CN106047421A - 一种利用熔融态铜渣制备合成气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用熔融态铜渣制备合成气的方法，属于资源与环境领域。本发明所述方法将高温出炉的熔融态铜渣水冷后经破碎造粒，产生的水蒸气加压后作为气化剂，用铜渣余热及渣中有价金属的氧化性气化可燃固体废弃物制备可燃气，一部分高温燃气通入反应炉推动反应器的流态化，其余合成气在预热可燃固体废弃物后进入燃气轮机用于发电或制备精制燃气，催化反应后的渣磁选后产生铜精矿和铁精矿。本发明所述方法充分利用熔渣冷却释放热量、渣中金属易于还原、可燃固体废弃物气化产生可燃气等特征，解决了铜渣中有价金属回收利用率低、余热回收效率低、可燃固体废弃物的能源转化问题。
Description
技术领域
本发明提供一种利用熔融态铜渣制备合成气的方法，属于资源与环境领域。
背景技术
资源是人类赖以生存和发展的物质基础，随着矿产资源的逐渐贫缺，加强对二次资源如冶金渣、金属废弃物等的开发利用对于缓解我国的矿石资源压力有较为积极的作用。铜渣是火法冶金中的一种重要冶炼产物，尤其是在冰铜冶炼和铜精炼过程中会产生大量的铜渣副产品，其主要成分为铁橄榄石(Fe2SiO4)，由于目前铜渣提炼铜、铁和稀有金属的技术还不成熟，铜渣主要用作建筑填充物或直接丢弃直接导致很大的资源浪费。另外，熔融铜渣温度在1100~1300℃，融化热为226MJ/t，含有的热力学能可达1.37~1.61GJ/t，按全球每年产铜渣0.246~0.335亿t计，带走的热量相当于134~210 万t标煤。可见，铜渣是温度高、含热量大的二次能源；另一方面，铜渣中富含铜铁等有价金属，尤其是铁元素达到渣含量的40%以上，铜含量0.75%左右，回收价值较高。
可燃固体废弃物催化气化是一种先进的废物资源转化技术，而金属类催化剂作为一类主要催化剂，近年来国内外针对其展开了广泛的研究。橄榄石等碱性金属能使H2含量大幅度提高，而水蒸气作为气化介质对提升可燃固体废弃物气化产气量和减少焦油产量具有明显效果。目前，国内外研究者利用高温冶金渣粒供给水蒸汽催化反应和烃类物质炭化分解等吸热化学反应热量，回收余热。针对铜渣的大量余热和富含碱性金属的特点，以铜渣催化气化可燃固体废弃物的工艺方法有很大的工业前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：铜渣中有价金属回收率低、熔渣余热难以回收利用、生物质气化焦油量大。
本发明的目的在于提供一种利用熔融态铜渣制备合成气的方法，具体包括以下步骤：
（1）将熔融态铜渣用水冷却后，造粒、破碎得到颗粒状铜渣；
（2）用于冷却铜渣的水汽化产生的蒸汽一部分经加压泵通入流化床反应炉，另一部分进入余热利用系统；
（3）颗粒状铜渣通入流化床反应炉中反应产生的高温燃气和废渣，高温燃气经旋风除尘后得到未反应颗粒物和合成气，未反应颗粒物重新进入反应炉，合成气一部分用于预热可燃固体废弃物，其余精制后制备成燃气；
（4）可燃固体废弃物经破碎后进入换热器，由高温燃气预热并带入反应炉，气化反应后的排渣依次经过重力筛选、磁选产生铜精矿和铁精矿。
优选的，本发明步骤（1）中铜渣冷却至1000~1050℃，破碎粒度为1mm以下，铜渣与水的质量比为6:1~4:1。
优选的，本发明步骤（2）中抽出0~88%的蒸气用于余热利用，另12~100%作为气化剂增压至0.2~0.5MPa后进入反应炉。
优选的，本发明所述可燃固体废弃物破碎至1~5mm，合成气用于预热的合成气与用于精制的合成气之比为1:2。
优选的，本发明步骤（4）中可燃固体废弃物与铜渣的质量比为0.3:1~5:1。
本发明所述熔融态铜渣是指铜冶炼加工过程产生的铜渣，主要成分为铁橄榄石和磁铁矿。
本发明所述可燃固体废弃物是指工业和城市固体垃圾、农林业产品加工剩余物等。
本发明充分利用生物质制备可燃气的特点，结合铜渣中铜铁等金属的还原特性和冷却释放大量热量的特征，将铜渣冷却释热-水蒸气气化可燃固体废弃物-铜渣催化气化可燃固体废弃物三系统耦合高效回收铜渣中有价金属和实现可燃固体废弃物回收的新工艺。本发明具备的有益效果和优点是：
（1）以有效的还原剂的方式回收了铜渣中的有价金属，铜渣资源化效果好；冷却熔渣释放的大量热量用于可燃固体废弃物的气化，实现熔渣余热的化学能转化，为铜渣的余热回收提供了一种有效的途径。
（2）可燃固体废弃物与铜渣的混合气化，为可燃固体废弃物的能源化利用提供了新途径；冷却熔渣的水以水蒸气的形式气化可燃固体废弃物，大大增加了产氢量。
（3）铜渣冷却释热、水蒸气气化可燃固体废弃物、铜渣催化气化可燃固体废弃物三系统耦合高效回收了铜渣中有价金属，为可燃固体废弃物的能源化利用技术提供了新方法。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
本发明的具体实施方式为：高温出炉1250℃的熔融态铜渣经水冷气旋造粒，其中铜渣与水质量比为6:1~4:1，粒径为1mm以下；经冷却后的铜渣（1000~1050℃）以间歇式给料的方式从反应器的侧上方位进入流化床反应炉，为可燃固体废弃物的气化提供余热和还原剂，在反应过程中铜渣中的铁橄榄石还原生成氧化亚铁或铁单质，部分硫化铜被还原生成铜单质 ，在炉底排出的渣经过重力筛选除去残渣，剩余的铜铁精矿经进一步磁选分出铜精矿和铁精矿。冷却铜渣所产生的水蒸气抽出0~88%的蒸气用于余热利用，另12~100%作为气化剂增压至0.2~0.5MPa后进入反应炉，以底吹的方式连续供给气化所需的水蒸气，最终在可燃固体废弃物的焦油裂解中生成氢气或甲烷等。铜渣与可燃固体废弃物的质量比为0.3:1~5:1，可燃固体废弃物破碎至1~5mm，在部分高温燃气的预热和推动作用下使用喷嘴连续进入反应器，与水蒸气、高温铜渣混合，形成流态化，制备的合成气从反应器顶端导引而出，一部分合成气通入换热器预热可燃固体废弃物并推动反应器的流态化，其余合成气在精制后进入燃气轮机用于发电或制备精制燃气，用于预热的燃气与进入精制装置的燃气之比为1:2。
实施例1
本实施例所述铜渣（主要成分及质量百分比：Fe2SiO4=49.96%，Fe3O4=12.18%，SiO2=9.37%，Al2O3=4.9%，CaO=4.33%， S=0.96%，Cu2S=0.94%，Ni=0.01%，非晶态玻璃体17.35%）
（1）将高温出炉1250℃的铜渣经水冷气旋造粒（粒径为1mm）冷却至1050℃，其中铜渣与水质量比为4:1；
（2）冷却后的铜渣从气化反应器的侧上方位进入流化床反应炉；冷却铜渣所产生的水蒸气100%作为气化剂增压至0.2MPa后进入流化床反应炉，以底吹的方式连续供给气化所需的水蒸气。
（3）铜渣与可燃固体废弃物的质量比为5:1，可燃固体废弃物破碎至1~5mm，最初以水蒸气加压鼓吹，在产生高温燃气后抽出部分高温燃气预热和推动可燃固体废弃物进入反应器。制备的高温燃气从反应器顶端导引而出，旋风除尘精制后制备合成气。在炉底排出的800℃的渣经冷却后重力筛选除去残渣，剩余的铜铁精矿经进一步磁选分出铜精矿和铁精矿，金属回收率为24%。气化效率为73.9%，产生的合成气中氢气的体积浓度达到20.81%。
本实施例实验数据如表1所示。
表1
。
实施例2
本实施例所述铜渣（主要成分及质量百分比：Fe2SiO4=47.33%，Fe3O4=13.06%，SiO2=11.05%，Al2O3=5.11%，CaO=7.38%， S=0.32%，Cu2S=0.96%，Ni=0.01%，非晶态玻璃体14.78%）
（1）将高温出炉的铜渣（1250℃）经水冷气旋造粒，（粒径为1mm）冷却至1000℃其中铜渣与水质量比为6:1；
（2）冷却后的铜渣从气化反应器的侧上方位进入流化床反应炉；冷却铜渣所产生的水蒸气抽出88%的蒸气用于余热利用，另12%作为气化剂增压至0.5MPa后进入反应炉，以底吹的方式连续供给气化恰好所需的水蒸气。
（3）铜渣与可燃固体废弃物的质量比为0.3:1，可燃固体废弃物破碎至1~5mm，最初以水蒸气加压鼓吹，在产生高温燃气后抽出部分高温燃气预热和推动可燃固体废弃物进入反应器。制备的高温燃气从反应器顶端导引而出，旋风除尘精制后制备合成气。在炉底排出的800℃的渣经冷却后重力筛选除去残渣，剩余的铜铁精矿经进一步磁选分出铜精矿和铁精矿，金属回收率为29%。气化效率为75.99%，产生的合成气中氢气的体积浓度达到15.89%。本实施例实验数据如表2所示。
表2
。
实施例3
本实施例所述铜渣（主要成分及质量百分比：Fe2SiO4=48.12%，Fe3O4=14.27%，SiO2=10.44%，Al2O3=3.70%，CaO=5.58%， S=0.78%，Cu2S=1.03%，Ni=0.01%，非晶态玻璃体16.07%）
（1）将高温出炉1250℃的铜渣经水冷气旋造粒（粒径为1mm）冷却至1020℃，其中铜渣与水质量比为5:1；
（2）冷却后的铜渣从气化反应器的侧上方位进入流化床反应炉；冷却铜渣所产生的水蒸气抽出50%的蒸气用于余热利用，另50%水蒸气作为气化剂增压至0.4MPa后进入流化床反应炉，以底吹的方式连续供给气化所需的水蒸气。
（3）铜渣与可燃固体废弃物的质量比为2:1，可燃固体废弃物破碎至1~5mm，最初以水蒸气加压鼓吹，在产生高温燃气后抽出部分高温燃气预热和推动可燃固体废弃物进入反应器。制备的高温燃气从反应器顶端导引而出，旋风除尘精制后制备合成气。在炉底排出的800℃的渣经冷却后重力筛选除去残渣，剩余的铜铁精矿经进一步磁选分出铜精矿和铁精矿，金属回收率为31%；气化效率为79.2%，产生的合成气中氢气的体积浓度达到22.19%。
本实施例实验数据如表3所示。
表3
。
Claims (5)
1.一种利用熔融态铜渣制备合成气的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将熔融态铜渣用水冷却后，造粒、破碎得到颗粒状铜渣；
（2）用于冷却铜渣的水汽化产生的蒸汽一部分经加压泵通入流化床反应炉，另一部分进入余热利用系统；
（3）颗粒状铜渣通入流化床反应炉中反应产生的高温燃气和废渣，高温燃气经旋风除尘后得到未反应颗粒物和合成气，未反应颗粒物重新进入反应炉，合成气一部分用于预热可燃固体废弃物，其余精制后制备成燃气；
（4）可燃固体废弃物经破碎后进入换热器，由高温燃气预热并带入反应炉，气化反应后的排渣依次经过重力筛选、磁选产生铜精矿和铁精矿。
2.根据权利要求1所述利用熔融态铜渣制备合成气的方法，其特征在于：步骤（1）中铜渣冷却至1000~1050℃，破碎粒度为1mm以下，铜渣与水的质量比为6:1~4:1。
3.根据权利要求1所述利用熔融态铜渣制备合成气的方法，其特征在于：步骤（2）中抽出0~88%的蒸气用于余热利用，另12~100%作为气化剂增压至0.2~0.5MPa后进入反应炉。
4.根据权利要求1所述利用熔融态铜渣制备合成气的方法，其特征在于：可燃固体废弃物破碎至1~5mm。
5.根据权利要求1所述利用熔融态铜渣制备合成气的方法，其特征在于：步骤（4）中可燃固体废弃物与铜渣的质量比为0.3:1~5:1。
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