Способ получения восстановительного газа

(23) Приоритет Опубликовано 15.06.80, Бюллетень Рй 22Дата опубликования описания 15.06.80 но делам изобретений и открытий.Б. Г. Подольский, Т. А. Низовцева, А. Ф. Малец и В. М. Калганов Всесоюзный научно. исследовательский институт металлургической теплотехники(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГОГАЗА Изобретение относится к области получения восстановительных газов путем конверсии угле. водородных топлив и может быть использовано при осуществлении процессов безокислительного нагрева и прямого восстановления металлов из руд преимущественно в высокотемпе 5 ратурных агрегатах металлургической промышленноспьПолучение газов-восстановителей из природного газа производится путем конверсии природного газа разлилыми окислителями. Наиболее простым с точки зрения аппаратурного оформления и экономичным способом получения восстановительных газов является гомоген. ная газовоздушная конверсия, не требующая громоздких конверсионных устройств и приме. нения дорогостоящих катализаторов.Известен способ получения восстановительного газа путем сжигания углеводородов в воз. духе, взятого в небольшом количестве с последующей осушкой продуктов сгоранияНедостатком этого способа является значительное присутствие бачластных газов в целе. вом продукте. Наиболее близким к предложенному спасо. бу по своей сущности является способ получештя восстановительного газа путем сжигания природного газа в присутствии воздуха при коэффициенте его расхода 0,3 - 0,5 в электрической дуге 121.Недостатком этого способа является низкое качество восстановительного газа вследствие неполного превращения метана и малого выхо да восстановительных компонентов,. Причиной этого является концентрация подводимой электрической энергии в малом реакционном объеме, недостаточном для завершетщя процесса конверсии, а также наличие в окислителе балластав виде азота воздуха.Целью изобретеии является повышение качества восстановительного газа, а именно уменьшение доли балласта в восстановительном газе.Поставленная цель достигается тем, что в способе получетптя восстановительного газа путем сжигания природного газа в присутствии воздуха, процесс ведут при коэффициенте расхода воздуха 0,7 - 1,0, полученные продукты740711 10 сгорания подвергают конверсии с дополцитель но поданным природным газом с получением газовой смеси, которую подвергают коцверсии в присутствии природного газа и водяного па. ра, с последующим нагревом полученных про. дукгов до 2000 - 2300 С, при проведении стадий конверсии и нагрева в электрическом разряде с самостоятельным подводом злектричес. кого тока ца каждую стадию. На чертеже представлена схема осушествле.ния способа,где 1 - подвод углеводородного газа,2 - подвод воздуха. 3 - зона сжигания газовоздушной 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 конверсиичерез электроды, 9 - зона паровой конверсии,10 - подвод газа или окислителя в продуктыконверсии, 11 - подведение электрической энергии через электроды, 12 - зона завершения химических реакций и разогрев полученного восстацовительцого газа, 13 - диафрагмированиезон перегородками для улучшения перемешивация в зонах ц подав газа в последующую зонус определенной скоростью.Способ осуществляют следующим образом.В горелочное устройство подают газ 1 и воздух 2 с коэффициентом расхода воздуха, обеспечивающим устойчивое гореЕпЕе газовоздушнойсмеси (а = 0,7 - 1,0) в зоне 3. В продукты сго.рация добавляют вторичный газ 4, которыйвзаимодействует с продуктами сгорания (СО,и Н,О) предыдущей стадии 3. Процсходяцеиепрц этом взаимодействии процессы конверсиивторичного газа углекисльГм газом и водянымпаром эндотсрмишы. При этом для веденияпроцесса без катализатора и получения Газас низкой степенью окислецности бсз примесив цем сажи необходимо весте процесс при тем.пературс 1200 - 1300 С, что обеспечивается вданном случае псдведением тепла в зону реак.ции посредством электрического разряда.На этой стадии процесса известиими спосо. 45бами получают восстановительный газ с содержанием восстановителей СО 17%, Н, 21% (приа = 0,3), Получеццьш газ обладает невысокимвосстановит:льцым потенцеалом, а его составзначительно отличается от равновесного (СО 18%,Нг 34 Я, что указывает на незавершенностьхимических реакций в пределах конверсионнойзоны 6,Восстановительный газ, полученный в кон.версцонцоц зоне 6 поступает в зону паровойконверсии 9 в виде потока, в который вводятприродный газ и вошцой цар (Отдельно илие Вцпе смсси с ГОдогретым Газом) . Происхо.дит перемешиваиис потоков, полученная смесь 4поступает в область эл ек триче ск ог О ра зр яда, где в условиях подведения дополнительноо тепла посредством разряда протекают рсакшеи паровой конверсии и происходит завершение химических преврапений первой конверсионной ступени, Указапьес 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 цем. Содержание восстановителей в газе, полученном паровой конверсией может достигать 85 - 90%, окислителей 5 - 10%, балласт порядка 1%, Таким образом, в зоне осуществления паровой конверсии при условии равной произ. водительОсти конверсионных ступеней по восстановительному газу после усреднения состава получают газ с содержаепЕем %;СО 18 - 20 Нг 43-59 СОг 2 - 3 НгО 5 - 7 СН, 214 г 26-27 Качество газа улушилось, вследствие повышения содержания восстановителей в газе и снижении балласта по сравнению с первой конверсионной ступенью; кроме того, во второй конверсионной ступени имеЕотся условия для завершения предшествуЕощцх процессов (вступает в реакцию конверсии остаточный метан первой ступеи).,иее продукты конверсии природного газа проходят зону подогрева 12, где происходит корректировка состава полученного восстацо. вцтельцого газа при температуре 2000-2300 С. Для получения газа цужцого состава можно вводить цеболышЕс количества газа цли окис. литсля через ввод 10. В зоне нагрева происходит завершение химических реакций, разогрев газа до необходимой температуры и окоцчатель. нос усреднение газа по составу и температуре в предсоцловом участке зоны подогрева 12. Подводимая электрическая энергия при наложении э:ектрического разряда в зонах 5, 8 и 11 компенсирует эцдотермичность процессов конверсии ц создает оптимальную для проте. каешя реакеЕеп температуру, позволяя Осуецествлять регулирование параметров восстацовцтель ного газа (состав и температуры).Полученный таким образом восстановительный газ с восстановительной способностью р10 и цезцачительньГм содержанием балласта является полностью подготовлеццым для осуществления технологического процесса.Предлагаемый способ Обеспечивает стабильность сосгава газа во времен, и позволяетСтадия Расхо Состав сухих продуктов реакции, % Темпера. Расход кислигаза,3тура газа, С Нг СО СН СОг Ог 11 г еля,Э(,5 уО 2300 5 7407 получать путем гомогенной конверсии вь.соко.температурный высококачественный восстанови тельный газ, исключая сложные дорогостоящие процессы проведения конверсии на насадках, а также процессы отмывки газа от окислите.лей и его повторный нагрев.Учитывая большую скорость протекания химических реакций при наличии необходимых условий, что в данном способе обеспечивается созданием оптимальных температур благодаря о подведению тепла электрическим разрядом, в осуществлении способа очевидна компактность, что весьма удобно при установке такого конверсионного устройства на технологический агрегат, 5 Изменением соотношения газ - окислитель,а также производительностью конверсионныхступеней и подводимой электрической энергиейможно осуществлять регулирование восстанови. 2 О3,0 Воздух 7,2 7,6 0,619,74,0 - 31,5 18,8 2,6230 Водянойпар1,974 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, сжигапе природного газа ведут при коэффициенте расхода воздуха 0,7 - 1,0, полученные продукты сгорания подвергают конверсии с дополнительнО поданным природным газом с получением газовой смеси, которую подвергают конверсии в присутствии природного газа и тельной способности газа и содержания в лсм балла ста.П р и м е р, 1 стадия - получение продуктов неполного сгорания с незначительным со. держанием восстановительных компонентов, в данном случае 2, (СО + Н,) =- 14,8%стадия в . получение конвсртцрованного газа с более высоким содержанием восстановительных компонентов в газе,Х (СОНг 50% но содержащего остаточный метан и боль щое количество балласта (йг = 45,97%),стадия - улучшение состава восстановительного газа Х (СО + Нг) = 68% за счет сни. жения содержания балласта (в данном случае до 32%) и полного разложения остаточного метана в результате паровой конверсии.Ч стадия - разогрев восстановительного газа до высоких температур.Конкретные условия проведения способа н данные его результатов приведены в таблице водяного пара, с последующим нагревом полученных продуктов до 2000-2300 С при проведешш стадий конверсии н нагрева в электрцчес.ком разряде с самостоятельным подводом электрического тока на каждую стадно. Источники информации,принятые во взимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР И 393204, кл, С 01 В 2/02, 1972.2. Авторское свидетельство СССР И 253845, кл, С 01 В 2/02, 1968 (прототип).740711 СосгаБител Н. БогдаиоТехред АЗЯепанская Корректор у иенко Ир.ащ,суно Подннсноалла СССР 6 7 нря 565ИтП РАИ, Государс венногодо делаи иЗООретеннй и113035, МоскваЖ 35, Рау 313 открытняскал наб., д. 4/5 онл:дал БДИ "Патент", г, Ужгород, ул, Проектна