Karbonisasi Batubara untuk Produksi Kokas Metalurgi

Karbonisasi Batubara untuk Produksi Kokas Metalurgi

Karbonisasi batubara juga dikenal sebagai kokas batubara. Prosesnya terdiri dari dekomposisi termal batubara baik tanpa udara atau di atmosfer yang terkendali untuk menghasilkan residu karbon yang dikenal sebagai kokas.

Karbonisasi batubara dapat dilakukan pada tiga rentang suhu berikut.

• Karbonisasi suhu rendah biasanya dilakukan dalam kisaran suhu 500 derajat C hingga 700 derajat C. Dalam jenis karbonisasi ini, hasil produk cair lebih tinggi dan hasil produk gas lebih rendah. Coke yang dihasilkan memiliki kandungan volatile matter yang lebih tinggi dan free burning.
• Karbonisasi suhu sedang dilakukan pada kisaran suhu sekitar 800 derajat C. Karbonisasi ini menghasilkan soft coke tanpa asap. Produk sampingan yang dihasilkan memiliki karakteristik yang mirip dengan karbonisasi suhu tinggi. Karbonisasi suhu sedang jarang dilakukan akhir-akhir ini.
• Karbonisasi suhu tinggi dilakukan pada suhu di atas 900 derajat C. Karbonisasi ini memberikan hasil produk gas yang lebih tinggi dan hasil produk cair yang lebih rendah. Karbonisasi ini menghasilkan kokas keras dan biasanya digunakan untuk produksi kokas metalurgi dari batu bara kokas.

Proses karbonisasi batubara

Transformasi batubara menjadi kokas terjadi saat batubara dipanaskan. Ketika keadaan sekering tercapai, lapisan batubara yang dipanaskan melunak dan menyatu. Dari sekitar 375 derajat C sampai 475 derajat C, batubara terurai membentuk lapisan plastik. Reaksi destilasi destruktif berlangsung cepat di lapisan plastik dengan evolusi produk yang mudah menguap. Pada sekitar 475 derajat C sampai 600 derajat C, ada evolusi yang nyata dari senyawa tar, dan hidrokarbon aromatik. Gas dan uap yang dapat dikondensasikan terperangkap dalam massa plastis dan, ketika mengembang, cenderung membengkak. Saat reaksi berlangsung dan suhu zona fusi meningkat, plastisitas batubara menurun. Dengan pemanasan dan evolusi gas yang berkelanjutan, lapisan yang menyatu secara bertahap memadat kembali menjadi semi kokas yang memiliki struktur kokas seluler yang khas. Kokas pada tahap ini masih mengandung bahan volatil yang cukup besar. Ketika suhu meningkat lebih jauh di atas 600 derajat C, reaksi distilasi destruktif berlanjut dengan evolusi gas dan sedikit tar. Stabilisasi kokas terjadi saat suhu meningkat dari 600 derajat C menjadi 1100 derajat C. Hal ini ditandai dengan kontraksi massa kokas, perkembangan struktural kokas, dan evolusi hidrogen akhir. Pada tahap ini terjadi reaksi akhir. Reaksi-reaksi ini memisahkan hidrogen dari hidrokarbon berbobot molekul tinggi yang sangat kompleks. Dengan meningkatnya suhu, massa kokas menyusut dengan berkembangnya retak susut.

Mekanisme penggumpalan

Ketika batubara kokas dikarbonisasi, maka pertama-tama massa plastik isotropik optik terbentuk, dan setelah itu secara bertahap kristal cair nematik pipih terbentuk. Fase polimerik ini disebut mesofase. Ini adalah fase peralihan antara batubara fluida isotropik dan semi kokas anisotropik padat yang pada akhirnya terbentuk dari mesofasa, dan memiliki sifat-sifat yang merupakan perantara antara padatan dan cairan. Jika fluiditas fase antara cukup tinggi maka mesofasa segera bergabung menjadi satu unit yang lebih besar. Selama rentang peningkatan suhu, mesofasa terbentuk terus menerus, tumbuh dalam ukuran dan akhirnya saling menyentuh. Dengan demikian mesofasa dapat memadat dan mengubah dari batubara kokas menjadi tekstur anisotropik optik dari kokas.

Sejarah batubara kokas

Coke diproduksi di Tiongkok kuno sesuai dengan sumber sejarah yang berasal dari abad keempat. Orang-orang Cina pertama kali menggunakan kokas untuk pemanasan dan memasak paling lambat abad kesembilan. Pada tahun 1709 sebuah tanur sembur berbahan bakar kokas untuk memproduksi besi tuang didirikan di Inggris Raya. , Selama awal abad ke-18 kokas diproduksi dengan membakar batu bara di tumpukan di tanah sedemikian rupa sehingga hanya lapisan luar yang terbakar, meninggalkan bagian dalam tumpukan dalam keadaan terkarbonisasi.

Proses 'Perapian' pembuatan kokas, menggunakan batu bara lump, terus digunakan di banyak daerah selama paruh pertama abad ke-19. Proses ini mirip dengan pembakaran arang tetapi menggunakan tumpukan batu bara yang dilapisi debu kokas alih-alih tumpukan kayu olahan, ditutupi dengan ranting, daun, dan tanah.

Hal ini kemudian mengarah pada pengembangan oven sarang lebah dengan berbagai bentuk dan ukuran untuk memenuhi meningkatnya permintaan kokas keras untuk peleburan besi.

Oven sarang lebah

Oven sarang lebah adalah ruang bata tahan api sederhana yang dibangun dengan atap melengkung sehingga bentuk di dalamnya seperti sarang lebah kuno. Dimensinya biasanya lebar 4 m dan tinggi 2,5 m. Oven sarang lebah biasanya dibuat berjajar, satu oven di samping oven lainnya dengan dinding yang sama di antara oven yang berdekatan. Deretan oven seperti itu disebut baterai. Baterai biasanya terdiri dari banyak oven, terkadang ratusan, berturut-turut. Penampang khas oven sarang lebah ditunjukkan pada Gambar 1.

Gbr 1 Penampang melintang khas oven sarang lebah

Jalur rel untuk menangani batubara ke oven membentang di sepanjang bagian atas; dan rel kereta api lainnya untuk menangani gerbong kokas terletak di samping oven. Atapnya memiliki lubang untuk mengisi batu bara atau kayu bakar lainnya dari atas. Lubang pembuangan disediakan di keliling bagian bawah dinding.

Batubara dimasukkan ke dalam oven kosong melalui lubang di puncak kubah. Ini membentuk tumpukan berbentuk kerucut yang diratakan ke lapisan yang seragam dengan menggunakan penggaruk yang melewati pintu untuk menghasilkan lapisan yang rata dengan kedalaman sekitar 600 mm hingga 900 mm.

Proses karbonisasi dimulai dengan cara menyimpan panas di dinding oven dari muatan batu bara sebelumnya. Hampir segera setelah pengisian, gas yang terdiri dari bahan yang mudah menguap dihasilkan dari batubara. Udara untuk pembakaran masuk melalui lubang di bagian atas pintu oven atau melalui pintu samping. Awal karbonisasi menghasilkan bahan yang mudah menguap yang dibakar di dalam pintu samping yang tertutup sebagian. Karbonisasi berlangsung dari atas ke bawah. Panas disuplai oleh bahan volatil yang terbakar sehingga tidak ada produk sampingan yang diperoleh kembali. Gas buang dibiarkan keluar ke atmosfer.

Waktu kokas yang sangat bergantung pada kedalaman lapisan batubara berkisar antara 48 hingga 72 jam. Saat kokas berlangsung, volume gas yang dihasilkan berkurang, dan ukuran bukaan di pintu juga dikurangi atau dengan memasukkan batu bata di bukaan atas. Ini mengatur jumlah udara dan mencegah masuknya volume udara yang berlebihan, yang jika tidak, akan membakar sebagian kokas dan mungkin cukup untuk mendinginkan oven juga.

Kokas panas didinginkan dengan air dan dibuang, secara manual melalui pintu samping. Ketika kokas selesai, pintu dibuka dan kokas putih panas dipadamkan oleh aliran air yang diarahkan melalui bukaan. Coke yang telah dipadamkan kemudian dikeluarkan dari oven secara manual dan dimuat ke dalam gerbong kereta untuk diangkut. Dinding dan atap menahan panas yang cukup untuk memulai karbonisasi muatan berikutnya.

Ketika batu bara dibakar dalam oven kokas, pengotor dari batu bara belum dihilangkan sebagai gas yang terakumulasi untuk membentuk terak, yang secara efektif merupakan konglomerasi dari pengotor yang dihilangkan. Karena bukan produk kokas yang diinginkan, terak dibuang atau digunakan sebagai bahan pembuatan batu bata, campuran semen, dan bahkan sebagai pupuk.

Oven baru dinaikkan suhunya dengan memanaskannya dengan batu bara atau kayu sebelum diisi dayanya.

Coking sarang lebah sekarang merupakan proses yang sudah usang karena jumlah produksinya yang kecil dan jumlah polusi yang dihasilkannya sangat besar. Namun masih digunakan.

Baterai oven kokas produk sampingan

Jumlah maksimum produksi kokas global berasal dari baterai ini. Batubara dalam baterai ini dikarbonisasi tanpa adanya udara dan baterai ini dioperasikan dengan tekanan positif di dalam oven. Proses pembuatan kokas dalam baterai oven kokas ini disebut pembuatan kokas produk sampingan karena gas lepas dikumpulkan dan dikirim ke pabrik produk sampingan di mana berbagai produk sampingan diperoleh kembali. Sebagian besar produk sampingan baterai oven kokas terintegrasi di pabrik besi dan baja untuk keperluan gas oven kokas.

Rincian pembuatan kokas dalam baterai oven kokas produk sampingan dan pabrik produk sampingan oven kokas diberikan dalam artikel terpisah di bawah tautan http://www.ispatguru.com/coke-making-in-byproduct-coke-oven-batteries/ dan  http:// www.ispatguru.com/coke-oven-by-product-plant/.

Baterai oven kokas non pemulihan

  Dalam baterai oven kokas non pemulihan, batubara dikarbonisasi dalam ruang oven besar. Proses karbonisasi terjadi dari atas dengan perpindahan panas radiasi dan dari bawah dengan konduksi panas melalui lantai tunggal. Udara primer untuk pembakaran dimasukkan ke dalam ruang oven melalui beberapa lubang yang terletak di atas tingkat pengisian di pintu samping penekan dan kokas oven. Gas yang terbakar sebagian keluar dari ruang atas melalui saluran 'turun' di dinding oven dan masuk ke cerobong asap tunggal, sehingga memanaskan sol oven. Gas yang terbakar terkumpul di terowongan umum dan keluar melalui cerobong yang menciptakan aliran alami di dalam oven. Karena produk sampingan tidak diperoleh kembali, proses ini disebut pembuatan kokas non-pemulihan. Dalam baterai ini biasanya gas buang keluar ke boiler pemulihan panas limbah yang mengubah kelebihan panas menjadi uap untuk pembangkit listrik maka proses ini juga disebut pembuatan kokas pemulihan panas. Rincian pembuatan kokas dalam baterai oven kokas non pemulihan diberikan dalam artikel terpisah di bawah tautan http://www.ispatguru.com/non-recovery-coke-ovens-battery/.