RU2137705C1 - Способ восстановления кислородсодержащего сернистого технологического газа природным газом - Google Patents

Способ восстановления кислородсодержащего сернистого технологического газа природным газом Download PDF

Info

Publication number
RU2137705C1
RU2137705C1 RU98112517A RU98112517A RU2137705C1 RU 2137705 C1 RU2137705 C1 RU 2137705C1 RU 98112517 A RU98112517 A RU 98112517A RU 98112517 A RU98112517 A RU 98112517A RU 2137705 C1 RU2137705 C1 RU 2137705C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oxygen
natural gas
gas
sulfur dioxide
process gas
Prior art date
Application number
RU98112517A
Other languages
English (en)
Inventor
А.Н. Бурухин
В.Н. Галанцев
Б.Т. Деревнин
А.Н. Козлов
Б.А. Лебедев
А.И. Оружейников
О.И. Платонов
Original Assignee
АО "Норильский горно-металлургический комбинат"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by АО "Норильский горно-металлургический комбинат" filed Critical АО "Норильский горно-металлургический комбинат"
Priority to RU98112517A priority Critical patent/RU2137705C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2137705C1 publication Critical patent/RU2137705C1/ru

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Abstract

Изобретение относится к способам получения серы из технологических газов, содержащих кислород и диоксид серы, и может быть использовано при переработке отходящих газов цветной металлургии, энерготехнологических комплексов и других производств. Способ включает восстановление кислородсодержащего сернистого технологического газа природным газом при повышенной температуре. При этом сначала сжиганием природного газа в кислородовоздушной смеси с содержанием кислорода от 20 до 39 об.% создают термическую зону, через которую пропускают кислородсодержащий сернистый технологический газ, в который затем подают природный газ в количестве, большем половины содержания кислорода в сернистом технологическом газе, но меньшем стехиометрического по сумме содержания в технологическом газе кислорода и двуокиси серы. После чего в образовавшуюся бескислородную термическую зону подают недостающий для восстановления природный газ. Кроме того, природный газ на создание термической зоны и восстановление подают высокоскоростными струями сверхкритического давления. Изобретение позволяет повысить надежность и устранить взрывоопасность процесса, а также повысить эффективность использования реакционного объема. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к способам получения серы из газов, содержащих кислород и диоксид серы, и может быть использовано для переработки отходящих газов цветной металлургии, энерготехнологических комплексов и других производств.
Известен способ получения элементарной серы, который включает термическое восстановление сернистого ангидрида природным газом при температуре 1100-1400oC путем сжигания углеводорода кислородсодержащим газом в количестве, меньшем стехиометрически необходимого для полного сжигания с образованием восстановительной термической зоны с температурой 950-1250oC. (Патент США N 4117101, кл.423-569, опубл. 26.09.78).
Недостатками этого способа являются низкая надежность из-за неустойчивого горения и неэффективное использование реакционного объема, обусловленные неустойчивым режимом и низкой скоростью горения углеводорода при избытке восстановителя. При восстановлении кислородсодержащего сернистого газа, например, отходящего газа печи Ванюкова, такому способу еще присуща взрывоопасность вследствие неудовлетворительного смешивания холодного кислородсодержащего газа с восстановителем, из-за чего в реакционной зоне возможно образование взрывоопасной смеси.
Известен также способ автоматического регулирования процесса восстановления сернистого ангидрида путем стабилизации соотношения расходов технологического и восстановительного газов, подаваемых в реактор восстановления, согласно которому соотношение расходов технологического и восстановительного газов корректируют в зависимости от концентрации сернистого ангидрида и кислорода в технологическом газе. (Авт.свид. СССР N 529120, МПК C 01 B 17/60, опубл. 25.09.76, бюлл. N 35).
Этому способу, вследствие наличия в реакторе гремучей смеси при восстановлении кислородсодержащего сернистого газа, также присуща низкая надежность и взрывоопасность.
Наиболее близким к заявляемому, выбранным в качестве прототипа, является способ получения элементарной серы из промышленных газов, содержащих несвязанный кислород и сернистый ангидрид, согласно которому исходный газ делят на два потока, каждый из которых раздельно подвергают контактированию с восстановителем: первый - в количестве, соответствующем 0,48-0,50 объемам углеводорода на 1 объем кислорода (т.е. не выше стехиометрического по кислороду и без восстановления сернистого ангидрида); второй - в количестве, соответствующем 0,48-0,50 объемам углеводорода на 1 объем кислорода и 0,63-0,75 объемам углеводорода на 1 объем сернистого ангидрида (т.е. с избытком восстановителя на 20% относительно стехиометрии восстановления сернистого ангидрида), - затем второй поток подвергают многостадийной переработке, после чего оба потока смешивают в соотношении, обеспечивающем получение потока газов, содержашего сероводород и сернистый ангидрид в объемном отношении 1,8-1,98, а хвостовой поток несконденсированных газов промывают сульфидсодержащей водно-серной пульпой. (Авт. свид. СССР N 747813, кл. C 01 B 17/04, опубл. 15.07.80, бюлл. N 26).
Недостатком способа является его ненадежность, вследствии взрывоопасности процесса. Это обусловлено тем, что при восстановлении кислородсодержащего сернистого технологического газа образуется область, заполненная смесью со стехиометрическим соотношением кислорода к природному газу, т.е. холодная гремучая смесь. Это может привести к локальным "хлопкам" (взрывам).
Низкая локальная температура в зоне подачи восстановителя снижает эффективность использования реакционного объема.
Кроме того, из-за колебаний состава реального промышленного газа, всегда имеющих место вследствие подсосов воздуха и собственной неустойчивости промышленных процессов (металлургических или сжигания колчеданов и поритных концентратов), поддержание требуемого соотношения сероводорода и сернистого ангидрида, указанного в прототипе, существенно затруднено, практически невозможно, что значительно снижает эффективность и надежность этого способа.
Задача изобретения - создать простую и эффективную технологию утилизации сернистых газов, повышающую безопасность ведения процесса.
Техническим результатом от использования изобретения является повышение надежности и устранение взрывоопасности процесса и повышение эффективности использования реакционного объема.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе восстановления кислородсодержащего сернистого технологического газа природным газом при повышенной температуре, согласно изобретению сначала сжиганием природного газа в кислородовоздушной смеси с содержанием кислорода от 20 до 39 об.% создают термическую зону, через которую пропускают кислородсодержащий сернистый технологический газ, в который затем подают природный газ в количестве, большем половины содержания кислорода в сернистом технологическом газе, но меньшем стехиометрического по сумме содержания в сернистом технологическом газе кислорода и двуокиси серы, после чего в образовавшуюся бескислородную термическую зону подают недостающий для восстановления природный газ.
Кроме того, природный газ на создание термической зоны и восстановление подают высокоскоростными струями сверхкритического давления.
Для обеспечения надежности процесса восстановления кислородсодержащего сернистого технологического газа природным газом необходимо предотвратить возможность переохлаждения газовой смеси ниже температуры воспламенения, весьма вероятную при сосредоточенной, как в аналогах, подаче всего количества природного газа, требуемого для связывания свободного кислорода и на восстановление диоксида серы. В заявляемом способе повышение надежности горения природного газа в среде кислородсодержащего сернистого технологического газа обеспечивается за счет распределенной подачи природного газа по определенному режиму. Сначала сжиганием части природного газа создают термическую зону и, пропуская через эту зону сернистый технологический газ, нагревают его. Затем подают часть природного газа в сернистый технологический газ в определенном соотношении для удаления молекулярного кислорода из газовой смеси, после чего подают недостающую для восстановления часть природного газа.
Для стабилизации режима горения и предварительного подогрева до температуры воспламенения (800oC) часть сернистого технологического газа и природного газа пропускают через термическую зону, которую, предварительно создают путем сжигания природного газа в кислородовоздушной смеси (КВС) с содержанием кислорода в пределах от 20 до 39 об.%. Нижний (20 об.%) и верхний (39 об. %) пределы концентраций кислорода в КВС при этом определяются минимально возможным содержанием кислорода в воздухе и максимально допустимой по правилам безопасности концентрацией кислорода, соответственно.
Чтобы исправить такой недостаток прототипа и аналогов как взрывоопасность, необходимо исключить возможность поступления в реактор гремучей газовой смеси со стехиометрическим соотношением кислорода и природного газа. Эта задача также решается в заявляемом способе распределенной подачей природного газа, причем сначала из газовой смеси удаляют весь молекулярный кислород (благодаря высокой скорости горения природного газа операцию "выжигания" кислорода можно реализовать в сравнительно небольшой форкамере), после чего бескислородный сернистый технологический газ смешивают с природным газом и подают в реакционную зону или непосредственно в реакционной зоне смешивают с недостающим для восстановления природным газом.
Принципиальное отличие заявляемого способа от прототипа состоит в режиме подачи природного газа. Подача природного газа в кислородсодержащий сернистый технологический газ по прототипу осуществляется в стехиометрическом (или почти стехиометрическом) соотношении к кислороду, а подачу природного газа по заявляемому способу осуществляют в количестве больше стехиометрического, т.е. большем половины содержания кислорода в сернистом технологическом газе, определяемого соотношением
Figure 00000002

Gng - искомое количество природного газа;
Gtg - количество сернистого технологического газа;
q - теплотворная способность сжигания природного газа;
Gtg, Gng - средние теплоемкости сернистого технологического газа и природного газа, соответственно;
[O2]- концентрация кислорода в сернистом технологическом газе;
ΔT - температура разогрева газовой смеси, опреляделяемая в интервале от 900 до 1400oC
Природный газ должен подаваться в кислородсодержащий сернистый технологический газ в количестве, большем половины содержания кислорода в сернистом технологическом газе, но меньшем стехиометрического по сумме содержаний кислорода и двуокиси серы, поскольку именно такое количество природного газа Gng более точно определенное приведенной формулой, достаточно для полного связывания молекулярного кислорода в сернистом технологическом газе и образования бескислородной термической зоны, а кроме того обеспечивает поддержание температуры бескислородной термической зоны в указанных пределах (менее 1400oC).
При подаче природного газа в количестве, меньшем половины содержания кислорода в сернистом технологическом газе, не будет обеспечено полное связывание молекулярного кислорода, в присутствии которого целевой процесс восстановления двуокиси серы с получением элементарной серы не идет. А при подаче природного газа в сернистый технологический газ в количестве, большем стехиометрического по сумме содержаний кислорода и двуокиси серы, среди продуктов восстановления будут присутствовать продукты пиролиза природного газа (водород и сажистый углерод), загрязняющие серу и снижающие эффективность процесса восстановления.
При увеличенном, сверх расчетного Gng, количестве природного газа, подаваемого в кислородсодержащий сернистый технологический газ, может образоваться локальная область сернистого технологического газа, охлажденного ниже температуры воспламенения (900oC), где процесс восстановления не пойдет.
При подаче природного газа в количестве, меньшем определяемого формулой Gng, но большем стехиометрического по кислороду, температура образуемой бескислородной зоны повышается и может превысить 1500-1600oC - температуру эффективного образования окислов азота.
Благодаря тому, что природный газ подают в кислородсодержащий сернистый технологический газ в количестве Gng, большем стехиометрического по кислороду, а не в стехиометрическом
Figure 00000003
за счет теплоемкости этого "избыточного" природного газа обеспечивают снижение адиабатической температуры бескислородной зоны до приемлемой величины.
Таким образом, рассредоточенная подача природного газа предотвращает разогрев газов смеси до температуры окисления азота и разрушения футеровки.
Другое отличие заявляемого способа состоит в режиме подачи природного газа, осуществляемой высокоскоростными струями газа сверхкритического давления. Подача газа такими струями, имеющими сильно развитую турбулентность, обеспечивает быстрое перемешивание природного газа с сернистым технологическим, и, кроме того, гарантированно исключает проскок пламени с окислителем в газораспределительную систему. Этим достигается равномерное распределение природного газа и сернистого технологического газа, а также температуры по всему объему реакционной зоны.
Таким образом, изменение режима подачи природного газа, позволяет достичь нового результата: стабилизировать режим горения, устранить взрывоопасность, повысить эффективность использования объема реакционной зоны.
Соответствие изобретения критерию "изобретательский уровень" доказывается следующим.
Известен способ получения элементарной серы, включающий высокотемпературное восстановление сернистого газа, в котором имеется сходный с заявляемым признак: сжигание топлива в присутствии воздуха или кислорода и образование термической зоны, в которую подают сернистый технологический газ и природный газ. (Патент России N 2002702, МПК C 01 B 17/04, опубл. 15.11.93, бюлл.N 41- 42).
Однако в известном способе сжигание газообразного топлива для создания термической зоны производится в присутствии стехиометрического количества воздуха или кислорода. А в заявляемом способе, наоборот, сначала создают термическую зону, куда подают топливный природный газ в количестве, большем стехиометрического по кислороду. Это позволяет предотвратить перегрев термической зоны и устранить взрывоопасность процесса.
Поэтому, по последовательности выполняемых операций, режимам их выполнения и достигаемому эффекту заявляемый признак отличается от известного.
Известен также сходный признак - подача в поток газа высокоскоростных струй сверхкритического давления. (Патент РФ N 2034663, МПК B 01 D 45/00, опубл. 10.05.95 г.).
Однако в известном способе высокоскоростные струи пара или газа сверхкритического давления подают в поток запыленного газа для отклонения потока запыленного газа и интенсификации пылеосаждения.
А в заявляемом способе подачу природного газа в сернистый технологический газ (как на создание термической зоны, так и на восстановление) осуществляют высокоскоростными струями сверхкритического давления для лучшего перемешивания природного газа с сернистым технологическим газом. Сходные признаки выполняют различные функции и в результате получается разный достигаемый эффект.
Таким образом, заявляемый способ удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".
Изобретение поясняется чертежом, на котором показана головная часть форкамеры для реализации данного способа.
Форкамера имеет цилиндрический корпус 1, футерованный изнутри огнеупорным материалом 2, горелку розжига 3, работающую на кислородовоздушной смеси и природном газе, врезанную в головку 4. Форкамера снабжена также фурмами 5 для подачи внутрь струй природного газа.
Способ реализуется следующим образом.
Кислородсодержащий сернистый технологический газ через головку 4 со скоростью свыше 30 м/с подают в форкамеру (его направление показано стрелками), где часть газа попадает в факел 6 горелки розжига 3, постоянно работающей на кислородовоздушной смеси и природном газе. Сжиганием природного газа в кислородовоздушной смеси с содержанием кислорода от 20 до 39 об.% создают термическую зону - факел 6. Здесь сернистый технологический газ нагревается и, попадая в струю 7 природного газа из фурмы 5, воспламеняет природный газ, который подают в количестве, большем половины содержания кислорода в сернистом технологическом газе, но меньшем стехиометрического по сумме содержаний кислорода и двуокиси серы. Тепло от сгорания природного газа разогревает весь сернистый технологический газ до температуры восстановления, после чего в образовавшуюся бескислородную термическую зону подают недостающий для восстановления природный газ.
Подача восстановительного природного газа в поток сернистого технологического газа осуществляют сверхкритическими струями природного газа радиального направления (к центру потока) на выходе из форкамеры.
Конкретный пример осуществления способа.
В конкретном примере осуществления заявляемого способа при восстановлении кислородсодержащего сернистого технологического газа содержащего: 22% SO2, 3,5% CO2; 7,4% H2O, 12,6% O2, остальное - N2 - в количестве 23800 нм3/час, для приготовления кислородовоздушной смеси и создания термической зоны на горелке розжига расходуется 680 нм3/час технического кислорода, 3800 нм/час воздуха (это соответствует 320 объемных в КВС) и 720 нм3/час природного газа - метана.
Подача природного газа на дожиг кислорода и разогрев сернистого технологического газа с расходом 2000 нм3/час осуществляется через 4 торцевых цилиндрических сопла диаметром 12-14 мм под давлением 4 ати, что обеспечивает при диаметре форкамеры 1,6 м и длине 1,5 достижение адиабатической температуры 1470oC. При этом количество кислорода в сернистом технологическом газе составляет 2992 нм3/час, а суммарное содержание кислорода и двуокиси серы 8236 нм3/час, что соответствует стехиометрическим количествам природного газа, равным, соответственно 1500 нм3/час и 4100 нм3/час. Количество подаваемого природного газа входит в эти пределы, обеспечивая полное связывание кислорода и разогрев сернистого технологического газа в соответствии с формулой изобретения.
Затем в образовавшуюся бескислородную термическую зону через 9 сопел диаметром 8-9 мм под давлением 5 ати подают природный газ в количестве 2400 нм3/час. Это количество определено как количество недостающего по стехиометрии природного газа на восстановление диоксида серы: 4100 - 2000 = 2100 нм3/час с небольшим (15% отн. ) избытком природного газа-восстановителя, желательным для ускорения процесса восстановления. В результате получается 36750 нм3/час восстановленного сернистого технологического газа, содержащего по расчету: 3,2% SO2; 12% CO2; 27% H2O; 0,12% COS; 2,2% H2S; 3% H2; 4% CO; 4,4% (об.) S2, при расчетной температуре 1350oC.

Claims (2)

1. Способ восстановления кислородсодержащего сернистого технологического газа природным газом при повышенной температуре, отличающийся тем, что сначала сжиганием природного газа в кислородовоздушной смеси с содержанием кислорода от 20 до 39 об.% создают термическую зону, через которую пропускают кислородсодержащий сернистый технологический газ, в который затем подают природный газ в количестве, большем половины содержания кислорода в сернистом технологическом газе, но меньшем стехиометрического по сумме содержания в сернистом технологическом газе кислорода и двуокиси серы, после чего в образовавшуюся бескислородную термическую зону подают недостающий для восстановления природный газ.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что природный газ на создание термической зоны и восстановление подают высокоскоростными струями сверхкритического давления.
RU98112517A 1998-07-06 1998-07-06 Способ восстановления кислородсодержащего сернистого технологического газа природным газом RU2137705C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98112517A RU2137705C1 (ru) 1998-07-06 1998-07-06 Способ восстановления кислородсодержащего сернистого технологического газа природным газом

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98112517A RU2137705C1 (ru) 1998-07-06 1998-07-06 Способ восстановления кислородсодержащего сернистого технологического газа природным газом

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2137705C1 true RU2137705C1 (ru) 1999-09-20

Family

ID=20207876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98112517A RU2137705C1 (ru) 1998-07-06 1998-07-06 Способ восстановления кислородсодержащего сернистого технологического газа природным газом

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2137705C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA012470B1 (ru) * 2004-11-09 2009-10-30 Флуор Текнолоджиз Корпорейшн Устройство и способ для удаления soиз кислородсодержащих газов
RU2612481C1 (ru) * 2016-01-28 2017-03-09 Общество С Ограниченной Ответственностью "Ноко" Способ получения серы из отходящих металлургических газов

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA012470B1 (ru) * 2004-11-09 2009-10-30 Флуор Текнолоджиз Корпорейшн Устройство и способ для удаления soиз кислородсодержащих газов
RU2612481C1 (ru) * 2016-01-28 2017-03-09 Общество С Ограниченной Ответственностью "Ноко" Способ получения серы из отходящих металлургических газов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1089429C (zh) 电弧炉后燃方法
US5042964A (en) Flash smelting furnace
KR100381931B1 (ko) 분사공기류를고로내에공급하기위한방법
US4466807A (en) Manufacture of a gas containing monoxide and hydrogen gas from a starting material containing carbon and/or hydrocarbon
PL175349B1 (pl) Sposób spalania paliwa
RU97101124A (ru) Способ прямого восстановления содержащего оксиды железа материала и установка для его осуществления
RU2220209C2 (ru) Способ получения железа прямым восстановлением
RU98111508A (ru) Способ получения железа прямым восстановлением и устройство для его осуществления
RU2137705C1 (ru) Способ восстановления кислородсодержащего сернистого технологического газа природным газом
AU701539B2 (en) Process for producing sponge iron and plant for carrying out the process
JPS6184309A (ja) くず鉄から鋼を製造する方法および装置
JPH08504937A (ja) コークス燃焼キュポラで鉄系金属材料を溶解する方法及び装置
FI70639C (fi) Saett och anordning foer uppvaermning av foer industriella aendamaol avsedd processluft
JPS63199829A (ja) 自溶製錬炉の操業方法
RU2346057C2 (ru) Усовершенствованный способ плавки для получения железа
JPH0377408B2 (ru)
CA1200675A (en) Method and apparatus for thermal decomposition of waste materials to stable end products
KR880008827A (ko) 가스 스트림의 처리
JPS63171807A (ja) 酸素高炉の操業方法
JP2545804B2 (ja) 高酸化燃焼型溶融還元方法
KR19990062653A (ko) 금속산화물-함유 재료의 환원방법 및 장치
SU1257089A1 (ru) Способ ведени доменной плавки
EP0618302A1 (en) Metallurgical processes and appartus
RU2124063C1 (ru) Способ окислительной обработки расплавленного штейна
JPH0642708A (ja) Ｈ２ｓの燃焼及びその関連クラウス法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090707