Способ извлечения металлов при газификации твердого топлива в политопливном газогенераторе

Изобретение относится к комплексной переработке углеродсодержащих материалов, таких как угли, торф, горючие сланцы, углеродсодержащих техногенных материалов, таких как отходы углеобогащения, отходы деревообработки, твердые коммунальные отходы, и может найти применение в энергетике, химической промышленности, черной металлургии. Способ извлечения металлов при газификации твердого топлива в политопливном газогенераторе барботажного типа включает подачу твердого 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. Твердое топливо подают в оксидный расплав в виде брикетов, содержащих твердое топливо и железосодержащий материал, в качестве которого используют гематитовую руду, при этом железосодержащий материал вводят в количестве, обеспечивающем весовое отношение количества вводимого и присутствующего в золе твердого топлива железа к суммарному количеству основных шлакообразующих оксидов кремния, алюминия, титана, кальция и магния, присутствующих в золе твердого топлива, связующем и железосодержащем материале, в пределах 0,10-0,75. Технический результат – снижение выноса пыли, повышение степени извлечения металлов в сплав. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области энергетики и химической промышленности при комплексной переработке углеродсодержащих материалов, таких как угли, торф, горючие сланцы, а также углеродсодержащие техногенные материалы, такие как отходы углеобогащения, отходы деревообработки, твердые коммунальные отходы. Изобретение может также найти применение в черной металлургии и предназначено для получения углеродсодержащих металлов из природных (руды, концентраты и другое промышленное сырье) и техногенных (пыли, шламы, шлаки, окалина и другие отходы) оксидов металлов.

Многие виды углей, а также другие виды твердого топлива содержат заметные количества цветных, редких и драгоценных металлов (Я.Э. Юдович, М.П. Кетрис. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. Екатеринбург: УрОРАН, 2005. - 596 с.). При традиционном сжигании/газификации углей практически все эти металлы теряются с золой либо переходят в тонкие фракции пыли и безвозвратно теряются. В газогенераторах барботажного типа эти потери металлов можно предотвратить.

Известен способ получения генераторных газов из углей в печи барботажного типа РОМЕЛТ (Газификация угля в шлаковом расплаве / А.В. Баласанов, В.Е. Лехерзак, В.А. Роменец, А.Б. Усачев; под ред. А.Б. Усачева. - М.: «Институт Стальпроект», 2008. - 288 с.). В газификаторах типа РОМЕЛТ твердое топливо загружается в шлаковую ванну, барботируемую кислородсодержащим дутьем. Частицы твердого топлива замешиваются в шлаке, в котором протекают процессы испарения и конверсии паров воды, выделения летучих, газификации коксового остатка. Отходящие из печи генераторные газы содержат менее 10% CO2 и H2O. В газогенераторе РОМЕЛТ возможна комплексная переработка твердого топлива с частичным извлечением ряда черных и цветных металлов в металлическую фазу, образованную на базе углеродистого расплава железа (Процесс Ромелт / Под ред. В.А. Роменца. - М.: ИД. «Руда и Металлы», 2005. - 400 с.). К недостаткам газогенераторов на базе печей РОМЕЛТ относятся следующие: значительный (до 5% и выше) вынос твердого топлива с отходящими газами, неполное извлечение ряда цветных и черных металлов, значительные потери черных и цветных металлов с отвальным шлаком. Так максимальное извлечение ванадия в чугун в печи РОМЕЛТ не превышает 70-75%, марганца - 55-65%, хрома - менее 60%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ металлургической многоцелевой газификации твердого топлива, патент РФ 2422538. 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. Данное 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.

В способе по патенту РФ 2422538 возможно частичное извлечение черных и цветных металлов в металлическую фазу. Однако степени их извлечения будут не выше, чем в процессе РОМЕЛТ. Другим существенным недостатком рассматриваемого способа является значительный пылеунос мелких фракций твердого топлива.

Указанные недостатки можно устранить, применив предлагаемый способ извлечения металлов при газификации твердого топлива в политопливном газогенераторе.

Способ извлечения металлов при газификации твердого топлива в политопливном газогенераторе барботажного типа включает подачу твердого 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, Твердое топливо подают в оксидный расплав в виде брикетов, содержащих твердое топливо и железосодержащий материал, в качестве которого используют гематитовую руду, при этом железосодержащий материал вводят в количестве, обеспечивающем весовое отношение количества вводимого и присутствующего в золе твердого топлива железа к суммарному количеству основных шлакообразующих оксидов кремния, алюминия, титана, кальция и магния, присутствующих в золе твердого топлива, связующем и железосодержащем материале, в пределах 0,10-0,75.

В качестве железосодержащих материалов используют оксиды кремния, алюминия, титана, кальция и магния.

Предлагается перед подачей твердого топлива на газификацию брикетировать топливо. Для извлечения ряда цветных и черных металлов, таких как железо, медь, никель, кобальт, ванадий хром, марганец, и некоторых других металлов в товарные продукты в шихту для брикетирования добавляются специальные железосодержащие добавки. В качестве добавок могут использоваться техногенные отходы, такие как шламы и пыли производства черных металлов, отходы цветной металлургии: шлаки медного и никелевого производства, красные шламы.

При загрузке таких комбинированных брикетов в шлаковую ванну, имеющую температуру 1400-1600°C, происходят процессы восстановления и науглероживания железа. Восстановленное науглероженное железо является активным восстановителем более трудно восстановимых металлов, таких как марганец, хром, ванадий и т.д. Образующиеся капли углеродистого металла по отношению к перечисленным металлам растворяют их и переводит в легированный железоуглеродистый сплав. Сплав периодически выпускается из газогенератора и в зависимости от содержания цветных и черных металлов используется как легированный чугун либо подвергается дополнительному рафинированию с селективным извлечением цветных и черных металлов в товарные продукты. Использование данного изобретения позволит повысить полноту переработки твердого топлива с максимально полным извлечением примесных цветных и черных металлов в товарные продукты.

Пример.

В качестве твердого топлива использовали газовый уголь марки «Г». Технический состав угля: зола - 10%, летучие - 49%, влага - 10%, сера - 0,8%. В брикеты добавляли железную гематитовую руду с содержанием железа 65%. В качестве флюса и связующего использовали известь. Объем дутья на барботажных фурмах - 4000 нм3/час. Для моделирования поведения марганца, хрома, ванадия вместе с железной рудой в брикеты вводили концентраты этих металлов в количестве до 0,15 отвесы железной руды. Содержание кислорода в дутье - 58%. Температура шлаковой ванны - 1450-1500°C. Результаты экспериментов приведены в табл. 1.

Из приведенных в таблице данных видно, что во всем диапазоне отношения Fe/(SiO2+Al2O3+TiO2+CaO+MgO) химический состав генераторного газа меняется слабо. По мере увеличения этого отношения незначительно растет доля углекислого газа и паров воды. Оптимальным диапазоном отношения Fe/(SiO2+Al2O3+TiO2+CaO+MgO) является интервал 0,10-0,75. Введение в брикеты 0,05, то есть менее заявляемого предела, железа от суммы оксидов не приводит к полному извлечению металлов в сплав. Это связано с незначительным количеством металлических капель, а также с наличием остаточного содержания мельчайших капель сплава в шлаке. Превышение отношения Fe/(SiO2+Al2O3+TiO2+CaO+MgO) величины 0,75 приводит к снижению прочности брикетов, связанному с бурным выделением газов в процессе восстановления оксидов. Это сопровождается значительным увеличением выноса пыли (до 1,1% от загружаемого материала) и снижением степени извлечения черных и цветных металлов в сплав.

Способ извлечения металлов при газификации твердого топлива в политопливном газогенераторе барботажного типа, включающий подачу твердого 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, отличающийся тем, что твердое топливо подают в оксидный расплав в виде брикетов, содержащих твердое топливо и железосодержащий материал, в качестве которого используют гематитовую руду, при этом железосодержащий материал вводят в количестве, обеспечивающем весовое отношение количества вводимого и присутствующего в золе твердого топлива железа к суммарному количеству основных шлакообразующих оксидов кремния, алюминия, титана, кальция и магния, присутствующих в золе твердого топлива, связующем и железосодержащем материале, в пределах 0,10-0,75.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения металлического неодима из его оксида. Способ включает смешивание оксида неодима с графитовым порошком с последующим прессованием полученной смеси в брикеты и нагревом полученных брикетов в вакуумной или вакуумно-водородной печи для восстановления оксида.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к плавке сырья, содержащего цветные металлы. Согласно способу переработка низкоавтогенного сырья в печи взвешенной плавки включает подачу металлсодержащей шихты и флюса в виде шихтогазового факела в реакционную зону упомянутой печи струей кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, плавление шихты происходит с образованием расплавов штейна и шлака, разделение последних отстаиванием, раздельный вывод жидких продуктов плавки и газов.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению лигатур для постоянных магнитов на основе неодима. В способе смешивают оксид неодима с графитовым порошком и порошком железа или чугуна, полученную смесь прессуют в брикеты при давлении 80-120 МПа, укладывают брикеты в графитовый тигель, который помещают в вакуумную печь и нагревают до температуры 900-1000°C с образованием расплава и выдержкой его при этой температуре в течение 30-60 мин при остаточном давлении 0,25-5 кПа до разложения гидрооксида неодима и удаления паров воды, после завершения выдержки осуществляют откачку газа до давления 1-10 Па, последующий напуск инертного газа до давления 30-50 кПа с обеспечением создания безокислительной газовой атмосферы и подъема температуры до 1800-2000°C, и проводят процесс восстановления в течение 180-360 мин.

Изобретение относится к металлургической промышленности, преимущественно к металлургии кобальта. Способ получения кобальта включает приготовление шихты смешением кобальтсодержащего материала с горючими сланцами в качестве углеродсодержащего восстановителя, которые содержат кварцевый песок, металлы - кальций и магний.

Группа изобретений относится к получению металлического циркония из его рудных пород. Способ получения металлического циркония из водной суспензии частиц руды, содержащей соединения циркония, включает генерацию в объеме сырья физических трапецеидальных магнитных полей, напряженность которых составляет 1,1·105 - 1,5·105 А/м.
Изобретение относится к экстракции металлов из красного шлама. Красный шлам измельчают до размера частиц 5-500 мкм.

Группа изобретений относится к получению металлического цинка из его рудных пород. Способ получения металлического цинка из водной суспензии частиц, содержащих соединения цинка руды, включает генерацию в объеме сырья физических «треугольных» магнитных полей, напряженность которых составляет 8·104÷1,0·105 А/м.

Группа изобретений относится к получению металлического олова из его рудных пород. Способ получения металлического олова из водной суспензии частиц, содержащих соединения олова руды, включает генерацию в объеме сырья физических треугольных магнитных полей, напряженность которых составляет 8·104÷1,0·105 А/м.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть применено для обеднения медных шлаков. Способ обеднения медных шлаков включает обработку шлака оксидом кальция в присутствии восстановителя при повышенной температуре.

Группа изобретений относится к получению металла карботермическим восстановлением оксида металла. Способ включает карботермическое восстановление оксида металла для получения смешанного газового потока, содержащего металл и оксид углерода, поддержание смешанного газового потока при повышенной температуре, достаточной для предотвращения повторного образования оксида металла, выпуск смешанного газового потока из реактора через присоединенное к нему суживающееся-расширяющееся сопло для мгновенного охлаждения этого потока до температуры, при которой не происходит повторное образование оксида металла, отделение и сбор металла.

Изобретение относится к технологии комплексной переработки различных видов углеводородсодержащего сырья в расплаве металлов с получением в качестве промежуточного продукта смеси водорода и монооксида углерода (синтез-газа).

Изобретения могут быть использованы в химической промышленности. Способ деполимеризации пластмассовых отходов включает нагрев исходного твердого материала и получение в резервуаре или реакторе (311) с индукционным нагревателем (23) жидкой ванны легкоплавких металлов или металлических сплавов.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для генерирования водородного газа из воды. .

Изобретение относится к способу получения синтез-газа, включающему термическое разложение древесного сырья, характеризующемуся тем, что термическое разложение древесного сырья осуществляют в жидком теплоносителе в течение 0,5-10 секунд при температуре 1620-1800°С.

Изобретение относится к способам термической переработки твердого топлива и может быть использовано в топливной, химической, металлургической промышленности. .

Изобретение относится к комплексной переработке углеродсодержащих материалов, таких как угли, торф, горючие сланцы, углеродсодержащих техногенных материалов, таких как отходы углеобогащения, отходы деревообработки, твердые коммунальные отходы, и может найти применение в энергетике, химической промышленности, черной металлургии. Способ извлечения металлов при газификации твердого топлива в политопливном газогенераторе барботажного типа включает подачу твердого 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. Твердое топливо подают в оксидный расплав в виде брикетов, содержащих твердое топливо и железосодержащий материал, в качестве которого используют гематитовую руду, при этом железосодержащий материал вводят в количестве, обеспечивающем весовое отношение количества вводимого и присутствующего в золе твердого топлива железа к суммарному количеству основных шлакообразующих оксидов кремния, алюминия, титана, кальция и магния, присутствующих в золе твердого топлива, связующем и железосодержащем материале, в пределах 0,10-0,75. Технический результат – снижение выноса пыли, повышение степени извлечения металлов в сплав. 1 табл., 1 пр.

Наверх