Кокс и коксование

Кокс - серое, чуть серебристое, пористое и очень твердое вещество, более чем на 96% состоящее из углерода и получаемое при нагревании каменного угля или нефтяных пеков без доступа воздуха при 950-1050°С. Процесс получения кокса в результате переработки природных топлив называется коксованием.

Схема коксования: 1 - коксовая батарея; 2 - сборный канал продуктов горения; 3 - газопровод; 4 - отделитель конденсата; 5 - газовый холодильник; 6 - электрофильтр; 7 - газодувка; 8 - трубопровод для отвода конденсата; 9 - отстойник; 10 - хранилище смолы; 11 - хранилище аммиачной воды; 12 - аммиачная колонна; 13 - сатуратор; 14 - бензольный скруббер; 15 - бензольная колонна

Кокс применяют для изготовления электродов, для фильтрования жидкостей и, самое главное, для восстановления железа из железных руд и концентратов в доменном процессе выплавки чугуна. В доменной печи кокс сгорает и образуется оксид углерода (IV):

который взаимодействует с раскаленным коксом с образованием оксида углерода (II):

Оксид углерода (II) и является восстановителем железа, причем сначала из оксида железа (III) образуется оксид железа (II, III), затем оксид железа (II) и, наконец, железо:

В результате доменного процесса получают жидкий чугун - сплав железа с примесями, содержащимися в железной руде и каменноугольном коксе - углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой (см. Чугун).

Коксование возникло в XVIII в., когда истребление лесов для получения древесного угля, использовавшегося при выплавке железа, стало угрожающим и потребовалось заменить этот уголь другим топливом. В 1735 г. в Англии была проведена первая доменная плавка на коксе.

В наше время 10% добываемого в мире каменного угля превращают в кокс. Коксование проводят в камерах коксовой печи, обогреваемых снаружи горящим газом. При повышении температуры в каменном угле происходят разнообразные процессы. При 250°С из него испаряется влага, выделяются СО и СO₂; при 350°С уголь размягчается, переходит в тестообразное, пластическое состояние, из него выделяются углеводороды - газообразные и низкокипящие, а также азотистые и фосфористые соединения. Тяжелые углистые остатки спекаются при 500°С, давая полукокс. А при 700°С и выше полукокс теряет остаточные летучие вещества, главным образом водород, и превращается в кокс.

Все летучие продукты поступают в газосборник, а оставшийся раскаленный кокс выталкивают в так называемый тушильный вагон, где его охлаждают (тушат) водой или инертным газом. Летучие вещества при конденсации образуют аммиачную воду и смолу. Часть неконденсирующегося газа используют для нагрева угля в камерах печи; остаток газа, аммиачная вода и смола идут на переработку. Из них получают разнообразные неорганические и органические (главным образом ароматические) соединения. Из 1 т каменного угля получают примерно 800 кг кокса, 150 кг газа и 50 кг прочих продуктов.