Патент на изобретение №2169166

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУКОКСА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области получения полукокса и попутного горючего газа для металлургической промышленности. Получение полукокса включает стадии нагрева, сушки и карбонизации твердого углеродсодержащего сырья с использованием воздушного дутья, к которому добавляют горючий газ, имеющий температуру выхода из аппарата, в концентрации, не превышающей нижний предел воспламенения газа. Предпочтительно количество добавляемого газа составляет 8-10% от объема получаемого горючего газа. Температура карбонизации составляет 920-950°С. Технический результат – повышение качества полукокса за счет снижения выхода летучих в продукте, увеличение выхода полукокса примерно на 5-6%, сокращение времени обработки сырья. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам получения полукокса с одновременным производством попутного горючего газа для металлургической промышленности.

Известен способ переработки твердого углеродсодержащего сырья (бурого угля) с использованием газообразного теплоносителя с подачей водяного пара, включающий подогрев, коксование и охлаждение. Газы, циркулирующие на каждой из соответствующих стадий, представляют собой топочные газы, образующиеся при коксовании (патент США N 4231844, 04.11.80 г.).

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ получения полукокса из углеродсодержащего кускового или сбрикетированного сырья, представляющий собой разновидность способа газификации твердого топлива. Способ предполагает образование засыпки исходного кускового сырья в вертикальном автотермическом аппарате шахтного типа. По мере продвижения сверху вниз сырье последовательно нагревается, просушивается и подвергается карбонизации, а затем частичной активации. Выгрузка готового полукокса производится на нижнем уровне вертикальной камеры. Исходное сырье добавляют в камеру сверху для поддержания постоянного уровня засыпки.

Воздушное дутье движется сверху вниз через засыпку и, последовательно вступая в реакцию окисления газообразных продуктов пиролиза, а затем восстановления в процессе активации, превращается в низкокалорийный горючий газ, который отбирается на расстоянии, равном примерно 1,5 диаметрам засыпки от ее верхнего уровня. Газ подвергается многоступенчатой очистке, охлаждению и компримированию перед подачей потребителю (патент США N 4883499, 28.11.89 г. ).

Недостатком известного способа получения полукокса является повышенное содержание остаточных летучих веществ в конечном продукте, обусловленное относительно невысокой температурой во фронте карбонизации (не более 850-870^oC), что снижает качество полукокса как продукта, предназначенного для введения в металлургические расплавы.

В известном способе регулирование максимальной температуры во фронте карбонизации обеспечивается только путем изменения расхода дутьевого воздуха. При этом с увеличением расхода воздуха и соответствующим возрастанием температуры во фронте увеличивается угар полукокса (повышается зольность) и снижается удельный выход продукции.

Задача настоящего изобретения состоит в повышении качества полукокса (снижение остаточного выхода летучих при сохранении минимальной зольности продукта) и производительности процесса его получения.

Поставленная задача решается способом получения полукокса путем переработки твердого углеродсодержащего сырья в вертикальном автотермическом аппарате шахтного типа с использованием воздушного дутья, включающий стадии нагрева, сушки и карбонизации сырья, выгрузку полученного полукокса снизу и отбор горючего газа, в котором согласно изобретению к воздушному дутью добавляют продуктовый горючий газ, имеющий температуру выхода из аппарата, в концентрации, не превышающей нижний предел воспламенения газа.

Предпочтительно к воздушному дутью добавляют примерно 8-10% от объема получаемого горючего газа, температура карбонизации составляет 920-950^oC, воздушное дутье подают с противоположной розжигу угля стороны с удельным расходом 100-400 м³/м²ч.

Способ осуществляют следующим образом.

В вертикальный аппарат загружают уголь. После заполнения на всю высоту подают воздушное дутье, и слой угля разжигают с противоположной подаче воздуха стороны. При удельной подаче воздуха 100-400 м³/м²ч фронт горения смещается навстречу потоку воздуха, а за фронтом горения остается твердый остаток – полукокс. При движении фронта горения через слой уголь последовательно проходит стадии нагрева, сушки и карбонизации. Продукты карбонизации, содержащие в числе прочих горючие компоненты, такие как оксид углерода, водород, жидкие и газообразные углеводороды, вместе с твердым углеродом реагируют с кислородом воздуха, образуя фронт горения, температура в котором достигает 750-900^oC и в котором реагирует весь кислород воздуха. За фронтом горения находится восстановительная зона, в которой продукты горения (углекислый газ и водяной пар) путем восстановления на углеродной поверхности превращаются в горючие компоненты попутного газа. Для обеспечения повышенной температуры во фронте карбонизации угля и исключения выгорания части образующегося полукокса к воздушному дутью подмешивают часть продуктового горючего газа (примерно 8-10% от объема производимого газа). При этом концентрация горючего газа в дутье не достигает нижнего предела воспламенения. Подвод во фронт горения дополнительного количества горючего газа повышает температуру до 920-950^oC, обеспечивая более глубокую карбонизацию угля без сгорания части готового полукокса.

В примерах, иллюстрирующих способ, использован вертикальный шахтный аппарат диаметром 0,5 м, высотой 1,5 м. В качестве сырья использован уголь фракции 5-20 мм марки Б2 (разрез “Березовский” Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий следующий технический и элементный состав:
W_t^r = 33,3%
A^d = 5,0%
V^daf = 48%
Q_i^r = 3800 ккал/кг
C^daf = 71,7%
H^daf = 4,9%
N^daf = 0,8%
O^daf = 22,3%
S^daf = 0,3%
Пример 1
В вышеописанный аппарат загружают 206 кг угля. Снизу подается воздушное дутье с расходом 25 м³/ч (128 м³/м² ч), а розжиг угля производится сверху. Через 10 часов фронт карбонизации угля достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход полукокса составил 63,8 кг или 31% от исходного угля. Его параметры следующие:
W^a = 2,0%
A^d = 11,3%
V^daf = 8,5%
C^daf = 92,2%
H^daf = 1,7%
S^d = 0,13%
N^daf = 0,3%
O^daf = 5,65%
Выход газа составил 42,5 м³/ч, а калорийность 795 ккал/м³, смолы нет, унос менее 1 г/м³. Максимальная температура в движущемся фронте карбонизации 780^oC.

Пример 2
Способ проводят в аналогичных примеру 1 условиях.

В вертикальный реактор так же загружается 206 кг угля. Снизу подается воздушное дутье с расходом 25 м³/ч (128 м³/м²ч), а розжиг угля производится сверху. Для увеличения температуры в зоне карбонизации дополнительно к дутью подают 4,5 м³/ч газа с калорийностью 770 ккал/м³, отбираемого на выходе из реактора, имеющего температуру не ниже 300^oC. Через 8,9 часа фронт карбонизации угля достигает уровня подвода дутья и аппарат разгружается. Выход полукокса составил 67,7 кг или 32,8% от исходного угля. Его параметры следующие:
W^a = 1,7%
A^d = 11,6%
V^daf = 4,4%
C^daf = 96,1%
H^daf = 1,1%
S^d = 0,12%
N^daf = 0,2%
O^daf = 2,5%
Выход газа после отбора составил 46 м³/ч, а калорийность 770 ккал/м³, смолы нет, унос менее 1 г/м³. Максимальная температура в движущемся фронте карбонизации 920^oC.

Как видно из представленных примеров, за счет отбора части газа и подмешивания его к дутью достигается:
1) повышение качества полукокса за счет снижения выхода летучих в продукте;
2) увеличивается выход продукта (примерно на 5-6%);
3) сокращается время обработки угля в аппарате за счет увеличения скорости движения фронта карбонизации.

Формула изобретения

1. Способ получения полукокса путем переработки твердого углеродсодержащего сырья в вертикальном автотермическом аппарате шахтного типа с использованием воздушного дутья, включающий стадии нагрева, сушки и карбонизации сырья, выгрузку полученного полукокса снизу и отбор горючего газа, отличающийся тем, что к воздушному дутью добавляют продуктовый горючий газ, имеющий температуру выхода из аппарата, в концентрации, не превышающей нижний предел воспламенения газа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что к воздушному дутью добавляют примерно 8-10% от объема получаемого горючего газа.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что температура карбонизации составляет 920-950^oC.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что воздушное дутье подают с противоположной розжигу угля стороны с удельным расходом 100-400 м³/м² ч.