ოდესღაც კოქსის ღუმელის გაზი ითვლებოდა კოქსის დამზადების პროცესში გვერდით პროდუქტად, ამიტომ ხშირად ის ატმოსფეროშიც კი გამოდიოდა (რაც ძალიან ნარჩენია!). მოგვიანებით გაზი გამოიყენებოდა კოქსის ღუმელების გასათბობად, დღეს კი უკვე სრულად ნაწილდება გარე მომხმარებლებზე საყოფაცხოვრებო და სხვა საჭიროებისთვის. როგორ იწარმოება კოქსის გაზი და როგორია მისი შემადგენლობა? ეს სტატია განიხილავს საკითხის ყველა ასპექტს და გთავაზობთ გაზის გამოყენების კონკრეტულ მაგალითებს.
ისტორიული ასპექტი
კოქსის ღუმელის გაზის ისტორია დაიწყო მე-19 საუკუნის ბოლოს - მე-20 საუკუნის დასაწყისში. მაშინაც მას იყენებდნენ განათებისთვის, გასათბობად და, შესაბამისად, სამზარეულოსა და სხვა საოჯახო საქმეებისთვის. ამ დროს დაიწყო ინდუსტრიული რევოლუცია და ურბანიზაცია. ქვეპროდუქტების, ქვანახშირის ტარისა და ამიაკის წარმოება დაიწყო ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტების, კერძოდ, ნედლეულის, ქიმიური შემადგენლობის საღებავების წარმოებაში და მთლიანად ქიმიურ ინდუსტრიაში. ამრიგად, აბსოლუტურად ყველა სახის საღებავებიხელოვნური ბუნება მზადდებოდა ტარისა და კოქსის გაზისგან.
გარდა ამისა, კოქსის გაზი ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო პროდუქტების წარმოებისთვის ღუმელებში, გაზზე მომუშავე ძრავებში და, რა თქმა უნდა, როგორც ნედლეული ქიმიური პროდუქტების წარმოებაში.
კოქსის ღუმელის გაზის წარმოება
კოქსის ღუმელში გაზის მიღება ხდება კოქსის წარმოების პარალელურად კოქსის ქარხნებში ნახშირის მშრალი დისტილაციით. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ეს პროცესი აუცილებლად უნდა მიმდინარეობდეს 900-1200 გრადუს ტემპერატურაზე. როგორც ზემოთ აღინიშნა, გენერირების საწყის ეტაპებზე გაზი ითვლებოდა ქვეპროდუქტად, ამიტომ ის ხშირად ხვდებოდა ატმოსფერულ ჰაერში. ცოტა მოგვიანებით, კოქსის ღუმელების გაცხელება დაიწყო კოქსის გაზით. ამრიგად, გაზის მოხმარება პირადი საჭიროებისთვის განიცადა მნიშვნელოვანი შემცირება (თითქმის 60%), ხოლო დანარჩენი თანხა ეკუთვნოდა მომხმარებელთა სხვა კატეგორიებს, მაგალითად, მეტალურგიულ წარმოებაში ღუმელების გათბობისთვის, რომლის ტემპერატურა უკიდურესად მაღალია, ან სახლის საქმეებისთვის. დღეს აბსოლუტურად ყველა გაზი ეკუთვნის გარე მომხმარებლებს. რატომ? ფაქტია, რომ კოქსის ღუმელის გაზი ძალიან კალორიულია, რაც იმას ნიშნავს, რომ შესაძლებელია ღუმელების გასათბობად უფრო იაფი გაზის გამოყენება. LPG ამის ნათელი მაგალითია. სხვათა შორის, იგი დაფუძნებულია პროპან-ბუტანის ნარევზე.
კოქსის ღუმელის გაზის შემადგენლობა
როგორც გაირკვა, სხვადასხვა აირებისგანხელოვნური წარმოშობის, სტატიაში განხილულ და ნახშირის კოქსირების პროცესში მიღებულ გაზს დიდი მნიშვნელობა აქვს. აღსანიშნავია, რომ პრაქტიკული თვალსაზრისით მისი შემადგენლობა მნიშვნელოვან რყევებს განიცდის. ეს, როგორც წესი, დამოკიდებულია საკვებ მასალაზე, რომელიც გამოიყენება საწვავად, მუშაობის რეჟიმების განსხვავებაზე, კოქსის ღუმელების ფიზიკურ მდგომარეობაზე და ა.შ. მისი კალორიულობა 15-19 მჯ/მ3 ფარგლებშია. თუ გავითვალისწინებთ ამ გაზის კომპონენტებს მოცულობის პროცენტულად, მაშინ წარმოიქმნება შემდეგი სურათი:
- H2: 55-60.
- CH4: 20-30.
- CO: 5-7.
- CO2: 2-3.
- N2: 4.
- უჯერი ნახშირწყალბადები: 2-3.
- O2: 0, 4-0, 8.
მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ კოქსის ღუმელის გაზს (ფორმულა: H2CH4NH3C2H4) აქვს სიმკვრივე ნულ გრადუს ტემპერატურაზე 0,45-დან 0,50 კგ/მ3-მდე, სითბოს სიმძლავრე უდრის 1,35 კჯ/(მ3 კ), ხოლო აალების პროცესის თანმხლები ტემპერატურა აღწევს 600-650 გრადუსს.
სუბსტანციის ფორმულა
როგორც ზემოთ გაირკვა, კოქსის ღუმელის გაზის შემადგენლობა მოიცავს ისეთ ნივთიერებებს, როგორიცაა წყალბადი (H2), მეთანი (CH4), ამიაკი (NH3) და ეთილენი (C2H4). მაგალითად, მიზანშეწონილი იქნება გაწმენდილი კოქსის გაზის შემდეგი შემადგენლობის მიცემა:
| კომპონენტი | H2 | CH4 | CO | N2 | SN | O2 |
| კონტენტი, % | 55, 5 | 27, 6 | 8, 2 | 6, 0 | 2, 0 | 0, 7 |
მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ განხილული გაზის შემადგენლობა მკაცრად არის დამოკიდებული კოქსირების პროცესის ტემპერატურულ რეჟიმზე და მის ხანგრძლივობაზე. ასევე დიდ როლს თამაშობს გადამუშავებული ნახშირის ხარისხი. ამრიგად, რაც უფრო მაღალია კოქსირების პროცესის ტემპერატურული რეჟიმი, მით უფრო მაღალია ნახშირწყალბადების დაშლის დონე და, შესაბამისად, უფრო მაღალია წყალბადის და ნახშირბადის მონოქსიდის შემცველობა გაზში. შესაბამისად ნახშირორჟანგის შემცველობა, პირიქით, უფრო დაბალი იქნება.
საჭიროა კოქსის გაზის გაწმენდა
დღეს საკმაოდ მწვავედ დგას კოქსის ღუმელის გაზის გაწმენდის აუცილებლობის პრობლემა, რადგან ეს შემადგენლობა უარყოფითად მოქმედებს ცხოვრების ეკოლოგიურ ასპექტზე. ამრიგად, თანამედროვე საზოგადოება ცდილობს გააუმჯობესოს შესაბამისი ტექნოლოგიები. კოქსის ღუმელის აირების გაწმენდა აუცილებელია ქარხნის მექანიზმების ეფექტურობისთვის, რადგან წყალბადის ციანიდი, რომლის შემცველობა კოქსის ღუმელის გაზში საკმაოდ მაღალია, არის პროფესიული აღჭურვილობის კოროზიის მთავარი მიზეზი. გარდა ამისა, ამიაკი აუცილებლად გამოიყოფა კოქსის ღუმელის გაზის წარმოქმნის დროს. ეს ნივთიერება უკიდურესად მავნე ზეგავლენას ახდენს არა მხოლოდ მილსადენებზე, არამედ გარემოზეც, რადგან საბოლოოდ ის იქ ხვდება. განხილული ოპერაციების შედეგია კონკრეტული მცენარისთვის ქიმიური წარმოშობის პროდუქტების დაკარგვის მაღალი დონე დაასევე ატმოსფეროში აირების და თხევადი წარმოშობის ნარჩენების ემისიის მნიშვნელოვანი ხარისხი.
კოქსის გაზის გაწმენდის პროცესი
როგორც გაირკვა, კოქსის ღუმელის გაზის წარმოება არაერთ პრობლემას იწვევს, რაც სრულად ამართლებს მისი გაწმენდის აუცილებლობას. დღეისათვის ყველაზე ეფექტური მეთოდია ამ თავში აღწერილი გამოგონება, რომელიც ფართოდ გამოიყენება კოქსის ინდუსტრიაში. უპირველეს ყოვლისა, აუცილებელია გაზის ამორეცხვა ამონიუმის ფოსფატის ხსნარით შთამნთქმელში, რომელიც აღჭურვილი უნდა იყოს უჯრით. შემდეგ, კოქსის ღუმელის გაზი უნდა დამუშავდეს ამ ხსნარით, სანამ ის შევა შთანთქმის უჯრის არეში. ამ შემთხვევაში მოცირკულირე ხსნარის სპეციფიკური მოხმარება უნდა იყოს 1,0-1,2 ლ/მ3 აირი, მაშინ მისი სიმკვრივე იქნება 1,195-1,210 კგ/ლ. კოქსის ღუმელის გაზის გაწმენდის ეს მეთოდი, როგორც ზემოთ აღინიშნა, დღეს ხშირად გამოიყენება შესაბამის ინდუსტრიაში, რადგან ის ყველაზე ეფექტურია.
კოქსის ღუმელის გაზის გამოყენება
დღეს კოქსის ღუმელის გაზი ძალიან ფართოდ და უსაფრთხოდ გამოიყენება საზოგადოებაში, როგორც საწვავი მეტალურგიულ ქარხნებში, ასევე მუნიციპალურ ეკონომიკურ საქმიანობაში და წარმოების ნედლეულად. როგორც გაირკვა, წყალბადი გამოიყოფა კოქსის ღუმელის გაზიდან, რომელიც უბრალოდ აუცილებელია ამიაკის სინთეზისთვის კონდენსაციის ცნობილი მეთოდით, რომელიც მოქმედებს დაბალი ტემპერატურის რეჟიმის პირობებში. ამის შედეგადოპერაციის დროს იქმნება ფრაქცია, რომელიც ემსახურება მაღალი ხარისხის ნედლეულს სხვადასხვა სახის სინთეზისთვის. უნდა აღინიშნოს, რომ გოგირდწყალბადის შერევა კოქსის ღუმელის აირში აბსოლუტურად არასასურველია ნებისმიერ შემთხვევაში (როგორც კოქსის ღუმელის გაზი გამოიყენება როგორც საწვავი, ასევე როდესაც ის ემსახურება როგორც ნედლეულს ქიმიური პროდუქტების წარმოებისთვის). სწორედ ამიტომ არის აუცილებელი გაწმენდის პროცესი, რომელიც სრულად იყო განხილული წინა თავში.
გაზის თვისებები
დასკვნის სახით, მიზანშეწონილი იქნება კოქსის ღუმელის გაზის ფიზიკური თვისებების გათვალისწინება. ამრიგად, მისი კალორიული სიმძლავრეა 3600-დან 3700 კკალ/მ3-მდე, ნივთიერების ხვედრითი წონა მერყეობს 0,45-დან 0,46 კგ/მ3-მდე (რაც ჰაერზე თითქმის სამჯერ მსუბუქია), მისი წვის მაქსიმალური ტემპერატურული რეჟიმია. უდრის 2060 გრადუსს და თავად პროცესს ახლავს წითელი ალი.
მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ მოცემული გაზი ფეთქებადია ჰაერთან შერწყმისას. უფრო მეტიც, ქვედა ფეთქებადი ზღვარი მოცულობით არის 6 პროცენტი აირი (დანარჩენი ჰაერია), ხოლო ზედა ფეთქებადი დონე აღწევს 32 პროცენტს აირის (დანარჩენი ჰაერია). აალების ტემპერატურა უდრის 550 გრადუსს, ხოლო 1 კუბური მეტრი გაზის დასაწვავად საჭიროა დაახლოებით 5 კუბური მეტრი ჰაერი. კოკა ღუმელის გაზი არ არის დაჯილდოებული ფერითა და გემოთი, მაგრამ აქვს ნაფტალინის, დამპალი კვერცხების მჟავე სუნი, რაც აიხსნება მის შემადგენლობაში წყალბადის სულფიდის შემცველობით.
