучшение качества получаемого кокса. При этом после достижения максимального значения при определенной для каждого угля доле СД в смеси происходит снижение качественных характеристик, что связано, прежде всего, с переожирнением угля.

Таким образом, при смешении слабоспекающихся углей марок КС, КСН, КО, ТС и ОС с нефтяной спекающей добавкой с характеристиками, указанными в заявке, получают концентраты коксующихся углей марок К, Ж и КЖ, которые затем можно использовать как компонент в угольной шихте для коксования, или же полученные модифицированные угли можно использовать для получения металлургического кокса без смешивания с другими марками углей.