PL224215B1 - Sposób wytwarzania koksu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania koksu węglowo-gumowego cechującego się kalorycznością oraz wytrzymałością mechaniczną na ściskanie porównywalną z koksem węglowym.

Znany jest proces rozkładu wielkocząsteczkowych związków organicznych na produkty lżejsze drogą termiczną bez dostępu tlenu, w wyniku którego uzyskuje się substancje stałe, ciekłe i gazowe o interesujących właściwościach fizyko-chemicznych. Jeśli produktem głównym jest koks, to proces ten nazywamy koksowaniem, które przeprowadza się w piecach koksowniczych. W procesie tym z surowego węgla kamiennego usuwane są gazy, ciecze. Głównym produktem tego procesu jest stała pozostałość o dużej wytrzymałości mechanicznej i dużej reaktywności chemicznej - koks. Otrzymanie koksu kawałkowego o dobrej wytrzymałości mechanicznej i odpowiedniej reaktywności chemicznej wymaga użycia do procesu koksowania węgli charakteryzujących się zdolnością przechodzenia w stan plastyczny podczas ogrzewania bez dostępu powietrza. W praktyce surowcem do otrzymywania koksu jest mieszanka kilku typów węgli koksujących. Również wysokouwęglone węgle kamienne oraz miał koksowy mogą być dodawane do mieszanki koksowniczej jako tzw. składniki schudzające. Koks jest paliwem o kaloryczności wyższej od zwykłego węgla kamiennego, gdyż zawiera co najmniej 90 + 95% czystego pierwiastka węgla, zaś specjalne gatunki węgla przy odpowiedniej technologii mogą dawać nawet czystość rzędu 98%.

Znane są również sposoby wykorzystania zużytych produktów gumowych, np.: samochodowych, taśm przenośnikowych itp., poprzez poddanie ich procesom termicznym. Odpadowe produkty gumowe pocięte wprowadza się do pieca, gdzie ulegają pirolizie w temperaturze ok. 1000°C, w warunkach zbliżonych do pirolizy węgla kamiennego, w których oprócz produktów gazowych i ciekłych uzyskuje się produkt stały o określonej i stosunkowo wysokiej kaloryczności i reaktywności chemicznej.

Ponadto znany jest z opisu patentowego nr PL 195831 sposób współspalania węgla kamiennego lub brunatnego z gumą pochodzącą z zużytych opon samochodowych i innych odpadów gumowych, którą przed procesem spalania rozdrabnia się do granulacji 1 + 150 mm, z jednoczesnym oddzieleniem elementów metalowych. Proces współspalania odbywa się w kotłach rusztowych. W podanym rozwiązaniu zaleca się ograniczenie maksymalnej ilości dodawanej gumy na 50% w stosunku do całkowitej masy paliwa. Określono równocześnie zakres temperatur spalania paliwa węglowogumowego w przedziale 1200 + 1500°C. Ponadto uzyskane w procesie spalania spaliny schładza się i oczyszcza przed zrzuceniem do atmosfery. Istotną zaletą tego współspalania jest wysoka kaloryczność mieszanki paliwowej, jak również skuteczne zagospodarowanie (utylizacja) zużytych opon oraz odpadów gumowych. Natomiast wadą takiego współspalania jest niska wytrzymałość mechaniczna i wynikające z tego sklejanie się grudek węgla i gumy oraz utrudniony dostęp utleniacza do porcji węgla i gumy, a tym samym występowanie niesprzyjających warunków do całkowitego i zupełnego spalenia paliwa.

Sposób wytwarzania koksu z węgla koksowego według wynalazku polega na utworzeniu mieszanki węgla koksowego o granulacji mniejszej niż 5 mm z rozdrobnioną gumą pochodzącą zwłaszcza z zużytych opon i odpadów gumowych, o granulacji 0,5 + 2,5 mm i udziale masowym gumy w ilości 1 + 5% w mieszance i poddaniu tak utworzonej mieszanki znanemu procesowi koksowania.

Sposób wytwarzania koksu według wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładzie wykonania podanym poniżej.

P r z y k ł a d r e a l i z a c j i w y n a l a z k u

W sposobie według wynalazku stosuje się węgiel koksowy KWK Zofiówka, który został wstępnie zmielony w młynku ślimakowym, a następnie przesiany na sicie mechanicznym do klasy ziarnowej 3-0 mm. Rozdrobniona guma z opon samochodowych została przesiana do klasy ziarnowej 2,5 + 0,5 mm.

Następnie przygotowane zostały mieszaniny węgla kamiennego z gumą zgodnie z tabelą 1, z których przygotowano dziesięć 5-cio kilogramowych próbek. Każdą próbkę, po podzieleniu na pięć części, wsypywano do retorty porcjami, a następnie każdą porcję ubijano specjalnym drążkiem tworząc warstwę o tej samej w przybliżeniu gęstości. Gęstość warstwy oceniano poprzez śledzenie głębokości wprowadzania drążka ubijaka do retorty.

PL 224 215 B1

T a b e l a 1

Rozkład punktów pomiarowych z wykorzystaniem pierwiastków wielomianów Czebyszewa oraz zakładanych wartości minimalnej i maksymalnej.

Punkt pomiarowy	Zawartość gumy Zg [%]	Węgiel [kg]	Guma [kg]
max	10,00	4,5000	0,5000
1	9,75	4,5122	0,4878
2	7,93	4,6031	0,3969
3	5,00	4,7500	0,2500
4	2,06	4,8969	0,1031
5	0,24	4,9878	0,0122
min	0,00	5,0000	0,0000

Przygotowaną retortę z wsadem wkładano do zimnego pieca. Po zbliżeniu ścianek pieca do retorty następowało ich intensywne rozgrzewanie. Po około 20 min. ścianki pieca osiągały temperaturę zbliżoną do około 600°C, a po 80 min. do 850°C. W czasie koksowania temperatura wewnątrz wsadu była stale kontrolowana. Gdy powstająca bryła koksu osiągnęła w swej środkowej części temperaturę

950°C, co następowało w czasie 160-180 min. od momentu rozpoczęcia ogrzewania retorty, proces koksowania był zatrzymywany, a retortę wyjmowano z pieca. Następnie przez retortę przepuszczany był azot natężeniu przepływu 10 l/min, do czasu uzyskania przez koks temperatury pokojowej.

Natomiast wyniki badań nad wpływem zawartości gumy w mieszance węglowo-gumowej na właściwości uzyskiwanego produktu - koksu węglowo-gumowego zostały przedstawione na wykresach na rysunku, na którym fig. 1 ukazuje wpływ udziału masowego gumy na wartość opałową koksu, fig. 2 obrazuje wpływ udziału masowego gumy na wskaźnik CRI reakcyjności koksu wobec dwutlenku węgla, a fig. 3 przedstawia wpływ udziału masowego gumy na wskaźnik CRS wytrzymałości koksu.

Wyniki badań przedstawione na wykresach przeprowadzono dla produkcji koksu, w którym udział masowy gumy w mieszance wejściowej do produkcji koksu wynosił od 0 do 10%.

Z przeprowadzonych badań empirycznych wynika, że udział oraz ilość gumy w mieszance wejściowej wywiera wpływ na właściwości uzyskanego koksu.

W przedziale udziału masowego gumy w mieszance węglowo-gumowej według wynalazku, tzn. od 1% do 5%, występuje, w porównaniu z koksem węglowym, liniowy wzrost kaloryczności, porównywalna wytrzymałość mechaniczna na ściskanie oraz podwyższona reakcyjność wynosząca 0,5% reaktywności na 1% procent przyrostu masowej zawartości gumy.

Uzyskany produkt ma cechy sprzyjające dobremu (zupełnemu całkowitemu) spalaniu, dzięki czemu może być korzystnym substytutem węgla i koksu w procesach energetycznych oraz koksu w procesach energetyczno-technologicznych.

Sposób według wynalazku jest skutecznym sposobem zagospodarowania zużytych opon oraz innych odpadów gumowych.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania koksu z węgla koksowego, znamienny tym, że do węgla koksowego o granulacji mniejszej niż 5 mm dodaje się rozdrobnioną gumę o granulacji 0,5 + 2,5 mm, pochodzącą zwłaszcza z zużytych opon oraz odpadów gumowych i tak utworzoną mieszankę, o udziale masowym gumy w ilości 1 + 5%, poddaje się znanemu procesowi koksowniczemu, którego produktem stałym jest koks węglowo-gumowy.