Coqueria
Em uma coqueria , o coque e o gás bruto são produzidos a partir do carvão por meio de um processo de destilação a seco . Os componentes voláteis do carvão são pirolisados por aquecimento a uma temperatura de 900 ° C e 1400 ° C , liberados e sugados. Há cerca de 70 anos, a queima regenerativa, na qual os componentes liberados são usados para acender os fornos de coque, foi estabelecida. Uma camada de cinzas é criada na coca acabada. A desgaseificação do carvão forma um coque poroso que contém quase exclusivamente carbono . O gás bruto é produzido por condensação fracionada dividido em materiais de carbono alcatrão , ácido sulfúrico , amônia , naftaleno , benzeno e gás de coqueria , que são posteriormente processados em fábricas de produtos químicos . Atualmente, existem cinco plantas de coque em operação na Alemanha (2017).
O coque é necessário no alto-forno para produzir ferro-gusa (produção de aço). Esse é o principal uso hoje. O teor de enxofre é significativamente reduzido por meio da gaseificação, de modo que menos enxofre é liberado quando o coque é queimado . O enxofre é indesejável para uso em altos-fornos porque reduz significativamente a qualidade do fundido do ferro. Os componentes da cinza mineral do coque permanecem inalterados em comparação com o carvão bruto.
História e noções básicas
Nos primeiros dias da produção de ferro , apenas o carvão era usado para fundir o minério . Carvão fóssil não tratado (carvão marrom e duro) ou madeira não carbonizada não são adequados porque as altas temperaturas necessárias não são alcançadas e, devido à pureza mais baixa dos combustíveis, pode ser alcançada uma qualidade insuficiente de ferro-gusa. Devido à necessidade da madeira, que foi convertida em carvão vegetal em um processo muito semelhante ao da coqueificação , áreas inteiras de terras mudaram de aparência por meio do desmatamento de enormes árvores. Foi somente no século 18 que a coqueificação de carvão foi desenvolvida, usando o carvão fóssil como matéria-prima. O combustível recém-criado substituiu o carvão e tornou possível a produção em massa de ferro-gusa .
Ao aquecer o carvão na ausência de ar, é produzido o coque combustível, que é especificamente mais rico em carbono , mais puro e de qualidade mais uniforme do que a matéria-prima carvão.
Devido às condições controladas no processo de coque, o coque do produto pode ser adaptado a certos requisitos dependendo do uso pretendido, como
- Conteúdo de água,
- Conteúdo de cinzas,
- Teor de enxofre,
- Tamanho de grão,
- Força,
- Abrasão.
Os produtos finais mais comuns hoje são alto-forno e coque de fundição. Uma das propriedades importantes do coque de alto forno é sua resistência, mesmo em altas temperaturas. Além de servir como combustível, o coque do alto-forno sustenta toda a coluna de material composta por minério e agregados . O carvão em seu lugar assaria e dificultaria a ventilação da mistura.
Fluxo operacional
- Entrega, mistura, moagem e abastecimento do carvão bruto
- Pegando um enchimento de forno com o carro de carga no teto do forno
- Abra as aberturas de enchimento no telhado do forno
- O processo de despejar o carvão em um único forno de coque
- O carvão é enchido dependendo do princípio do forno e da qualidade do carvão
- Vedação hermética do forno
- Aquecer
- Isso é seguido pela liberação de gases e obtenção da porosidade correta
- Abra as portas dianteiras e traseiras do forno
- Expressar
- Extinguir e ao mesmo tempo reabastecer a fornalha
Após o enchimento de uma fornalha, o caminhão de carregamento retorna ao depósito de carvão e o processo é reiniciado com outra fornalha. Os procedimentos operacionais são coordenados de forma que um processo de prensagem possa ocorrer a cada poucos minutos. As paredes do forno são continuamente aquecidas com o gás produzido durante o processo de coque. Dependendo das propriedades desejadas do coque e do tamanho do forno, o tempo de cozimento varia entre 15 e mais de 30 horas.
Equipe / empregos necessários
Para o bom funcionamento do lado preto , os seguintes trabalhos devem ser preenchidos pelo menos:
- Enchedor - dirige o caminhão de enchimento
- Einfeger - fecha e descarta as tampas de enchimento, limpa o teto; pelo menos um, muitas vezes até dois funcionários
- Lado da máquina do atuador da porta (MS) - opera o "abridor da porta" na máquina de empurrar e limpa o corredor mestre
- Operador da máquina de fiar - dirige e opera a máquina de fiar
- Lado da placa de coque da porta (KS) - conduz e opera o vagão KKF; limpa o corredor na frente dos fornos
- Motorista de caminhão de bombeiros (com extintor úmido, menos comum hoje) - opera o caminhão de bombeiros; limpa a torre de extinção, tanto quanto possível ao nível do solo
- Extrator de rampa - opera a rampa de coque, ou seja, Em outras palavras, o coque do caminhão extintor é direcionado para uma correia transportadora que leva à planta de peneiramento
- Capataz - dirige e coordena as operações da bateria conforme as instruções do mestre de coque ou gás
- Coque / mestre de gás - supervisor responsável por pelo menos uma bateria de forno de coque
O lado negro
A produção real do coque ocorre no chamado lado negro de uma planta de coque. Durante as obras nesta área, são geradas poeiras e gases de escape que deram origem ao nome.
forno de coque
O forno de coque é o componente central de uma coqueria. Os fornos horizontais mais usados (direção do movimento ao empurrar o coque) geralmente têm vários metros de altura e profundidade, mas apenas cerca de ½ m de largura. As câmaras de forno mais modernas têm um volume de até 100 m³ (por exemplo, 0,5 × 6 × 32 m). Como regra, essas câmaras são combinadas em uma chamada bateria de forno , as câmaras do forno sempre sendo dispostas entre as chaminés de aquecimento nas quais os gases são queimados a 1200 a 1400 ° C e, assim, aquecem as paredes do forno. O gás de aquecimento vem do sistema de limpeza do gás, que também é o sistema auxiliar de recuperação. Se houver um alto-forno nas proximidades, é utilizado o gás de forno de baixo poder calorífico, sendo então adicionado o gás de coque com alto poder calorífico. A subfiação muda para frente e para trás entre o lado da máquina e o lado da descarga a cada meia hora, de modo que as câmaras são aquecidas de maneira mais ou menos uniforme.
Após a fase inicial de queima de cerca de três meses, quando uma coqueria é colocada em operação, o processo de aquecimento ocorre continuamente. O aquecimento muito rápido ou o desligamento imediato da iluminação de uma bateria levam inevitavelmente a fortes tensões térmicas, que destroem o sistema de forma irreparável.
Como um alto-forno, o interior dos fornos de coque é revestido com argila refratária ou tijolos de sílica resistentes ao calor . Cada forno tem três aberturas que são importantes para o seu funcionamento, as portas dianteiras e traseiras nas laterais da frente, que são tão largas quanto as câmaras, e pelo menos uma abertura de enchimento no teto do forno para carregar o forno com carvão, mas geralmente quatro a cinco em torno do carvão Coloque o mais uniformemente possível no forno e distribua. O carvão trazido é alisado com uma barra de nivelamento. Esta barra de nivelamento está localizada na máquina de fiar e por ela é acionada.
Teto de forno
O teto do forno não é apenas o teto de uma bateria de forno de coque. No topo da fornalha, o carrinho de carga se move para frente e para trás entre as aberturas de enchimento individuais dos fornos de coque e um ou mais depósitos de carvão . O local de trabalho no teto do forno não é isento de perigo. Calor, poeira, gases e chamas dificultam o trabalho.
Bunker de carvão
Dependendo do tipo de sistema, existem um ou mais depósitos de carvão no teto do forno ou em uma das extremidades de uma bateria. Um bunker contém os suprimentos de carvão que são trazidos para as fornalhas pelos caminhões carregadores. O carvão bunker é uma mistura de diferentes tipos de carvão que foram combinados com as propriedades desejadas do coque e que já recebeu um tamanho de grão específico por meio de peneiramento ou moagem.
Lado da máquina
O lado da máquina é entendido como o lado de uma bateria de forno de coque na qual a máquina de fiar (também conhecida como "locomotiva de empurrar") funciona (aciona). A tarefa da máquina de fiação é espremer a torta de coque acabada (o carvão de coque cozido na ausência de ar) para processamento posterior. Para isso, utiliza-se uma vareta, que muitas vezes se divide em duas ou três partes, para poder percorrer todo o comprimento do forno. A cabeça de pressão está localizada na extremidade frontal desta haste. A passagem na frente dos fornos do lado da máquina é chamada de passagem mestre. Este corredor do lado da máquina é tão largo que não só o “operador da porta” pode fazer o seu trabalho aqui, mas também o “mestre de coque” (também conhecido como “mestre de gás”).
Máquina de extração de coque da planta de coque de Schwelgern, Schalker Eisenhütte
Estágio móvel da coqueria Prosper
Carimbo a ser impresso antes de ...
... e depois de entrar na fornalha
Lado da coca
O lado da coque é aquele lado da bateria da coqueria em que a coque cozida cai do forno e, com a ajuda de uma máquina de transferência, entra no carro extintor. Para que isso aconteça sem problemas, o “carro guia da torta de coca”, também conhecido como KKF, passa por aqui. Um maquinista (operador de porta) opera a máquina e dirige para o forno correspondente. Quando todos os sinais de segurança estão verdes, a porta é aberta com o KKF. O KKF então move a "banheira" para a posição. Nas coquerias modernas, esse processo é controlado de forma totalmente automática. Esta cuba é apenas o guia para a torta de coca, do forno, passando pelo corredor, até o veículo de combate a incêndio.
Máquina de transferência da coqueria de Schwelgern, Schalker Eisenhütte
Caminhão de bombeiros da coqueria de Schwelgern
Plataforma de extinção da coqueria Prosper com a máquina de transferência de coque (KÜM) acima da pista do carro extintor
Preenchendo a viatura de bombeiros
Extintor de Coca
Uma característica distintiva da gestão do processo é o tipo de extinção de coque. Assim que o contato com o oxigênio atmosférico é estabelecido pela abertura, o coque começa a queimar nas temperaturas que ainda estão presentes. Para evitar que isso aconteça, deve ser rapidamente extinto e resfriado.
Coca incandescente a caminho da extinção
Dirija até a torre de extinção
coque extinto no processo úmido
O coque que foi extinto permanece no bunker por um período de tempo como um cheque
Esse resfriamento pode ser feito das seguintes maneiras:
Resfriamento de coque úmido
- São necessários aproximadamente 2 m³ de água por tonelada de coque para a extinção.
- Perda de energia térmica.
- aproximadamente um terço da água de extinção evapora.
- Limpeza problemática do vapor de água, que está contaminado principalmente com poeira, gás de água e sulfeto de hidrogênio
Em 1986, os valores medidos para um processo de resfriamento de coque úmido estavam entre 200 e 2.000 g de pó por tonelada de coque. No moderno processo CSQ (Coke Stabilizing Quenching) , são esperados apenas 10 a 15 g / t.
Resfriamento de coque seco
(principalmente com nitrogênio como gás inerte )
- permite a recuperação de energia (calor, geração de energia)
- sem consumo de água
- menos geração de poeira
- maior qualidade de coque devido ao menor teor de água
- caro para construir e manter
O resfriamento a seco se paga após 3 a 5 anos.
O lado branco
Artigo principal: Planta de reciclagem de carbono
Em meados do século XIX, valiosas matérias-primas para a indústria química começaram a ser extraídas dos gases da coqueria . Os componentes do sistema que realizam a depuração do gás e a separação de várias substâncias são normalmente construídos no lado da máquina e alimentados com o gás da coqueria por meio de grossas tubulações no reservatório de gás. Normalmente não há poeira ou outra poluição visível aqui, daí o nome lado "branco" ou planta de reciclagem de carbono . Um soprador conhecido como dispositivo de sucção de gás é usado para extrair o gás bruto do reservatório de gás e depois transportá-lo através dos sistemas auxiliares de recuperação. É crucial aqui manter o suprimento de gás sob um leve excesso de pressão (cerca de 2 mbar a 5 mbar). Uma pressão negativa promoveria a penetração do oxigênio atmosférico e, portanto, causaria risco de explosão. Se o dispositivo de sucção de gás for perturbado, ele será queimado.
Primeiro, o gás bruto do forno de coque é resfriado e depois lavado nos chamados purificadores de gás . Posteriormente, os componentes individuais lavados do processamento adicional para a produção dos seguintes subprodutos são alimentados aos respectivos processos de produção:
Subprodutos
- alcatrão
- benzeno
- enxofre
- amônia
- Sulfato de amônio (fertilizante), menos frequentemente nitrato de amônio (também como fertilizante)
- ácido sulfúrico
- Licor de fenolato
Coqueria atual (2005)
O preço do coque no mercado mundial oscila fortemente. De 2002 a 2004, o preço do mercado mundial do coque chinês subiu na esteira do boom global do aço de cerca de 80 dólares para cerca de 350 dólares, mais de quatro vezes o preço, três vezes o aumento dos preços do aço no mesmo período.
Ao mesmo tempo, os chineses na região do Ruhr desmontaram a moderna planta de coque Kaiserstuhl em Dortmund . A última planta na Alemanha com resfriamento de coque seco não tinha vendas garantidas depois que o grupo Thyssenkrupp interrompeu sua produção de ferro-gusa e aço em Dortmund e a concentrou em Duisburg .
As três coquerias restantes na área de Ruhr , a coqueria de Bottrop Prosper , a coqueria de Schwelgern e a coqueria de Hüttenwerke Krupp Mannesmann , estão trabalhando em seu limite de capacidade há três anos. Para a coqueria de Hüttenwerke Krupp Mannesmann no sul de Duisburg ( Huckingen ), um pedido de aprovação para a expansão de outra bateria foi apresentado ao governo distrital de Düsseldorf em 3 de junho de 2005. A aprovação foi concedida em 13 de janeiro de 2006. Em 29 de março de 2014, foi realizada a prensagem do primeiro coque e iniciada a ampliação da coqueria.
Em dezembro de 2005, foi decidido reorganizar a Central de Coqueamento Saar GmbH, Dillingen. O conceito prevê a construção de uma nova terceira bateria. Depois de colocada em operação, a bateria antiga nº 1 é aquecida e reconstruída. A segunda bateria velha fica fora de serviço.
Artigos relacionados
literatura
- Handbook of Gas Industry , especialmente Volume 1 “ Gas Generating Furnaces”, Dr.-Ing. Horst Brückner et al., Editora R.Oldenbourg, Munich / Berlin 1938
- Walter Buschman: Minas e plantas de coque na indústria de carvão do Reno. Distrito de Aachen e área ocidental do Ruhr . Mann, Berlin 1998, ISBN 3-7861-1963-5
- Dietmar Osses: carvão, coque, cultura. As fábricas de coque da mina de carvão Zollverein . Fundação para a preservação de monumentos industriais e cultura histórica, Dortmund aprox. 2002, ISBN 3-935783-09-4
- Franz Michael Ress: história da tecnologia de coque . Glückauf, Essen 1957
- Fritz Schreiber: Desenvolvimento e situação atual da indústria de coque na Baixa Silésia . Springer, Berlin 1911 ( versão digitalizada )
- Michael Farrenkopf (Ed.): Koks. A história de um recurso , 2 volumes. German Mining Museum, Bochum 2003.
Evidência individual
- ↑ Uhde: Competência e know-how por tradição - Uma nova dimensão na tecnologia de coqueificação ( página não disponível , pesquisa em arquivos da web ) Info: O link foi automaticamente marcado como defeituoso. Verifique o link de acordo com as instruções e remova este aviso. (PDF; 3,9 MB)
- ^ Rolf Peter Sieferle : A floresta subterrânea. Crise de energia e revolução industrial. Munique 1982
- ↑ Estudo de caso de transferência de tecnologia entre o Japão e a China na indústria de ferro / aço ( Memento de 12 de maio de 2006 no Internet Archive ) (em inglês; PDF; 3,3 MB)
- ↑ Theo Payer, Wilhelm Baum: Limpeza de gás e extração de subprodutos ( Memento de 28 de janeiro de 2016 no Arquivo da Internet ) (PDF; 5,0 MB)
- ↑ Stefan Willeke: "O Sr. Mo busca a fábrica - a coqueria mais moderna do mundo está se mudando de Dortmund para a China" In: DIE ZEIT No. 40 de 23 de setembro de 2004
Links da web
- Fotos de fábricas de coque na Europa e América do Norte
- Coqueria Schwelgern - panorama interativo - também em grandes formatos de imagem
- Fotografias de fábricas de coque
- Fábrica de coque da August Thyssen - descrição detalhada, várias fotos e ilustrações
- Vídeo de um push