Bagaimana Bateri Oven Koks Byproduct Memproduksi Koks untuk Pembuatan Baja

Memahami Pembuatan Koks di Bateri Oven Koks Byproduct

Koks adalah salah satu bahan dasar yang digunakan di blast furnace untuk konversi bijih besi menjadi hot metal (besi cair), sebagian besar kemudian diproses menjadi baja. Sebagian besar koks yang dihasilkan digunakan untuk produksi hot metal. Koks juga digunakan oleh sejumlah industri lain, yaitu iron foundries, nonferrous smelters, dan chemical plants. Koks juga digunakan dalam pembuatan baja sebagai bahan carburizing.

Koks dan produk samping koks, termasuk gas oven koks, dihasilkan oleh pirólisis (pemanasan tanpa udara) dari grades batu bara yang cocok. Proses ini juga mencakup pemrosesan gas oven koks untuk menghapus tar, ammonia (biasanya direkuperasi sebagai ammonium sulphate), phenol, naphthalene, light oil, dan sulfur. Gas nitrogen digunakan untuk produksi uap dan kemudian daya sebelum gas digunakan sebagai bahan bakar untuk memanaskan oven.

Industri pembuatan koks terdiri dari dua sektor, pabrik terintegrasi dan pabrik merchant. Pabrik terintegrasi dimiliki atau afiliasi dengan pabrik pembuatan besi dan baja yang memproduksi cocok blast furnace terutama untuk konsumsi di blast furnace mereka sendiri. Pabrik merchant independen memproduksi cocok furnace dan/atau foundry untuk dijual di pasar terbuka. Pabrik ini menjual sebagian besar produknya ke pabrik lain yang terlibat dalam operasi blast furnace, foundry, dan nonferrous smelting.

Koks berkualitas baik biasanya dibuat dari karbonisasi batu bara coking berkualitas baik. Batu bara coding didefinisikan sebagai batu bara yang pada karbonisasi melalui pelunak, pembengkakan, dan re-solidifikasi menjadi koks. Pertimbangan penting dalam memilih campuran batu bara adalah bahwa campuran tidak boleh menimbulkan tekanan dinding oven koks yang tinggi dan harus menyusut cukup untuk memungkinkan koks dorong dari oven. (Lihat artikel di bawah tautan https://www.ispatguru.com/coking-coals/, dan https://www.ispatguru.com/coal/.

Koks adalah materi karbon padat yang dihasilkan oleh distilasi destruktif (juga dikenal sebagai karbonisasi) dari batu bara bituminous dengan abu rendah dan Preferably sulfur rendah. Batu bara didistilasi di oven pada suhu yang dikontrol sekitar 1100 -1200 deg C dan koks dihasilkan sebagai sisa terbakar yang terdiri dari abu sisa dan fixed carbon dan dalam proses, impuritas yang ada dalam batu bara, seperti volatil matters (tars, oil and grease, dll), dikeluarkan. Diperkirakan bahwa tingkat sekitar 25 % volatil matter (VM) dalam batu bara baik untuk tujuan coking. Proses distilasi pada suhu yang dikontrol tidak memungkinkan pembakaran karbon yang ada dalam batu bara. Lihat artikel di bawah tautan https://www.ispatguru.com/carbonization-of-coal-for-metallurgical-coke-production/.

Koks yang berasal dari batu bara biasanya abu-abu, keras, dan berpori. Koks, juga dikenal sebagai low ash metallurgical coke (LAMC), digunakan di blast furnace untuk produksi besi. Koks bertindak baik sebagai agen pengurang serta sebagai sumber bahan bakar untuk memberikan panas untuk proses. Koks juga digunakan di industri ferro alloy, graphite, dan carbon black. Lihat artikel di bawah tautan https://www.ispatguru.com/metallurgical-coke/.

Properti coking batu bara sangat penting untuk pembuatan koks. Properti coking adalah properti penting dan unik dari batu bara yang digunakan untuk coking. Saat batu bara coking dipanaskan, ia melewati wilayah di mana ia menjadi sangat plastis, melunak, membengkak, dan kemudian re-solidifies. Sisa yang re-solidified adalah massa koks selular. Batu bara non-coking, pada distilasi, tidak membentuk koks tetapi hanya membentuk char yang tidak koheren atau lemah koheren.

Properti koks dan kinerja dorong oven koks dipengaruhi oleh beberapa variabel kualitas batu bara dan operasi bateri yang meliputi (i) peringkat batu bara, (ii) karakteristik petrografik, kimia, dan reologi batu bara, (iii) ukuran partikel, (iv) kandungan kelembaban, (v) densitas bulk, (vi) pelapukan batu bara, (vii) suhu coking dan laju coking, (viii) waktu merendam, (ix) praktik quenching, dan (x) penanganan koks. Variabilitas kualitas koks rendah, jika semua faktor ini dikontrol. Produsen koks menggunakan batu yang sangat berbeda dan menerapkan banyak prosedur untuk meningkatkan kualitas koks dan untuk meningkatkan produktivitas oven koks dan umur bateri.

Batu bara yang diisi di oven koks by-product biasanya adalah campuran dari dua atau lebih batu bara low, medium, atau high volatile yang biasanya rendah sulfur dan abu. Pencampuran biasanya diperlukan untuk mengontrol properti koks yang dihasilkan, untuk mengoptimalkan kualitas dan kuantitas produk samping, dan untuk menghindari ekspansi yang ditunjukkan oleh beberapa jenis batu bara yang dapat menyebabkan tekanan berlebihan pada dinding oven selama proses coking.

Batu bara biasanya diterima di gerbong kereta. Langkah persiapan batu bara untuk coking meliputi penerimaan, penghancuran awal, penyimpanan, proporsi, penambahan limbah pembuatan koks ke dalam campuran batu bara, penghancuran akhir, pencampuran, dan transportasi campuran batu bara ke tower batu bara.

Sistem konveyor mentransfer batu bara sesuai kebutuhan dari tumpukan penyimpanan batu bara ke tangki pencampuran di mana berbagai jenis batu bara disimpan. Batu baru kemudian dipindahkan dari tangki pencampuran ke crusher di mana dicacah hingga ukuran minus 3,2 mm (85 % minimum). Ukuran yang diinginkan tergantung pada respons batu bara terhadap reaksi coking dan kekuatan koks akhir yang diinginkan. Batu bara low volatile lebih mudah dicokok jika ukuran partikel kecil, dan partikel yang lebih kecil dilaporkan meningkatkan kekuatan koks.

Batu bara yang dicacah kemudian dicampur dan dicampur, dan terkadang air dan minyak ditambahkan untuk mengontrol densitas campuran. Campuran batu bara yang dicampur diangkut ke tangki penyimpanan tower batu bara di atas bateri oven koks.

Teknik khusus persiapan campuran batu bara untuk coking meliputi (i) penghancuran selektif batu bara menggunakan pemisahan pneumatik, (ii) perawatan termal (pemanasan terlebih dahulu) campuran batu bara sebelum coking, (iii) briquetisasi parsial campuran batu bara, dan (iv) persiapan campuran batu bara untuk stamping.

Metode pengisian dalam hal top charging biasanya dengan gravitasi menggunakan mobil pengisian batu bara. Dalam hal stamped charging, kue batu bara yang dicetak diisi dari sisi pintu penggerak oven.

Dalam hal top gravity charging, jumlah yang ditimbang atau volume spesifik batu bara dikeluarkan dari tower batu bara ke mobil pengisian yang bergerak di atas bateri. Mobil pengisian diposisikan di atas oven yang kosong dan panas (disebut ‘spotting’), tutup pada port pengisian dibuka, dan batu baru dikeluarkan dari hopper mobil pengisian ke dalam oven. Untuk meminimalkan pelarian gas dari oven selama pengisian, aspirasi steam digunakan untuk menarik gas dari ruang di atas batu baru yang diisi ke collecting main.

Puncak batu baru terbentuk langsung di bawah port pengisian saat oven diisi. Puncak ini dihaluskan oleh bar halus baja yang dimasukkan oleh mesin penggerak melalui pintu kecil di sisi oven, disebut pintu halus atau ‘chuck’. Proses halusan membantu coking yang seragam dan menyediakan ruang uap yang jelas dan terowongan keluar untuk gas yang berevolusi selama coking untuk mengalir ke sistem koleksi gas. Setelah diisi, pintu halus dan port pengisian atas ditutup. Port pengisian dapat ditutup dengan campuran lempung basah yang disebut luting. Aspirasi dimatikan, dan gas diarahkan ke sistem off take dan collecting main.

Distilasi termal (proses coking) terjadi dalam kelompok oven yang disebut bateri oven koks. Sebuah bateri terdiri dari 20 hingga 100 oven bersebelahan dengan dinding samping umum yang terbuat dari batu bata refraktori silica berkualitas tinggi dan jenis lainnya. Biasanya, oven koks individual panjang 11 m hingga 18,74 m, lebar 0,35 m hingga 0,5 m, dan tinggi 3,0 m hingga 7,4 m. Dinding yang memisahkan oven bersebelahan, serta setiap dinding ujung, terdiri dari serangkaian flue pemanasan. Mayoritas bateri byproduct memiliki flue vertikal tetapi beberapa bateri desain very lama memiliki flue horizontal. Tidak seperti bateri flue vertikal yang termasuk sejumlah besar flue individual di sepanjang setiap dinding oven, desain sistem flue horizontal hanya mencakup sejumlah kecil flue horizontal yang mengangkut gas pembakaran dari atas ke bawah dengan cara serpentine.

Sistem pemanasan (under fire) terbagi menjadi dua kelas umum, yaitu (i) under jet, dan (ii) gun-flue. Dalam sistem pemanasan under jet, gas buangan diperkenalkan ke setiap flue dari pipa di basement bateri. Aliran gas ke setiap flue dapat diukur dan dikontrol. Sistem gun-flue memperkenalkan gas melalui saluran gas horizontal yang menjauhi panjang setiap dinding sedikit di bawah garis lantai oven. Saluran pendek mengarah ke atas ke nozzle brick di bawah setiap flue vertikal. Bateri modern dilengkapi dengan sistem PVR yang memiliki flue vertikal ganda dengan daur ulang gas buangan.

Saat setiap saat, setengah flue di dinding tertentu membakar gas sementara setengah lagi mengangkut limbah panas dari flue pembakaran ke heat exchanger dan kemudian ke stack pembakaran. Setiap 20 hingga 30 menit bateri “membalik,” dan flue limbah panas yang dulunya menjadi flue pembakaran sementara flue pembakaran yang dulunya menjadi flue limbah panas. Proses ini menghindari pelesitan batu bata bateri (suhu nyala di atas titik leleh batu bata) dan memberikan pemanasan yang lebih seragam pada massa batu baru. Setiap oven menampung antara 15 ton hingga 50 ton batu baru tergantung pada volume oven.

Off take flues menghapus gas yang berevolusi selama proses distilasi destruktif. Panas proses berasal dari pembakaran gas di antara kamar coking. Operasi setiap oven di bateri bersifat siklus dan waktu siklus disebut periode coking. Bateri biasanya berisi sejumlah oven yang cukup besar sehingga hasil produk samping pada dasarnya berkelanjutan. Oven individual diisi dan dibuang pada interval waktu yang setara selama siklus coking. Coking berlangsung selama 15 hingga 18 jam untuk menghasilkan cocok blast furnace dan 25 hingga 30 jam untuk menghasilkan cocok foundry. Waktu coking ditentukan oleh campuran batu baru, kandungan kelembaban, laju pemanasan bawah, dan properti koks yang diinginkan.

Saat output koks rendah, waktu coking dapat diperpanjang hingga 24 jam untuk cocok blast furnace dan hingga 48 jam untuk cocok foundry. Suhu coking umumnya berkisar dari 900 deg C hingga 1,100 deg C dan berada di sisi lebih tinggi dari rentang untuk menghasilkan cocok blast furnace.

Selama proses coking, charge batu baru dalam kontak langsung dengan permukaan dinding yang dipanaskan dan berkembang menjadi agregat ‘zona plastik’. Saat energi termal diserap, zona plastik tebal dan bergabung menuju tengah charge. Gas volatil melarikan diri di depan zona yang berkembang karena progresi panas dari dinding samping. Suhu maksimum yang tercapai di pusat massa koks biasanya 1,100 deg hingga 1,500 deg C. Pada suhu ini, semua matter volatil dari massa batu baru menguap dan membentuk koks metalurgi berkualitas tinggi.

Udara dicegah bocor masuk ke oven dengan mempertahankan tekanan balik positif sekitar 10 mm air. Gas dan hidrokarbon yang berevolusi selama distilasi termal dihapus melalui sistem off take dan dikirim ke pabrik produk samping untuk direkuperasi.

Setiap oven di-damper dari collecting main di dekat akhir periode coking, biasanya ketika ketiga atau keempat dalam antrian untuk didorong. Setelah oven di-damper, tutup standpipe dibuka untuk melepaskan tekanan. Gas volatil yang keluar melalui standpipe terbuka dihidupkan jika gagal menyala sendiri dan dibiarkan membakar sampai oven didorong. Di beberapa bateri, draft dibuat melalui atas oven dengan membuka kedua standpipe (pada bateri double main) atau tutup pengisian sementara standpipe terbuka. Praktik ini, dikenal sebagai beehiving, dapat menghasilkan emisi gelap tebal jika oven tidak sepenuhnya dicokok.

Di akhir periode coking, pintu di kedua ujung oven dilepas, dan koks yang panas diendor keluar dari sisi koks oven oleh ram yang diperluas dari mesin penggerak. Koks diendor melalui panduan koks ke dalam gerbuk kereta khusus, disebut quench car, yang melintasi sisi koks bateri. Quench car membawa koks ke tower quenching, biasanya terletak di akhir baris bateri. Di dalam tower quenching, koks panas dilimpahi air sehingga tidak akan terus membakar setelah terpapar udara. Koks yang telah diquench dibuang pada ‘coke wharf’ yang miring untuk membiarkan air berlebih mengalir dan untuk mendinginkan koks ke suhu yang wajar. Pintu di tepi bawah wharf mengontrol laju koks jatuh pada konveyor yang mengangkutnya ke sistem menghancurkan dan penyaringan.

Dalam hal pendinginan koks kering (CDC), quench car dikenal sebagai coke bucket car. Sistem CDC mencakup kamar CDC dua tahap (yang berisi kamar pre-cooling dan cooling), boiler, dan jaring pemulihan debu. Koks panas diendor ke dalam bucket car yang mengangkut koks ke pabrik CDC. Koks diisi ke kamar pre-cooling di atas kamar CDC. Debu berlebih dipindahkan keluar dari area pre-cooling dan koks panas diisi secara bertahap ke kamar cooling di bawahnya. Gas inerte (biasanya nitrogen) disirkulasi dalam sirkuit tertutup antara kamar cooling dan boiler, di mana panas dari koks direkuperasi dan ditransfer ke dalam uap dengan heat exchanger. Koks yang telah mendingin dikeluarkan dari dasar kamar cooling. Lihat artikel di bawah tautan https://www.ispatguru.com/dry-cooling-of-coke/.

Gas oven koks mentah yang dikumpulkan dari bateri diproses untuk menghapus tar, ammonia (biasanya direkuperasi sebagai ammonium sulphate), phenol, naphthalene, light oil, dan sulfur sebelum gas digunakan sebagai bahan bakar untuk memanaskan oven.

Gas yang berevolusi selama coking keluar dari oven koks melalui standpipe, pergi ke goosenecks, dan melalui katup damper ke collecting main yang mengarahkan gas ke pabrik by-product. Gas ini mencakup 20 % hingga 35 % menurut bobot dari charge batu baru awal dan terdiri dari uap air, tar, minyak ringan, hidrokarbon berat, dan senyawa kimia lainnya.

Gas oven koks mentah keluar dari oven pada suhu yang diperkirakan 760 deg C hingga 870 deg C dan di-shock cooled dengan sprey liquor saringan daur ulang di gooseneck. Sprey ini mendinginkan gas ke 80 deg C hingga 100 deg C, mengendapkan tar, menguapkan berbagai uap, dan berfungsi sebagai medium penyalur untuk senyawa yang terkondensasi. Produk ini dipisahkan dari liquor di decanter dan kemudian diproses untuk menghasilkan tar dan turunan tar.

Gas kemudian dipindahkan ke extractor tar akhir atau ke electrostatic precipitator untuk pemilahan tar tambahan. Saat gas keluar dari extractor tar, ia membawa 75 % ammonia dan 95 % minyak ringan (utama benzene, toluene, dan xylene) yang awalnya ada dalam gas oven koks mentah.

Ammonia direkuperasi sebagai larutan air melalui penyerapan air atau sebagai garam ammonium sulfate. Ammonium sulfate kristal di saturator yang mengandung larutan asam sulfur 5 % hingga 10 % dan dikeluarkan oleh injektor udara atau pompa sentrifugal. Garam diinginkan di sentrifugal dan dikeluarkan.

Gas yang keluar dari saturator pada sekitar 60 deg C dibawa ke cooler akhir atau kondensor di mana biasanya didinginkan secara tidak langsung hingga sekitar 24 deg C. Gas yang telah mendingin dipindahkan ke scrubber minyak ringan atau benzol, di mana diirkulasi fraksi petroleum berat yang disebut wash oil atau coal-tar oil yang berfungsi sebagai medium penyerap. Minyak disprey di bagian atas tower absorpsi padat sementara gas mengalir ke atas melalui tower. Wash oil menyerap sekitar 2 % hingga 3 % bobotnya dalam minyak ringan, dengan efisiensi penurunan sekitar 95 % dari uap minyak ringan dalam gas. Wash oil kaya dipindahkan melalui kolom stripping kontra-arus uap. Uap dan uap minyak ringan melangkah ke atas dari still melalui heat exchanger ke kondensor dan pemisah air. Minyak ringan dapat dijual sebagai mentah atau diproses untuk direkuperasi benzene, toluene, xylene, dan solvent naphtha.

Setelah pengurangan tar, ammonia, dan minyak ringan, gas melalui proses desulfurisasi akhir di banyak pabrik oven koks untuk menghapus H2S sebelum digunakan sebagai bahan bakar. Gas oven koks memiliki nilai kalor pemanasan yang cukup tinggi, sekitar 4400 kcal/cum. Lihat artikel di bawah tautan https://www.ispatguru.com/coke-oven-by-product-plant/ , dan https://www.ispatguru.com/coke-oven-gas-generation-and-usage/.

Diagram alir tipikal pabrik oven koks byproduct ada di Fig 1.

Fig 1 Diagram alir tipikal pabrik oven koks byproduct

Isu Lingkungan

Oven koks adalah sumber utama emisi udara fugitive. Proses coking menghasilkan partikel (PM), senyawa organik volatil (VOCs), hidrokarbon aromatik polynuklear (PAHs), metana, sekitar 100 gm/ton koks, ammonia, karbon monoksida, sulfida hidrogen (H2S)(50–80 gm/ton koks dari operasi dorong), sianida hidrogen (HCN), dan oksida sulfur (SOx)(melepaskan 30 % sulfur dalam umpan). Jumlah signifikan VOCs juga dapat dilepaskan dalam operasi pemulihan byproduct. Untuk setiap ton koks yang dihasilkan, sekitar 0,7 hingga 7,4 kg PM, 2,9 kg SOx (berkurang dari 0,2 hingga 6,5 kg), 1,4 kg oksida nitrogen (NOx), 0,1 kg ammonia (NH3), dan 3 kg VOCs (termasuk 2 kg benzene) dapat dilepaskan ke atmosfer jika tidak ada sistem pemulihan uap.

Operasi penanganan batu bara mungkin mencakup sekitar 10 % dari beban partikel. Pengisian batu baru, dorong koks, dan quenching adalah sumber utama emisi debu.

Air limbah dihasilkan pada rata-rata laju berkisar dari 0,3 hingga 4 cum/ton koks yang diproses. Aliran air limbah utama dihasilkan dari pendinginan gas oven koks dan pemrosesan ammonia, tar, naphthalene, phenol, dan minyak ringan. Air limbah proses mungkin mengandung 10 mg/l benzene, 1.000 mg/l kebutuhan oksigen biokimia (BOD) (4 kg/t koks), 1.500–6.000 mg/l kebutuhan oksigen kimia (COD), 200 mg/l total suspended solids, dan 150–2.000 mg/l phenol (0,3–12 kg/t koks). Air limbah juga mengandung PAH pada konsentrasi yang signifikan (hingga 30 mg/l), ammonia (0,1–2 kg nitrogen/t koks), dan sianida (0,1–0,6 kg/t koks)

Fasilitas produksi koks menghasilkan limbah padat proses selain cocok breeze (yang rata-rata 1 kg/t produk). Sebagian besar limbah padat mengandung komponen berbahaya seperti benzene dan PAH. Aliran limbah yang menjadi perhatian meliputi residu dari pemulihan tar batu bara (biasanya 0,1 kg/t koks), decanter tar (0,2 kg/t koks), penyimpanan tar (0,4 kg/t koks), pemrosesan minyak ringan (0,2 kg/t koks), pengolahan air limbah (0,1 kg/t koks), koleksi dan pemulihan naphthalene (0,02 kg/t koks), distilasi tar (0,01 kg/t koks), dan sludge dari pengolahan biologis air limbah.