Способ переработки германийсодержащих углей

Изобретение относится к химической промышленности и металлургии и может быть использовано для переработки германийсодержащих углей и при переработке лигнитов для генерации электрической и тепловой энергии. Переработка германийсодержащих углей включает термообработку угля в виде слоев путем подачи воздуха в нижнюю часть аппарата и нагрева верхнего слоя угля до температуры горения, создание устойчивой зоны горения, поддержание температуры в горящем слое и в слое огарка. Скорость движения зоны горения регулируется путем расхода воздуха. В слой огарка вдувают пары воды в количестве 300-400 кг/т угля. Способ позволяет увеличить выход горючего газа и повысить его калорийность. 1 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к химической промышленности и металлургии и может быть использовано при переработке германийсодержащих углей.

Известен способ получения германиевого концентрата из летучей пыли, смолы и надсмольных вод коксохимических производств в газогенераторных установках (Химия германия. И.В. Тананаев, М.Я. Шпирт. Москва, 1967, с. 366).

Недостатками данного способа являются низкая степень извлечения (20-30% - при коксовании и до 75% - при газификации угля) германия из угля, низкое содержание германия в концентрате, требующее энергоемкой и многостадийной пирометаллургической и реагентной обработки для получения германиевого концентрата, низкий выход и калорийность горючего газа, а также экологическая опасность и токсичность смолистых веществ и надсмольных вод, образующихся при коксовании и газификации угля.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения германиевого концентрата из ископаемых углей (патент №2293133 опубл. 10.02.2007) включающий термообработку угля при температуре в горящем слое не ниже 1000°С, в слое огарка не ниже 700°С, а скорость движения зоны горения поддерживают путем регулирования расхода воздуха при его удельной подаче 250-300 нм3 и при достижении зоны горения нижней части аппарата подачу воздуха прекращают.

Недостатком данного способа является то, что при высоком извлечении германия 86% получают сравнительно низкий выход горючего газа 3600 нм /т с калорийностью 4,9 МДж/нм.

Задачей изобретения является увеличение выхода горючего газа и повышение его калорийности при той же степени извлечении германия в концентрат, что и в прототипе.

Достигается это тем, что согласно заявленному способу переработки германийсодержащих углей включающий термообработку угля в виде слоев путем подачи воздуха в нижнюю часть аппарата и нагрева верхнего слоя угля до температуры горения, создания устойчивой зоны горения, поддержания температуры в горящем слое и в слое огарка, при скорости движения зоны горения путем регулирования расхода воздуха, согласно изобретению, в слой огарка вдувают пары воды в количестве 300-400 кг/т угля.

Технический результат при использовании изобретения заключается в увеличении выхода горючего газа и повышение его калорийности при той же степени извлечении германия в концентрат, что и в прототипе. Способ может быть использован, например, при переработке лигнитов для генерации электрической и тепловой энергии.

Известно, что теплопроводность слоя углеродсодержащего материала зависит от его фракционного состава, степени метаморфизма, влажности. Если при этом конвективный отвод тепловой энергии от слоя в воздух будет меньше теплового потока, поступающего в слой за счет механизма теплопроводности, то будет осуществляться прогрев слоевой засыпки навстречу потока воздуха - образуется "тепловая волна". То есть слой последовательно проходит стадии нагрева, сушки и выделения летучих (пиролиза). Продукты пиролиза, содержащие в числе прочих горючие компоненты, такие как оксид углерода, водород, жидкие и газообразные углеводороды, вместе с твердым углеродом реагируют с кислородом воздуха, образуя фронт горения. Температура в нем достигает 750-1200°С, и в этой зоне реагирует весь кислород воздуха. За фронтом горения находится восстановительная зона, в которой продукты горения (углекислый газ и водяной пар) путем восстановления на углеродной поверхности превращается в горючие компоненты попутного газа. Дополнительно введение количества водяного пара (сверх естественной влаги исходных материалов) приводит к протеканию следующих реакций взаимодействия углерода с водяным паром:

С+Н2O=СО+Н2

ΔG°=135550-144Т Дж/моль

и температурой начала реакции 668°С;

С+2Н2O=СO2+2Н2

ΔG°=98970-110,54Т Дж/моль

с температурой начала реакции 622°С.

В результате образуется газовая фаза, состоящая из СО, СO2, Н2 и Н2O. В газовой фазе такого состава будет протекать реакция водяного газа

СO22=СО+Н2O,

а также реакция между СO2 и твердым углеродом С+СO2=2СО.

ΔG°=166410-170,837Т Дж/моль

с температурой начала реакции 701°С.

Согласно принципу Ле Шателье при повышении температуры в составе равновесной газовой смеси количество водяного пара будет уменьшаться, а содержание Н2, СО и СO2 будет увеличиваться.

Если одновременно протекают реакция взаимодействия углерода с углекислым газом и реакция водяного газа, то и повышение температуры и уменьшение давления будут способствовать увеличению соотношения (%СО)/(%СO2) в равновесной смеси, а выбранный температурный интервал 700-1000°С выше температур начала этих реакций. Таким образом доля азота в горючем газе будет уменьшаться, а доля Н2 и СО увеличиваться повышая калорийность горючего газа при повышении удельного выхода горючего газа.

Верхний и нижний пределы добавляемого водяного пара (300 - 400 кг/т угля) выбраны из диаграммы калорийности получаемого горючего газа приведенной на чертеже., где видно, что горючий газ полученный при газификации угля с водяным паром имеет максимальную калорийность при добавлении водяного пара в сумме с влагой угля в области 30-40 масс. %.

Способ можно осуществить в аппарате шахтного типа Лурги. Одну тонну угля определенного состава (гранулированного) загружают в слоевой аппарат. В нижнюю часть аппарата подают воздух, а в верхней части за счет электрических спиралей создают необходимую температуру для стартового горения верхнего слоя угля в течение примерно 30 мин. После получения устойчивой зоны горения угля нагрев спиралей отключают. Далее температура и скорость движения зоны горения регулируются расходом воздуха снизу. При достижении температуры в горящем слое не ниже 1000°С, а температура в слое огарка - не ниже 700°С вдувается пар воды в количестве 300-400 кг/т угля. Когда зона горения достигнет нижней части слоевого аппарата, подача воздуха и пара воды прекращается - режим отработан.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1

Из 1 т угля марки Д с калорийностью 4200 ккал/кг, содержанием германия 404 г/т и влажностью 12% производится 740 г германиевого концентрата с содержанием германия 47% (т.е. степень извлечения германия 86%). Удельный выход горючего газа с калорийностью 6,7 (прототип 4,9) МДж/нм3 составляет 4200 (прототип 3600) нм3/т. Количество добавляемого водяного пара составило 300-120=180 кг/т угля. Газ, полученный при газификации пригоден для генерации электрической и тепловой энергии.

Пример 2

Из 1 т угля марки Д калорийностью 4200 ккал/кг, содержанием германия 404 г/т и влажностью 12% получается 740 г германиевого концентрата с содержанием германия 47% (т.е. степень извлечения германия 86%). Удельный выход горючего газа с калорийностью 6,7 (прототип 4,9) МДж/нм3 составляет 4200 (прототип 3600) нм3/т. Количество добавляемого водяного пара составило 400-120=280 кг/т угля. Газ пригоден для генерации электрической и тепловой энергии.

Приведенные примеры не ограничивают возможность осуществления нового способа при других значениях расхода водяного пара, но в заявляемом интервале.

Новый способ позволяет получать больший удельный выход и большую калорийность горючего газа по сравнению с прототипом при том же извлечении германия.

Способ переработки германийсодержащих углей, включающий термообработку угля в виде слоев путем подачи воздуха в нижнюю часть аппарата и нагрева верхнего слоя угля до температуры горения, создания устойчивой зоны горения, поддержания температуры в горящем слое и в слое огарка, при скорости движения зоны горения путем регулирования расхода воздуха, отличающийся тем, что в слой огарка вдувают пары воды в количестве 300-400 кг/т угля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидрометаллургии редких элементов и может быть использовано для извлечения из водных растворов галлия и германия, в том числе для их последующего определения. Проводят сорбционное извлечение редких элементов из водных растворов.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к получению полупроводниковых материалов, и может быть использовано в производстве сырьевого германия, применяемого для выращивания монокристаллов для оптического применения. Слиток германия, очищенного от примесей, получают путем диспергирования германия в реакционной камере до капельно-газовой смеси в восстановительной среде.

Изобретение относится к переработке германийсодержащих отходов оптического волокна. Отходы германийсодержащего оптического волокна подвергают совместному сжиганию с германийсодержащим углем.
Изобретение относится к области получения высокочистых веществ и касается разработки способа получения изотопнообогащенного германия, который может быть использован в микроэлектронике, ИК-оптике, нанофотонике, фундаментальных физических исследованиях. Исходным соединением для получения моноизотопных 72Ge, 73Ge, 74Ge, 76Ge является обогащенный одним изотопом германия моногерман, полученный в обогащенном состоянии последовательным выделением при центрифужном разделении моногермана с природным изотопным составом.

Изобретение относится к способу переработки германийсодержащего сырья, в качестве которого используют уголь или лигнит. Термическую обработку сырья проводят в две стадии для извлечения дополнительно к германию иттрия и скандия.

Изобретение относится к способу переработки германийсодержащего сырья, в котором в качестве германийсодержащего сырья используют уголь или лигнит. Первоначально проводят высокоскоростную вихревую термоактивацию исходного сырья при 120-220°C продуктами сжигания генераторного газа при 600-800°C и коэффициенте избытка воздуха α=1.1-1.05 с получением твердого остатка.

Изобретение относится к области получения и концентрирования рассеянных элементов из топочных отходов. Способ концентрирования рассеянных элементов, входящих в состав твердого полезного углеродсодержащего ископаемого, включает возгонку летучих рассеянных элементов при сжигании твердого углеродсодержащего ископаемого с получением первого возгона в виде обогащенной золы-уноса.

Изобретение относится к области гидрометаллургии рассеянных элементов, а именно к способу извлечения висмута и германия из вторичных источников сырья, образующегося при механической обработке оксидных материалов, в частности к способу извлечения висмута и германия из масло-абразивных отходов производства кристаллов ортогерманата висмута.
Изобретение относится к технологии получения изотопно-обогащенного германия и может быть использовано для производства полупроводниковых приборов, детекторов ядерно-физических превращений, в медико-биологических исследованиях материалов. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам гидрометаллургической переработки минерального сырья, содержащего соединения железа, цинка, кальция и кремния. .

Изобретение относится к фармацевтическим средствам, а именно к применению германофосфата кальция Ca5GeP2O12 в качестве средства с эффектом разрушения биоплёнок бактерий. Техническим результатом изобретения является повышение степени подавления развития биопленок у биогенных материалов на основе гидроксиапатита кальция, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани.
Наркология
Наверх