RU2846384C1 - Полигенерационный энерготехнологический комплекс с утилизацией диоксида серы в виде сульфата аммония при производстве металлов из сульфидных концентратов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к энерготехнологическим комплексам, производящим комбинацию нескольких видов энергии, и к металлургической переработке сульфидных концентратов. Комплекс содержит газогенератор, где в качестве газифицируемого вещества используются углеродсодержащие продукты, а также аппарат пиролиза, систему охлаждения отработанных газов и камеру сгорания с паровой турбиной, а также узел разделения потока газа на водород и монооксид углерода, узел разделения воздуха на кислород и азот, узел получения аммиака и узел преобразования диоксида серы в сульфат аммония. Газогенератор выполнен в виде трехзонной печи жидкошлаковой ванны, работающей в газлифтном режиме с терморегулированием и состоящей из аппарата пиролиза, зоны переработки сульфидных продуктов, зоны обеднения шлака и отстойной камеры. Узел разделения потока газа выполнен с возможностью подачи кислорода в узел разделения воздуха, подачи 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. Система охлаждения газов состоит из трех теплообменных аппаратов, два из которых - между зоной пиролиза и установкой разделения воздуха, а один - между зоной переработки сульфидных продуктов и узлом преобразования диоксида серы и выполнен с возможностью подачи диоксида серы в узел преобразования диоксида серы. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей комплекса за счет объединения процессов переработки углей для производства электро- и теплоэнергии, получения отходящих газов в виде смеси оксида углерода и водорода, переработки сульфидных концентратов с получением газового потока диоксида серы для получения сульфата аммония при воздействии аммиака. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

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.

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.

Использование углеродсодержащих продуктов различной калорийности и различного состава диктует значительное повышение их экологической и экономической эффективности с использованием полигенерирующих энерготехнологических комплексов.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Комплекс может быть выполнен с возможностью получения достаточного количества компонентов для полной утилизации диоксида серы в виде сульфата аммония.

Рабочим телом для газовых турбин в процессе электрогенерации может быть флюид диоксида углерода и фреоны.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена технологическая схема полигенерирующего энерготехнологического комплекса.

Цифрами обозначено следующее:

1 – зона подачи углеродсодержащего продукта;

2 – зона высокотемпературного пиролиза;

3 – зона переработки сульфидных концентратов;

4 – зона обеднения шлака от тяжёлых металлов;

5 – теплообменник-пароперегреватель;

6 – теплообменник-теплонакопитель;

7 – теплообменник-охладитель узла криогенного разделения охлажденного потока газа, отходящего из газогенератора, на водород и монооксид углерода;

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;

9 – источник перегретого пара;

10 – сифон для выдачи металлофазы;

11 – зона загрузки сульфидных концентратов в печь;

12 – сифон выдачи образуемых расплавов цветных металлов из сульфидных концентратов;

13 – теплообменник;

14 – сифон выдачи расплава тяжёлых металлов;

15 – узел получения аммиака;

16 – узел криогенного разделения воздуха на кислород и азот;

17 – камера сжигания;

18 – слив обеднённого шлака;

19 – узел утилизации диоксида серы с образованием сульфата аммония;

20 – сборник сульфата аммония.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Полигенерационный энерготехнологический комплекс с утилизацией диоксида серы при производстве металлов из сульфидных концентратов работает следующим образом.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (3)

1. Энерготехнологический комплекс для выработки тепловой и электрической энергии и продуктов переработки горючих отходящих газов, содержащий аллотермический газогенератор, в котором водяной пар выступает одновременно в качестве теплоносителя и газифицирующего агента, а в качестве газифицируемого вещества используются углеродсодержащие продукты, систему охлаждения отработанных отходящих газов, выполненную с возможностью конденсации воды и монооксида углерода, и камеру сгорания, соединенную с турбиной, вырабатывающей электрическую энергию, отличающийся тем, что 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, при этом перегретый водяной пар в газогенераторе использован с обеспечением получения 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, при этом 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, а 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 подачей диоксида серы в узел преобразования диоксида серы в сульфат аммония.

2. Энерготехнологический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что выполнен с организацией полной утилизации диоксида серы в виде сульфата аммония.

3. Энерготехнологический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что рабочим телом газовой турбины являются флюид диоксида углерода и фреоны.