Углеводородные газы коксохимических производств

Происхождение и состав углеводородных газов

Углеводородные газы коксохимических производств образуются при термическом разложении угля в процессе коксования. Основным сырьём является каменный уголь, обладающий высокой теплотворной способностью и относительно низким содержанием влаги и летучих веществ. При нагреве до температур 1000–1100 °C в безвоздушной среде происходит пиролиз органического вещества угля, сопровождающийся образованием твёрдого кокса, смолистых веществ и газов.

Состав углеводородных газов характеризуется высокой сложностью и включает:

  • Лёгкие углеводороды: метан (CH₄), этан (C₂H₆), этилен (C₂H₄), пропан (C₃H₈), пропилен (C₃H₆);
  • Тяжёлые углеводороды: бутан (C₄H₁₀), бутадиен (C₄H₆), пентаны и более сложные углеводороды в малых концентрациях;
  • Неуглеводородные компоненты: водород (H₂), монооксид углерода (CO), углекислый газ (CO₂), азот (N₂), сернистые соединения (H₂S).

Общая доля летучих углеводородов в коксовом газе составляет 45–55 %, что делает его ценным сырьём для химической переработки.

Термодинамика и кинетика образования газов

Процесс коксования сопровождается комплексом термохимических реакций. Основные этапы включают:

  1. Дегидратацию и дегазацию угля, сопровождающуюся выделением влаги и лёгких газов.
  2. Пиролиз летучих веществ, в ходе которого образуются ароматические и олефиновые соединения.
  3. Реакции газообразования, включающие крекинг более тяжёлых углеводородов и взаимодействие с водородом и CO.

Кинетика этих процессов определяется температурой, составом угля и временем выдержки. Например, образование метана и водорода ускоряется при высоких температурах (1000–1100 °C), тогда как ароматизация углеводородов требует более длительного нагрева.

Физико-химические свойства

Углеводородные газы коксового производства характеризуются:

  • Плотностью и калорийностью: 4,0–5,5 ккал/м³, что делает их ценным энергетическим ресурсом;
  • Летучестью и реакционной способностью: высокое содержание олефинов и водорода способствует их использованию в химической синтезе;
  • Стабильностью при хранении и транспортировке: смеси легко сжимаются, но требуют удаления сернистых соединений для предотвращения коррозии оборудования.

Применение в химической промышленности

Углеводородные газы коксовых производств имеют широкое применение:

  • Сырьё для синтеза аммиака и водорода: богатый водородом коксовый газ используется в аммиачной промышленности и гидрогенизации органических соединений.
  • Производство олефинов и ароматических соединений: этилен, пропилен и бутилен служат исходным сырьём для полимеризации и синтеза смол.
  • Энергетическое использование: в коксохимических и металлургических печах газ применяется как топливо, обеспечивая экономию природного газа.
  • Получение химических промежуточных продуктов: ацетилен, бутадиен и ареновые соединения используются для производства синтетических каучуков и пластмасс.

Методы очистки и разделения

Коксовый газ содержит сернистые соединения, аммиак, смолистые компоненты и воду, что требует предварительной очистки перед использованием:

  1. Химическая очистка: использование гидроксидов щелочных металлов для удаления H₂S и CO₂.
  2. Физическое осаждение и конденсация: охлаждение газа для выделения смолистых веществ и воды.
  3. Адсорбционные методы: применение активированного угля или цеолитов для отделения летучих органических соединений.
  4. Дистилляция и мембранные технологии: получение отдельных компонентов, таких как метан, этан и пропилен, для дальнейшего синтеза.

Эффективность очистки определяется степенью удаления сернистых и кислых компонентов, сохранением летучих углеводородов и минимизацией потерь тепловой энергии.

Экологические аспекты

Коксовые газы, при неправильной утилизации, являются источником загрязнения:

  • Выбросы сернистых и азотистых соединений вызывают кислотные дожди и коррозию оборудования;
  • Пары летучих органических соединений способствуют образованию смога и токсичного воздействия;
  • Неэффективное сжигание приводит к увеличению выбросов CO и СО₂.

Современные технологии предусматривают замкнутые циклы переработки, применение каталитических систем очистки и энергоэффективные методы сжигания для снижения экологической нагрузки.

Перспективы развития

Развитие коксохимических производств связано с:

  • Улучшением технологий пиролиза для увеличения выхода ценных углеводородов;
  • Применением мембранных и адсорбционных методов для селективного выделения олефинов;
  • Интеграцией с полимерной и нефтехимической промышленностью, что позволяет создавать замкнутые производственные циклы;
  • Внедрением экологически чистых технологий, минимизирующих выбросы сернистых и ароматических соединений.

Системное использование углеводородных газов коксохимических производств обеспечивает эффективное сочетание энергетической ценности и химической сырьевой базы для современного промышленного производства.

Оглавление