способ удаления серы и устройство для его осуществления

Формула изобретения

СПОСОБ УДАЛЕНИЯ СЕРЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ удаления серы, включающий отвод отходящих серосодержащих газов из шахтной печи процесса восстановления железной руды, их предварительную очистку в скруббере, охлаждение и контактирование с железосодержащим поглотителем, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и исключения образования шламовых отходов, в качестве поглотителя используют губчатое железо, получаемое в процессе восстановления руды, контактирование с поглотителем осуществляют при 30 - 60^oС, а насыщенный серой поглотитель подают на стадию восстановления железной руды.

2. Устройство для удаления серы, включающее шахтную печь, скруббер, реактор для выделения серы и плавильный агрегат, отличающееся тем, что, с целью упрощения процесса, входной патрубок для твердых веществ шахтной печи соединяют с входным патрубком реактора для выделения серы и выходной патрубок этого реактора соединяют с входным патрубком углеродных компонентов плавильного агрегата, а входной патрубок газа реактора для удаления серы соединяют с выходным патрубком скруббера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к процессам обессеривания отходящих газов с использованием твердых поглотителей.

Целью изобретения является упрощение процесса и исключение образования шламовых отходов.

На чертеже изображена установка для выделения серы.

Установка функционирует следующим образом.

П р и м е р 1. Установка для выделения серы состоит в основном из шахтной печи 1 для прямого восстановления и находящегося под ней плавильного агрегата 2. Известным образом в шахтную печь 1 через трубопровод 3 подается предпочтительно кусковая железная руда. По трубопроводу 4 редукционный газ вдувается в шахтную печь 1, подымается вверх против течения опускающейся вниз железной руды и приводит к восстановлению железной руды. После прохождения через шахтную печь 1 этот газ в виде колошникового газа выводится через трубопровод 5.

Через опускную трубу 6 восстановленная в губчатое железо руда попадает в плавильный агрегат 2. Известным образом в плавильный агрегат 2 через трубопровод 7 подается носитель углерода, например в виде высокотемпературного буроугольного кокса, а через трубопровод 8 - газ, содержащий кислород. Кроме того, через трубопровод 9 обогащенный колошниковый газ из шахтной печи 1 подается в плавильный агрегат 2. В заданные промежутки времени через трубопровод 10 выводится жидкий чугун, а через трубопровод 11 - жидкий шлак из плавильного агрегата 2.

В плавильном агрегате 2 образуется газ, состоящий в основном из СО и Н₂, имеющий температуру около 1000^оС и подаваемый через трубопровод 4 в виде редукционного газа в шахтную печь 1. Перед этим через трубопровод 12, отходящий от трубопровода 9, подмешивается обогащенный колошниковый газ, таким образом температура редукционного газа регулируется примерно до 850^оС, которая благоприятна для редукции.

Колошниковый газ через трубопровод 5 подается сначала в скруббер 13, в котором он охлаждается до температуры, например, 35^оС и очищается от твердых примесей. Последние через трубопровод 14 подаются предпочтительно в плавильный агрегат 2.

Из скруббера 13 охлажденный и очищенный колошниковый газ попадает в трубопровод 15. От него отходит трубопровод 16, который принимает возвращенный в редукционный процесс колошниковый газ. Трубопровод 16 заканчивается в скруббере 17 для СО₂, в котором из колошникового газа известным способом отделяется СО₂. Обогащенный колошниковый газ отводится через трубопровод 9, а СО₂ - через трубопровод 18.

Остальной колошниковый газ из трубопровода 15 попадает через трубопровод 19 в парогенератор 20, в котором он сжигается для образования пара. Через трубопровод 21 пар подается к скрубберу 17 для СО₂, в котором он требуется для отделения СО₂ от колошникового газа.

Параметры процесса предпочтительно регулировать таким образом, чтобы весь образующийся в шахтной печи 1 колошниковый газ требовался для поддержания редукционного процесса. Это означает, что весь проходящий через трубопровод 15 колошниковый газ забирался трубопроводами 16 и 19. Если же часть колошникового газа не требуется, то ее отводят в качестве экспортного газа для использования в других целях.

СО₂, содержащее 200 ppm H₂S, попадает из скруббера для СО₂ 17 через трубопровод 18 в реактор 22 удаления серы. В нем оно поднимается через колонку, состоящую из губчатого железа, вверх и через трубопровод 23 выпускается в атмосферу или же подается на дальнейшую переработку.

Реактор удаления серы 22 загружается сверху губчатым железом через трубопровод 24, соединенный с выпускным отверстием губчатого железа шахтной печи 1. С помощью соответствующих транспортных устройств малая часть произведенного в шахтной печи 1 губчатого железа непрерывно или порциями подается в реактор удаления серы. В днище реактора 22 для удаления серы находится выпускное отверстие, соединенное с трубопроводом 25. В соответствии с количеством губчатого железа, подведенным по трубопроводу 24, через трубопровод 25 отводится губчатое железо из реактора 22 удаления серы, таким образом губчатое железо опускается вниз в реакторе 22 удаления серы против течения СО₂. Губчатое железо вступает с H₂S, содержащимся в СО₂, в реакцию таким образом, что образуются сульфид железа и водород. Сульфид железа отбирается с помощью трубопровода 25, таким образом газ, отводимый через трубопровод 23, является по существу обессеренным.

Названная реакция между железом и H₂S протекает хорошо благодаря сравнительно низким температурам. По этой причине необходимо, чтобы колошниковый газ охлаждался до того, как его можно подвергнуть сероудалению по описанному способу. При той температуре, при которой колошниковый газ покидает шахтную печь 1, подобное удаление серы было бы возможно только при более высоком содержании H₂S, чем примерно 800 ppm. Подобная концентрация серы, как правило, не достигается в колошниковом газе, таким образом, описанное удаление серы целесообразно только тогда, когда колошниковый газ сначала охлаждают, причем целеобразная температура находится в пределах от 30 до 60^оС.

Лишенный серы газ имеет тогда содержание H₂S менее 1 ppm.

Нагруженное серой губчатое железо поступает через трубопровод 25 в трубопровод 7, через который оно вместе с носителем углерода подается в плавильный агрегат 2. В нем губчатое железо освобождается от серы с помощью веществ, связывающих серу, и точно также, как и подаваемое с помощью опускной трубы 6 губчатое железо расплавляется и подвергается окончательному восстановлению в готовый чугун. Сера связана в шлаке, выводимом через трубопровод 11.

По причине меньшего объема газа и более высокой концентрации серы целесообразно, как показано в примере выполнения, освобождать от серы только ответвленный поток газа СО₂. Однако при этом из-за СО₂ и влаги может произойти реоксидация железа, что приводит к образованию Н₂ или СО с концентрацией примерно в 500 ppm. В некоторых случаях по этой причине может быть выгодным производить удаление серы в колошниковом газе уже до удаления СО₂. При этом FeO выступает в качестве средства удаления серы.

Избыточный, используемый в качестве экспортного колошниковый газ целесообразно перед его дальнейшим использованием также подвергнуть обессериванию. При этом его можно провести через собственный реактор по удалению серы или же вместе с возвращенным в качестве процессного газа колошниковым газом обессерить, а затем ответвить от него.

П р и м е р 2. Для установки по производству 40 т чугуна в час при серной нагрузке в 50% и содержании H₂S в колошниковом газе в 80 ppm требуется только 20 кг губчатого железа в час для загрузки реактора 22 по удалению серы. При этом производится около 62900 нм³ в час колошникового газа, имеющего в составе около 37,2% СО, 32,8% СО₂, 12,0% H₂S, 12,9% Н₂О, а также некоторое количество СН₄ и N₂. Из этого количества 42850 нм³ в час подводятся через трубопровод 16 в скруббер 17 для СО₂, в то время как остаток служит для производства пара в парогенераторе 20 и не выделяется экспортный газ. 15350 нм³ в час СО₂ подаются через трубопровод 18 в реактор 22 удаления серы, в то время как из оставшегося обогащенного колошникового газа 18500 нм³ в час подаются в плавильный газификатор 2 и 9000 нм³ в час через трубопроводы 12 и 4 непосредственно в качестве редукционного газа в шахтную печь 1. Через трубопровод 3 в шахтную печь вводится 60 т в час железной руды в форме окатышей, а также 3 т в час доломита и 5,6 т в час известняка в качестве добавок. Весь введенный в шахтную печь 1 объем редукционного газа составляет 61000 нм³ в час и содержит СО и Н₂ 90%. Для производства этого редукционного газа, а также для плавления и окончательного восстановления губчатого железа в плавильный реактор 2 вдувается, кроме того, 18,5 т в час угля и 11700 нм³ в час кислорода.

Данные способ и установка позволяют упростить процесс очистки и избежать образования вредных шламов, так как используемое в качестве поглотителя губчатое железо получают в процессе восстановления руды и там же утилизируется после проведения процесса очистки, что позволяет процессу функционировать в замкнутом цикле.