Технологическая схема получения восстановительного газа для металлургии в УСТК-ВГ УДК 662.741.355.002.5

Проф., докт.техн.наук И.Г.Зубилин (ХГУ), А.А.Тараканов, канд.техн.наук А.Н.Минасов (Гипрококс. Украина) и канд.техн.наук Н.В.Браун

Источник: Кокс и химия. 1988. № 8, с. 25 – 27

Предложен способ получения восстановительных газов и устройство для его осуществления.

Разработка технологической схемы процесса подчинена решению следующих задач: придать существующим УСТК такие качества, которые позволили бы реализовать в них новые стадии процесса и регламенты в требуемой последовательности, т.е. не только улучшить процесс сухого тушения кокса, но и получить в них высококачественный восстановительный газ. Для этого нужна принципиально новая конструкция установки сухого тушения кокса с получением восстановительных газов: УСТК– ВГ. В новой установке кокс предварительно нагревают до 1200℃.

Целесообразно смесь углеводородов и водяного пара перед подачей ее на охлаждение кокса нагреть до температуры >700℃. При такой температуре нагрева парогазовой смеси углеводороды, находящиеся в ней, более интенсивно и полно взаимодействуют с водяным паром, превращаясь в полезные компоненты восстановительного газа: СО и Н₂. Весьма целесообразно нагрев кокса осуществлять путем сжигания над ним горючего газа.

Сжигание горючего газа непосредственно над слоем кокса позволит в течение короткого времени нагреть слой кокса до высокой температуры и тем самым интенсифицировать процесс теплообмена между факелом горения газа и коксом; при этом в 3 – 4 раза уменьшится объем верхней части камеры тушения кокса.

УСТК-ВГ содержит камеру с разгрузочным и загрузочным устройствами для кокса, средство для ввода в нее смеси углеводородов с водяным паром и коллектором для отвода восстановительного газа. Выше коллектора предусмотрены также подвод и отвод теплоносителя из верхней части камеры. В нижней части камеры размешены устройства или подачи и отвода из нее инертного охлаждающего газа, причем средство для подвода смеси углеводородов и водяного пара выполнено в виде патрубки. Последний расположен в центральной части камеры, а выходные отверстия из него находятся в средней ее части.

Такая конструкция позволяет осуществить высокоэффективный способ сухого тушения кокса с улучшением его качества и получить при этом высокий выход высококачественного восстановительного газа.

Подвод смеси углеводородов и водяного пара с помощью патрубка, расположенного в центральной части камеры, выходные отверстия которого находятся в средней части камеры выше отвода инертного газа, способствует равномерному распределению подаваемой парогазовой смеси по всему сечению средней части камеры. Кроме того, это позволяет разделить процесс охлаждения кокса на две стадии (на первой охлаждение кокса ведут парогазовой смесью, на второй – инертными газами) с применением на каждой стадии своего охлаждающего агента и раздельного их вывода. Таким образом, значительно интенсифицируются процессы охлаждения кокса и конверсии углеводородов водяным паром на первой стадии охлаждения кокса.

Подвод и отвод теплоносителя на верхней части камеры значительно выше коллектора для отвода восстановительного газа позволяет осуществлять интенсивный нагрев кокса в верхней части камеры до высоких температур: при этом возможность смешения отводимого теплоносителя с восстановительным газом исключена. Устройство для подачи и отвода из нижней части камеры инертного охлаждающего газа даст возможность производить конечное охлаждение кокса во взрывобезопасных условиях, а также исключить загрязнение атмосферы токсичными газами.

Устройство содержит камеру 1 для сухого тушения кокса, выполненную в виде вертикальной цилиндрической шахты с наружной металлической оболочкой, футерованной изнутри несколькими слоями огнеупорного кирпича. Камера 1 снабжена загрузочным устройством 2 для поступающего на охлаждение кокса и средством для выгрузки 3 охлажденного кокса. По вертикальной оси камеры установлено устройство для подвода парогазовой смеси, выполненное в виде патрубка 4, соединенного одним концом с теплообменником 5; другой конец патрубка находится в средней части камеры и снабжен конической насадкой. Под ней по всему периметру имеются выходные щелевые отверстия 6.

Коллектор для отвода восстановительного газа в виде кольцевого канала 7 расположен в средней части огнеупорной футеровки камеры. Он соединен посредством щелевых отверстий 8 с ее полостью, а через отводной канал 9 – с теплообменником 5. Под кольцевым каналом 7 установлено устройство для подвода и отвода теплоносителя, выполненное в виде кольцевого канала 10, находящегося в огнеупорной футеровке верхней части камеры I. Внутри этого канала установлены поперечные перегородки, которые делят его, по существу, на дне равные части, каждая из которых соединена с полостью камеры щелевыми отверстиями 11, а также с регенератором 12.

В нижней части камеры сухого тушения установлено устройство для подачи в нее инертного охлаждающего газа, например азота или продуктов горения коксового газа. Оно выполнено в виде кольцевого канала 13, соединенного с одной стороны полостью камеры посредством колосниковой решетки, а с яругой – посредством газового нагнетателя 14 с котлом-утилизатором 15. Над кольцевым каналом 13 установлено устройство для отвода инертного газа, выполненное в виде кольцевого канала 16, расположенного в огнеупорной футеровке камеры 1 и соединенного с одной стороны посредством щелевых отверстий 17 с ее полостью, а с другой – с котлом-утилизатором 15. Щелевые отверстия кольцевого канала 16 находятся ниже выходных отверстий 6 патрубка 4.

В новой конструкции реактора решены следующие задачи.

В зоне предварительной прокалки и изотермической выдержки кокса обеспечены стабильные температурные условия, обеспечивающие высокую удельную производительность реактора.

В реакционной зоне осуществлены принципы химической концепции нового процесса; решена задача обеспечения требуемой глубины конверсии углеводородов коксового газа с использованием высокопотенциальной части вторичного тепла раскаленного кокса.

В зоне конечного охлаждения кокса эффективно используются ресурсы низкопотенциального тепла кокса для производства пара и полного самообеспечения им процесса паровой конверсии без привлечения ресурсов технологического пара со стороны.

Описанный способ получения восстановительных газов и устройство для его осуществления защищены авторскими свидетельствами СССР (а.с. 802354) и патентами Японии, США, ФРГ, Англии, Франции, Италии, Испании и других стран.

Нами проанализированы данные энергетических и технико-экономических показателей по двум способам, характеризующим современный уровень достижений в области получения восстановительных газов для металлургии методом паровой конверсии углеводородсодержащих газов (природного газа). Сопоставлены: