Koks jest to paliwo uzyskiwane w wyniku przeróbki węgla kamiennego. Przeróbka ta polega na wygrzewaniu węgla w temperaturze od 600 do 1200*C bez dostępu tlenu za pomocą gazów spalinowych. Proces ten nazywany jest odgazowaniem. Jakość produktu wysoce zależy od użytego substratu (węgla). Cały ten proces ma na celu otrzymanie węgla o dużo wyższej czystości (nawet do 98% zawartości węgla) niż węgiel kamienny kopalniany, który w rzeczywistości zawiera około 75% czystego pierwiastka. Głównymi atutami dobrego koksu jest wysoka kaloryczność oraz mniejsza zawartość popiołu po spaleniu, co ma duże znaczenie praktyczne podczas ogrzewania domów. Warto też wspomnieć, że koks pali się o wiele spokojniej (wolniej) od węgla.

Koks wyglądem przypomina ciemny pumeks. Zmiana postaci wiąże się bezpośrednio z procesem otrzymywania. Węgiel nadający się na otrzymywanie koksu (czyli węgiel o małej ilości popiołu i dużej własności tworzenia brył podczas stygnięcia) jak już wspomniałem jest ogrzewany w wysokiej temperaturze, przez co staje się płynną masą. Podczas stygnięcia płynna masa ulega zastygnięciu tworząc porowate bryłki o dużo mniejszej masie od substratu.

 

Otrzymywanie koksu w przemyśle

 

Obecnie koksowanie produkują nie tylko już sam koks. Wszelkie produkty uboczne, czyli: smoła, benzol, gaz koksowniczy, amoniak na skutek nałożonych regulacji prawnych w trosce o ochronę środowiska są odzyskiwane i sprzedawane, co doprowadziło do rozwoju koksowni i jednocześnie wpływu dodatkowych zysków. Postaram się opisać proces technologiczny otrzymywania koksu w koksowni Jadwiga położonej w Zabrzu.

Każda koksowania podzielona jest na ciąg maszyn prowadzących do otrzymywania koksu oraz laboratorium w którym bada się jakość substratów oraz produktów. Zacznijmy od laboratorium.

Laboratorium zajmuje bardzo mały obszar w porównaniu do obszaru na którym znajdują się maszyny koksownicze. Przed wejściem do laboratorium znajduje się kładka pod którą podjeżdżają wagony z węglem przeznaczonym do otrzymania koksu. Pracownicy laboratorium pobierają próbki z każdej partii węgla o masie 30kg. Widoczna na zdjęciu metalowa rura służy do wsypywania pobieranych próbek, które wpadają do metalowego wiadra umieszczonego pod nią.

Następnie pobrane próbki poddawane są rozdrobnieniu do średnicy ziarna 0,2mm, następnie dzielone są na mniejsze próbki wagowe oraz zostają uśrednione.

Pierwszym etapem jaki przechodzą przygotowane wcześniej próbki to trafienie do pokoju muflowego, czyli pokoju z piecami muflowymi. Jako, że produkcja w koksowni trwa 24 godziny na dobę to i również laboratorium działa całą dobę. Jeden z pieców stale pracuje w temperaturze 815*C a drugi w temperaturze 850*C. Nie jest to oczywiście przypadkowe. Piec nagrzany do temperatury 815*C służy do oznaczenia zawartości popiołu w węglu. Oznaczenie to polega na całkowitym spaleniu odważki węgla o rozdrobnieniu 0,2mm i jednoczesnym wyprażeniu powstałego popiołu. Proces ten trwa 30 minut. Z kolei drugi piec służy do oznaczenia zawartości części lotnych. Zasada tego procesu polega na prażeniu odważki węgla również o rozdrobnieniu 0,2mm w tyglach z przykrywkami (bez dostępu powietrza). Całość trwa 7 minut.

W laboratorium znajduję się również pokój wagowy w którym to ważony jest np. powstały popiół.

Następnym pomieszczeniem jest tak zwany pokój analityczny. W pokoju tym oznacza się poprzez absorpcję zawartość dwutlenku węgla, tlenku węgla, tlenu (jego zawartość nie może przekraczać 1%, w innym przypadku proces otrzymywania koksu z węgla o wyższej zawartości tlenu może doprowadzić do wysadzenia koksowni) oraz węglowodorów ciężkich.

W pokoju smołowym wykonuje się różne pomiary między innymi oznacza się lepkość smoły w wiskozymetrze Hoepplera.

W ostatnim pomieszczeniu tego laboratorium znajduje się pokój, w którym oznacza się zawartość fosforu, chloru oraz siarki. Oznaczenia te mają kluczowe znaczenie, w szczególności oznaczenie fosforu z uwagi na to, że jako jedna z nielicznych koksowni produkuje ona koks o niskiej zawartości fosforu. Nowoczesnym urządzeniem w tym pokoju jest spektrofotometr rentgenowski, w którym oznaczenie polega na wzbudzaniu cząsteczek.

Na tym kończy się wycieczka po laboratorium koksowni Jadwiga. Laboratorium w koksowni jest bardzo ważnym punktem, gdyż np. odbiorcy koksu przeznaczonego do produkcji stali, karbidu czy tworzyw sztucznych stawiają na bardzo wysoką jakość produktu - zależy im na koksie o niskiej zawartości fosforu.

 

Dużo bardziej skomplikowanym procesem niż analiza węgla i koksu jest jego otrzymywanie. Maszyny koksownicze jak już wspomniałem zabierają olbrzymią powierzchnię i nie sposób wszystkiego dokładnie zwiedzić i opisać, dlatego skupię się na najważniejszych etapach produkcyjnych.

Część produkcyjną możemy podzielić na dwie części. Cześć, w której produkowany jest koks i następuje jego obróbka oraz na część produkcji benzolu, smoły i siarczanu amoniaku poprzez odzysk z gazów koksowniczych. Na samym początku zakładu znajduje się składzik węgla zapewniający ciągłość produkcji wraz z dwoma odmrażarkami do wagonów. Węgiel do koksowni dostarczany jest z kopalni Bielszowice oraz kopalni czeskiej.

Po lewej stronie mostka nad torami, które prowadzą do rejestracji wagonów z substratami napotykamy węzeł rozładunkowy kwasu siarkowego oraz załadunkowy benzolu i smoły. Kwas siarkowy wykorzystywany jest np. w produkcji siarczanu amonu (amoniak jest odzyskiwany z gazów koksowniczych), a benzol i smoła pochodzi z odzysku.

Na prawo od mostku znajduje się potężny taśmociąg, który doprowadza węgiel do wieży węglowej o której trochę później.

Po przejściu przez mostek dochodzimy do punktu, w którym pakuje się koks w 10 kilogramowe paczki i umieszcza się je na palecie wysyłając je do mniejszych odbiorów. Pakowanie koksu nie jest w żadnym stopniu zmechanizowane, przez co i cena tak zapakowanego koksu jest wyższa niż w przypadku kupna hurtowego, niepakownego koksu.

Wróćmy teraz do wierzy węglowej. Wieża węglowa służy temu, mówiąc najprościej, aby węgiel znalazł się w baterii koksowniczej. Istnieją dwie przemysłowe metody umieszczania węgla w baterii. Pierwszą (wykorzystywaną w koksowni Jadwiga) jest metoda wbijania. Drugą metodą jest metoda grawitacyjna, czyli wsypywanie węgla od góry prosto do baterii. Skupię się na pierwszej metodzie o wiele bardziej zmechanizowanej. Otóż węgiel umieszczony w wierzy węglowej wypada przez zsypy do tak zwanej maszyny wsadowo-wypychowej. Maszyna ta jest częścią ruchomą, która przesuwa się w poziome (nawet do 60cm) za pomocą silników elektrycznych, przez co węgiel przesuwany jest do baterii koksowniczej.

Najważniejszym etapem produkcji koksu jest oczywiście bateria koksownicza, w której to otrzymywany jest surowy koks. Węgiel w tej koksowni wygrzewany jest w temperaturze 1100*C. Na szczycie baterii koksowniczej widoczny jest przewód odprowadzający gazy powstałe podczas koksowania do dalszej części zakładu, gdzie ulega on dalszej obróbce. Na drugim zdjęciu pokazana jest dalsza część przewodu odprowadzająca gazy (w tle widać chłodnice chłodzące gaz koksowniczy o czym w dalszej części artykułu).

Na szczycie baterii koksowniczej umieszczona jest ogromnej średnicy oraz pokaźnej długości rura z przeróżnymi zaworami, która połączona jest z przewodem, odprowadzającym gazy koksownicze. W rurze tej, gaz koksowniczy poddaje się krakingowi.

Ogromne znaczenie ma osprzęt grzewczy baterii koksowniczej. Zajmuje on również wielką powierzchnię i jest sterowany komputerowo. Wielkie znaczenie w osprzęcie grzewczym mają zawory spalinowo-powietrzne, które utrzymują odpowiednią temperaturą w baterii koksowniczej. W momencie kiedy temperatura w baterii jest wyższa niż 1100*C zostają one automatycznie otwierane, a jeśli jest niższa niż 1100*C zostają zamykane. Pod zaworami spalinowo-powietrznymi znajduje się kanał paliwowy, czyli konstrukcja w formie rury (rura Fielda), która ma za zadanie ogrzewać baterię koksowniczą.

Przerobiony węgiel na koks trafia do wierzy studzeniowej w której jest gaszony wodą. Koks zostaje wysuszony i w efekcie posiada jedynie do 4% wody.

Na tym etapie produkcja koksu jest zakończona i produkt zostaje składowany na hołdach. Dalszej obróbce poddaje się gaz koksowniczy i o nim słów kilka. Gaz wydostający się z baterii koksowniczej oraz następnie poddany krakingowi ma zbyt wysoką temperaturę, aby poddać go obróbce. W celu jego schłodzenia doprowadza się go do chłodnic wstępnych. Na zakładzie istnieje pięć takich chłodnic - jedna pionowa rurowa i cztery poziome rurowe. Chłodnice chłodzone są wodą. Podczas chłodzenia gazu koksowniczego odzyskuje się około 20-25% substancji smolistych.

 

Substancje smoliste poddawane są destylacji podczas której odzyskuje się benzol (pierwsze zdjęcie). Przedestylowany benzol przepuszcza się przez płuczki w celu jego oczyszczenia. Z kolei gaz koksowniczy przepuszczony przez chłodnice wstępne wprowadza się do chłodnic końcowych, w których odzyskuje się smołę oraz naftalen (drugie zdjęcie).

Benzol jest oczywiście sprzedawany i ładuje się go do cystern odbiorców za pomocą stacji ładowania benzolu.

Dodać należy, że koksownia Jadwiga jako jedyna w Polsce posiada biochemiczną oczyszczalnię ścieków zakładowych działającą na zasadzie wykorzystania ciekłego tlenu.

Na tym zakończyłbym relację z pobytu w zakładzie koksowniczym Jadwiga. Zdaję sobie sprawę, że część procesów produkcyjnych po przeczytaniu tego artykułu może być niezrozumiała. Nie da się jednak tego wszystkiego zwięźle i jasno opisać, po prostu trzeba to zobaczyć.