RU2846384C1

RU2846384C1 - Poly-generation energy technological complex with recycling of sulphur dioxide in form of ammonium sulphate in production of metals from sulphide concentrates

Info

Publication number: RU2846384C1
Application number: RU2025105937A
Authority: RU
Inventors: Олег Анатольевич Власов; Борис Михайлович Лапшин; Валерий Валентинович Мечев; Александр Александрович Смирнов; Нареш Кумар Яер
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Инновационная Компания Интехпром"
Filing date: 2025-03-13
Publication date: 2025-09-04

Abstract

FIELD: performing operations.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering complexes producing a combination of several types of energy, and to metallurgical processing of sulphide concentrates. System contains a gas generator, where carbon-containing products are used as a gasified substance, as well as a pyrolysis apparatus, an exhaust gas cooling system and a combustion chamber with a steam turbine, as well as a unit for separating the gas stream into hydrogen and carbon monoxide, a unit for separating air into oxygen and nitrogen, an ammonia production unit and a unit for converting sulphur dioxide to ammonium sulphate. Gas generator is made in the form of three-zone furnace of liquid slag bath, which operates in gas-lift mode with thermal control and consists of pyrolysis device, sulphide products processing zone, slag depletion zone and settling chamber. Gas flow separation unit is made with possibility of oxygen supply into air separation unit, hydrogen supply into ammonia production unit and carbon monoxide supply into combustion chamber and into slag depletion zone. Ammonia production unit is configured to supply ammonia to the sulphur dioxide conversion unit. Gas cooling system consists of three heat exchangers, two of which are arranged between the pyrolysis zone and the air separation apparatus, and one between the sulphide product processing zone and the sulphur dioxide conversion unit and is configured to supply sulphur dioxide to the sulphur dioxide conversion unit.

EFFECT: expansion of functional capabilities of complex due to combination of coal processing processes for production of electric and heat power, obtaining exhaust gases in form of a mixture of carbon monoxide and hydrogen, processing sulphide concentrates to obtain a gas stream of sulphur dioxide in order to obtain ammonium sulphate under the effect of ammonia.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности к области полигенерирующих энерготехнологических комплексов, производящих комбинацию тепловой и электрической энергии, а также к металлургическим производствам переработки сульфидных руд и концентратов цветных и благородных металлов с утилизацией диоксида серы.The invention relates to the field of energy, in particular to the field of polygenerating energy technology complexes producing a combination of thermal and electrical energy, as well as to metallurgical production of processing sulphide ores and concentrates of non-ferrous and precious metals with the utilization of sulphur dioxide.

В природе существует три основных ископаемых источника энергии: нефть, природный газ и уголь. На долю угля приходится 90% существующих запасов названных ископаемых. Уголь дешевле нефти, и он более равномерно распределен в земной коре. Его природные запасы намного превосходят запасы нефти и, по прогнозам ученых, не будут исчерпаны еще в течение нескольких столетий. Однако его использование, к тому же обеспечивающее соблюдение норм экологической безопасности, требует дополнительных усилий. Вместе с тем, в настоящее время свыше 50% всей электроэнергии производится на электростанциях, работающих на загрязняющем атмосферу пылевидном угле, и поэтому одной из важных задач энергетики является перевод существующих электростанций на новый вид топлива, обеспечивающий возможность их успешной дальнейшей эксплуатации, или создания экологически чистых способов получения энергии из угля. Кроме того, перманентно стоит задача организации процесса получения энергии из угля, получения из него помимо тепла электроэнергии.There are three main fossil energy sources in nature: oil, natural gas and coal. Coal accounts for 90% of the existing reserves of these fossils. Coal is cheaper than oil and is more evenly distributed in the earth's crust. Its natural reserves far exceed those of oil and, according to scientists, will not be exhausted for several centuries. However, its use, which also ensures compliance with environmental safety standards, requires additional efforts. At the same time, over 50% of all electricity is currently produced at power plants running on dusty coal that pollutes the atmosphere, and therefore one of the important tasks of the energy sector is to convert existing power plants to a new type of fuel that will allow them to continue to operate successfully, or to create environmentally friendly ways of obtaining energy from coal. In addition, there is a permanent task of organizing the process of obtaining energy from coal, obtaining electricity from it in addition to heat.

Использование углеродсодержащих продуктов различной калорийности и различного состава диктует значительное повышение их экологической и экономической эффективности с использованием полигенерирующих энерготехнологических комплексов.The use of carbon-containing products of various calorific value and various compositions dictates a significant increase in their environmental and economic efficiency using poly-generating energy technology complexes.

Из уровня техники известна полигенерирующая система, в которой получают энергоносители в виде электроэнергии, горячей воды, пара, холода и жидкого синтетического топлива, которая включает в себя блок подготовки топлива, реактор газификации, сепаратор-дымосос, энергогенерирующий блок, блок детоксикации золы (патентная заявка WO 2013077770 А1 от 30.05.2013). Недостатком системы является работа основного аппарата-газификатора в автотермических условиях, обусловленных подводом паровоздушной смеси для осуществления процесса газификации, что ведет к сжиганию части исходного топлива для поддержания протекания в целом эндотермичного процесса конверсии. В связи с этим выход синтез-газа на 1 кг сырья снижается почти в 3-4 раза по сравнению с аллостерическим процессом.A polygenerating system is known from the prior art, in which energy carriers are obtained in the form of electric power, hot water, steam, cold and liquid synthetic fuel, which includes a fuel preparation unit, a gasification reactor, a separator-smoke exhauster, an energy-generating unit, an ash detoxification unit (patent application WO 2013077770 A1 dated 30.05.2013). A disadvantage of the system is the operation of the main gasifier apparatus in autothermal conditions caused by the supply of a steam-air mixture to carry out the gasification process, which leads to the combustion of a part of the original fuel to maintain the overall endothermic conversion process. In this regard, the yield of synthesis gas per 1 kg of raw material is reduced by almost 3-4 times compared to the allosteric process.

Известен газотеплоэлектрогенераторный комплекс, который представляет собой совокупность энергетического оборудования и состоит из газогенератора, сепаратора-дымососа, газопоршневой электрической станции, пароводяного котла и загрузочного устройства (патент RU 2303192 С1, опубл. 20.07.2007). Недостатком является использование в качестве газифицирующего агента паровоздушной смеси, кислород которой идет на сжигание части исходного углеродсодержащего материала для поддержания термических условий процесса. Также существенным недостатком является повышенное содержание в получаемом синтез-газе диоксида углерода, что снижает калорийность горючего газа, его восстановительные свойства и способствует меньшему выходу из него жидких углеводородов.A gas-heat-electric generator complex is known, which is a set of power equipment and consists of a gas generator, a separator-smoke exhauster, a gas piston power station, a steam boiler and a loading device (patent RU 2303192 C1, published 20.07.2007). The disadvantage is the use of a steam-air mixture as a gasifying agent, the oxygen of which is used to burn part of the original carbon-containing material to maintain the thermal conditions of the process. Another significant disadvantage is the increased content of carbon dioxide in the resulting synthesis gas, which reduces the calorific value of the combustible gas, its reducing properties and contributes to a smaller yield of liquid hydrocarbons from it.

Известен способ паровой бескислородной газификации органического сырья, предпочтительно биомассы, в котором в качестве газифицирующего агента в газификаторе используется перегретый водяной пар с температурой до 1000 °C, при этом предпочтительно использовать водяной пар с температурой до 1400 °C (патентная заявка US 20110035990 A1, опубл. 17.02.2011). При этом имеется возможность получать синтез-газ с оптимальным соотношением H₂:CO=2:1 (или близким к нему) для производства синтетического жидкого топлива по методу Фишера-Тропша имеется возможность производства электрической энергии в паровой турбине; в качестве газифицируемого материала используется предпочтительно биомасса, но также возможно применение и других углеродсодержащих материалов. Недостатком решения является то, что для получения перегретого водяного пара с температурой до 1400 °C предлагается использовать регенераторы, в которых для обеспечения такой температуры сжигают синтез-газ, который не прореагировал в реакторе Фишера-Тропша. При такой организации процесса энергетическая составляющаяся уменьшается и исчезает возможность использования образуемого водорода по другим способам использования. При других методах получения перегретого пара с вышеуказанными параметрами процесс Фишера-Тропша может быть исключён при новой структуре полигенерирующего энерготехнологического комплекса.A method is known for the oxygen-free steam gasification of organic raw materials, preferably biomass, in which superheated water vapor with a temperature of up to 1000 °C is used as a gasifying agent in the gasifier, while it is preferable to use water vapor with a temperature of up to 1400 °C (patent application US 20110035990 A1, published 17.02.2011). In this case, it is possible to obtain synthesis gas with an optimal ratio of H ₂ : CO = 2: 1 (or close to it) for the production of synthetic liquid fuel using the Fischer-Tropsch method; it is possible to produce electrical energy in a steam turbine; biomass is preferably used as the gasified material, but other carbon-containing materials can also be used. The disadvantage of the solution is that to obtain superheated steam with a temperature of up to 1400 °C, it is proposed to use regenerators in which, to ensure such a temperature, synthesis gas is burned that did not react in the Fischer-Tropsch reactor. With such an organization of the process, the energy component decreases and the possibility of using the formed hydrogen in other ways of use disappears. With other methods of obtaining superheated steam with the above parameters, the Fischer-Tropsch process can be excluded with a new structure of the polygenerating energy technology complex.

Наиболее близким к заявляемому решению является полигенерирующий энерготехнологический комплекс (патент RU 2591075 C1, опубл. 10.07.2016), содержащий аллотермический газогенератор, в котором водяной пар выступает одновременно в качестве теплоносителя и газифицирующего агента, в газификаторе используется перегретый до 1200-1400 °C водяной пар, имеется возможность получения синтез-газа с соотношением H₂:CO, близким к оптимальному (2:1) для производства синтетического жидкого топлива, в качестве газифицируемого вещества может использоваться не только биомасса, но и уголь, и угольные отходы, получение электрической энергии осуществляется в паровой турбине, водяной пар для которой получается в установке Фишера-Тропша при производстве синтетического жидкого топлива, в полигенерирующем энерготехнологическом комплексе имеется установка брикетирования исходного сырья, паровоздушный двухзонный газогенератор, аппарат пиролиза, в котором происходит термохимическое преобразование исходного топлива с образованием пиролизного газа и коксового остатка, блок подготовки коксового остатка исходного углеродсодержащего материала, паровой газогенератор, в котором газифицируемым сырьем выступает коксовый остаток исходного материала, состоящий из углерода и золы, конденсатор-сепаратор, блок очистки синтез-газа, блок получения холода, паровая турбина, используемая в качестве источника получения водяного пара, который в дальнейшем используется для получения перегретого пара с температурой 1200-1400 °C, газопоршневая электрическая станция. Недостатком прототипа является сложность технологической схемы с минимумом решений по прейскуранту получаемых продуктов и отсутствие в комплексе процессов получения различных металлов при переработке их концентратов, включая переработку сульфидных концентратов.The closest to the claimed solution is a polygenerating energy technology complex (patent RU 2591075 C1, published on 10.07.2016) containing an allothermic gas generator in which water vapor acts simultaneously as a heat carrier and a gasifying agent, the gasifier uses water vapor superheated to 1200-1400 °C, it is possible to obtain synthesis gas with a H ₂ : CO ratio close to the optimal (2:1) for the production of synthetic liquid fuel, not only biomass, but also coal and coal waste can be used as a gasified substance, electrical energy is generated in a steam turbine, water vapor for which is obtained in a Fischer-Tropsch unit during the production of synthetic liquid fuel, the polygenerating energy technology complex has a feedstock briquetting unit, a steam-air two-zone gas generator, a pyrolysis apparatus in which thermochemical conversion of the initial fuel with the formation of pyrolysis gas and coke residue, a unit for preparing the coke residue of the initial carbon-containing material, a steam gas generator in which the gasified raw material is the coke residue of the initial material, consisting of carbon and ash, a condenser-separator, a synthesis gas purification unit, a cold production unit, a steam turbine used as a source of obtaining water vapor, which is subsequently used to obtain superheated steam with a temperature of 1200-1400 °C, a gas piston power plant. The disadvantage of the prototype is the complexity of the process flow chart with a minimum of solutions for the price list of the products obtained and the absence in the complex of processes for obtaining various metals during the processing of their concentrates, including the processing of sulphide concentrates.

Задачей изобретения является разработка полигенерационного энерготехнологического комплекса с газификатором, в котором используется перегретый до 1000-1300 °C водяной пар требуемого давления, которое определяется высотой барботируемого шлакового расплава, при использовании его в качестве дутьевого газа для осуществления непрерывного процесса паровой бескислородной газификации углеродсодержащего сырья, предпочтительного твердого топлива с постоянной циркуляцией шлакового расплава из зоны барботажа в зону загрузки твёрдого топлива, содержащего одновременно узел экологически безопасной металлургической переработки сульфидных концентратов в печи жидкошлаковой ванны, работающей в газлифтном режиме с утилизацией диоксида серы без выброса диоксида серы в атмосферу.The objective of the invention is to develop a polygeneration energy technology complex with a gasifier, which uses water vapor superheated to 1000-1300 °C of the required pressure, which is determined by the height of the bubbling slag melt, when using it as a blast gas for implementing a continuous process of steam oxygen-free gasification of carbon-containing raw materials, preferably solid fuel with constant circulation of the slag melt from the bubbling zone to the solid fuel loading zone, simultaneously containing a unit for environmentally safe metallurgical processing of sulphide concentrates in a liquid slag bath furnace operating in a gas lift mode with the utilization of sulphur dioxide without emitting sulphur dioxide into the atmosphere.

Технический результат заявляемого решения заключается в расширении функциональных возможностей полигенерирующего энерготехнологического комплекса для получения тепловой и электрической энергии за счет обеспечения возможности объединить технологические процессы переработки углей для производства электро- и теплоэнергии, получения отходящих газов в виде смеси оксида углерода, используемого для производства электроэнергии, и водорода, используемого для получения аммиака, а также переработки сульфидных концентратов с получением высококонцентрированного газового потока диоксида серы для реакционного потока получения в качестве удобрения сульфата аммония при воздействии аммиака.The technical result of the claimed solution consists in expanding the functional capabilities of a polygenerating energy technology complex for obtaining thermal and electrical energy by providing the ability to combine the technological processes of coal processing for the production of electrical and thermal energy, obtaining exhaust gases in the form of a mixture of carbon monoxide used for the production of electrical energy and hydrogen used to obtain ammonia, as well as processing sulphide concentrates to obtain a highly concentrated gas flow of sulphur dioxide for a reaction flow for obtaining ammonium sulphate as a fertilizer under the influence of ammonia.

Технический результат достигается использованием энерготехнологического комплекса для выработки тепловой и электрической энергии и продуктов переработки горючих отходящих газов, содержащего аллотермический газогенератор, в котором водяной пар выступает одновременно в качестве теплоносителя и газифицирующего агента, в качестве газифицируемого вещества используется углеродсодержащие продукты. Комплекс также содержит систему охлаждения отработанных отходящих газов, выполненную с возможностью конденсации воды и монооксида углерода, и камеру сгорания, соединенную с турбиной, вырабатывающей электрическую энергию. Комплекс также содержит узел криогенного разделения охлаждённого потока газа, отходящего из газогенератора, на водород и монооксид углерода, узел криогенного разделения воздуха на кислород и азот, узел получения аммиака и узел преобразования диоксида серы в сульфат аммония. В газогенераторе используется перегретый водяной пар с получением синтез-газа с соотношением 2:1 для получения аммиака и жидкого диоксида углерода. Газогенератор выполнен в виде трехзонной высокотемпературной печи жидкошлаковой ванны, работающей в газлифтном режиме с терморегулированием температурного режима печи и состоящей из указанного аппарата пиролиза, выполненного в виде зоны высокотемпературного пиролиза углеродсодержащих продуктов в атмосфере паров воды, зоны переработки сульфидных концентратов с получением черновых металлов и высококонцентрированных газов по диоксиду серы, зоны обеднения лёгкого шлака, образуемого при переработке сульфидных концентратов, по содержанию тяжёлых металлов путём обработки восстановительным потоком газа на основе монооксида углерода. Узел криогенного разделения охлаждённого потока газа, отходящего из газогенератора, на водород и монооксид углерода выполнен с возможностью подачи жидкого азота из узла криогенного разделения воздуха на кислород и азот, подачи газообразного водорода в узел получения аммиака и подачи монооксида углерода в камеру сгорания и в зону обеднения шлака. Узел получения аммиака выполнен с возможностью подачи аммиака в узел преобразования диоксида серы в сульфат аммония. Система охлаждения отработанных газов состоит из трех теплообменных аппаратов, два из которых установлены между зоной высокотемпературного пиролиза и установкой криогенного разделения воздуха на кислород и азот, и один установлен между зоной переработки сульфидных концентратов и узлом преобразования диоксида серы в сульфат аммония и выполнен с возможностью подачи диоксида серы в узел преобразования диоксида серы в сульфат аммония. The technical result is achieved by using an energy technology complex for generating thermal and electrical energy and products of processing combustible exhaust gases, containing an allothermic gas generator, in which water vapor acts simultaneously as a heat carrier and a gasifying agent, carbon-containing products are used as a gasified substance. The complex also contains a system for cooling exhaust gases, designed with the possibility of condensing water and carbon monoxide, and a combustion chamber connected to a turbine generating electrical energy. The complex also contains a cryogenic separation unit for the cooled gas flow leaving the gas generator into hydrogen and carbon monoxide, a cryogenic separation unit for air into oxygen and nitrogen, an ammonia production unit and a unit for converting sulfur dioxide into ammonium sulfate. The gas generator uses superheated water vapor to produce synthesis gas with a ratio of 2:1 for producing ammonia and liquid carbon dioxide. The gas generator is made in the form of a three-zone high-temperature liquid slag bath furnace operating in a gas lift mode with thermal regulation of the furnace temperature mode and consisting of the said pyrolysis apparatus made in the form of a zone of high-temperature pyrolysis of carbon-containing products in an atmosphere of water vapor, a zone of processing sulfide concentrates with the production of crude metals and highly concentrated gases in terms of sulfur dioxide, a zone of depletion of light slag formed during the processing of sulfide concentrates in terms of heavy metal content by processing with a reducing gas flow based on carbon monoxide. The cryogenic separation unit of the cooled gas flow leaving the gas generator into hydrogen and carbon monoxide is designed with the possibility of feeding liquid nitrogen from the cryogenic air separation unit into oxygen and nitrogen, feeding gaseous hydrogen to the ammonia production unit and feeding carbon monoxide to the combustion chamber and to the slag depletion zone. The ammonia production unit is designed with the possibility of feeding ammonia to the unit for converting sulfur dioxide into ammonium sulfate. The exhaust gas cooling system consists of three heat exchangers, two of which are installed between the high-temperature pyrolysis zone and the cryogenic air separation unit into oxygen and nitrogen, and one is installed between the sulfide concentrate processing zone and the unit for converting sulfur dioxide into ammonium sulfate and is designed with the possibility of feeding sulfur dioxide to the unit for converting sulfur dioxide into ammonium sulfate.

Комплекс может быть выполнен с возможностью получения достаточного количества компонентов для полной утилизации диоксида серы в виде сульфата аммония.The complex can be designed to produce a sufficient amount of components for the complete utilization of sulfur dioxide in the form of ammonium sulfate.

Рабочим телом для газовых турбин в процессе электрогенерации может быть флюид диоксида углерода и фреоны. The working fluid for gas turbines in the process of power generation can be carbon dioxide fluid and freons.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена технологическая схема полигенерирующего энерготехнологического комплекса. The essence of the claimed invention is explained by a drawing, which depicts a technological diagram of a polygenerating energy technology complex.

Цифрами обозначено следующее: The numbers indicate the following:

1 – зона подачи углеродсодержащего продукта; 1 – zone for feeding carbon-containing product;

2 – зона высокотемпературного пиролиза; 2 – high-temperature pyrolysis zone;

3 – зона переработки сульфидных концентратов;3 – zone for processing sulphide concentrates;

4 – зона обеднения шлака от тяжёлых металлов; 4 – zone of slag depletion from heavy metals;

5 – теплообменник-пароперегреватель;5 – heat exchanger-superheater;

6 – теплообменник-теплонакопитель;6 – heat exchanger-heat accumulator;

7 – теплообменник-охладитель узла криогенного разделения охлажденного потока газа, отходящего из газогенератора, на водород и монооксид углерода;7 – heat exchanger-cooler of the cryogenic separation unit of the cooled gas flow leaving the gas generator into hydrogen and carbon monoxide;

8 – колонна разделения газовой смеси азота и водорода и жидкого монооксида углерода узла криогенного разделения охлажденного потока газа, отходящего из газогенератора, на водород и монооксид углерода;8 – column for separating a gas mixture of nitrogen and hydrogen and liquid carbon monoxide of the cryogenic separation unit of the cooled gas flow leaving the gas generator into hydrogen and carbon monoxide;

9 – источник перегретого пара;9 – source of superheated steam;

10 – сифон для выдачи металлофазы; 10 – siphon for dispensing metal phase;

11 – зона загрузки сульфидных концентратов в печь;11 – zone for loading sulphide concentrates into the furnace;

12 – сифон выдачи образуемых расплавов цветных металлов из сульфидных концентратов; 12 – siphon for dispensing the formed melts of non-ferrous metals from sulphide concentrates;

13 – теплообменник;13 – heat exchanger;

14 – сифон выдачи расплава тяжёлых металлов;14 – siphon for dispensing molten heavy metals;

15 – узел получения аммиака; 15 – ammonia production unit;

16 – узел криогенного разделения воздуха на кислород и азот;16 – cryogenic air separation unit for oxygen and nitrogen;

17 – камера сжигания; 17 – combustion chamber;

18 – слив обеднённого шлака;18 – drain of depleted slag;

19 – узел утилизации диоксида серы с образованием сульфата аммония;19 – sulfur dioxide utilization unit with the formation of ammonium sulfate;

20 – сборник сульфата аммония.20 – ammonium sulfate collector.

Заявляемый полигенерирующий энерготехнологический комплекс включает в себя аллотермический газогенератор, в котором водяной пар выступает одновременно в качестве теплоносителя и газифицирующего агента. Газогенератор выполнен в виде трёхзонной печи жидкошлаковой ванны в газлифтном исполнении с автоматизированным регулированием теплового режима печи за счёт использования погружных электродов в единой отстойной камере, а также с обеспечением непрерывной циркуляции шлакового расплава в особой мере в зоне высокотемпературного пиролиза из зоны барботажа в зону приема углеродсодержащих продуктов. Давление водяного пара определяется высотой барботируемого шлакового расплава, при использовании его в качестве дутьевого газа для осуществления непрерывного процесса паровой бескислородной газификации углеродсодержащего сырья. Также комплекс на выходе газового потока из газогенератора содержит теплообменник-пароперегреватель 5, обеспечивающий получение перегретого водяного пара с последующим охлаждением водой отходящего газового потока с образованием пароводяной фазы в теплообменнике-теплонакопителе 6, выполненном с возможностью использования накопленного тепла для тепло- и электрогенерации, а также выдачи образуемой пароводяной фазы в теплообменник-пароперегреватель 5. Комплекс содержит также узел криогенного разделения охлажденного потока газа, отходящего из газогенератора, на водород и монооксид углерода, состоящий из теплообменника-охладителя 7, использующего в качестве охладителя жидкий азот, и колонны разделения газовой смеси азота и водорода и жидкого монооксида углерода 8 (или скруббера Вентури), узел криогенного разделения воздуха на кислород и азот 16, узел преобразования диоксида серы в сульфат аммония 19 с выдачей сульфата аммония в отстойник 20, узел получения аммиака 15, а также теплообменник 13, охлаждающий отходящие из зоны переработки сульфидных концентратов 3 газы. Теплообменники 5-6 и теплообменник 13 образуют систему охлаждения отходящих газов, выполненную с возможностью конденсации воды и монооксида углерода.The claimed polygenerating energy technology complex includes an allothermic gas generator, in which water vapor acts simultaneously as a heat carrier and a gasifying agent. The gas generator is made in the form of a three-zone furnace of a liquid slag bath in a gas-lift design with automated regulation of the thermal mode of the furnace due to the use of immersion electrodes in a single settling chamber, as well as with the provision of continuous circulation of the slag melt, especially in the high-temperature pyrolysis zone from the bubbling zone to the carbon-containing product receiving zone. The water vapor pressure is determined by the height of the bubbling slag melt, when using it as a blast gas for the implementation of a continuous process of steam oxygen-free gasification of carbon-containing raw materials. The complex also comprises a heat exchanger-steam superheater 5 at the outlet of the gas flow from the gas generator, providing for the production of superheated water vapor with subsequent cooling of the outgoing gas flow with water to form a steam-water phase in the heat exchanger-heat accumulator 6, designed with the possibility of using the accumulated heat for heat and electricity generation, as well as discharging the formed steam-water phase into the heat exchanger-steam superheater 5. The complex also comprises a cryogenic separation unit for the cooled gas flow, leaving the gas generator, into hydrogen and carbon monoxide, consisting of a heat exchanger-cooler 7, using liquid nitrogen as a cooler, and a column for separating a gas mixture of nitrogen and hydrogen and liquid carbon monoxide 8 (or a Venturi scrubber), a cryogenic air separation unit into oxygen and nitrogen 16, a unit for converting sulfur dioxide into ammonium sulfate 19 with the discharge of ammonium sulfate into a settling tank 20, ammonia production unit 15, as well as heat exchanger 13, cooling the gases leaving the sulphide concentrate processing zone 3. Heat exchangers 5-6 and heat exchanger 13 form a system for cooling the exhaust gases, designed with the possibility of condensing water and carbon monoxide.

Трёхзонная высокотемпературная печь жидкошлаковой ванны выполнена с возможностью получения раздельных отходящих газовых потоков от переработки диоксида углерода в смеси с парами воды углесодержащих продуктов и отходящих газов с получением диоксида серы. Указанная трехзонная печь работает в газлифтном режиме с обеспечением терморегулирования температурного режима печи и включает аппарат пиролиза, представленный зоной высокотемпературного пиролиза 2 углесодержащих продуктов в атмосфере паров воды, отстойную камеру с электродами для обезметалленного шлака, обеспечивающую стабилизацию температурного режима работы печи, зону переработки сульфидных концентратов 3 с получением черновых металлов и высококонцентрированных газов по диоксиду серы, зону обеднения шлака 4 по содержанию тяжёлых металлов путём обработки восстановительным потоком газа на основе монооксида углерода (см. чертеж). Конструкция зон 2-4 печи не является предметом изобретения и известна для специалиста из уровня техники, зоны 2-4 печи включают в себя плавильные и газлифтные камеры. Отстойная камера расположена между зоной пиролиза 2 и зоной переработки сульфидных концентратов 3, при этом над ней установлена газоотделительная камера. Трехзонная высокотемпературная печь выполнена с возможностью обеспечения непрерывной регулируемой циркуляции расплава шлака и штейна между отстойной, далее газлифтной камерой и плавильной камерой зоны пиролиза 2, в результате чего обеспечивается непрерывный возврат расплава штейна в расплав шлака в плавильной камере зоны пиролиза 2. Количество используемых электродов определяется видом нагрева (электродуговой или резистивный) и не является особенностью заявляемого комплекса, их количество подобрано на основании расчетов по известным методикам. В трехзонной высокотемпературной печи жидкошлаковой ванны установлены фурмы в количестве, соответствующем количеству поступающих в печь потоков жидких и газообразных веществ, при этом количество фурм должно быть кратно двум с направлением дутья навстречу друг другу и соответствовать известным из уровня техники методам подачи веществ внутрь печи.The three-zone high-temperature liquid slag bath furnace is designed with the possibility of obtaining separate exhaust gas flows from processing carbon dioxide mixed with water vapor of carbon-containing products and exhaust gases with the production of sulfur dioxide. The specified three-zone furnace operates in a gas-lift mode with thermal regulation of the furnace temperature mode and includes a pyrolysis apparatus represented by a high-temperature pyrolysis zone 2 of carbon-containing products in a water vapor atmosphere, a settling chamber with electrodes for demetallized slag, providing stabilization of the furnace operating temperature mode, a zone for processing sulfide concentrates 3 with the production of crude metals and highly concentrated gases in sulfur dioxide, a slag depletion zone 4 in terms of heavy metal content by processing with a reducing gas flow based on carbon monoxide (see the drawing). The design of zones 2-4 of the furnace is not the subject of the invention and is known to a person skilled in the art, zones 2-4 of the furnace include melting and gas-lift chambers. The settling chamber is located between the pyrolysis zone 2 and the sulphide concentrate processing zone 3, with a gas separation chamber installed above it. The three-zone high-temperature furnace is designed to provide continuous controlled circulation of the slag and matte melt between the settling chamber, then the gas lift chamber and the melting chamber of the pyrolysis zone 2, which ensures a continuous return of the matte melt to the slag melt in the melting chamber of the pyrolysis zone 2. The number of electrodes used is determined by the type of heating (electric arc or resistive) and is not a feature of the claimed complex, their number is selected based on calculations using known methods. In the three-zone high-temperature liquid slag bath furnace, tuyeres are installed in a quantity corresponding to the number of liquid and gaseous substance flows entering the furnace, while the number of tuyeres must be a multiple of two with the blast direction towards each other and correspond to the known methods of feeding substances into the furnace from the level of technology.

К зоне высокотемпературного пиролиза 2 подключен посредством газохода теплообменник-пароперегреватель 5, обеспечивающий получение отходящего из зоны пиролиза 2 первичного потока водяного пара с температурой 1000-1300 °C для его использования в качестве дутьевого газа при высокотемпературной бескислородной газификации углеродсодержащего продукта, к которому подключен таким же образом дополнительный теплообменник-теплонакопитель 6, обеспечивающий охлаждение отходящих из теплообменника-пароперегревателя 5 газов с температуры 1000-1300 °C до температуры ниже 100 °C с конденсацией из газового потока паров воды, а также использованием пароводяной фазы для теплообменника-пароперегревателя 5 в качестве дутьевого газа и использования избыточного количества для тепло- и электрогенерации. С этой целью от теплообменника-теплонакопителя 6 осуществлен подвод в виде газохода к теплообменнику-пароперегревателю 5. В качестве теплообменника-теплонакопителя 6 использован известный из уровня техники теплообменный аппарат (см., например, патент RU 221148 U1, опубл. 23.10.2023). Также к зоне пиролиза 2 через газоход осуществлен из теплообменника-пароперегревателя 5 подвод перегретого ориентировочно до 1000-1300 °C пара для обеспечения пиролиза и отвод металлофазы через сифон 10.A heat exchanger-steam superheater 5 is connected to the high-temperature pyrolysis zone 2 via a gas duct, ensuring the production of a primary flow of water vapor leaving the pyrolysis zone 2 with a temperature of 1000-1300 °C for its use as a blast gas during high-temperature oxygen-free gasification of a carbon-containing product, to which an additional heat exchanger-heat accumulator 6 is connected in the same way, ensuring the cooling of the gases leaving the heat exchanger-steam superheater 5 from a temperature of 1000-1300 °C to a temperature below 100 °C with condensation of water vapor from the gas flow, as well as the use of the steam-water phase for the heat exchanger-steam superheater 5 as a blast gas and the use of the excess amount for heat and electricity generation. For this purpose, a supply in the form of a flue gas duct is provided from the heat exchanger-heat accumulator 6 to the heat exchanger-steam superheater 5. A heat exchange apparatus known from the prior art is used as the heat exchanger-heat accumulator 6 (see, for example, patent RU 221148 U1, published on 23.10.2023). Also, steam superheated to approximately 1000-1300 °C is supplied from the heat exchanger-steam superheater 5 to the pyrolysis zone 2 through a flue gas duct to ensure pyrolysis and the metal phase is removed through a siphon 10.

Теплообменник-теплонакопитель 6 подключен через газоход к теплообменнику-охладителю 7 узла криогенного разделения охлажденного потока газа, отходящего из газогенератора, на водород и монооксид углерода, который подключен к колонне разделения водорода и монооксида углерода 8 этого же узла. Теплообменник-охладитель 7 обеспечивает охлаждение газового потока путем впрыскивания жидкого азота с получением газожидкостной эмульсии. Колонна разделения водорода и монооксида углерода 8 подключена таким же образом к узлу получения аммиака 15, куда отводится образовавшийся газообразный водород, а также для отвода монооксида углерода в качестве газообразного дутьевого газа к зоне обеднения шлака 4 трехзонной высокотемпературной печи и в жидком виде к камере сжигания 17, подключенной к газовой турбине, обеспечивающей электрогенерацию. Узел получения аммиака 15 представляет из себя колонну синтеза с охлаждением для получения жидкого аммиака, известную из уровня техники (см., например, а.с. № 215883, опубл. 17.07.1968). Камерой сжигания 17 является устройство, установленное перед газовой турбиной и выполненное в виде известной конструкции камеры смешения двух газовых потоков – потока кислорода и основного потока оксида углерода из узла криогенного разделения охлаждённого потока газа, отходящего из газогенератора, на водород и монооксида углерода. Heat exchanger-heat accumulator 6 is connected via a gas duct to heat exchanger-cooler 7 of the cryogenic separation unit of the cooled gas flow leaving the gas generator into hydrogen and carbon monoxide, which is connected to the hydrogen and carbon monoxide separation column 8 of the same unit. Heat exchanger-cooler 7 provides cooling of the gas flow by injecting liquid nitrogen with the production of a gas-liquid emulsion. Hydrogen and carbon monoxide separation column 8 is connected in the same way to the ammonia production unit 15, where the formed gaseous hydrogen is discharged, and also for the discharge of carbon monoxide as gaseous blast gas to the slag depletion zone 4 of the three-zone high-temperature furnace and in liquid form to the combustion chamber 17, connected to the gas turbine providing electric power generation. The ammonia production unit 15 is a synthesis column with cooling for producing liquid ammonia, known from the state of the art (see, for example, patent No. 215883, published on 17.07.1968). The combustion chamber 17 is a device installed in front of the gas turbine and made in the form of a known design of a chamber for mixing two gas flows - an oxygen flow and the main flow of carbon monoxide from the cryogenic separation unit of the cooled gas flow leaving the gas generator into hydrogen and carbon monoxide.

К зоне переработки сульфидных концентратов 3 подключен через газоход теплообменник 13, обеспечивающий охлаждение отходящих из зоны переработки 3 сульфидных газов (преимущественно диоксида серы), конструкция которого аналогична теплообменнику-теплонакопителю 6 и представляет собой накопитель с организацией узлов электро- и теплогенерации для охлаждения газового потока до температуры ниже 100 °С. Также к указанной зоне 3 осуществлен подвод сульфидных концентратов через зону загрузки 11 для дальнейшей их переработки в печи и отвод черновых металлов через сифон 12. Подвод сульфидных концентраторов из зоны 11 может быть обеспечен любым известным из уровня техники способом.Heat exchanger 13 is connected to the sulphide concentrate processing zone 3 via a flue, providing cooling of the sulphide gases (mainly sulphur dioxide) leaving the processing zone 3, the design of which is similar to heat exchanger-heat accumulator 6 and is an accumulator with the organization of electric and heat generation units for cooling the gas flow to a temperature below 100 °C. Also, sulphide concentrates are supplied to the said zone 3 via loading zone 11 for their further processing in the furnace and crude metals are removed via siphon 12. The supply of sulphide concentrators from zone 11 can be provided by any method known from the prior art.

Из теплообменника 13 охлаждённый поток диоксида серы отправляется в узел получения сульфата аммония 19, к которому также подключен узел получения аммиака 15, обеспечивающий подачу компонентов для получения аммиака. В качестве узла преобразования диоксида серы в сульфат аммония 19 использована колонна синтеза с выделением образуемой твёрдой фазой известной из уровня техники конструкции. Из узла преобразования диоксида серы в сульфат аммония 19 осуществлен отвод получаемого вещества в сборник сульфата аммония 20.From the heat exchanger 13, the cooled sulfur dioxide flow is sent to the ammonium sulfate production unit 19, to which the ammonia production unit 15 is also connected, providing the supply of components for obtaining ammonia. As the sulfur dioxide to ammonium sulfate conversion unit 19, a synthesis column with the separation of the formed solid phase of a design known from the prior art is used. From the sulfur dioxide to ammonium sulfate conversion unit 19, the resulting substance is discharged into the ammonium sulfate collector 20.

Узел получения аммиака 15 подключен к узлу криогенного разделения воздуха на кислород и азот 16, выполненный с возможностью получения в нем азота для дальнейшего получения аммиака в узле получения аммиака 15. В качестве узла криогенного разделения воздуха на кислород и азот 16 может быть использована известная из уровня техники промышленная установка для получения жидких форм азота и кислорода. Получение монооксида углерода происходит при охлаждения отходящих газов из зоны высокотемпературного пиролиза после теплообменника-теплонакопителя 6 при ожижении монооксида углерода путем введения жидкого азота. Для обеспечения процесса сжигания избыточного содержания монооксида углерода в кислороде узел криогенного разделения воздуха на кислород и азот 16, образующий кислород, подключен к камере сжигания 17. The ammonia production unit 15 is connected to the cryogenic air separation unit into oxygen and nitrogen 16, designed with the possibility of obtaining nitrogen in it for further obtaining ammonia in the ammonia production unit 15. As the cryogenic air separation unit into oxygen and nitrogen 16, an industrial plant known from the prior art for obtaining liquid forms of nitrogen and oxygen can be used. Carbon monoxide is obtained by cooling the exhaust gases from the high-temperature pyrolysis zone after the heat exchanger-heat accumulator 6 during the liquefaction of carbon monoxide by introducing liquid nitrogen. In order to ensure the process of burning the excess content of carbon monoxide in oxygen, the cryogenic air separation unit into oxygen and nitrogen 16, which forms oxygen, is connected to the combustion chamber 17.

От зоны обеднения шлака 4 трехзонной высокотемпературной печи осуществлены отводы расплава тяжёлых металлов через сифон 14 и обеднённого по содержанию тяжёлых металлов лёгкого шлака через слив 18. From the slag depletion zone 4 of the three-zone high-temperature furnace, the heavy metal melt is removed through siphon 14 and the light slag depleted in heavy metal content is removed through drain 18.

Полигенерационный энерготехнологический комплекс с утилизацией диоксида серы при производстве металлов из сульфидных концентратов работает следующим образом.The polygeneration energy technology complex with the utilization of sulfur dioxide during the production of metals from sulfide concentrates operates as follows.

После разогрева трехзонной высокотемпературной печи жидкошлаковой ванны для создания гидравлического состояния печи в плавильно-загрузочные камеры зон 2-4 печи через загрузочные каналы заливают необходимое количество соответствующей металлофазы, затем расплава штейна и далее расплава шлака. Объем металлофазы, расплава штейна и расплава шлака рассчитывают из конструкторских решений с целью создания объемного соотношения расплава штейна к расплаву шлака не менее 3:1. After heating the three-zone high-temperature furnace of the liquid slag bath, to create the hydraulic state of the furnace, the required amount of the corresponding metal phase, then the matte melt and then the slag melt are poured through the loading channels into the melting and loading chambers of zones 2-4 of the furnace. The volume of the metal phase, matte melt and slag melt is calculated from design solutions in order to create a volume ratio of matte melt to slag melt of at least 3:1.

В период заполнения печи шлаковым расплавом через фурмы, погруженные в расплав штейна, в газлифтную камеру в зоне пиролиза 2 подают реакционный и транспортирующий дутьевой газ в виде перегретого пара, а в зоне переработки сульфидных концентратов 3 используют смесь диоксида серы и кислорода. При этом начинается непрерывная регулируемая циркуляция расплава шлака и штейна между отстойной, далее газлифтной камерой и плавильной камерой зоны пиролиза 2, в результате чего обеспечивается непрерывный возврат расплава штейна в расплав шлака в плавильной камере. During the period of filling the furnace with molten slag, reaction and transport blast gas in the form of superheated steam is fed into the gas-lift chamber in the pyrolysis zone 2 through tuyeres immersed in the molten matte, and a mixture of sulfur dioxide and oxygen is used in the sulfide concentrate processing zone 3. At the same time, continuous controlled circulation of the slag and matte melt begins between the settling chamber, then the gas-lift chamber and the melting chamber of the pyrolysis zone 2, as a result of which a continuous return of the matte melt to the slag melt in the melting chamber is ensured.

Окончательный прогрев печи до рабочих температур и далее поддержания температурных параметров работы печи осуществляется без загрузки шихты путем подачи напряжения на поляризованные электроды, которые закреплены в верхней стенке ванны и погружены в расплав шлака. После прогрева всей кладки печи и расплава штейна до необходимой температуры приступают к загрузке основной массы шихты (сульфидный концентрат с флюсующими добавками, а также опционально совместно с цветными и благородными металлсодержащими отходами) через зону загрузки 11 в плавильную камеру зоны переработки сульфидных концентратов 3. При этом не имеет значения очередность и момент загрузки углеродсодержащего сырья в зону пиролиза 2. Объем дозируемой шихты определяется из расчета избыточного количества тепла, приносимого циркулирующим штейном в плавильную камеру зоны переработки сульфидных концентратов 3, необходимого для расплавления шихты, разложения высших сульфидов и отгонки возгонов при сохранении жидкошлаковой ванны.The final heating of the furnace to operating temperatures and further maintenance of the temperature parameters of the furnace operation is carried out without loading the charge by applying voltage to polarized electrodes, which are fixed in the upper wall of the bath and immersed in the slag melt. After heating the entire furnace lining and the matte melt to the required temperature, they begin loading the main mass of the charge (sulfide concentrate with fluxing additives, and optionally together with non-ferrous and precious metal-containing waste) through the loading zone 11 into the melting chamber of the sulfide concentrate processing zone 3. In this case, the sequence and moment of loading the carbon-containing raw material into the pyrolysis zone 2 are not important. The volume of the dosed charge is determined based on the calculation of the excess amount of heat brought by the circulating matte into the melting chamber of the sulfide concentrate processing zone 3, necessary for melting the charge, decomposing higher sulfides and distilling off sublimates while maintaining the liquid slag bath.

При подаче дутьевых газов при помощи фурм в слой расплава штейна образуется пеножидкостная фаза, которая за счет образованного потока дутьевых газов из газлифтной камеры зоны пиролиза 2 поступает в газоотделительную камеру, расположенную над отстойной камерой, где пеножидкостная фаза расслаивается на газообразную и жидкую фазы. Газообразная фаза через газоход из газлифтной камеры зоны пиролиза 2 удаляется из печи, а жидкая фаза поступает в слой расплава шлака в плавильной камере зоны переработки сульфидных концентратов 3. Описанный этап необходим при запуске печи для обеспечения ее гидравлического состояния.When blast gases are fed into the molten matte layer by tuyeres, a foam-liquid phase is formed, which, due to the formed flow of blast gases from the gas-lift chamber of the pyrolysis zone 2, enters the gas-separating chamber located above the settling chamber, where the foam-liquid phase is stratified into gaseous and liquid phases. The gaseous phase is removed from the furnace through the gas duct from the gas-lift chamber of the pyrolysis zone 2, and the liquid phase enters the molten slag layer in the melting chamber of the sulfide concentrate processing zone 3. The described stage is necessary when starting the furnace to ensure its hydraulic state.

В зону пиролиза 2 трехзонной высокотемпературной печи подают углеродсодержащий продукт (например, биомасса, уголь, и угольные отходы), являющийся газифицирующим веществом, в заранее рассчитанном количестве водорода, достаточном для дальнейшей полной нейтрализации диоксида серы с образуемом аммиаком с получением сульфата аммония, а также перегретый водяной пар, выступающий в качестве газифицирующего агента углеродсодержащих продуктов для получения синтез-газа с соотношением водорода к монооксиду углерода 2:1 для дальнейшего производства из водорода и азота аммиака и жидкого монооксида углерода для последующего использования для обезметалливания лёгкого шлака от переработки сульфидных концентратов, а также для электрогенерации при сжигании избыточного количества монооксида углерода в кислороде в газовой турбине на флюиде диоксида углерода, а также обеспечения высокотемпературного пиролиза в газлифтной камере зоны пиролиза 2 общей температурой 1200-1300 °С с автоматизированным поддерживанием рабочей температуры электродами отстойной камеры печи. Водяной пар выступает не только газифицирующим агентом, но и одновременно теплоносителем. При образовании восстановительных газов в процессе пиролиза восстанавливаются до расплава тяжелые металлы, и осуществляется выдача металлофазы из зоны пиролиза 2 трехзонной высокотемпературной печи через сифон 10.A carbon-containing product (for example, biomass, coal, and coal waste), which is a gasifying substance, is fed into pyrolysis zone 2 of the three-zone high-temperature furnace in a pre-calculated amount of hydrogen, sufficient for further complete neutralization of sulfur dioxide with the formed ammonia to obtain ammonium sulfate, as well as superheated water vapor, which acts as a gasifying agent for carbon-containing products to obtain synthesis gas with a hydrogen to carbon monoxide ratio of 2:1 for further production of ammonia and liquid carbon monoxide from hydrogen and nitrogen for subsequent use for demetallization of light slag from the processing of sulfide concentrates, as well as for electricity generation during combustion of excess carbon monoxide in oxygen in a gas turbine on carbon dioxide fluid, as well as ensuring high-temperature pyrolysis in the gas lift chamber of pyrolysis zone 2 with a total temperature of 1200-1300 °C with automated maintenance working temperature by the electrodes of the furnace settling chamber. Water vapor acts not only as a gasifying agent, but also as a heat carrier. When reducing gases are formed during pyrolysis, heavy metals are reduced to a melt, and the metal phase is released from the pyrolysis zone 2 of the three-zone high-temperature furnace through the siphon 10.

Из зоны пиролиза 2 отходящие газы с температурой 1300 °С парами непрореагированной воды по газоходу поступают сначала в теплообменник-пароперегреватель 5 для получения водяного пара температурой 1000-1300 °С для использования его в качестве газифицирующего агента и далее на охлаждение в теплообменник-теплонакопитель 6, где отходящие газы охлаждают ориентировочно до 100 °С или меньше до конденсации воды, при этом накопленное тепло в теплообменнике-теплонакопителе 6 используют для тепло- и электрогенерации. Излишки перегретого до 1000-1300 °C пара в теплообменнике-пароперегревателе 5 поступают обратно в зону пиролиза 2 для его использования в качестве дутьевого газа при высокотемпературной газификации углеродсодержащих продуктов. From the pyrolysis zone 2, the exhaust gases with a temperature of 1300 °C and unreacted water vapor are first fed through the flue to the heat exchanger-superheater 5 to obtain water vapor with a temperature of 1000-1300 °C for use as a gasifying agent and then to the heat exchanger-heat accumulator 6 for cooling, where the exhaust gases are cooled to approximately 100 °C or less until the water condenses, while the accumulated heat in the heat exchanger-heat accumulator 6 is used for heat and electricity generation. Excess steam superheated to 1000-1300 °C in the heat exchanger-superheater 5 is fed back to the pyrolysis zone 2 to be used as a blast gas during high-temperature gasification of carbon-containing products.

Из теплообменника-теплонакопителя 6 газовый поток в полном объёме поступает в теплообменник-охладитель 7 узла криогенного разделения охлаждённого потока газа, отходящего из газогенератора, на водород и монооксид углерода, где полученный поток охлаждается путем впрыскивания жидкого азота в количестве, достаточном для получения монооксида углерода в виде жидкости и получения газожидкостной эмульсии. В ходе охлаждения газового потока в теплообменнике-охладителе 7 получают эмульсию из жидкого монооксида углерода и газообразного водорода, которую затем направляют в колонну (или скруббер Вентури) 8, где происходит разделение жидкого оксида углерода и газообразной смеси азота и водорода.From the heat exchanger-heat accumulator 6, the gas flow in full volume enters the heat exchanger-cooler 7 of the cryogenic separation unit of the cooled gas flow leaving the gas generator into hydrogen and carbon monoxide, where the resulting flow is cooled by injecting liquid nitrogen in an amount sufficient to obtain carbon monoxide in the form of a liquid and to obtain a gas-liquid emulsion. During the cooling of the gas flow in the heat exchanger-cooler 7, an emulsion of liquid carbon monoxide and gaseous hydrogen is obtained, which is then sent to the column (or Venturi scrubber) 8, where the separation of liquid carbon monoxide and the gaseous mixture of nitrogen and hydrogen occurs.

Окружающий комплекс воздух из помещения отправляют в узел криогенного разделения воздуха на кислород и азот 16, где осуществляют его разделение на кислород и азот известным способом. Далее азот в заранее рассчитанном количестве, достаточном для получения аммиака, отводят на узел получения аммиака 15, а кислород в количестве, достаточном для окисления монооксида углерода до диоксида углерода – в камеру сжигания 17 с газовой турбиной для получения электроэнергии. The air surrounding the complex from the room is sent to the cryogenic air separation unit for oxygen and nitrogen 16, where it is separated into oxygen and nitrogen in a known manner. Then, nitrogen in a pre-calculated amount, sufficient to obtain ammonia, is diverted to the ammonia obtaining unit 15, and oxygen in an amount sufficient to oxidize carbon monoxide to carbon dioxide is diverted to the combustion chamber 17 with a gas turbine to obtain electric power.

После разделения газожидкостной эмульсии в колонне 8 смесь газообразного водорода и азота поступает на узел получения аммиака 15, часть жидкого монооксида углерода – в камеру сжигания 17 для дальнейшей электрогенерации, а другая часть – в зону обеднения шлака от тяжёлых металлов 4 трехзонной печи для обеспечения обеднения шлака по тяжёлым металлам. Количество монооксида углерода, подаваемого в камеру сжигания 17 и в зону обеднения шлака от тяжелых металлов 4 определяют расчетным способом в зависимости от содержания тяжёлых металлов в исходном сульфидном концентрате. В камере сжигания 17 смешиваются поток кислорода и поток монооксида углерода, после чего происходит сжигание монооксида углерода в кислороде с выдачей полученного газового потока (флюид диоксида углерода и фреонов) в газовую турбину, использующей его в качестве рабочего тела, и дальнейшим производством известным способом электроэнергии. After separation of the gas-liquid emulsion in column 8, the mixture of gaseous hydrogen and nitrogen enters the ammonia production unit 15, part of the liquid carbon monoxide enters the combustion chamber 17 for further electric power generation, and the other part enters the slag depletion zone from heavy metals 4 of the three-zone furnace to ensure depletion of the slag in heavy metals. The amount of carbon monoxide supplied to the combustion chamber 17 and to the slag depletion zone from heavy metals 4 is determined by calculation depending on the content of heavy metals in the initial sulfide concentrate. In the combustion chamber 17, the oxygen flow and the carbon monoxide flow are mixed, after which the carbon monoxide is burned in oxygen with the release of the obtained gas flow (fluid carbon dioxide and freons) into the gas turbine, which uses it as a working fluid, and further production of electric power in a known manner.

В узле получения аммиака 15 из поступившего азота из узла криогенного разделения воздуха на кислород и азот 16 и водорода из узла криогенного разделения охлаждённого потока газа, отходящего из газогенератора, на водород и монооксид углерода получают известным способом аммиак. Полученный аммиак направляют в узел преобразования диоксида серы в сульфат аммония 19.In the ammonia production unit 15, ammonia is obtained in a known manner from the nitrogen received from the cryogenic air separation unit into oxygen and nitrogen 16 and hydrogen from the cryogenic separation unit of the cooled gas flow leaving the gas generator into hydrogen and carbon monoxide. The obtained ammonia is sent to the sulfur dioxide to ammonium sulfate conversion unit 19.

В процессе плавления сульфидных материалов в зоне переработки сульфидных концентратов 3 происходит разложение высших сульфидов с образованием элементарной серы и газообразование возгоняемых и легкоплавких компонентов, которые увлекаются потоком циркулирующего по длине печи расплава штейна в отстойную камеру и далее удаляются из печи через газоход для удаления возгонов газоотделительной камеры, расположенной над отстойной камерой. Осветленная в отстойной камере шлаковая фаза сливается через штуцер слива шлака. During the melting of sulphide materials in the sulphide concentrate processing zone 3, decomposition of higher sulphides occurs with the formation of elemental sulphur and gasification of sublimable and low-melting components, which are carried away by the flow of molten matte circulating along the length of the furnace into the settling chamber and are then removed from the furnace through the flue for removing sublimates of the gas separation chamber located above the settling chamber. The slag phase clarified in the settling chamber is drained through the slag drain nipple.

Диоксид серы из состава дутьевых газов дополняет окислительную функцию сульфидной серы и ускоряет перевод сульфидной серы в элементарную серу с повышением концентрации элементарной серы в эмульсионном слое в газлифтной камере 2 при прохождении реакции окисления серы в системе реакционных реагентов в виде газовой смеси без диффузионных ограничений, а количество кислорода в составе дутьевых газов обеспечивает полное окисление серы в шихте с образованием диоксида серы в отходящих газах с 6% содержанием избыточного кислорода. Sulfur dioxide from the composition of the blast gases supplements the oxidizing function of sulfide sulfur and accelerates the conversion of sulfide sulfur into elemental sulfur with an increase in the concentration of elemental sulfur in the emulsion layer in the gas lift chamber 2 during the sulfur oxidation reaction in the system of reaction reagents in the form of a gas mixture without diffusion limitations, and the amount of oxygen in the composition of the blast gases ensures complete oxidation of sulfur in the batch with the formation of sulfur dioxide in the exhaust gases with a 6% content of excess oxygen.

В ходе металлургической переработки сульфидных концентратов, в зоне переработки сульфидных концентратов 3 происходит автономная выдача тяжёлой фазы (расплава цветных металлов из сульфидных концентратов металлов) через сифон 12 и отходящих технологических газов в теплообменник 13 и вывода лёгкой фазы в виде потока диоксида серы в отстойную камеру для дальнейшего получения металлов и их сплавов в зоне обеднения шлака 4 трехзонной высокотемпературной печи при использовании части монооксида углерода, получаемого из зоны пиролиза 2. Образованный в процессе переработки сульфидных концентратов в зоне переработки сульфидных концентратов 3 шлак может быть использован в дальнейшем в производстве, например, стройматериалов.During the metallurgical processing of sulphide concentrates, in the sulphide concentrate processing zone 3, the heavy phase (non-ferrous metal melt from sulphide metal concentrates) is autonomously discharged through the siphon 12 and the outgoing process gases into the heat exchanger 13 and the light phase is discharged in the form of a sulphur dioxide stream into the settling chamber for the further production of metals and their alloys in the slag depletion zone 4 of the three-zone high-temperature furnace using part of the carbon monoxide obtained from the pyrolysis zone 2. The slag formed during the processing of sulphide concentrates in the sulphide concentrate processing zone 3 can be used further in the production of, for example, building materials.

Газы, отходящие из зоны переработки сульфидных концентратов 3 в виде горячего потока диоксида серы, поступают в теплообменник 13, являющийся аккумулятором тепла с возможностью тепло- и электрогенерации. Охлажденный поток диоксида серы поступает в узел преобразования диоксида серы в сульфат аммония 19. The gases leaving the sulphide concentrate processing zone 3 in the form of a hot stream of sulphur dioxide enter the heat exchanger 13, which is a heat accumulator with the possibility of heat and electricity generation. The cooled stream of sulphur dioxide enters the unit for converting sulphur dioxide into ammonium sulphate 19.

В узле преобразования диоксида серы в сульфат аммония 19 известным способом утилизируют диоксид серы с образованием сульфата аммония (см. УДК 661.248 И.Т. Акпамбеков, Н.Ш. Вафин СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ДИОКСИДА СЕРЫ ПУТЕМ ВНЕДРЕНИЯ АМИАЧНО-СУЛЬФАТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ СЕРООЧИСТКИ), который отводят в сборник сульфата аммония 20 и передают на нужды потребителю, например, для использования в виде удобрений.In the sulfur dioxide to ammonium sulfate conversion unit 19, sulfur dioxide is utilized in a known manner to form ammonium sulfate (see UDC 661.248 I.T. Akpambekov, N.Sh. Vafin REDUCING SULFUR DIOXIDE EMISSIONS BY INTRODUCING AMMONIA-SULFATE SULFUR PURIFICATION TECHNOLOGY), which is diverted to an ammonium sulfate collector 20 and transferred to the needs of the consumer, for example, for use as fertilizer.

В зоне обеднения шлака от тяжёлых металлов 4 трехзонной высокотемпературной печи с участием поступившей части монооксида углерода происходит получение расплава тяжелых металлов, который отводят через сифон 14, при этом образующийся обезметалленный легкий шлак выводят через слив обеднённого по содержанию тяжёлых металлов лёгкого шлака 18.In the zone of depletion of slag from heavy metals 4 of the three-zone high-temperature furnace, with the participation of the incoming portion of carbon monoxide, a melt of heavy metals is obtained, which is removed through a siphon 14, while the resulting demetallized light slag is removed through the drain of light slag depleted in the content of heavy metals 18.

Claims

1. An energy technology complex for generating thermal and electrical energy and products from processing combustible exhaust gases, comprising an allothermic gas generator in which water vapor acts simultaneously as a heat carrier and a gasifying agent, and carbon-containing products are used as the gasified substance, a system for cooling the exhaust gases, designed with the possibility of condensing water and carbon monoxide, and a combustion chamber connected to a turbine that generates electrical energy, characterized in that it contains a unit for cryogenic separation of the cooled gas flow leaving the gas generator into hydrogen and carbon monoxide, a unit for cryogenic separation of air into oxygen and nitrogen, a unit for obtaining ammonia and a unit for converting sulfur dioxide into ammonium sulfate, wherein the superheated water vapor in the gas generator is used to ensure the production of synthesis gas with a ratio of 2:1 for obtaining ammonia and liquid carbon dioxide, the gas generator is made in the form of a three-zone high-temperature furnace a liquid slag bath operating in a gas lift mode with thermal regulation of the furnace temperature mode and consisting of the specified pyrolysis apparatus, made in the form of a zone for high-temperature pyrolysis of carbon-containing products in a water vapor atmosphere, a zone for processing sulfide concentrates with the production of crude metals and highly concentrated gases in terms of sulfur dioxide, a zone for depleting the light slag formed during the processing of sulfide concentrates in terms of the content of heavy metals by processing with a reducing gas flow based on carbon monoxide, wherein the unit for cryogenic separation of the cooled gas flow leaving the gas generator into hydrogen and carbon monoxide is designed with the possibility of feeding liquid nitrogen from the unit for cryogenic separation of air into oxygen and nitrogen, feeding gaseous hydrogen to the ammonia production unit and feeding carbon monoxide to the combustion chamber and to the slag depletion zone, the ammonia production unit is designed with the possibility of feeding ammonia to the unit for converting sulfur dioxide into ammonium sulfate, and the cooling system for the spent The gas separation system consists of three heat exchangers, two of which are installed between the high-temperature pyrolysis zone and the cryogenic air separation unit for oxygen and nitrogen, and one is installed between the sulphide concentrate processing zone and the sulphur dioxide to ammonium sulphate conversion unit and is designed to feed sulphur dioxide into the sulphur dioxide to ammonium sulphate conversion unit.

2. An energy technology complex according to paragraph 1, characterized in that it is designed with the organization of complete utilization of sulfur dioxide in the form of ammonium sulfate.

3. An energy technology complex according to paragraph 1, characterized in that the working fluid of the gas turbine is carbon dioxide fluid and freons.