RU2422538C2 - Procedure for metallurgical multi-purpose gasification of solid fuel - Google Patents
Procedure for metallurgical multi-purpose gasification of solid fuel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2422538C2 RU2422538C2 RU2009122960/02A RU2009122960A RU2422538C2 RU 2422538 C2 RU2422538 C2 RU 2422538C2 RU 2009122960/02 A RU2009122960/02 A RU 2009122960/02A RU 2009122960 A RU2009122960 A RU 2009122960A RU 2422538 C2 RU2422538 C2 RU 2422538C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- oxidizing agent
- oxide
- oxide melt
- solid fuel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области прямого получения железа и к металлургической газификации твердого топлива и может применяться в металлургии, энергетике, для уничтожения отходов и в других отраслях промышленности.The invention relates to the field of direct production of iron and metallurgical gasification of solid fuels and can be used in metallurgy, energy, waste disposal and other industries.
Изобретение может использоваться для получения из твердого топлива горючего газа, который используется для получения тепла, пара или электроэнергии путем сжигания его в энергетическом котле или в газовой турбине; кроме того, получаемый газ может использоваться как технологическое топливо в различных производствах; вместе с газификацией твердого топлива можно производить различные металлические сплавы - на основе железа, меди, никеля и других металлов; также при реализации изобретения можно получать возгоны некоторых полезных элементов - цинка, германия, фосфора и других; оксидные конденсированные продукты газификации могут использоваться для производства строительных материалов; можно вместе с газификацией перерабатывать различные виды бытовых и промышленных отходов. Многоцелевой характер способа определяется разнообразием путей его возможного применения.The invention can be used to produce combustible gas from solid fuel, which is used to produce heat, steam or electricity by burning it in an energy boiler or gas turbine; in addition, the resulting gas can be used as process fuel in various industries; along with the gasification of solid fuels, various metal alloys can be produced - based on iron, copper, nickel and other metals; also when implementing the invention, it is possible to obtain sublimates of some useful elements — zinc, germanium, phosphorus, and others; condensed oxide gasification products can be used for the production of building materials; Together with gasification, it is possible to process various types of domestic and industrial waste. The multipurpose nature of the method is determined by the variety of ways of its possible application.
Под твердым топливом понимается уголь различных марок, сланцы, углеродсодержащие промышленные и бытовые отходы и другие материалы, содержащие углерод.Solid fuel refers to coal of various grades, shale, carbon-containing industrial and household waste and other materials containing carbon.
Под газификацией твердого топлива понимается окисление содержащегося в нем углерода, причем в продуктах окисления могут содержаться CO и CO2 в любых соотношениях.The gasification of solid fuels refers to the oxidation of the carbon contained in it, and in the oxidation products may contain CO and CO 2 in any ratio.
Известен способ газификации твердого топлива, включающий подачу твердого топлива в реактор с образованием стационарного слоя, подачу окислителя в слой топлива, отвод газообразных продуктов реакции и жидкое шлакоудаление (В.С.Альтшулер. Новые процессы газификации твердого топлива. Москва, Недра, 1976 г., стр.52).A known method of gasification of solid fuel, including the supply of solid fuel to the reactor with the formation of a stationary layer, the supply of an oxidizing agent in the fuel layer, the removal of gaseous reaction products and liquid slag removal (V. S. Altshuler. New processes of gasification of solid fuel. Moscow, Nedra, 1976 , p. 52).
Недостатком указанного способа является невозможность его применения для мелкодисперсного топлива.The disadvantage of this method is the impossibility of its use for fine fuel.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ многоцелевой металлургической газификации твердого топлива, включающий подачу частиц топлива в ванну оксидного расплава, подачу в ванну сбоку газообразного окислителя струями, отвод конденсированных реакционных продуктов в жидком виде, отвод и охлаждение газообразных реакционных продуктов (SU №1333686).The closest in technical essence and the achieved result is a method of multipurpose metallurgical gasification of solid fuel, including the supply of fuel particles into the bath of oxide melt, the supply of gaseous oxidizer to the side of the bath by jets, the removal of condensed reaction products in liquid form, the removal and cooling of gaseous reaction products (SU No. 1333686).
Этот способ позволяет повысить производительность процесса за счет того, что он осуществляется при более высокой температуре.This method allows to increase the productivity of the process due to the fact that it is carried out at a higher temperature.
Недостатком известного способа является низкая степень использования окислителя. Это связано с тем, что указанный способ не предусматривает создание суспензии частиц твердого топлива в ванне оксидного расплава, и их содержание недостаточно для полного использования газообразного окислителя.The disadvantage of this method is the low degree of use of the oxidizing agent. This is due to the fact that this method does not provide for the creation of a suspension of solid fuel particles in a bath of oxide melt, and their content is insufficient for the full use of a gaseous oxidizing agent.
Технической задачей изобретения является увеличение степени использования окислителя и повышение за счет этого производительности процесса.An object of the invention is to increase the degree of use of the oxidizing agent and increase due to this the productivity of the process.
Эта задача решается тем, что в известном способе металлургической газификации твердого топлива, включающем подачу частиц топлива в ванну оксидного расплава, подачу в ванну сбоку газообразного окислителя струями, отвод конденсированных реакционных продуктов в жидком виде, отвод и охлаждение газообразных реакционных продуктов, в соответствии с предлагаемым изобретением подачу твердого топлива осуществляют с образованием суспензии в ванне оксидного расплава с массовой насыщенностью частицами твердого топлива 0,5-5,0%, а количество подаваемого твердого топлива в час устанавливают равным 0,1-2,0 массы ванны оксидного расплава.This problem is solved in that in the known method of metallurgical gasification of solid fuel, including the supply of fuel particles into the bath of oxide melt, the supply of gaseous oxidizer to the side of the bath by jets, the removal of condensed reaction products in liquid form, the removal and cooling of gaseous reaction products, in accordance with the proposed the invention, the supply of solid fuel is carried out with the formation of a suspension in the bath of oxide melt with a mass saturation of solid fuel particles of 0.5-5.0%, and the amount of supply solid fuel per hour is set equal to 0.1-2.0 mass of the bath of oxide melt.
В качестве окислителя может использоваться воздух, кислород, пары воды или капельная влага, двуокись углерода. Все эти типы окислителя могут использоваться как отдельно друг от друга, так и вместе в различных сочетаниях.As an oxidizing agent, air, oxygen, water vapor or drop moisture, carbon dioxide can be used. All these types of oxidizing agent can be used both separately from each other, and together in various combinations.
При образовании суспензии в ванне оксидного расплава с массовой насыщенностью частицами твердого топлива 0,5-5,0% обеспечивается полное использование окислителя на газификацию твердого топлива.With the formation of a suspension in the bath of oxide melt with a mass saturation of solid fuel particles of 0.5-5.0%, the full use of the oxidizing agent for the gasification of solid fuel is ensured.
Если в оксидном расплаве содержание частиц твердого топлива составляет менее 0,5% от массы оксидного расплава, часть газообразного окислителя, подаваемого в ванну сбоку струями, не успевает прореагировать с углеродом, то есть часть окислителя не используется. Низкая степень использования окислителя связана с низкой концентрацией твердого топлива в оксидном расплаве. Если в оксидном расплаве содержание частиц твердого топлива составляет более 5,0% от массы оксидного расплава, в суспензии происходит агрегирование твердых частиц в крупные скопления, которые всплывают и концентрируются в поверхностном тонком слое оксидного расплава. При этом подаваемый в ванну сбоку струями окислитель не успевает прореагировать с углеродом, то есть часть окислителя не используется. Низкая степень использования окислителя при этом связана с малым временем его контакта с сосредоточенными в поверхностном слое частицами твердого топлива.If the content of solid fuel particles in the oxide melt is less than 0.5% of the mass of the oxide melt, part of the gaseous oxidizer supplied to the side bath by the jets does not have time to react with carbon, that is, part of the oxidizer is not used. A low degree of oxidizer utilization is associated with a low concentration of solid fuel in the oxide melt. If the content of solid fuel particles in the oxide melt is more than 5.0% of the mass of the oxide melt, the suspension aggregates solid particles into large clusters that float and concentrate in the surface thin layer of the oxide melt. At the same time, the oxidizing agent supplied to the bath from the side by jets does not have time to react with carbon, that is, part of the oxidizing agent is not used. The low degree of use of the oxidizing agent in this case is associated with a short time of its contact with the solid fuel particles concentrated in the surface layer.
Установлено, что образование суспензии в ванне оксидного расплава с массовой насыщенностью частицами твердого топлива 0,5-5,0% возможно при подаче твердого топлива в час в количестве 0,1-2,0 массы ванны оксидного расплава при всех технически возможных интенсивностях подачи окислителя в оксидный расплав.It was found that the formation of a suspension in the bath of oxide melt with a mass saturation of solid fuel particles of 0.5-5.0% is possible with the supply of solid fuel per hour in the amount of 0.1-2.0 mass of the bath of oxide melt at all technically possible intensities of the oxidizer supply into the oxide melt.
Под массой ванны оксидного расплава понимается масса оксидного расплава находящегося выше места подачи газообразного окислителя струями.Under the mass of the bath of oxide melt refers to the mass of the oxide melt located above the supply of the gaseous oxidizer in jets.
При подаче твердого топлива в час в количестве менее 0,1 массы ванны оксидного расплава массовая насыщенность оксидного расплава частицами твердого топлива будет менее 0,5%. При подаче твердого топлива в час в количестве более 2,0 массы ванны оксидного расплава массовая насыщенность оксидного расплава частицами твердого топлива будет более 5,0%. И то и другое ухудшает степень использования окислителя на газификацию твердого топлива.When applying solid fuel per hour in an amount of less than 0.1 mass of the oxide melt bath, the mass saturation of the oxide melt with solid fuel particles will be less than 0.5%. When supplying solid fuel per hour in an amount of more than 2.0 mass of the oxide melt bath, the mass saturation of the oxide melt with solid fuel particles will be more than 5.0%. Both that and another worsens the degree of use of the oxidizing agent for the gasification of solid fuels.
Подача частиц топлива и газообразного окислителя не исключает того, что некоторые периоды времени в оксидный расплав будет подаваться только твердое топливо или только газообразный окислитель.The supply of fuel particles and a gaseous oxidizer does not exclude the possibility that for some periods of time only solid fuel or only a gaseous oxidizer will be supplied to the oxide melt.
Термин «подача» включает в себя следующие возможные решения: «совместная подача» и «раздельная подача» твердого топлива и окислителя. Термин «подача» предполагает возможность непрерывной и периодической подачи.The term "supply" includes the following possible solutions: "joint supply" and "separate supply" of solid fuel and oxidizing agent. The term "feed" implies the possibility of continuous and periodic supply.
При наличии суспензии в ванне оксидного расплава с массовой насыщенностью частицами твердого топлива 0,5-5,0% и подаче твердого топлива в час в количестве 0,1-2,0 массы ванны оксидного расплава целесообразно подавать окислитель в оксидный расплав с противоположных сторон с интенсивностью 200-2000 нм3/час на 1 м2 сечения оксидного расплава в месте ввода в него окислителя.If there is a suspension in the bath of oxide melt with a mass saturation of solid fuel particles of 0.5-5.0% and a supply of solid fuel per hour in an amount of 0.1-2.0 of the mass of the bath of oxide melt, it is advisable to feed the oxidizing agent into the oxide melt from opposite sides with intensity of 200-2000 nm 3 / hour for 1 m 2 the section of the oxide melt at the place of entry of the oxidizing agent into it.
Подача окислителя в оксидный расплав с противоположных сторон обеспечивает более равномерную подачу окислителя по сечению оксидного расплава, что позволяет более эффективно использовать его как реакционную среду для газификации твердого топлива.The supply of the oxidizing agent to the oxide melt from opposite sides provides a more uniform supply of the oxidizing agent over the cross section of the oxide melt, which makes it more efficient to use it as a reaction medium for gasification of solid fuel.
Подача окислителя с интенсивностью менее 200 нм3/час на 1 м2 сечения оксидного расплава не обеспечивает достаточной интенсивности его перемешивания, вследствие чего снижается скорость тепломассообменных процессов в ванне и снижается скорость взаимодействия окислителя с частицами твердого топлива.The supply of an oxidizing agent with an intensity of less than 200 nm 3 / h per 1 m 2 of the section of the oxide melt does not provide a sufficient intensity of its mixing, as a result of which the rate of heat and mass transfer processes in the bath decreases and the rate of interaction of the oxidizing agent with solid fuel particles decreases.
Подача окислителя с интенсивностью более 2000 нм3/час на 1 м2 сечения оксидного расплава приводит к значительному выносу частиц твердого топлива из расплава и снижает степень использования твердого топлива.The supply of an oxidizing agent with an intensity of more than 2000 nm 3 / h per 1 m 2 of the section of the oxide melt leads to a significant removal of particles of solid fuel from the melt and reduces the degree of use of solid fuel.
В ряде случаев целесообразно подавать окислитель в оксидный расплав соосными струями, расположенными на одном или нескольких уровнях. В этом случае под массой ванны оксидного расплава понимается масса оксидного расплава, находящегося выше самого низкого места подачи газообразного окислителя струями.In some cases, it is advisable to feed the oxidizing agent into the oxide melt with coaxial jets located at one or more levels. In this case, the mass of the bath of oxide melt refers to the mass of the oxide melt located above the lowest point of supply of the gaseous oxidizer by jets.
Подачу окислителя соосными струями технически осуществить наиболее просто.The supply of an oxidizing agent with coaxial jets is technically most simple to carry out.
Для увеличения интенсивности перемешивания оксидного расплава с целью интенсификации тепломассообменных процессов, например, при газификации низкореакционного топлива иногда желательно подавать окислитель в оксидный расплав несоосными струями, расположенными на одном или нескольких уровнях.To increase the mixing intensity of the oxide melt in order to intensify heat and mass transfer processes, for example, during gasification of low-reaction fuels, it is sometimes desirable to feed the oxidizing agent into the oxide melt with non-coaxial jets located at one or several levels.
Подача окислителя на разных уровнях оксидного расплава позволяет в различных его частях поддерживать разный окислительный потенциал, что расширяет технологические возможности процесса.The supply of the oxidizing agent at different levels of the oxide melt makes it possible to maintain different oxidation potentials in its various parts, which expands the technological capabilities of the process.
Важно, чтобы расстояние между противоположными местами ввода окислителя в оксидный расплав составляло 0,8-5,0 м. При расстоянии между противоположными местами ввода окислителя в оксидный расплав менее 0,8 м происходит пересечение противоположных струй окислителя с потерей части их импульса. При этом ухудшается перемешивание расплава и снижается производительность процесса. При расстоянии между противоположными местами ввода окислителя в оксидный расплав более 5,0 м в центре оксидного расплава образуется слабо перемешиваемая область, где реакция между твердым топливом и окислителем практически не происходит, поэтому такое увеличение расстояния нецелесообразно.It is important that the distance between opposite places of entry of the oxidizing agent into the oxide melt is 0.8-5.0 m. When the distance between the opposite places of entering the oxidizing agent into the oxide melt is less than 0.8 m, the opposing jets of the oxidizer intersect with the loss of part of their momentum. In this case, mixing of the melt is degraded and the productivity of the process is reduced. With a distance between opposite sites of entry of the oxidizing agent into the oxide melt more than 5.0 m, a weakly mixed region is formed in the center of the oxide melt, where the reaction between solid fuel and the oxidizing agent practically does not occur, therefore, such an increase in the distance is not practical.
Целесообразно вводить окислитель ниже поверхности оксидного расплава на (5-100)*Д, где Д - диаметр струи в месте ее ввода в оксидный расплав.It is advisable to introduce an oxidizing agent below the surface of the oxide melt at (5-100) * D, where D is the diameter of the jet at the point of its introduction into the oxide melt.
Здесь и далее под уровнем поверхности оксидного расплава понимается его уровень в отсутствие подачи окислителя, то есть в спокойном состоянии без перемешивания.Hereinafter, the surface level of an oxide melt is understood to mean its level in the absence of an oxidizing agent supply, i.e., in a calm state without stirring.
Если окислитель вводится в оксидный расплав ниже уровня его поверхности меньше 5*Д, струи окислителя при его выходе через поверхность расплава будет иметь скорость, достаточную для «выдувания» из расплава содержащихся в нем частиц твердого топлива. Это приводит к значительному образованию пыли и уменьшению степени использования твердого топлива.If the oxidizing agent is introduced into the oxide melt below the surface level of less than 5 * D, the jet of oxidizing agent when it exits through the surface of the melt will have a speed sufficient to “blow” the solid fuel particles contained in the melt. This leads to significant dust formation and a decrease in the degree of use of solid fuels.
Ввод окислителя в оксидный расплав на глубину более 100*Д нежелателен, так как при этом резко ухудшается перемешивание оксидного расплава и скорость взаимодействия углерода твердого топлива с окислителем замедляется, производительность процесса падает.The introduction of the oxidizing agent into the oxide melt to a depth of more than 100 * D is undesirable, since the mixing of the oxide melt sharply deteriorates and the rate of interaction of the carbon of the solid fuel with the oxidizing agent slows down and the productivity of the process decreases.
Предпочтительно, если расстояние между местами вода соседних струй составляет (5-75)*Д, где Д - диаметр струи в месте ее ввода в оксидный расплав.Preferably, if the distance between the places the water of the adjacent jets is (5-75) * D, where D is the diameter of the jet at the point of its entry into the oxide melt.
Иногда целесообразно вводить окислитель в оксидный расплав в виде нескольких струй. Это бывает полезно при необходимости обеспечить высокую производительность или когда нет технической возможности подать требуемое количество окислителя в виде одной струи. При этом особенно важно, чтобы расстояние между местами ввода соседних струй составляло (5-75)*Д, где Д - диаметр струи в месте ее ввода в оксидный расплав.It is sometimes advisable to introduce an oxidizing agent into the oxide melt in the form of several jets. This can be useful if it is necessary to provide high performance or when there is no technical ability to supply the required amount of oxidizing agent in a single jet. It is especially important that the distance between the places of entry of adjacent jets is (5-75) * D, where D is the diameter of the jet at the point of its entry into the oxide melt.
Если расстояние между местами ввода соседних струй менее 5*Д, то расширяющиеся при движении в оксидном расплаве соседние струи будут частично пересекаться. В местах пересечения возникнут области с избытком окислителя. Окислитель, содержащийся в этих областях, частично не успеет провзаимодействовать с частицами твердого топлива в процессе его движения в расплаве. Расход окислителя возрастет.If the distance between the places of entry of adjacent jets is less than 5 * D, then the adjacent jets expanding when moving in an oxide melt will partially intersect. At the intersection, areas with an excess of oxidizing agent will arise. The oxidizing agent contained in these areas will not partially have time to interact with solid fuel particles during its movement in the melt. The oxidizer consumption will increase.
Если расстояние между местами ввода соседних струй будет более 75*Д, часть оксидного расплава между соседними струями не будет достаточно интенсивно перемешиваться, что приведет к снижению производительности процесса.If the distance between the places of entry of adjacent jets is more than 75 * D, a part of the oxide melt between adjacent jets will not mix sufficiently intensively, which will lead to a decrease in the productivity of the process.
Технологически удобно вводить окислитель в оксидный расплав струями через его боковую поверхность, а топливо вводить сверху. Ввод топлива в оксидный расплав сверху позволяет использовать его без предварительной подготовки, например измельчения.It is technologically convenient to introduce an oxidizing agent into the oxide melt by jets through its side surface, and to introduce fuel from above. Putting fuel into the oxide melt from above allows using it without preliminary preparation, for example, grinding.
Иногда, например, для обеспечения теплового баланса оксидного расплава целесообразно предварительно нагревать окислитель.Sometimes, for example, to ensure the thermal balance of the oxide melt, it is advisable to preheat the oxidizing agent.
Также в ряде случаев целесообразно предварительно нагревать твердое топливо. Это может быть полезно для обеспечения теплового баланса оксидного расплава или при необходимости предварительного удаления из твердого топлива летучих компонентов или влаги.Also, in some cases, it is advisable to pre-heat solid fuel. This can be useful to ensure the thermal balance of the oxide melt or, if necessary, the preliminary removal of volatile components or moisture from solid fuel.
Часто бывает желательно предварительно нагревать окислитель и твердое топливо. Это особенно бывает полезным, если твердое топливо имеет низкую калорийность.It is often desirable to preheat the oxidizing agent and solid fuel. This is especially useful if solid fuel has a low calorie content.
Часть окислителя может подаваться выше уровня расплава. Это желательно делать в случаях, когда в ванне велики затраты тепла на эндотермические процессы и газообразные реакционные продукты содержат CO и H2. В этом случае подача окислителя, содержащего свободный кислород, выше уровня расплава приведет к частичному окислению CO и H2, выделению дополнительного тепла над ванной, что позволяет компенсировать его затраты на эндотермические процессы в ванне.Part of the oxidizing agent may be supplied above the melt level. It is advisable to do this in cases when the heat consumption for endothermic processes and gaseous reaction products in the bath are high in CO and H 2 . In this case, the supply of an oxidizing agent containing free oxygen above the melt level will lead to partial oxidation of CO and H 2 , the release of additional heat above the bath, which allows you to compensate for its costs for endothermic processes in the bath.
Желательно вместе с топливом и окислителем вводить в расплав добавки, содержащие оксиды элементов, имеющих меньшее, по сравнению с углеродом, сродство к кислороду.It is desirable, together with the fuel and oxidizing agent, to introduce into the melt additives containing oxides of elements having a lower affinity for oxygen than carbon.
Имеется в виду, что эти добавки могут вводиться как отдельно друг от друга, так и в различных сочетаниях.It is understood that these additives can be administered both separately from each other and in various combinations.
Добавки могут быть рудными материалами соответствующих элементов, продуктами их обогащения, а также отходами производства и потребления.Additives can be ore materials of the corresponding elements, products of their enrichment, as well as production and consumption wastes.
При подаче таких оксидов в расплав они будут взаимодействовать с углеродом с образованием окиси углерода (CO), то есть будут дополнительным газификатором углерода.When such oxides are fed into the melt, they will interact with carbon to form carbon monoxide (CO), that is, they will be an additional carbon gasifier.
Восстановленные элементы (газификация оксидами элементов углерода является одновременно и процессом их восстановления) могут быть извлечены из расплава в отдельный продукт, который может быть полезно использован.Reduced elements (gasification by oxides of carbon elements is also a process of their reduction) can be extracted from the melt into a separate product, which can be useful.
Такими элементами являются: железо, никель, медь, кобальт, хром, ванадий, цинк, фосфор.Such elements are: iron, nickel, copper, cobalt, chromium, vanadium, zinc, phosphorus.
При этом железо, никель, медь, хром, ванадий формируют слой соответствующего металлического сплава ниже слабо перемешиваемой области расплава, который в дальнейшем может быть полезно использован. Вводимые цинк и фосфор, из-за высокой упругости пара, выделяются из расплава вместе с газообразными реакционными продуктами в виде паров, которые могут быть уловлены и полезно использованы.In this case, iron, nickel, copper, chromium, vanadium form a layer of the corresponding metal alloy below the weakly mixed region of the melt, which can be useful in the future. The introduced zinc and phosphorus, due to the high elasticity of the vapor, are released from the melt together with gaseous reaction products in the form of vapors, which can be trapped and useful.
Часто бывает целесообразно вводимые в расплав добавки предварительно нагревать. Это бывает полезно для уменьшения затрат тепла в ванне и облегчения поддержания ее теплового баланса.It is often advisable to pre-heat the additives introduced into the melt. This can be useful to reduce heat consumption in the bath and make it easier to maintain its heat balance.
Еще более благоприятным для теплового баланса ванны является предварительное их расплавление.Even more favorable for the thermal balance of the bath is their preliminary melting.
Если в оксидный расплав поступает топливо и/или добавки, содержащие достаточно много кремния в виде соединений, необходимо вводить в него добавки, содержащие соединения кальция. Причем удобные для технологии условия будут обеспечиваться, если эти добавки будут вводиться в таком количестве, чтобы отношение CaO/SiO2 в оксидном расплаве составляло 0,4-2,5. В качестве таких добавок могут использоваться известь, известняк, доломит и другие.If fuel and / or additives containing a sufficient amount of silicon in the form of compounds enter the oxide melt, additives containing calcium compounds must be introduced into it. Moreover, conditions convenient for the technology will be ensured if these additives are introduced in such an amount that the CaO / SiO 2 ratio in the oxide melt is 0.4-2.5. As such additives can be used lime, limestone, dolomite and others.
Если в оксидный расплав поступает топливо и/или добавки, содержащие достаточно много кальция в виде соединений, необходимо вводить в него добавки, содержащие соединения кремния. Причем удобные для технологии условия будут обеспечиваться, если эти добавки будут вводиться в таком количестве, чтобы отношение CaO/SiO2 в оксидном расплаве составляло 0,4-2,5. В качестве таких добавок может использоваться, например, кварцевый песок.If fuel and / or additives containing a sufficient amount of calcium in the form of compounds enter the oxide melt, additives containing silicon compounds must be introduced into it. Moreover, conditions convenient for the technology will be ensured if these additives are introduced in such an amount that the CaO / SiO 2 ratio in the oxide melt is 0.4-2.5. As such additives can be used, for example, silica sand.
При соотношении CaO/SiO2 в оксидном расплаве менее 0,4 или более 2,5 его вязкость будет слишком высока, чтобы обеспечить необходимую интенсивность массообменных процессов в ванне, при этом резко снижается производительность процесса.When the ratio of CaO / SiO 2 in the oxide melt is less than 0.4 or more than 2.5, its viscosity will be too high to provide the necessary intensity of mass transfer processes in the bath, while the process productivity is sharply reduced.
Как правило, в твердом топливе содержатся негорючие минеральные компоненты в виде оксидов, которые в процессе его взаимодействия с газообразным окислителем растворяются в оксидном расплаве, образуя оксидные конденсированные реакционные продукты газификации. Часть негорючих минеральных компонентов твердого топлива, например оксиды железа, взаимодействует с углеродом, образуя металлические конденсированные реакционные продукты. Такие же компоненты могут содержаться и в различных добавках, вводимых в оксидный расплав. По мере их накопления возникает необходимость их вывода из реакционной среды.As a rule, solid fuel contains non-combustible mineral components in the form of oxides, which, in the course of its interaction with a gaseous oxidizing agent, dissolve in the oxide melt, forming condensed oxide reaction products of gasification. Part of the non-combustible mineral components of solid fuels, such as iron oxides, interact with carbon to form metallic condensed reaction products. The same components may be contained in various additives introduced into the oxide melt. As they accumulate, it becomes necessary to withdraw them from the reaction medium.
Целесообразно, чтобы образующиеся конденсированные реакционные продукты отводились непрерывно или периодически ниже уровня ввода в расплав окислителя струями, более чем на 5 диаметров этих струй. Это связано с тем, что находящийся на этом уровне и ниже оксидный расплав очень слабо перемешивается, и частицы твердого топлива, которые имеют плотность ниже плотности оксидного расплава, не замешиваются в него на этот уровень. То есть в этой области оксидного расплава частиц твердого топлива практически нет. Поэтому не будет потерь частиц твердого топлива с отводимыми конденсированными реакционными продуктами.It is advisable that the condensed reaction products formed are discharged continuously or periodically below the level of injection of oxidizer into the melt by jets, by more than 5 diameters of these jets. This is due to the fact that the oxide melt located at this level and below is very slightly mixed, and solid fuel particles that have a density lower than the density of the oxide melt are not mixed into it at this level. That is, there are practically no solid fuel particles in this region of oxide melt. Therefore, there will be no loss of solid fuel particles with discharged condensed reaction products.
В зависимости от дальнейшего использования оксидных и металлических конденсированных реакционных продуктов бывает удобно их выводить с одной или с противоположных стороны ванны оксидного расплава.Depending on the further use of the oxide and metal condensed reaction products, it may be convenient to remove them from one or opposite sides of the oxide melt bath.
Наиболее технологически и технически просто поддерживать над оксидным расплавом атмосферное или близкое к нему давление.It is most technologically and technically simple to maintain atmospheric pressure or close to it over an oxide melt.
Иногда желательно поддерживать над оксидным расплавом избыточное давление. Это позволяет, например, использовать газообразные реакционные продукты в качестве газообразного топлива без компримирования.It is sometimes desirable to maintain an overpressure over the oxide melt. This allows, for example, the use of gaseous reaction products as gaseous fuel without compression.
Газообразные реакционные продукты содержат частицы пыли. По размерам и источникам формирования пыль четко разделена на следующие составляющие:Gaseous reaction products contain dust particles. In terms of size and sources of formation, dust is clearly divided into the following components:
- крупнодисперсная пыль - образуется из механического уноса газообразными реакционными продуктами частиц топлива и различных добавок,- coarse dust - is formed from mechanical entrainment of fuel particles and various additives by gaseous reaction products
- мелкодисперсная пыль - образуется из элементов твердого топлива и добавок, имеющих меньшее, по сравнению с углеродом, сродство к кислороду, имеющих высокую упругость пара при температурах газификации и в виде паров, удаляемых из ванны вместе с газообразными реакционными продуктами.- fine dust - is formed from solid fuel elements and additives having a lower affinity for oxygen compared to carbon, having high vapor pressure at gasification temperatures and in the form of vapors removed from the bath together with gaseous reaction products.
То есть состав крупнодисперсной пыли близок к составу подаваемых в ванну материалов, а состав мелкодисперсной пыли значительно обогащен элементами, имеющими высокую упругость пара при температурах процесса. Такими элементами являются калий, натрий, цинк, свинец, мышьяк, фосфор, серебро, кадмий и другие.That is, the composition of coarse dust is close to the composition of the materials supplied to the bath, and the composition of fine dust is significantly enriched with elements that have high vapor pressure at process temperatures. Such elements are potassium, sodium, zinc, lead, arsenic, phosphorus, silver, cadmium and others.
Последовательное очищение от крупнодисперсной и мелкодисперсной пыли позволяет их разделить на два продукта. Крупнодисперсную пыль можно вновь направлять в ванну, так как ее состав близок к составу тех материалов, которые в нее загружаются. Мелкодисперсную пыль целесообразно выводить из процесса для извлечения из нее летучих элементов. Условной границей между мелкодисперсной и крупнодисперсной пылью является размер 10 мкм.Sequential cleaning of coarse and fine dust allows them to be divided into two products. Coarse dust can again be sent to the bath, since its composition is close to the composition of those materials that are loaded into it. It is advisable to remove fine dust from the process to extract volatile elements from it. The conditional boundary between fine and coarse dust is a size of 10 microns.
ПримерExample
Ванна оксидного расплава имеет следующие размеры: ширина 2,0 м, длина - 10 м, глубина - 1,5 м. Плотность ванны составляет 2,65 г/см3. Температура ванны 1450°C. Ниже уровня ванны на 1,0 м подается кислород чистотой 95% в количестве 14000 нм3/час. Кислород подается струями через боковую поверхность ванны. Струи имеют диаметр 30 мм, количество струй - 18, расстояние между соседними струями - 800 мм, струи расположены соосно с противоположных сторон боковой поверхности ванны по 9 штук с каждой стороны. Масса ванны выше места подачи газообразного окислителя струями составляет 53 тонны.The bath of oxide melt has the following dimensions: width 2.0 m, length 10 m, depth 1.5 m. The density of the bath is 2.65 g / cm 3 . Bath temperature 1450 ° C. Below the bath level, 1.0 m oxygen is supplied with a purity of 95% in the amount of 14000 nm 3 / h. Oxygen is supplied by jets through the side of the bath. The jets have a diameter of 30 mm, the number of jets is 18, the distance between adjacent jets is 800 mm, the jets are coaxial on opposite sides of the side surface of the bath, 9 pieces on each side. The mass of the bath above the feed point of the gaseous oxidizer in jets is 53 tons.
В ванну сверху подается уголь марки АШ в количестве 23600 кг/час. Также в ванну сверху подается известняк в количестве 6000 кг/час.The top grade coal is supplied to the bath in the amount of 23,600 kg / h. Also, limestone in the amount of 6000 kg / hour is fed into the bath from above.
Кислород, уголь и известняк имеют температуру 20°C.Oxygen, coal and limestone have a temperature of 20 ° C.
В ванне образуется суспензия с массовой насыщенностью частицами угля 2,5%. Давление над шлаковой ванной составляет 5 мм водяного столба.A suspension is formed in the bath with a mass saturation of coal particles of 2.5%. The pressure above the slag bath is 5 mm water column.
В результате газификации угля образуются газообразные и конденсированные реакционные продукты.As a result of coal gasification, gaseous and condensed reaction products are formed.
Образуется газ в количестве 42200 кг/час (36000 нм3/час), который имеет следующий состав (% об.): CO - 68; CO2 - 7; H2 - 11; H2O - 5; N2 - 9. Температура газа - 1450°C, калорийность - 9700 кДж/м3.Gas is produced in an amount of 42,200 kg / h (36,000 nm 3 / h), which has the following composition (% vol.): CO - 68; CO 2 - 7; H 2 - 11; H 2 O - 5; N 2 - 9. Gas temperature - 1450 ° C, calorific value - 9700 kJ / m 3 .
Образуется шлаковый расплав в количестве 8700 кг/час с температурой 1450°C, который отводится непрерывно. Химический состав шлака. % мас.:A slag melt is formed in an amount of 8700 kg / h with a temperature of 1450 ° C, which is discharged continuously. The chemical composition of the slag. % wt .:
Образуется металлический сплав в количестве 700 кг/час с температурой 1400°C, который отводится периодически 1 раз в 6 часов с противоположной стороны от места отвода шлакового расплава. Химический состав сплава, % мас.:A metal alloy is formed in an amount of 700 kg / h with a temperature of 1400 ° C, which is periodically withdrawn once every 6 hours from the opposite side from the place of removal of slag melt. The chemical composition of the alloy,% wt .:
Газ содержит пыль в количестве 350 кг/час. Средний состав пыли, % мас.:The gas contains dust in an amount of 350 kg / h. The average composition of dust,% wt .:
Состав пыли с размерами частиц менее 10 мкм, % мас.:The composition of dust with particle sizes less than 10 microns,% wt .:
Газ направляется в котел, где охлаждается до температуры 200°C. В котле производится пар, который направляется для производства электроэнергии в турбину. После охлаждения в котле газ направляется на двухступенчатую газоочистку, состоящую из циклона и трубы Вентури. Пыль, уловленная в циклоне, направляется обратно в шлаковую ванну. Пыль, уловленная на трубе Вентури, складируется на полигоне. Охлажденный и очищенный от пыли газ используется как технологическое топливо в нагревательных печах.Gas is directed to the boiler, where it is cooled to a temperature of 200 ° C. Steam is produced in the boiler and sent to the turbine to generate electricity. After cooling in the boiler, the gas is sent to a two-stage gas treatment consisting of a cyclone and a venturi pipe. Dust trapped in the cyclone is sent back to the slag bath. Dust trapped on a venturi pipe is stored in a landfill. Cooled and dust-free gas is used as process fuel in heating furnaces.
Шлаковый расплав направляется на грануляцию с последующим использованием в качестве инертного строительного материала.The slag melt is sent to granulation, followed by use as an inert building material.
Металлический сплав разливается в слитки, которые используются в дальнейшем для производства отливок.The metal alloy is cast into ingots, which are subsequently used for the production of castings.
Пример 2. Ванна оксидного расплава имеет те же размеры, что и в примере 1. Продувка осуществляется так же.Example 2. The bath of oxide melt has the same dimensions as in example 1. Purge is carried out in the same way.
В ванну подается уголь марки АШ в количестве 38,2 тонны в час. Также в ванну подается смесь шламов доменного и конверторного производства в количестве 57 тонн в час и известняк в количестве 7 тонн в час. В смеси шламов доменного и конверторного производства содержится в виде оксидов 57% железа и 0,8% цинка.ASh brand coal is supplied to the bath in an amount of 38.2 tons per hour. Also, a mixture of sludge from blast furnace and converter production in the amount of 57 tons per hour and limestone in the amount of 7 tons per hour are fed into the bath. The mixture of sludges from blast furnace and converter production contains 57% iron and 0.8% zinc in the form of oxides.
Кислород и уголь имеют температуру 20°C, смесь шламов и известняк предварительно нагревают до температуры 500°C.Oxygen and coal have a temperature of 20 ° C, a mixture of sludge and limestone is preheated to a temperature of 500 ° C.
В ванне образуется суспензия с массовой насыщенностью частицами угля 2,5%. Разрежение над шлаковой ванной составляет 1 мм водяного столба.A suspension is formed in the bath with a mass saturation of coal particles of 2.5%. The vacuum above the slag bath is 1 mm of water.
Выше уровня оксидного расплава подается кислород чистотой 95% в количестве 19100 м3/час.Above the level of the oxide melt, oxygen of 95% purity is supplied in an amount of 19100 m 3 / h.
В результате газификации угля образуются газообразные и конденсированные реакционные продукты.As a result of coal gasification, gaseous and condensed reaction products are formed.
Газ в количестве 95100 кг/час (62600 нм3/час) имеет следующий состав (% об.): CO - 16,8; CO2 - 51,8; H2 - 1,5; H2O - 21,9; N2 - 8. Температура газа - 1723°C, калорийность - 2260 кДж/м3.Gas in an amount of 95100 kg / h (62600 nm 3 / h) has the following composition (% vol.): CO - 16.8; CO 2 51.8; H 2 - 1.5; H 2 O - 21.9; N 2 - 8. Gas temperature - 1723 ° C, calorific value - 2260 kJ / m 3 .
Шлаковый расплав в количестве 20800 кг/час с температурой 1450°C отводится непоеоывно. Химический состав шлака. % мас.:Slag melt in an amount of 20800 kg / h with a temperature of 1450 ° C is discharged inappropriately. The chemical composition of the slag. % wt .:
Металлический сплав в количестве 33700 кг/час с температурой 1400°C отводится непрерывно с противоположной стороны от места отвода шлакового расплава. Химический состав сплава, % мас.:A metal alloy in an amount of 33,700 kg / h with a temperature of 1400 ° C is discharged continuously from the opposite side from the place of removal of the slag melt. The chemical composition of the alloy,% wt .:
Газ содержит пыль в количестве 350 кг/час. Средний состав пыли, % мас.:The gas contains dust in an amount of 350 kg / h. The average composition of dust,% wt .:
Состав пыли с размерами частиц менее 10 мкм, % мас.:The composition of dust with particle sizes less than 10 microns,% wt .:
Газ направляется в котел, где сжигается кислородом воздуха и охлаждается до температуры 200°C. В котле производится пар, который направляется для производства электроэнергии в турбину. Теплосодержание пара составляет 450 ГДж/час. После охлаждения в котле газ направляется на двухступенчатую газоочистку, состоящую из циклона и трубы Вентури. Пыль, уловленная в циклоне, направляется обратно в шлаковую ванну. Пыль, уловленная на трубе Вентури, направляется на завод для производства цинка. Охлажденный и очищенный от пыли газ выбрасывается в атмосферу.Gas is sent to the boiler, where it is burned with atmospheric oxygen and cooled to a temperature of 200 ° C. Steam is produced in the boiler and sent to the turbine to generate electricity. The heat content of steam is 450 GJ / hour. After cooling in the boiler, the gas is sent to a two-stage gas treatment consisting of a cyclone and a venturi pipe. Dust trapped in the cyclone is sent back to the slag bath. Dust trapped on a venturi pipe is sent to a zinc production plant. Cooled and dust-free gas is released into the atmosphere.
Шлаковый расплав направляется на грануляцию с последующим использованием в качестве инертного строительного материала.The slag melt is sent to granulation, followed by use as an inert building material.
Металлический сплав сливается в чугуновозный ковш и направляется на производство стали в конверторный цех.The metal alloy is poured into an iron bucket and sent to steel production in the converter shop.
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009122960/02A RU2422538C2 (en) | 2009-06-17 | 2009-06-17 | Procedure for metallurgical multi-purpose gasification of solid fuel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009122960/02A RU2422538C2 (en) | 2009-06-17 | 2009-06-17 | Procedure for metallurgical multi-purpose gasification of solid fuel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009122960A RU2009122960A (en) | 2010-12-27 |
| RU2422538C2 true RU2422538C2 (en) | 2011-06-27 |
Family
ID=44055241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009122960/02A RU2422538C2 (en) | 2009-06-17 | 2009-06-17 | Procedure for metallurgical multi-purpose gasification of solid fuel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2422538C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2547084C2 (en) * | 2013-07-05 | 2015-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for metallurgical gasification of solid fuel |
| RU2644892C1 (en) * | 2016-12-29 | 2018-02-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Extraction method of metals at the gasification of solid fuel in a polyfuel gas generator |
| RU2656487C1 (en) * | 2017-02-07 | 2018-06-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of gasification of various fuels in a poly fuel gas generator |
-
2009
- 2009-06-17 RU RU2009122960/02A patent/RU2422538C2/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2547084C2 (en) * | 2013-07-05 | 2015-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for metallurgical gasification of solid fuel |
| RU2644892C1 (en) * | 2016-12-29 | 2018-02-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Extraction method of metals at the gasification of solid fuel in a polyfuel gas generator |
| RU2656487C1 (en) * | 2017-02-07 | 2018-06-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of gasification of various fuels in a poly fuel gas generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009122960A (en) | 2010-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1050765A (en) | Method for making steel | |
| EP1478603B1 (en) | Use of high carbon coal ash | |
| JP7128892B2 (en) | Organic solid waste injection gasifier using two molten baths | |
| RU2109070C1 (en) | Method for producing liquid conversion pig iron from iron ore and device for its embodiment | |
| US6270553B1 (en) | Direct reduction of metal oxide agglomerates | |
| JPS60500674A (en) | Methods for desulfurizing, denitrifying and oxidizing carbonaceous fuels | |
| CZ299875B6 (en) | Process for producing metals by direct smelting from metal oxides | |
| CA2335866C (en) | Blast furnace with narrowed top section and method of using | |
| HU188685B (en) | Process for production of combustible gas in iron-bath reactor containing carbon monoxid and hydrogen | |
| US4266971A (en) | Continuous process of converting non-ferrous metal sulfide concentrates | |
| UA77668C2 (en) | Method for production of hydrogen-containing gas (variants) flow and method for the production of ammonia | |
| RU2422538C2 (en) | Procedure for metallurgical multi-purpose gasification of solid fuel | |
| JP5033302B2 (en) | Direct smelting method and equipment | |
| JP2004538122A (en) | Method for heat treating residual material containing oil and iron oxide | |
| US5542963A (en) | Direct iron and steelmaking | |
| JPS63199829A (en) | Method for operating flash-smelting furnace | |
| CA2308545A1 (en) | Process for thermal destruction of spent potliners | |
| US3734717A (en) | Production of phosphorus and steel from iron-containing phosphate rock | |
| CN103667564B (en) | Prepare the method for metal simple-substance | |
| RU2346057C2 (en) | Advanced method of melting for receiving of iron | |
| RU2542050C1 (en) | Method for pyrometallurgical processing of iron-containing materials | |
| RU2541239C1 (en) | Processing method of iron-containing materials in two-zone furnace | |
| RU2359169C1 (en) | Method of liquid fuel combustion obtainingslag of given composition | |
| RU2114927C1 (en) | Method of pyrometallurgical processing of lead-containing materials and furnace for method embodiment | |
| US3157489A (en) | Method for reducing metal oxides |