кокс что это в химии
Кокс: виды и применение
С развитием технического прогресса возможности классических видов топлива перестали отвечать требованиям мануфактур. А поиски новых решений привели к тому, что уже в середине 18 века промышленники научились перерабатывать породы угля с высоким содержанием углерода и изготавливать качественно новый продукт повышенной прочности – кокс.
Кокс представляет собой твердый вид топлива, получаемый при нагреве природного горючего до высоких температур. Современное оборудование позволяет производить несколько видов кокса, используя разные исходные материалы и режимы горения.
Виды кокса
Сегодня необходимые для образования кокса температуры без труда нагнетаются в специализированных печах. Это дает возможность изготавливать кокс как из угля, так и из нефтепродуктов. В зависимости от состава и качества базового сырья, а также от техники переработки, можно получить несколько разновидностей продукта:
В целом каменноугольный вид можно охарактеризовать, как твердое, пористое вещество серого цвета, получаемое в процессе сухой перегонки каменного угля. Однако в зависимости от разновидности и назначения, характеристики будут меняться.
По качеству получаемого сырья доменный кокс считается лучшим вариантом из всех разновидностей каменноугольного. Содержание серы в этом продукте составляет 2 %. Доменный или кузнечный кокс правильной консистенции имеет куски размером 25-80 мм. Допускается присутствие примеси из гранул меньшей фракции, но их количественное соотношение не должно превышать 3% от общей массы вещества.
Литейный кокс отличается от доменного преобладанием более крупных кусков: от 60 мм. А также меньшим содержанием серы: до 1 %.
Бытовой кокс наименее прочный из всех разновидностей, что не мешает ему пользоваться постоянным спросом. Больше чем бытовой, востребован мелкий кокс или орешек. В промышленных масштабах используют кокс с фракцией 10-25 мм.
Особенности производства
Производство нефтяного кокса российскими промышленниками стало осваиваться совсем недавно. Но перспективы этой отрасли пророчат большие. Нефтяной кокс изготавливают из вторсырья. Что делает его производство более выгодным с экономической точки зрения и позволяет рационально использовать природные ресурсы.
В зависимости от используемого сырья, этот вид будет различаться по содержанию серы в готовом продукте: малосернистые (содержат до 1% серы), сернистые и высокосернистые (свыше 2%).
Самой популярной разновидностью считается каменноугольный кокс. Ежегодно в мире производится порядка 400 миллионов тонн этого вещества (из общего количества производимого кокса 600 миллионов тонн).
Качество каменноугольного кокса зависит от состава пласта, из которого был добыт уголь. Например, наличие газового угля приведет к получению кусков более мелкого размера, снизит прочность кокса и повысит пористость.
Повысить прочность можно увеличив температуру плавления. А медленный разогрев и длительное время прокаливания коксуемой смеси позволяют получить более крупную фракцию.
Где используется
Главным заказчиком кокса на сегодняшний день остается металлургическая промышленность. На нужды этой отрасли уходит порядка 80 % всего вырабатываемого кокса. Литейная промышленность забирает на себя еще 10 % от общей массы производимого продукта. Около 6 % потребляет химическая отрасль. Оставшиеся проценты распределяются на бытовые, строительные и другие нужды.
Черная металлургия работает с доменным и литейным коксом. Но возможно использование и более мелких фракций. В цветной металлургии преобладает использование видов с более мелкими кусками: мелочь до 10 мм, орешек.
В строительстве пользуется спросом нефтяной, электродный пековый, мелочь, орешек. А также литейный в качестве бездымного топлива, для сушки помещений.
Используют кокс и для очистки воды. Литейная разновидность мелкой фракции позволяет очистить воду от маслянистых примесей.
В более обобщенном виде распределение кокса по областям выглядит так:
Применение
Нефтяной и электродный пековый применяются при производстве сварочных электродов, изготовлении алюминия, огнеупорных материалов и др. В тяжелой промышленности, и в частности машиностроении применяют литейный кокс, отличающийся малым выделением летучего вещества и отсутствием электропроводимости. С его помощью производят стальные сплавы. Кокс мелкой фракции незаменим для изготовления ферросплавов.
Доменный кокс используют при производстве чугуна, с его помощью восстанавливают железную руду и разрыхляют шихтовые материалы.
Химическая промышленность активно применяет кокс при изготовлении таких элементов, как фосфор, кремний, сернистый натрий и другие. Пищевая промышленность обращается к использованию кокса для выработки сахарного песка.
Кокс востребован во многих отраслях промышленности, каждая из которых специализируется на применении продукта определенного «сорта», обладающего особенными техническими и химическими характеристиками. Однако определенная универсальность при классификации кокса все же присутствует. На любом производстве предпочитают работать с сырьем высокой прочности, малой зольности, минимальным содержанием серы и мелких фракций.
Свойства
Кокс представляет собой твердый материал с пористой структурой. Цвет может варьировать от серого до черного.
Основными показателями качества кокса считаются:
Любая разновидность кокса обладает следующими свойствами:
Свойства во многом зависят от соблюдения технологии коксования и состава химических элементов в исходном сырье.
В целом, изготовление кокса довольно трудоемкий процесс, требующий специального оборудования, специализированных знаний и занимающий довольно много времени. Но, в итоге, затраченные ресурсы окупает широкий спектр применения, экологическая, экономическая и рациональная составляющая использования это продукта.
кокс каменноугольный
статья сверена с оригиналом и вычитана
КОКС КАМЕННОУГОЛЬНЫЙ ( нем. Koks, от англ. coke)
Выше 900 °C легко восстанавливает CO2 (C + CO2 → 2CO); при 1000 °C скорость процесса (стандартная реакционная способность кокса) в расчете на 1 г кокса 0,1–0,2 мл CO2 за 1 с, энергия активации 140–200 кДж/моль. Скорость взаимодействия с O2 (C + O2 → CO2), или горючесть кокса, значительно выше, чем с CO2, и составляет при 500 °C ок. 0,1 мл O2 за 1 с, энергия активации 100–140 кДж/моль.
Физико-химические свойства К. к. определяются его структурой, приближающейся к гексагон. слоистой структуре графита. Структура кокса характеризуется неполной упорядоченностью: отдельные фрагменты (слои), связанные ван-дер-ваальсовыми силами, статистически занимают неск. возможных положений ( напр., накладываются один на другой). Наряду с атомами углерода в пространств. решетке кокса, особенно в ее периферийной части, могут располагаться гетероатомы (S, N, O).
Строение и свойства К. к. зависят от состава угольной шихты, конечной температуры и скорости нагрева коксуемой массы. С увеличением содержания в шихте газовых и др. углей, характеризующихся малой степенью метаморфизма, понижением конечной температуры коксования и уменьшением выдержки при этой температуре, реакционная способность и горючесть получаемого К. к. возрастают. При увеличении содержания газовых углей в шихте прочность и средняя крупность кусков кокса уменьшаются, а пористость его возрастает. Повышение конечной температуры коксования способствует увеличению прочности К. к., особенно к истиранию. При удлинении периода коксования и снижении скорости нагрева коксуемой массы средняя крупность кусков К. к. увеличивается.
К. к. применяют для выплавки чугуна (доменный кокс) как высококачественное бездымное топливо, восстановитель железной руды, разрыхлитель шихтовых материалов. К. к. используют также как ваграночное топливо в литейном производстве (литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), в хим. и ферросплавной отраслях промышленности ( спец. виды кокса). Доменный кокс должен иметь размеры кусков не менее 25–40 мм при ограниченном содержании кусков менее 25 мм (не более 3%) и более 80 мм. Литейный кокс по размерам кусков крупнее доменного; наиб. пригоден продукт, в котором отсутствуют куски менее 60–80 мм. Главное отличие литейного кокса от доменного — малое содержание S, которое не должно превышать 1% (в доменном коксе до 2%). В промышленности ферросплавов используют мелкий кокс ( напр., фракцию 10–25 мм), при этом в отличие от доменного и литейного производств предпочитают применять продукт с большой реакционной способностью. Требования по прочности к бытовому коксу менее жесткие, чем к доменному и литейному. Во всех производствах лучшее сырье — наиб. прочный малозольный и малосернистый кокс, содержащий небольшое количество мелких фракций. Мировое производство К. к.
400 млн. т/год, причем СССР занимает 1-е место в мире.
Лит.: Луазон Р., Фош П., Буайе А., Кокс, пер. с франц., М., 1975; Скляр М. Г., Интенсификация коксования и качество кокса, М., 1976.
Кокс: формула, виды, применение
Кокс — это твердый продукт термической обработки без доступа кислорода различного вида топлива (торфа, угля, нефти или древесины). В ходе этого процесса концентрация углерода в исходном веществе повышается, а количество влаги и примесей снижается до минимальных значений. Благодаря этому кокс является очень хорошим топливом, которое горит при достаточно высоких температурах почти без дыма.
Кокс, как и сырье для его изготовления — это смесь многих веществ. Определить их точно невозможно. В химии формулу кокса узнать пока нельзя. Можно лишь определить некоторые его характеристики: содержание углерода, серы, иных примесей, а также влажность. Поэтому под определением «химическая формула кокса» в данной статье можно понимать вышеозначенные характеристики.
Существуют также промежуточные вещества, называемые полукоксами. Их изготавливают при более низкой температуре (обычно в два раза меньшей), чем при получении обычного кокса. Их также используют в промышленности. По виду топлива, из которого кокс изготавливают, вещество делят на несколько видов.
Каменноугольный кокс
Каменноугольный кокс — это твердый продукт серого цвета, который получается при прокаливании угля при температуре 950—1100 °С. Массовая доля углерода в нем составляет обычно 96-98 %. С химической точки зрения обладает способностью к восстановлению, так как углерод сам по себе хороший восстановитель.
Применяют данный вид кокса как топливо для выплавки чугуна (доменный кокс) и других сплавов (литейный), для получения железа из железной руды, а также в химической промышленности.
Нефтяной кокс
Из-за высокого содержания углерода подобный кокс применяется для изготовления электродов, карбидов кальция или кремния, шлифовочных материалов, проводников, как восстановители в химической промышленности. Нефтяной кокс довольно инертен, поэтому иногда его используют для изготовления химически- и термостойких деталей и аппаратуры.
Пековый кокс
Пек — это вязкий остаток перегонки древесного, нефтяного или угольного дегтя. Последний применяют для производства пекового кокса. В качестве сырья используют только предварительно разогретый и расплавленный пек. Температуру в процессе коксования постепенно увеличивают от 450 до 1000 °С. В результате этого процесса из пека уходят многие летучие вещества, которые также собирают и используют в других областях. После охлаждения воздухом или водой получается продукт, содержащий почти 98 % углерода.
Применяется этот вид кокса для изготовления анодов и анодной массы, а также в цветной металлургии.
Торфяной кокс
Торфяной кокс — это продукт термического разложения торфа. Температура самого процесса может различаться в зависимости от исходного сырья, а также от требования к готовому продукту, поэтому она колеблется от 550 до 1100 °С. Торфяной кокс содержит довольно мало серы и иных примесей, а также обладает повышенной реакционной способностью.
Торфяной кокс по формуле очень похож на каменноугольный, поэтому применяется для выплавки чугуна, восстановления железной руды и как сырье для изготовления активированного угля.
Кокс что это в химии
(нем. Koks, от англ. соке)
искусственное твёрдое топливо повышенной прочности; получается при нагревании до высоких температур (950—1050 °С) без доступа воздуха природных топлив или продуктов их переработки (см. Коксование). В зависимости от вида сырья различают каменноугольный, электродный пековый и нефтяной К. Основное количество К. производится из каменного угля.
Каменноугольный К. применяют главным образом в доменном процессе для выплавки чугуна (доменный К.). К. здесь служит одновременно топливом и восстановителем железной руды. В значительно меньших количествах К. используется в литейном производстве (литейный К.), для агломерации руд, в химической промышленности, цветной металлургии и др.
Производство каменноугольного К. возникло в 18 в., когда понадобилось заменить становившийся всё более дефицитным древесный уголь для доменных печей. Первая промышленная плавка на К. была выполнена в Великобритании в 1735. К 1970 мировое производство К. превысило 300 млн. т в год. В СССР, занимающем по производству К. 1-е место в мире, в 1972 было произведено 79,75 млн. т.
Содержание углерода в горючей массе К. выше 96%, выход летучих веществ 0,8—1,0%. Содержание влаги в К. при сухом тушении не превышает 0,5%, а при мокром — обычно 2—4%. Содержание серы в доменном К. из донецких углей составляет 1,5—1,9%, из кузнецких — 0,4—0,5%; для литейного К. оно не должно превышать 1,2%. Содержание фосфора в К. при выплавке, например, бессемеровского чугуна не должно превышать 0,015%. Зольность доменного К. должна быть не выше 9—10,5%. При увеличении количества этих составных частей К. ухудшается качество металла, повышается расход К. и шихты и резко снижается производительность доменной печи.
Электродный пековый и нефтяной К. имеют по сравнению с каменноугольным очень низкую зольность, как правило, не выше 0,3% (до 0,8% у нефтяного К.) Электродный пековый К. получают коксованием в камерных динасовых печах высокоплавкого каменноугольного пека. Нефтяной К. образуется также при крекинге и пиролизе продуктов перегонки нефти. Электродный пековый и нефтяной К. — основное сырьё для производства электродов.
Лит.: Справочник коксохимика, т. 2, М., 1965; Гофтман М. В., Прикладная химия твердого топлива, М., 1963.
Кокс что это в химии
Кокс (нем. Koks, от англ. соке), искусственное твёрдое топливо повышенной прочности; получается при нагревании до высоких температур (950—1050 °С) без доступа воздуха природных топлив или продуктов их переработки (см. Коксование). В зависимости от вида сырья различают каменноугольный, электродный пековый и нефтяной кокс. Основное количество кокса производится из каменного угля.
Каменноугольный кокс применяют главным образом в доменном процессе для выплавки чугуна (доменный кокс). Кокс здесь служит одновременно топливом и восстановителем железной руды. В значительно меньших количествах кокс используется в литейном производстве (литейный кокс), для агломерации руд, в химической промышленности, цветной металлургии и др.
Производство каменноугольного кокса возникло в 18 в., когда понадобилось заменить становившийся всё более дефицитным древесный уголь для доменных печей. Первая промышленная плавка на коксе была выполнена в Великобритании в 1735. К 1970 мировое производство кокса превысило 300 млн. т в год. В СССР, занимающем по производству кокса 1-е место в мире, в 1972 было произведено 79,75 млн. т.
Содержание углерода в горючей массе кокса выше 96%, выход летучих веществ 0,8—1,0%. Содержание влаги в коксе при сухом тушении не превышает 0,5%, а при мокром — обычно 2—4%. Содержание серы в доменном коксе из донецких углей составляет 1,5—1,9%, из кузнецких — 0,4—0,5%; для литейного кокса оно не должно превышать 1,2%. Содержание фосфора в коксе при выплавке, например, бессемеровского чугуна не должно превышать 0,015%. Зольность доменного кокса должна быть не выше 9—10,5%. При увеличении количества этих составных частей кокса ухудшается качество металла, повышается расход кокса и шихты и резко снижается производительность доменной печи.
Электродный пековый и нефтяной кокс имеют по сравнению с каменноугольным очень низкую зольность, как правило, не выше 0,3% (до 0,8% у нефтяного кокса) Электродный пековый кокс получают коксованием в камерных динасовых печах высокоплавкого каменноугольного пека. Нефтяной кокс образуется также при крекинге и пиролизе продуктов перегонки нефти. Электродный пековый и нефтяной кокс — основное сырьё для производства электродов.
Лит.: Справочник коксохимика, т. 2, М., 1965; Гофтман М. В., Прикладная химия твердого топлива, М., 1963.