Coke-making in Blast Furnace Iron-making, Study notes of Sustainability Management

Download Coke-making in Blast Furnace Iron-making and more Study notes Sustainability Management in PDF only on Docsity! Lecture 4  Production of secondary fuel   Coke‐making  Secondary fuels are those which do not occur in nature but they are produced from primary (natural  reserves) reserves  to meets certain specific requirements.  It must be clearly noted  that coke does  not occur in nature.   One of the important secondary fuels is coke. Coke is an important raw material in the blast furnace  iron‐making.  It  is  a  source  of  chemical  and  thermal  energy  in  the  blast  furnace.  Coke  also  helps  maintaining permeability of the burden which is required for flow of gases ascending upwards in the  blast furnace. It must be clearly noted that coke does not occur in nature.    How coke is produced  Coke is produced by heating coal to high temperature (T ≈ 1000‐1100oC) out of contact of air until all  volatile matters  are  removed.  The process  is  called  “carbonization” or  “Destructive  distillation of  coal”.   Coal consists of complex organic compounds in which C, H, N, O, and S atoms are bonded together.  As  a  result  of  heating  these  bonds  are  broken  and  new  bonds  are  formed  between  atoms  of  elements like CO, H2S, NH3, CO2, H2, CH4 and other complex hydrocarbons like C6H6, C2H4 etc.  The  mass  of  coal  during  heating  fuses  and  becomes  plastic.  It  swells  during  coking  and  then  resolidifies. The structure of coke depends much on fusion, swelling and resolidification. Difference  in behaviour of different types of coal account for the difference  in structure of coke. For example  non  coking  coal may  decompose without  becoming  plastic  at  any  stage. Mixing  of  two  different  varieties of coal i.e. non‐ coking coal with coking coal result in control over coke properties.     By‐Product coke‐oven  Metallurgical coke (coke used in blast furnace iron making) is produced in by product coke ovens. By‐ product coke ovens are flexible in treating different types of coal and to control the coke properties.  Coke  is charged batch wise  into silica  lined or refractory  lined retorts and these retorts are heated  externally  by  burning  gaseous  fuels.  Note  that  retorts  are  heated  indirectly  and  coal  is  heated  through heat  transferred  from  the walls of  the  retort. Coal near  the wall of  the  retort  is heated  faster than coal near the centre.  As a result, coke near the wall swells much earlier than coal at the  centre. Therefore, proper distribution of coal in the retort would be desirable.  The volatile matter from the coal is collected in the by product recovery plant where by product are  separated from each other. It takes around 18 hours to convert one batch of coal into coke. Coke is  Docsity.com discharge  from  the  other  end  of  the  retort  by  mechanical  hopper  into  a  car,  where  it  is  wet  quenched.  Note that hot coke so produced cannot be used directly  into blast furnace hence coke  is cooled to  room temperature. During wet quenching of coal considerable amount of sensible heat  is  lost and  pollutants  are  discharged  in  atmosphere.  This  aspect  of  coke making  is  dealt  separately  in  next  lecture with a quantitative illustration.  The quality of coke depends both on temperature and rate of heating. Metallurgical grade coke  is  produced at temperature higher than 1000 oC.   Among  the  by‐products,  coke  oven  gas  possesses  both  sensible  heat  and  potential  energy.  Coke  oven gas  is used as a  fuel  to heat  the  furnace and also  in heating  the  coke oven. The  leakage of  atmospheric  air  into  coke  oven must  be  avoided  as  the  air  causes  oxidation  of  C  and  results  in  decrease in yield.    Material balance in coke‐making  In coke making coal of certain composition  is carbonized  in a by‐product coke oven. As a result of  carbonization, products and by‐products are produced. Main product  is coke, whereas by‐products  are coke oven gas and tar. The following block diagram represents material balance: coal of certain  composition is charged and coke, coke oven gas and tar of certain composition is produced       Coal (wt %)                                                                                 Coke                  Tar                    Coke oven   C                                                                                                 (analysis, wt%)   (analysis, wt%)       gas(vol%)                               H                                                                                                     C  C  CO  O                                                                                                     H  H  CO2  N  O    O  CH4  S  N    N  NH3  Ash(A2)  S    S  N2  M  Ash (A2)  Ash (A3)  H2O    Coke‐Oven  1200oC    H2    C6H6 etc.  Basis of calculation: one may take 1 Kg coal, 100 Kg coal or 1000 Kg coal.  Amount of coke is determined by ash balance, namely If W Kg is amount of coke then ash balance is  A1×1000/100 = A2 × W/100 + A3 × wt. of tar/100                                                   By knowing weight of tar, W can be calculated.  Amount of coke oven gas can be calculated by carbon balance:  C from coal = C in coke + C in tar + C in coke oven gas  In the present illustration, if Y Kg mole is the amount of producer gas  Docsity.com