Способ очистки высокотемпературного восстановительного газа от сернистых соединений

 

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано в энергетической, химической и других отраслях промышленности, где требуется восстановительный газ с низким содержанием серы. Сущность: способ позволяет повысить экономичность процесса сероочистки за счет использования дешевого сероуловителя, являющегося отходом металлургического производства - конвертного шлака, который имеет в своем составе соединения железа и кальция, связывающие серу. Высокотемпературный серосодержащий газ пропускают через слой гранулированного конвертного шлака при температуре 800 - 1300 К. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано в энергетической, химической и других отраслях народного хозяйства, где требуется восстановительный синтез-газ с низким содержанием серы.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является известный способ сероочистки отходящих газов печи восстановления при температуре 30-60^оС с использованием губчатого железа. Губчатое железо получают путем окомковывания железосодержащего концентрата с последующим его нагревом и восстановлением в газообразной среде. По данному способу, удаление серы с поверхности губчатого железа проводят в плавильной печи. Следовательно, сера постоянно возвращается в технологический процесс, наблюдается ее понижение, что отрицательно влияет на качество конечного продукта. Этот способ можно применять при сероочистке газов с низким содержанием серы. При сероочистке газов со значительной концентрацией серы она накапливается в конечном продукте и ее удаление из этого продукта связано со значительными затратами. К тому же губчатое железо является дорогостоящим продуктом и его использование для сероочистки повышает себестоимость процесса. Целью изобретения является удешевление процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу высокотемпературную сероочистку осуществляют путем пропускания газа через гранулированный конверторный шлак при температуре 800-1300 К. преимущественно 1000-1300К.

Конверторный шлак многотоннажный отход металлургического производства. Фазовый и химический составы продукта приведены в таблице.

Сравнение с прототипом позволит сделать вывод о том, что соотношение компонентов в составе конверторного шлака отличается от известного. Более того, имеет место различный фазовый состав, который придает адсорбенту совершенно новые качества. Следовательно, заявляемое техническое решение способствует критерию "новизна". Следует также отметить, что некоторые включенные в заявляемое решение вещества известны, например CaO, Al₂O₃. Однако их применение в отдельности или в небольших концентрациях в смеси с другими добавками не обеспечивает адсорбенту таких свойств, которые они проявляют в заявляемом способе, и заключающимся в значительном сокращении концентрации серы в восстановительном газе. Таким образом, зольный состав компонентов придает адсорбенту новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Для экспериментального определения оптимального температурного режима сероочистки были проведены исследования при температуре 800-2000К. Установлено, что температура процесса сероочистки оказывает заметное влияние на степень сероулавливания. При этом газ получали в плазменном реакторе полезной мощностью 30 кВт с подачей измельченного тургайского угля. Полученный восстановительный синтез-газ содержал 0,1 кг/ч сероводорода.

На чертеже показана зависимость степени сероулавливания Z_s от температуры Т. Как видно на черетеже, степень сероулавливания зависит от температуры ступенчато, а именно: до T ≅800К сероулавливания не наблюдается. Также оно прекращается при температуре ≥1900К.

Из рисунка следует, что максимальная степень сероулавливания (Z_s 68%) достигается при Т 1200К и с ростом температуры снижается до нуля (Т 1900К). В оптимальном диапазоне температур 1100-1300К степень сероулавливания составляет 58-68% Повышение температуры нагрева выше 1300К не рекомендуется, так как при этом гранулы могут размягчаться и слипаться, что нарушает газопроницаемость слоя. Также нецелесообразно снижение температуры сероочистки менее1100К посольку при этом концентрация серы в синтез-газе велика.

П р и м е р 1. Серосодержащий синтез-газ, полученный при паровой газификации бурого тургайского угля (А^с 28% Q_н^с 4140 ккал/кг), с расходом 12,5 кг/ч, температурой 2100К и составом (об.): CO 47% H₂ 51% H₂S 1,2% и N₂ 0,8% пропускают через слой гранулированного конверторного шлака с температурой 400 К, массой 10 кг и составом (мас.): CaO 40,78% Al₂O₃ 1,78% SiO₂ 8,18% MgO 5,85% MnO 4,38% Pb 0,43% Fe₂O₃ 32,58% P₂O₅ 6,02% В результате взаимодействия горячего синтез-газа со шлаком среднемассовая температура реагентов достигает1100К. При этом степень сероулавливания Z_s за счет связывания материалом шлака сероводорода восстановительного газа составляет 58% П р и м е р 2. Серосодержащий синтез-газ, полученный при паровой газификации тургайского угля (А^с 28% Q_н^с 4140 ккал/кг) с расходом 12,5 кг/ч и температурой 2300К и составом, приведенным в примере 1, пропускают через слой гранулированного конверторного шлака с температурой 400К и массой 10 кг с составом, приведенным в примере 1.

В результате взаимодействия горячего синтез-газа со шлаком среднемассовая температура реагентов достигает 1200К. При этом степень сероулавливания Z_s за счет связывания материалом шлака сероводорода восстановительного газа составлят 68% П р и м е р 3. Серосодержащий синтез-газ, полученный при паровой газификации тургайского угля (А^c 28% Q_н^с 4140 ккал/кг) с расходом 12,5 кг/ч, температурой 2500К и составом, приведенным в примере 1, пропускают через слой гранулированного конверторного шлака с температурой 400К и массой 10 кг с составом, приведенным в примере 1.

В результате взаимодействия горячего синтез-газа со шлаком средне-массовая температура реагентов достигает 1300К. При этом степень сероулавливания Z_s составляет 63% Таким образом, изобретение позволяет по сравнению с прототипом повысить экономичность процесса за счет замены сероуловителя доргостоящего губчатого железа дешевым конверторным шлаком и повысить степень сероулавливания за счет связывания серы как с железом, так и кальцием. Более того, применение конверторного шлака, который является отходом металлургического производства, в качестве адсорбента способствует повышению комплексности использования минерального сырья, снижению вредных выбросов в окружающую среду. По сравнению с процессами, в которых в качестве адсорбента применяют доломит, предложенный способ позволяет существенно снизить транспортные расходы.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ГАЗА ОТ СЕРНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ, включающий контактирование газа с железосодержащим адсорбентом, отличающийся тем, что, с целью удешевления процесса, в качестве адсорбента используют гранулированный конверторный шлак, а контактирование осуществляют при 800 1300 К.

РИСУНКИ

Рисунок 1