Способ получения восстановительного газа

 

ОПИСАНИЕ 74О711

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советск их

Социалистических

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву .— (22) Заявлено 02.09.77 (21) 2523752/23- 04 с присоединением заявки №вЂ”

С Ol В 2/14

Гасударственный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 15.06 80 Бюллетень pL 22

Дата опубликования описания 15.06.80 ао делам изобретений и отноытнй (53) УДК 662.951, .2 (088.8) (72) Авторы изобретения.Б. Г. Подольский, Т. А. Низовцева, А. Ф. Малец и В. M. Калганов

Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической теплотехники (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО

ГАЗА

Изобретение относится к области получения восстановительных газов путем конверсии углеводородных топлив и может быть использовано при осуществлении процессов безокислительного нагрева и прямого восстановления металлов из руд преимущественно в высокотемпе5 ратурных агрегатах металлургической промышленноспт.

Получение газов-восстановителей из природного газа производится путем конверсии i!pHродного газа разлишыми окислителями. Наиболее простым с точки зрения аппаратурного оформления и экономичным способом получения восстановительных газов является гомогенная газовоздушная конверсия, не требующая громоздких конверсионных устройств и применения дорогостоящих катализаторов.

Известен способ получения восстановительного газа путем сжигания углеводородов в воздухе, взятого в небольшом количестве с последующей осушкой продуктов сгорания (1).

Недостатком этого способа является значительное присутствие бачластных газов в целевом продукте.

Наиболее близким к предложенному способу по своей сущности является способ получештя восстановительного газа путем сжигания природного газа в присутствии воздуха при коэффициенте его расхода 0,3 — 0,5 в электри-. ческой дуге (2).

Недостатком этого способа является низкое качество восстановительного газа вследствие неполного превращения метана и малого выхода восстановительных компонентов.. Причиной этого является концентрация подводимой электрической энергии в малом реакционном объеме, недостаточном для завершетптя процесса конверсии, а также наличие в окислителе баллрста в виде азота воздуха.

Целью изобретеши является повышение качества восстаношттельного газа, а именно уменьшение доли балласта в восстановительном газе.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения восстановительного газа путем смлгания природного газа в присутствии воздуха, процесс ведут при коэффициенте расхода воздуха 0,7 — 1,0, полученные продукты

740711

10 сгорания подвергают конверсии с дополнитель но поданным природным газом с получением газовой смеси, которую подвергают конверсии в присутствии природного газа и водяного пара, с последующим нагревом полученных продук гов до 2000-2300 С, при проведении стадий конверсии и нагрева в электрическом разряде с самостоятельным подводом электрического тока на каждую стадию.

На чертеже представлена схема осуществления способа,где 1 -- подвод углеводородного газа, 2 — подвод воздуха. 3 — зона сжигания газовоэдушной смеси, 4 — подвод вторичного газа, 5 — подвод электрической энергии через электроды, б — зона конверсии вторичного газа, 7— подвод парогазовой смеси, 8 — подведение электрической энергии в процессе паровой конверсии через электроды, 9 — зона паровой конверсии, 10 — подвод газа или окислителя в продукты конверсии, 11 — подведение электрической энергии через электроды, 12 — зона завершения химических реакций и разогрев полученного восстановительного газа, 13 — диафрагмирование

30Н перегородками для улучшения перемешивания в зонах и пода ш газа в последующу.ю зону с определенной скоростью.

Способ осуществляют следующим образом.

В горелочное устройство подают газ 1 и воздух 2 с коэффициентом расхода воздуха, oGacпечивающим устойчивое горегпге газовоздушной смеси (а = 0,7 — 1,0) в зоне 3. В продуктьг сгорания добавляют вторичный газ 4, который взаимодействует с продуктами сгорания (C02 и II20) предыдущей стадии 3. Проггсходяигие при этом взаимодействии процессы конверсии вторичного газа углекисльгм газом и водяным паром эндотсрмишы. При 31ОМ для ведения процесса беэ катализатора и получения газа с низкой степенью окислепности бсз примеси

B нем сажи необходимо веспг процесс. при температуре 1200 — 1300 С, что обеспечивается в данном случае псдведением тепла в зону реакции посредством электрического разряда.

На этой стадии процесса известными спосо- 4> бами получают восстановительный газ с содержанием восстановителей СО 17%, Н, 21% (при а = 0,3). Полученньш газ обладает невысоким восстановит льным потсггциалом, а его состав значительно отличается от равновесного (СО 18%.

112 34%), что указывает на незавершенность химических реакций в пределах конверсионной зоны 6.

Восстановительный газ, полученный в конверсионной зоне 6 поступает в зону паровой конверсии 9 в виде потока, в который вводят природный газ и водяной II3p (отдельно или в Вггпе смеси с Ггодогретым Газом) . IIpoHcxoдит перемешиваиис потоков, полученная смесь

4 поступает в область электрического разряда, где в условиях подведения дополнительноlo тепла посредством разряда протекают реакшги паровой конверсии и происходит завершение химических превращений первой конверсионной ступени, Указанные процессы протекают в объеме зоны паровой конверсии 9. Паровая конверсия, как известно, позволяет получить восстановительный газ с наилучшей восстановительной способностью, так как обеспечивает более высокое содержание водорода в нем.

Содержание восстановителей в газе, получсином паровой конверсией может достигать

85 — 90%, окислителей 5 — 10%, балласт порядка 1%. Такггм образом, в зоне осуществления паровой конверсии при условии равной производительности конверсионных ступеней по восстановительному газу после усреднения состава получают газ с содержагпгем %:

СО 18 — 20

IIг 43-59

С02 2 — 3

H20 5 — 7

С114 2

142 26-27

Качество газа улу гшилось, вследствие повышения содержания восстановителей в газе и снижении балласта по сравггснию с первой конверсионной ступенью; Kpolvie того, во второй конверсионной ступени имегатся условия для завершения предшествугощих процессов (вступает в реакцию конверсии остатогпгый МсТВВ первой ступени). злее продукты конверсии природного газа проходят зону подогрева 12, где происходит корректировка состава полученного восстановительного газа при температуре 2000-2300 С.

Для получения газа нужного состава можно вводить неболышгс количества газа или окислителя через ввод 10. В зоне нагрева происходит завершение химических реакций, разогрев газа до необходимой температуры и окончательное усреднение газа по составу и температуре в предсопловом участке зоны подогрева 12.

Подводимая электрическая энергия при наложении электрического разряда в зонах 5, 8 и

11 компенсирует эндотермичность процессов конверсии H создает оптимальную для протекагшя реакцггй температуру, позволяя осугцествлять регулирование параметров восстановитель ного газа (состав и температуры).

Полученный таким образом восстановительный газ с восстановительной способностью р > 10 и незначительньгм содержанием балласта яг3ляется полностью подготовленным для осуществления технологического процесса.

Предлагаемый способ обеспечивает стабильность сосгава газа во времени и позволяет

Стадия

Расхо

Состав сухих продуктов реакции, %

ТемпераРасход кислигаза, 3/ тура газа, С

Нг CO С 4 СОг Ог N> еля, Э/

6,1 02

78.4

Не менее

1800

45,97

1,05 0

0 0

1800

45,9 22,1 0 0

° 0

2300

5 40 получать путем гомогенной конверсии вь.сокот мпературный высококачественный восстанови тельный газ, исключая сложные дорогостоящие процессы проведения конверсии на насадках, а также процессы отмывки газа or окислителей и его повторный нагрев.

Учитывая большую скорость протекания химических реакций при наличии необходимых условий, что в данном способе обеспечивается созданием оптимальных температур благодаря 10 подведению тепла электрическим разрядом, в осуществлении способа очевидна компактность, что весьма удобно при установке такого конверсионного устройства на технологический агрегат, 15

Изменением соотношения газ — окислитель, а также производительностью конверсионных ступеней и подводимой электрической энергией можно осуществлять регулирование восстанови- 2 ! 3,0 Воздух 7,2 7,6 0,6

19,7

1i 4,0 — 31,5 18,8 2,62

l l l 3,0 ВодянОЙ пар

1,974 45,9 22,1 0

Формула изобретения

Способ получения восстановительного газа путем сжигания природного газа в присутствии воздуха, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения качества целевого продукта, сжигаш е природного газа ведут при коэффициенте расхода воздуха 0,7 — 10, полученные продукты сгорания подвергают конверсии с дополнительно поданным природным газом с получением газовой смеси, которую подвергают конверсии в присутствии природного газа и тельной способности r a.ra rr соде1>жал«я rr rreM балла ста.

Пример. 7 стадия — получение продуктов неполного сгорания с неэча итель«ым содержанием восстаповитель«ых компонентов, в данном случае Х (СО + Нг) =- 14,8% .

ll стадия †. получение конвертированного газа с более высоким содержанием восстановительных компонентов в газе,Z (C0 < Нг)) >50% °, но содержащего остаточный метан и боль. шое количество балласта (N2 = 45,97%).

l l l стадия — улучшение состава восстановительного газа Z (СО + Нг) = 68% за счет сниже«ия содержания балласта (в данном случае до 32%) и полного разложения остаточного метана в результате паровой конверсии.

l V стадия — разогрев восстановительного газа до высоких температур.

Конкретные условия проведения способа н да«ные его результатов приведены в таблице водяного пара, с последующим нагревом полученных продуктов до 2000 — 2300 С при проведении стадий кО«версии н нагрева в электрическом разряде с самостоятельным подводом электрического тока на каждую стадию.

Источники информации, принятые во в««мание при экспертизе

1 Авторское свидетельство СССР И 393?04, кл. С 01 В 2/02; 1972.

2. Авторское свидетельство СССР И 253845, кл. С 01 В 2/02, 1968 (прототип).

740711 (-Останителз Н. Богданона редакто-> 1f нрделppнона ТЩед ИЯеданекаи Корректор gq, Гриценко

=.à;êàç 3138/26 7ираж 565 Поднисное

ЦЯ 11ЛИ. Гоеударстэенното коылета СССР

Но делаii изооретений o . откр тий

113035, Москва, Ж-35, Раутпская наб., д. 4/5

Филиал ййй " Патент", г. Ужгород, ул, ййроектная, 4