Коксохимическое производство
Коксохимическое производство — это совокупность технологических процессов переработки каменного угля методом пиролиза (нагрева без доступа воздуха) с целью получения кокса, коксового газа и химических продуктов. Относится к чёрной металлургии и углехимии. Является одним из основных поставщиков топлива для доменных печей, а также сырья для производства аммиака, бензола, нафталина, каменноугольной смолы и других веществ.
История
Первые промышленные установки для сухой перегонки угля появились в Европе в XVIII веке. В 1760-х годах в Англии были построены первые коксовые печи для замены древесного угля в доменном производстве. В Российской империи коксохимическое производство начало развиваться в 1830-х годах на Урале и Донбассе.
Развитие в России
— 1832 год — запуск первой коксовой печи на Донецком каменноугольном бассейне. — 1900-1910-е годы — строительство крупных коксохимических заводов на Юге России (Юзовка, Днепропетровск). — 1920-1930-е годы — индустриализация СССР: ввод в эксплуатацию заводов в Кузбассе, Караганде, Нижнем Тагиле. — 1950-1970-е годы — переход от гравитационных печей к печам с рекуперацией тепла (коксовые батареи). — 1990-е годы — спад производства из-за экономического кризиса, закрытие ряда устаревших заводов. — 2000-2010-е годы — модернизация действующих мощностей, внедрение сухого тушения кокса и очистки выбросов.
Сегодня крупнейшие коксохимические заводы России расположены в Кемеровской области (ОАО «Кемеровский коксохимический завод», ООО «Кокс»), Челябинской области (Челябинский металлургический комбинат), Липецкой области (НЛМК), и Свердловской области (Нижнетагильский металлургический комбинат).
Сырьё
Основным сырьём для коксохимического производства служит каменный уголь определённых марок. Важнейшие показатели: — Спекаемость — способность угля образовывать кокс. — Зольность — содержание негорючих минеральных компонентов (оптимально менее 10 %). — Выход летучих веществ — определяет класс кокса (35–40 % для коксующихся углей). — Содержание серы — влияет на качество металла (менее 1 %).
Для улучшения свойств кокса угли усредняют и смешивают в шихту — комбинацию из нескольких марок (например, шахты Кузбасса, Печоры, Донбасса).
Технологический процесс
1. Подготовка угля
Уголь дробят до крупности менее 3–4 мм, смешивают с водой (примерно 8–11 % влажности) и формуют в шихту. Затем шихту транспортируют в угольную башню коксовой батареи.
2. Коксование
Процесс происходит в коксовых печах (коксовые батареи). Они представляют собой длинные камеры шириной 40–50 см, длиной 15–16 м, высотой 5–6 м, выложенные из огнеупорного кирпича (динас, шамот). Печи обогреваются через стенки смесью коксового и доменного газов при температуре 1000–1100 °C.
Шихту загружают в камеру через верхние люки. Нагрев ведётся косвенно (через стенки) без доступа воздуха. При 1000–1100 °C уголь переходит в пластическое состояние, затем происходит разложение и коксование: — Выделяются летучие вещества: коксовый газ, смола, вода, аммиак, сероводород, циановодород, бензол, нафталин. — Остаток (твёрдый кокс) прокаливается до красно-белого каления.
3. Выдача кокса
Готовый кокс (температура около 1000 °C) выталкивают из печи с помощью коксовыталкивателя в вагон-холодильник. Для тушения используют: — Мокрое тушение — полив водой (образуются пар, пыль, сточные воды). — Сухое тушение — охлаждение инертным газом (азот) в замкнутом цикле (снижает выбросы, улучшает качество кокса).
4. Улавливание химических продуктов
Тяжёлая фракция (каменноугольная смола) и газ конденсируются в трубчатых холодильниках. Далее проводят: — Кислую и щелочную промывку для извлечения аммиака, бензола, нафталина. — Адсорбцию и абсорбцию для получения индивидуальных продуктов (фенол, пиридин, толуол, ксилол).
Продукция и сбыт
Основная продукция коксохимического производства:
| Продукт | Применение | Доля в производстве (по массе) |
|---|---|---|
| Кокс металлургический (25–40 мм) | Топливо в доменных печах, вагранках | ~70–75 % |
| Кокс литейный (40–80 мм) | Чугунолитейное производство | ~2–3 % |
| Коксовый газ (содержит H₂, CH₄, CO) | Топливо для печей, котлов, синтез аммиака | ~20 % (по теплу) |
| Каменноугольная смола | Производство пластмасс, пека, дорожных покрытий, красителей | ~3–5 % |
| Бензол (сырой; после рафинации — чистый) | Сырьё для стирола, фенола, анилина, каучуков | ~0,5–1 % |
| Нафталин | Фталевый ангидрид, наполнители, гербициды | ~0,1 % |
| Аммонийная селитра (из аммиака) | Удобрения | ~0,3 % |
| Серная кислота (из сероводорода) | Химическая промышленность | — |
Также из коксового газа извлекают водород, метан, этилен. Побочный продукт — коксовый орешек (5–25 мм) и коксовая мелочь (менее 5 мм), используемые как топливо в агломерации и энергетике.
Экологические аспекты
Коксохимическое производство относится к числу экологически опасных. Основные загрязнители: — Выбросы в атмосферу: диоксид серы, оксиды азота, пыль, бензол, нафталин, фенол, сероводород, циановодород, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). — Сточные воды: содержат фенолы, аммиак, цианиды, масла, смолы. Требуют сложной физико-химической и биологической очистки. — Твёрдые отходы: шламы, зола, отработанные катализаторы, кислый гудрон.
Для снижения воздействия применяются системы герметизации печей, сухое тушение кокса, каталитическая очистка газов, мокрые электрофильтры, биологическая очистка сточных вод. На многих российских заводах проведена модернизация (например, «Кокс» в Кемерове перешёл на сухое тушение в 2010-х).
Ряд веществ (бензол, нафталин, бенз(а)пирен) обладают канцерогенными и мутагенными свойствами. В Российской Федерации действуют санитарные правила (СП 2.2.3670-20), устанавливающие предельно допустимые концентрации (ПДК) для рабочих зон и выбросов. Работникам коксохимических заводов полагаются льготы и компенсации за вредные условия труда.
Экономика и значение
Коксохимическое производство является критически важным для чёрной металлургии. В России около 70 % металлургического кокса используется в доменном процессе. От качества кокса (прочность, зольность, содержание серы) зависит производительность доменных печей и себестоимость чугуна.
Рынок кокса в России характеризуется концентрацией: 5–6 крупных производителей (включая Москокс, Кемеровский КХЗ, НЛМК, ЕВРАЗ) контролируют более 80 % выпуска. Экспорт кокса из Российский Федерации в 2021–2023 годах составлял около 2–3 млн тонн в год (в основном в страны Азии и СНГ). Колебания цен на уголь, кокс и сталь влияют на рентабельность.
Интересные факты
- Кокс — один из немногих продуктов, которые почти не имеют долгосрочного хранения (гигроскопичен, снижает качество при увлажнении, самовозгорается при лежании).
- Современная коксовая батарея состоит из 30–70 печей, объединённых системами подачи тепла и отвода газа.
- Из 1 тонны коксующегося угля получают около 700 кг кокса, 300–350 м³ коксового газа, 30–40 кг смолы, 10–15 кг бензола.
См. также
- Доменное производство
- Чёрная металлургия
- Пиролиз
- Угольная промышленность России
Источники
- Справочник по коксохимическому производству / под ред. Е. М. Таранова. — М.: Металлургия, 1980.
- Шумилов В. А., Резниченко И. А. Технология коксохимического производства. — М.: Химия, 1990.
- Годовые отчёты предприятий коксохимической отрасли РФ (2020–2022).
- Федеральная служба государственной статистики: «Промышленное производство России — 2022».
- Научно-технический журнал «Кокс и химия» (статьи 2015–2023).
- Экологические нормативы: СанПиН 1.2.3685-21, СанПиН 2.1.3684-21.
BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.
На главную BFOmetr →