EA047175B1 - Способ получения восстановительных веществ при переработке угля - Google Patents
Способ получения восстановительных веществ при переработке угля Download PDFInfo
- Publication number
- EA047175B1 EA047175B1 EA202300020 EA047175B1 EA 047175 B1 EA047175 B1 EA 047175B1 EA 202300020 EA202300020 EA 202300020 EA 047175 B1 EA047175 B1 EA 047175B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- substances
- coal
- mixture
- volatile
- reactor
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims description 36
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 41
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 40
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 17
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 17
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 9
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 9
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims description 9
- 239000012261 resinous substance Substances 0.000 claims description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052949 galena Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- QPUYECUOLPXSFR-UHFFFAOYSA-N 1-methylnaphthalene Chemical class C1=CC=C2C(C)=CC=CC2=C1 QPUYECUOLPXSFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001454 anthracenes Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000012824 chemical production Methods 0.000 description 1
- 239000011294 coal tar pitch Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- XCAUINMIESBTBL-UHFFFAOYSA-N lead(ii) sulfide Chemical compound [Pb]=S XCAUINMIESBTBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 150000003222 pyridines Chemical class 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Description
Изобретение относится к химической технологии и металлургии, а именно к способам переработки угля, и предназначено для получения жидких и газообразных веществ его состава, технологических газов, веществ-восстановителей металлов и попутно образующих веществ.
Известен способ и установка ожижения и дистилляции летучих веществ, содержащихся в твердом углеродистом материале по [1]. Способ включает в себя пропускание материала через установку риформинга, внутри которой имеется температурный градиент, возрастающий по мере того, как материал продвигается вниз через установку риформинга. Более ценные летучие компоненты материала покидают материал при соответствующих им температурах испарения и выходят из установки риформинга для переработки в конденсаторах. Некоторую часть каждой фракции потока летучего материала повторно нагревают и рецуркулируют через установку риформинга, чтобы подать тепло для поддержания температурного градиента. Вспрыскивание рециркулируемого материала происходит ниже уровня, где данная фракция покинула установку риформинга, так что рециркулируемая фракция снова будет выходить из установки риформинга, подвергаясь по конденсации. На дне установки реформинга нелетучую часть углеродистого материала удаляют из установки риформинга для дальнейшей переработки или сбыта. Изобретение позволяет увеличить эффективность обработки угля и разделять летучие вещества на ценный газ и жидкие фракции.
Недостатком известного способа является сложность его осуществления, выражавшаяся в многостадийности технологических процессов выделения и конденсации летучих веществ угля с применением многочисленных аппаратур и дополнительных операций по их утилизации.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ газификации угля [2], согласно которому уголь прежде, чем использовать в газификации при температурах 450-500°C, освобождают от летучих и смолистых веществ в реакторе предварительного нагрева. Данный реактор через стенку нагревают теплом газа после газификации угля. Летучие вещества, состоящие из тяжелых углеводородов, бензола с его производными, фенолов, высокомолекулярных и гуминовых органических кислот, охлаждают в специальном холодильнике для перевода их в жидкое состояние и собирают в сборнике без последующего их разделения на компоненты.
Недостатками известного способа является то, что выделенные летучие и смолистые вещества охлаждают для их перевода в жидко-газообразное состояние, что затрудняет дальнейшее их использование в виду того, что разделение охлаждённой смеси летучих и смолистых веществ на отдельные компоненты требуют проведения дополнительных технологических операций, имеющих значительные материальноэнергетические и временные затраты.
Целью изобретения является осуществление полной переработки угля с разделением выделяемых веществ на отдельные компоненты и получение восстановительных веществ.
Поставленная цель достигается способом восстановления металлов из полиметаллических концентратов, включающим предварительное нагревание угля в реакторе с внешним обогревом, выделение летучих и смолистых веществ из состава угля, их охлаждение, газификацию оставшегося углеродистого материала веществами-окислителями, причем охлаждение газообразных летучих и смолистых вещества осуществляют в конденсационной колонне с тарелками, на которых по высоте колонны выдерживают градиент температуры в убывающем порядке, согласно температуре конденсации газообразных компонентов состава смеси летучих и смолистых веществ, последовательно выделяют из газовой смеси каждого конденсированного компонента в отдельности в жидком виде при достижении температуры его конденсации, после отделения конденсированных веществ от неконденсируемых газов, смесь газов разделяют на отдельные газы, остаток углеродистого материала в реакторе нагрева подвергают газификации эквимолярным количеством водяного пара, полученную равноколичественную смесь водорода и окиси углерода (СО:Н2=1:1) применяют в качестве восстановителя металлов и подвергают конверсии водяным паром, поглощённая раствором щелочи образованная углекислота, образует карбонатные соединения, а оставшийся водород после сушки используют в качестве восстановителя металлов состава полиметаллического концентрата.
Заявленный способ поясняется технологической схемой, представленной на рисунке, где:
- реактор нагрева угля;
- конденсационная колонна с тарелками;
- сборники конденсированных веществ;
- разделитель газовой смеси;
- газогенератор;
- теплообменник-утилизатор тепла I;
- теплообменник-утилизатор тепла II;
- реактор конверсии CO;
- теплообменник-утилизатор тепла III;
- щелочной абсорбер CO2;
- конденсатор водяных паров.
Схема условно делится на три стадии: I) выделение летучих и смолистых веществ, их разделение на отдельные компоненты, получение углеродистого материала; II) получение смеси (СО+Н2); III) получе
- 1 047175 ние чистого Н2. в качестве восстановителя металлов в составе полиметаллического концентрата.
Заявленный способ осуществляется следующим образом: уголь подают во внешне обогреваемый реактор 1 нагревают через внутренний корпус реактора температурой 680-700°C, сначала испаряется влага, затем при температуре 350°C уголь очищают от летучих и легко выделяемых компонентов, затем нагревают при температуре 500-550°C, при этом уголь переходит в пластическое состояние, в котором отделяют смолистые вещества от углерода и начинают его графитизацию, образующийся полукокс при температуре 680-700°C превращают в чистый углеродистый материал. Выделенные летучие и смолистые вещества, а также газы выводят из реактора 1, они поступают снизу в конденсационную колонну 2, охлаждаемую водой. Внутри конденсационной колонны с тарелками 2 выдерживают регулируемый температурный градиент по убывающей зависимости температурам конденсации конденсируемых веществ. Тарелки конденсационной колонны 2 соединены со сборниками конденсированных веществ 3. Конденсация газообразных веществ происходит в обратной зависимости от их температуры испарения из состава угля. Привязанный к составу смеси выделенных веществ температурный градиент режима охлаждения по высоте конденсационной колонны позволяет осуществить полное разделение смеси выделенных веществ на чистые компоненты. Конденсация и разделение выделенных из состава угля веществ происходит в следующем порядке в интервале температур:
каменноугольный пек - 360-500°C;
антрацены - 270-360°C;
метилнафталены - 230-270°C;
нафталеновая фракция - 210-230°C;
фенолы и пиридины - 170-200°C;
бензол и его гомологи - 90-170°C.
После выделения всех конденсированных веществ, из конденсационной колонны (2) выводят смесь неконденсируемых газов N2, H2, CO, SO2, образующихся при переработке угля в реакторе 1, смесь газов охлаждают для разделения на чистые газы и далее разделяют на отдельные газы в разделительном узле 4.
Для газификации углеродистого материала в газогенератор подают водяной пар с соблюдением стехиометрического соотношения С:Н2О=1:1 с тем, чтобы в газогенераторе протекала реакция неполного окисления углерода с образованием эквимолярной смеси СО и Н2:
С + Н2О = СО + Н2 (1) .
Для того, чтобы не загрязнить состав генераторного газа другими газами, дополнительно осуществляют нагрев газогенератора 5 через стенку сжиганием угля с условием утилизации образующихся дымовых газов. При использовании углеродистого материала в качестве восстановителя в металлургических, химических процессах нагрев реактора 1 осуществляют автономно извне. Из газогенератора зола выносится в теплообменник-утилизатор тепла I 6 и охлаждают водой, далее используют по назначению. Полученные в газогенераторе 1 газы СО и Н2 являются сильными восстановителями, однако при температурах 800-830°C восстановительная способность СО выше, чем у Н2, а при температурах 830-850°C наоборот восстановительная способность водорода преобладает над свойством СО. Поэтому, в зависимости от предполагаемой температуры при осуществлении процесса восстановления металлов используют смесь Н2+СО, проводят конверсию СО с эквимолярным получением Н2, используют при этом водород в качестве восстановительного реагента. Исходя из данного положения, в первом случае генераторный газ непосредственно направляется в металлургическое или химическое производство в качестве восстановительного реагента, а во втором случае газовую смесь температурой 680-700°C подают в реактор 1 для нагрева угля через стенку реактора, затем подают для охлаждения до 320-350°C в теплообменникутилизатор тепла II 7, образующийся насыщенный водяной пар направляют в газогенератор 5 для газификации углерода, а охлаждённый генераторный газ направляют в реактор 8 для осуществления каталитической реакции конверсии оксида углерода:
СО+Н2О = СО2 + Н2 (2).
При поступлении генераторного газа в реактор 8 для конверсии СО, в реактор подают водяной пар в количестве, которому соответствует содержание СО в составе водяного газа. Наиболее оптимальным режимом осуществления каталитической конверсии СО является температура 350-380°C, поэтому при подаче водяного пара регулируют его температуру до значения, которое обеспечило бы с учётом экзотермичности реакции 2 температуры среды реакции в данных пределах.
Конвертированный газ, состоящий из эквимолярных количеств Н2 и СО2, охлаждают до температуры 18-20°C в теплообменнике-утилизаторе тепла II 9, получают водяной пар, затем подают в абсорбер (10), где раствором щелочей из его состава выделяют СО2. Наиболее простым способом выделения СО2 из смеси газов является его поглощение щелочами по реакциям:
СО2 + СаО — СаСОз
NaOH +CO2=NaHCO3 (3), (4).
Карбонатные соединения выпадают в осадок, а газообразный Н2 из абсорбера 10 направляют в конденсатор 11, где из него при температуре -5°C выделяют пар воды, полученный после сушки от паров воды, Н2 используют в качестве восстановителя металлов в составе полиметаллического концентрата.
- 2 047175
Пример.
Для определения параметров способа переработки угля и получения восстановительных веществ использованы пробы угля Фон-Ягнобского месторождения Таджикистана состава, мас.%: С - 81,0; Н 5,2; N - 1,0; O - 2,0; S - 1,4; зола - 5,3; влажность угля - 4,0, содержание летучих веществ 0,98%, содержание смолы 4,5% и галенитсодержащего концентрата Кони Мансур (Таджикистан) минералогического состава, мас.%: PbS - 46,0; ZnS - 5,10; CuFeS2 - 5,04; FeS2 - 34,64; SiO2 - 7,12; Al2O3 - 2,10.
Количество основных веществ, полученных при переработке 1000 кг угля исследуемой пробы, представлено в таблице.
Количественные данные веществ, полученные при переработке 1000 кг угля исследуемой пробы
| Стадии способа | Реагенты | кг | Продукты | кг |
| Получение углеродистого материала | Уголь | 1000 | Углеродистый материал Выделенные вещества | 863 137 |
| Получение смеси (СО+Н2) | Углеродистый материал Водяной пар | 863 1215 | н2 СО Зола | 135 1890 53 |
| Получение водорода | Смесь Нг+СО Водяной пар | 2025 1215 | н2 со2 | 270 2970 |
В теплообменных процессах способа образуется водяной пар, часть которого используется при газификации углеродного материала и конверсии СО, остальная часть используется по другим назначениям. При утилизации 2970 кг СО2 растворами щелочей Са(ОН)2 или NaOH соответственно образуются карбонатные соединения (6750 кг СаСО3 или 7155 кг Na2CO3), полученный после сушки от паров воды Н2 используют в качестве восстановителя металлов в составе полиметаллического концентрата.
Так, реакция восстановления свинца и цинка водородом из их сульфидов имеют следующий вид:
PbS + H2 =Pb + H2S
ZnS + H2 = Zn + H2S причем для восстановления свинца из 1 кмоль PbS требуется всего 2 кг Н2, следовательно, при получении из 1000 кг угля 270 кг водорода (см. таблицу), этого количества водорода достаточно для восстановления свинца из 135 кмоль или 32,3 т PbS. Для извлечения свинца из 1000 кг указанного состава концентрата Кони Мансур требуется всего 3,85 кг или 43,12 м3 Н2. Водород, полученный из 1000 кг используемого состава угля Фон-Ягнобского месторождения, будет достаточным для извлечения свинца из 70,1 т концентрата Кони Мансур вышеуказанного состава.
При осуществлении заявленного способа не требуется затраты тепла извне, за исключением дополнительного нагрева газогенератора при температуре от 700 до 1000-1100°C, при котором часть водяного пара используется для технологических нужд вне процесса получения веществ восстановителей.
Таким образом, предлагаемый способ переработки угля и получения восстановительных веществ позволяет полностью переработать уголь с извлечением всех компонентов его состава, получить чистый углеродистый материал, смесь (Н2+СО), чистый водород, карбонатные вещества, горячую воду и водяной пар. Способ является безотходным. Он позволяет использовать тепло технологического газа, летучих веществ и золы для получения водяного пара или горячей воды, используемых во внутреннем цикле процесса газификации углеродистого материала и конверсии оксида углерода, получить химически чистые вещества и отдельные газы, которые имеют широкое применение в химических и металлургических производствах. Способ является экологически чистым.
Литература
1. Патент US № 2160139, 20.12.2015;
2. Патент TJ № 1051, 02.01.2020.
Claims (1)
- Способ получения восстановительных веществ при переработке угля, включающий предварительное нагревание угля в реакторе с внешним обогревом, выделение летучих и смолистых веществ из состава угля в процессе его переработки, их охлаждение, газификацию оставшегося после нагревания угля углеродистого материала веществами-окислителями, отличающийся тем, что охлаждение газообразных летучих и смолистых веществ осуществляют в конденсационной колонне с тарелками, на которых по высоте колонны выдерживают градиент температуры в убывающем порядке, согласно температуре конденсации газообразных компонентов состава смеси летучих и смолистых веществ, последовательно выделяют из упомянутой газовой смеси каждый конденсированный компонент в отдельности в жидком виде при достижении температуры его конденсации, после отделения из упомянутой газовой смеси конденсируемых компонентов от неконденсируемых газов, оставшуюся смесь неконденсируемых газов разделяют на отдельные газы, упомянутый остаток углеродистого материала, отведенный из реактора нагрева, подвергают газификации эквимолярным количеством водяного пара, первую часть полученной в результате газификации равноколичественной смеси водорода и окиси углерода (СО:Н2-1:1) применяют в качестве восстановителя металлов, а вторую часть подвергают конверсии водяным паром, полученный конвертированный газ обрабатывают раствором щелочи для образования углекислоты и карбонатных соединений, а оставшийся при этом водород после сушки используют в качестве восстановителя металлов в составе полиметаллического концентрата.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TJ2201619 | 2022-01-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA047175B1 true EA047175B1 (ru) | 2024-06-17 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7353993B2 (ja) | 都市固形廃棄物（ｍｓｗ）原料に由来する高生物起源濃度のフィッシャー－トロプシュ液体の製造プロセス | |
| US2838135A (en) | Process for the recovery of heat from hot gases | |
| US3746522A (en) | Gasification of carbonaceous solids | |
| US5104419A (en) | Solid waste refining and conversion to methanol | |
| US4206186A (en) | Refuse pyrolysis | |
| CN102341485B (zh) | 用于生物质的热化学转化的方法和系统 | |
| SU1033006A3 (ru) | Способ выделени органических соединений из нефтеносных сланцев | |
| US20110258912A1 (en) | Counter-current process for biomass conversion | |
| US3540867A (en) | Production of carbon monoxide and hydrogen | |
| JPH0514755B2 (ru) | ||
| US3661719A (en) | Non-polluting by-product coal carbonization plant | |
| US4696679A (en) | Method for cleaning gas produced from solid carbonaceous material in a two-stage gas producer | |
| US4188195A (en) | Treatment of waste liquor | |
| RU2464294C2 (ru) | Способ комплексной термохимической переработки твердого топлива с последовательным отводом продуктов разделения | |
| CS217969B2 (en) | Method of cleaning the operation condensate from the wo | |
| US4235625A (en) | Method of producing hydrogen and carbon-oxide-containing process gases for use for reducing ores | |
| US1781934A (en) | Process of distilling material and cracking oil | |
| EA047175B1 (ru) | Способ получения восстановительных веществ при переработке угля | |
| US4556402A (en) | Process of gasifying solid fuels in a moving bed and in a fluidized bed | |
| US3043752A (en) | Process of low and high temperature fluidized carbonization of coal | |
| US3573197A (en) | Process for retorting oil shale | |
| US4303415A (en) | Gasification of coal | |
| US4617051A (en) | Method of operating a reactor for synthesis gas production | |
| JP3843940B2 (ja) | ガス化改質方式における廃棄物からの混合塩製造方法 | |
| US4505808A (en) | Method of extracting hydrocarbons from oil-containing rock or sand through hydrogenating low temperature carbonization |