Mengoptimalkan Karbonisasi Batubara untuk Koks Metalurgi Berkualitas Tinggi

Karbonisasi Batubara untuk Produksi Koks Metalurgi

Karbonisasi batubara juga dikenal sebagai pembakaran kokas batubara. Proses ini terdiri dari dekomposisi termal batubara baik dalam kehilangan udara atau dalam atmosfer yang dikontrol untuk menghasilkan sisa karbon yang dikenal sebagai kokas.

Karbonisasi batubara dapat dilakukan dalam tiga rentang suhu berikut:

• Karbonisasi suhu rendah biasanya dilakukan dalam rentang suhu 500 derajat C hingga 700 derajat C. Dalam jenis karbonisasi ini, hasil produk cair lebih tinggi dan ada hasil produk gas yang lebih rendah. Kokas yang dihasilkan memiliki bahan mudah tanam yang lebih tinggi dan terbakar bebas.
• Karbonisasi suhu sedang dilakukan dalam rentang suhu sekitar 800 derajat C. Karbonisasi ini menghasilkan kokas lunak tanpa asap. Hasil samping yang dihasilkan memiliki karakteristik yang serupa dengan karbonisasi suhu tinggi. Karbonisasi suhu sedang jarang dilakukan saat ini.
• Karbonisasi suhu tinggi dilakukan pada suhu di atas 900 derajat C. Karbonisasi ini menghasilkan hasil produk gas yang lebih tinggi dan hasil produk cair yang lebih rendah. Karbonisasi ini menghasilkan kokas keras dan biasanya digunakan untuk produksi koks metalurgi dari batubara kokas.

Proses karbonisasi batubara

Transformasi batubara ke kokas terjadi saat batubara dipanaskan. Ketika status pelelehan tercapai, lapisan batubara yang dipanaskan melembut dan meleleh. Dari sekitar 375 derajat C hingga 475 derajat C, batubara terdekomposisi untuk membentuk lapisan plastik. Reaksi distilasi destruktif berlangsung cepat dalam lapisan plastik dengan evolusi produk mudah tanam. Pada sekitar 475 derajat C hingga 600 derajat C, terdapat evolusi yang mencolok dari terva, dan senyawa hidrokarbon aromatik. Gas dan uap dapat dikondensasi terjebak dalam massa plastik dan, saat mereka meleleh cenderung mengembungnya. Seiring reaksi berlangsung dan suhu zona yang meleleh meningkat, plastisitas batubara menurun. Dengan pemanasan yang berlanjut dan evolusi gas, lapisan yang meleleh secara bertahap kembali menyeger menjadi semi kokas dengan struktur sel kokas yang khas. Kokas pada tahap ini masih mengandung bahan mudah tanam yang substansial. Seiring suhu meningkat lebih lanjut di atas 600 derajat C, reaksi distilasi destruktif berlanjut dengan evolusi gas dan sedikit terva. Stabilisasi kokas terjadi saat suhu meningkat dari 600 derajat C hingga 1100 derajat C. Ini ditandai oleh kontraksi massa kokas, pengembangan struktur kokas, dan evolusi hidrogen akhir. Pada tahap ini reaksi akhir berlangsung. Reaksi ini memisahkan hidrogen dari hidrokarbon yang sangat kompleks, berat molekul tinggi. Seiring peningkatan suhu, massa kokas menyusut dengan pengembangan retakan penyusutan.

Mekanisme pekat

Saat batubara kokas dikarbonisasi maka pertama massa plastik optik isotropik terbentuk, dan selanjutnya secara bertahap kristal cair nematik berlapis terbentuk. Fase polimer ini disebut mesofase. Ini adalah fase perantara antara cairan batubara isotopik dan semi kokas ananisotopik padat yang akhirnya terbentuk dari mesofase, dan memiliki sifat yang perantara antara padat dan cair. Jika kecelelaran fase perantara cukup tinggi maka mesofase menggabung segera menjadi satu unit yang lebih besar. Dalam rentang suhu yang meningkat, mesofase terbentuk secara berkelanjutan, tumbuh dalam ukuran dan akhirnya menyentuh satu sama lain. Dengan demikian mesofase dapat menyeger dan mengubah dari batubara kokas menjadi tekstur optik ananisotopik kokas.

Sejarah batubara kokas

Kokas diproduksi di China kuno menurut sumber sejarah yang berasal dari abad keempat. Orang China pertama kali menggunakan kokas untuk pemanasan dan memasak tidak lebih dari abad kesembilan. Pada tahun 1709 tanur tinggi yang dibakar kokas untuk menghasilkan besi cor didirikan di Inggris Raya. Pada awal abad ke-18 kokas diproduksi dengan membakar batubara di tumpukan di tanah dengan cara yang hanya lapisan luar yang terbakar, menyisakan interior tumpukan dalam keadaan terkarbonisasi.

Proses 'Hearth' pembuatan kokas, menggunakan batubara pecah, terus digunakan di banyak area selama separuh pertama abad ke-19. Proses ini mirip dengan pembakaran arang kayu tetapi menggunakan tumpukan batubara yang ditutup debu kokas alih-alih tumpukan kayu yang disiapkan, ditutup ranting, daun, dan tanah.

Ini kemudian menyebabkan pengembangan oven telur lebah dengan berbagai bentuk dan ukuran untuk memenuhi permintaan yang meningkat kokas keras untuk peleburan besi.

Oven telur lebah

Oven telur lebah adalah ruang bata api sederhana yang dibangun dengan atap lengkung sehingga bentuk di dalamnya adalah telur lebah lama. Dimensinya biasanya 4 m lebar dan 2,5 m tinggi. Oven telur lebah biasanya dibangun dalam baris, satu oven di samping oven lain dengan dinding umum di antara oven tetangga. Baris oven tersebut disebut baterai. Baterai biasanya terdiri dari banyak oven, kadang-kadang ratusan, dalam baris. Potongan melintang khas oven telur lebah ditunjukkan di Gambar 1.

Gambar 1 Potongan melintang khas oven telur lebah

Jalur rel untuk menangani batubara ke oven berjalan di atasnya; dan jalur rel lain untuk menangani mobil kokas berjalan di samping oven. Atap memiliki lubang untuk memuat batubara atau jenis pemantik lainnya dari atas. Lubang pengeluaran disediakan di sekeliling bagian bawah dinding.

Batubara dimuat ke dalam oven kosong melalui lubang di puncak gulma. Ini membentuk tumpukan berbentuk kerucut yang diratakan menjadi lapisan seragam dengan menggunakan gores yang dilewatkan melalui pintu untuk menghasilkan lapisan merata dengan kedalaman sekitar 600 mm hingga 900 mm.

Proses karbonisasi dimulai dengan panas yang tersimpan di dinding oven dari muatan batubara sebelumnya. Hampir segera setelah pemuatan, gas yang terdiri dari bahan mudah tanam dihasilkan dari batubara. Udara untuk pembakaran dimasukkan melalui lubang di atas pintu oven atau melalui pintu samping. Awal karbonisasi menghasilkan bahan mudah tanam yang terbakar di dalam pintu samping yang sebagian tertutup. Karbonisasi berlangsung dari atas ke bawah. Panas disuplai oleh pembakaran bahan mudah tanam jadi tidak ada hasil samping yang dipulihkan. Gas buang dibiarkan melarikan diri ke atmosfer.

Waktu pembakaran yang bergantung besarnya pada kedalaman lapisan batubara, bervariasi dari 48 hingga 72 jam. Saat pembakaran berlangsung, volume gas yang dihasilkan menurun, dan ukuran lubang di pintu dikurangi secara sebanding atau dengan memasukkan bata di lubang atas. Ini mengatur jumlah udara dan mencegah masuknya volume udara yang berlebihan, yang sebaliknya akan membakar sebagian kokas dan mungkin cukup untuk pendingin oven juga.

Kokas panas dipadamkan dengan air dan dikeluarkan, secara manual melalui pintu samping. Saat pembakaran selesai, pintu dibuka dan kokas putih panas dipadamkan dengan aliran air yang diarahkan melalui lubang. Kokas yang sudah dipadam kemudian dirak dari oven secara manual dan dimuat ke dalam kereta api untuk transportasi. Dinding dan atap mempertahankan cukup panas untuk memulai karbonisasi muatan berikutnya.

Saat batubara dibakar dalam oven kokas, pengumpat batubara yang belum dikeluarkan sebagai gas terkumpul membentuk escur, yang secara efektif merupakan konglomerasi dari pengumpat yang dihilangkan. Karena bukan produk kokas yang diinginkan, escur di buang atau digunakan sebagai bahan dalam pembuatan bata, semen campuran, dan bahkan sebagai pupuk.

Oven baru dibawa ke suhu dengan memanaskan dengan batubara atau kayu sebelum pemuatan.

Pembakaran oven telur lebah kini merupakan proses yang usang karena jumlah kecil yang diproduksi dan jumlah polusi yang sangat besar yang dihasilkan. Namun ia masih digunakan.

Baterai oven kokas hasil samping

Jumlah maksimum produksi kokas global berasal dari baterai ini. Batubara dalam baterai ini dikarbonisasi dalam kehilangan udara dan baterai ini dioperasikan dengan tekanan positif di dalam oven. Proses pembuatan kokas dalam baterai oven kokas ini disebut pembuatan kokas hasil samping karena gas buang dikumpulkan dan dikirim ke pabrik hasil samping di mana berbagai hasil samping dipulihkan. Sebagian besar baterai oven kokas hasil samping terintegrasi dalam pabrik besi dan baja untuk tujuan gas oven kokas.

Detail pembuatan kokas dalam baterai oven kokas hasil samping dan pabrik hasil samping oven kokas diberikan dalam artikel terpisah di tautan https://www.ispatguru.com/coke-making-in-byproduct-coke-oven-batteries/ dan https://www.ispatguru.com/coke-oven-by-product-plant/.

Baterai oven kokas non-recovery

Dalam baterai oven kokas non-recovery batubara dikarbonisasi dalam ruang oven besar. Proses karbonisasi berlangsung dari atas melalui transfer panas radiasi dan dari bawah melalui konduksi panas melalui lantai tungku. Udara primer untuk pembakaran dimasukkan ke dalam ruang oven melalui beberapa port yang terletak di atas tingkat muatan di kedua pintu sisi penggerak dan sisi kokas oven. Gas yang sebagian terbakar keluar dari ruang atas melalui saluran 'down comer' di dinding oven dan masuk ke saluran tungku, dengan demikian memanaskan tungku oven. Gas yang terbakar terkumpul dalam tunnel umum dan keluar melalui tiang menciptakan draft alami di oven. Karena hasil samping tidak dipulihkan, proses ini disebut pembuatan kokas non-recovery. Dalam baterai ini biasanya gas buang keluar ke boiler pemulihan panas buang yang mengubah panas berlebihan menjadi uap untuk pembangkit listrik sehingga proses ini juga disebut pembuatan kokas pemulihan panas. Detail pembuatan kokas dalam baterai oven kokas non-recovery diberikan dalam artikel terpisah di tautan https://www.ispatguru.com/non-recovery-coke-ovens-battery/.