СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОНВЕРТЕРНОГО ГАЗА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВА
APPLICATION OF CONVERTER GAS FOR PRODUCTION OF FUEL

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному производству.
Известно, что при продувке стали в конвертерах окисление углерода протекает по реакциям:
[C]+[O]={CO};
2
2
2
3
[C]+2[O]={CO}, что сопровождается выделением тепла и образованием большого количества конвертерного газа (в среднем 70-90 м/т стали) с характерным содержанием горючих компонентов, %: 85-90 CO, 8-14 CO, 1,5-3,5 O.
3
Конвертерный газ является ценным вторичным энергоресурсом, имеет высокую тепловую ценность (8,4-9,2 МДж/м) и химическую энергию.
Известен способ использования конвертерного газа для получения пара [1]. При этом конвертерный газ проходит подвижную юбку, водоохлаждаемый кессон и радиационный котел: производство пара составляет 6-7 т за плавку для конвертера емкостью 200-300 т. Охлаждаемый до температуры 900°C конвертерный газ поступает в газоочистку, а затем его подают на «свечу», где дожигают монооксид углерода (СО). Известный способ позволяет снизить энергоемкость металлопродукции за счет использования тепловой ценности конвертерного газа.
2
Недостатком известного способа является выброс большого количества CO в атмосферу и ухудшение экологической обстановки металлопроизводящих регионов.
3
Наиболее близким к изобретению является способ использования конвертерного газа в качестве топлива [2]. В известном способе охлажденный конвертерный газ подают в газгольдер, где его собирают в соответствии с периодическим графиком продувки кислородных конвертеров, затем подают в электрофильтр мокрого типа и очищают до концентрации пыли 10 мг/м, затем компрессором подают в газопровод и используют как топливо для технологических целей предприятия.
Известный способ позволяет значительно снизить энергоемкость конвертерной стали и экологическую нагрузку на атмосферу.
Недостатком известного способа является низкая эффективность использования химической энергии конвертерного газа, в частности, для производства новых видов топлива, например синтетического жидкого топлива.
Задачей изобретения является обеспечение возможности получения синтетического жидкого топлива при использовании химической энергии конвертерного и коксового газов.
3
Поставленная задача решается следующим образом. В известном способе, включающем отвод конвертерного газа, образующегося при продувке металла в конвертере, его охлаждение и очистку в скруббере с трубами Вентури, накопление и усреднение в газгольдере, доочистку в электрофильтре мокрого типа до концентрации пыли 10 мг/м, охлажденный и очищенный конвертерный газ подают компрессором в газосмесительную станцию, причем одновременно отводят коксовый газ из камеры сухого тушения кокса, после охлаждения и очистки его от пыли осуществляют химическое отделение продуктов коксования с получением обратного коксового газа, который подвергают глубокой очистке от аэрозольных, смолистых, нафталиновых частиц, сернистых соединений, подают в блок короткоцикловой адсорбции, в котором под переменным давлением из него выделяют водород и подают его в вышеуказанную газосмесительную станцию, в которой конвертерный газ смешивают с водородом, выделенным из обратного коксового газа, в объемном соотношении (0,50-0,65):1 для получения кондиционного синтез-газа, пригодного для производства синтетического жидкого топлива.
Процесс производства синтетического жидкого топлива основан на синтезе углеводородов из монооксида углерода и водорода (процесс Фишера-Тропша), который необходимо рассматривать как восстановительную олигомеризацию монооксида углерода в результате сложной комбинации химических реакций:
2
n
2n+2
2
nCO+(2n+1)H=CH+nHO,
2
n
2n
2
2nCO+nH=CH+nCO.
2
Критерием качества исходного синтез-газа является объемное (мольное) соотношение H и CO, равное 1,5-2,4 (оптимум 1,8-2,2), и наличие примесей (азота, углекислоты, сернистых соединений и т.д.).
2
Технический результат, достигаемый предлагаемым способом получения синтез-газа, заключается в том, что на интегрированном металлургическом предприятии с конвертерным производством стали в условиях высокой энергоемкости конвертерной стали и загрязнения атмосферы диоксидом углерода (CO) обеспечиваются оптимальные условия для использования химической энергии конвертерного газа. Это позволяет получать синтез-газ с использованием конвертерного и коксового газов, значительно снижает энергоемкость металлопродукции и загрязнение атмосферы.
2
2
4
2
В соответствии с требованиями к исходному синтез-газу для получения синтетических топлив его состав регламентируется объемным соотношением f=H/CO, а также содержанием инертных компонентов (N+CH), которое не должно превышать 6%. При этом не существует жестких ограничений на содержание CO: оно может составлять 1-10%, не выходя за пределы соотношения f=1,5-2,4 (предпочтительно 1,8-2,2).
3
3
Существуют особые требования к наличию в синтез-газе соединений серы и азота, их суммарное количество в пересчете на элементы не должно превышать 20 мг/м (предпочтительно 2 мг/м). Кроме перечисленных соединений в синтез-газе должен отсутствовать кислород (не более 0,1%), а также пары воды, масла и химические примеси.
2
2
3
Химический состав конвертерного газа при работе агрегатов с верхней продувкой обычно колеблется в пределах, %: 85-90 СО, 8-14 CO, 1,5-3,5 O. Теплота сгорания газа составляет 8,4-9,2 МДж/м при его температуре 1300-1700°C. Как правило, в отходящих конвертерных газах содержится некоторое количество азота, водорода и серы.
3
3
2
3
2
Количество плавильной пыли в отходящих конвертерных газах в отдельные периоды достигает 250 г/м. Химический состав пыли: 60-70% FeO, FeO; 5-7% CaO; 0,7-3% SiO, 0,10-0,25% S. Современная газоочистка с применением труб Вентури и/или «скрубберов» для улавливания пыли на первой ступени и электрофильтров мокрого типа на второй ступени обеспечивает снижение концентрации пыли в известном способе до 10 мг/м. Это позволяет использовать очищенный газ как источник СО для получения синтез-газа при накоплении и усреднении его в специальных емкостях - газгольдерах в соответствии с технологическим процессом выплавки стали в конвертерах.
Одновременно отводят коксовый газ из камеры сухого тушения кокса, после охлаждения и очистки от пыли осуществляют химическое отделение продуктов коксования с получением обратного коксового газа, который подвергают глубокой очистке от аэрозольных, смолистых, нафталиновых частиц, сернистых соединений и подают в блок короткоцикловой адсорбции, в котором под переменным давлением из него выделяют водород, и подают его в вышеуказанную газосмесительную станцию, в которой конвертерный газ смешивают с водородом, выделенным из обратного коксового газа, в объемном соотношении (0,50-0,65):1.
3
2
4
2
2
m
n
Обратный коксовый газ обладает высокой теплотой сгорания (свыше 17 МДж/м), а его усредненный химический состав, %: 55-60 H, 20-30 CH, 5-7 CO, 2-3 CO, 4 N, 2-3 CH. При этом он содержит большое количество аэрозольных, смолистых и нафталиновых частиц, а также сернистых соединений.
2
Объем конвертерного газа, подаваемого в газосмесительную станцию для смешения, не должен быть менее 0,50 объема с водородом, в противном случае соотношение H:CO в газовой смеси будет превышать требуемые значения f=1,8-2,2, что приведет к снижению эффективности использования химической энергии конвертерного газа.
2
При объеме конвертерного газа, подаваемого в газосмесительную станцию для смешения, более 0,65 объема водорода соотношение H:CO в газовой смеси будет меньше требуемых значений f=1,8 - 2,2, что приведет к снижению эффективности использования химической энергии конвертерного газа.
Осуществление способа поясняется с помощью чертежа, где представлена технологическая схема, которая включает конвертер 1, уплотнительное устройство 2, кессон 3, котел-утилизатор 4, скруббер для охлаждения и очистки газа 5, эксгаустер 6, газгольдер конвертерного газа 7, электрофильтр мокрого типа 8, газосмесительную станцию 9, газгольдер водорода 10, блок отвода синтез-газа 11, блок производства синтетического топлива 12.
3
Пример. В 350-т конвертер 1 загружают металлический лом, заливают жидкий чугун, опускают фурму и продувают расплав. Образующийся при окислении углерода конвертерный газ проходит последовательно через горловину конвертера, уплотнительное устройство (подвижную юбку) 2, кессон 3, котел-утилизатор 4, скруббер для охлаждения и очистки газа 5, где происходит его охлаждение до 900°C и снижение концентрации пыли до 120 мг/м.
3
Затем эксгаустер 6 направляет газ в газгольдер 7, где его собирают в соответствии с периодичностью работы агрегатов и межплавочными простоями. После газгольдера, где происходит его хранение, усреднение по температуре и химическому составу, конвертерный газ дополнительно очищают до концентрации пыли 10 мг/м в электрофильтре мокрого типа 8 и далее компрессором по трубопроводу подают в газосмесительную станцию 9.
Одновременно коксовый газ из камеры сухого тушения кокса коксохимического производства комбината после охлаждения и очистки от пыли перекачивают в химический цех, где осуществляется химическое отделение продуктов коксования, после чего обратный коксовый газ подвергают глубокой очистке от аэрозольных, смолистых, нафталиновых частиц, сернистых соединений и подают в блок короткоцикловой адсорбции, где под переменным давлением выделяют водород с концентрацией 95-99,9%, далее водород направляют в газгольдер 10 для сбора и хранения, затем по трубопроводу подают в газосмесительную станцию 9.
Поступающие в газосмесительную станцию потоки конвертерного газа и водорода регулируются с использованием электронных средств контроля: исполнительных механизмов и управляющих компьютеров с программным обеспечением, включающим в себя алгоритмы управления.
Главной целью контроля является управление составом газовой смеси, что осуществляется подачей в газосмесительную станцию регламентированного количества конвертерного газа и водорода в объемном соотношении (0,50-0,65):1, соответственно, для получения требуемого состава газовой смеси (синтез-газа).
Полученный синтез-газ 11 направляется на каталитическую переработку в синтетическое жидкое топливо 12.
Предлагаемый способ получения кондиционного синтез-газа, направляемого на каталитическую переработку в синтетическое жидкое топливо, позволит снизить энергоемкость металлопродукции и экологическую нагрузку на атмосферу.
3
При существующем, например, в ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» объеме производства кокса и стали может быть получено более 1,3 млрд. м/год синтез-газа, что соответствует возможности и высокой рентабельности катализа высокооктанового СЖТ с объемом продаж до 2,6 млрд. руб/год.
Источники информации
1. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. - М.: Мир, ООО «Издательство ACT», 2003. - С.461.
2. Использование конвертерного газа в качестве топлива. ЭСКО - Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы», 2005, №12: http://esco-ecosys.narod.ru/journal/journal48.htm.