Способ получения водорода и/или других газов из отходов сталеплавильного производства и отработанной теплоты

(51) 01 3/02 (2011.01) 01 3/18 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И/ИЛИ ДРУГИХ ГАЗОВ ИЗ ОТХОДОВ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА И ОТРАБОТАННОЙ ТЕПЛОТЫ(57) Представлен способ получения водорода и/или других газов из отходов сталелитейного производства и отработанной теплоты. Способ включает стадии подачи горячих отходов типа расплавленного шлака из сталелитейного предприятия в реактор. Расплавленный шлак контактирует с водой и/или паром в присутствии восстанавливающего агента с образованием потока водорода и/или других газов. Водород и/или другие газы могут быть затем извлечены из потока газов из реактора.(73) ТАТА СТИЛ ЛИМИТЕД 25707 Настоящее изобретение касается способа получения водорода и/или других газов из отходов сталеплавильного производства и отработанной теплоты. Получаемый поток газа может также включать водород, монооксид углерода и прочие газы. С ростом применения и истощением невозобновляемых ресурсов энергии, таких как нефть, природный газ и уголь, водород во все возрастающем масштабе рассматривается как имеющееся в изобилии альтернативное топливо. Существуют довольно много процессов выделения и накопления газообразного водорода. Среди них наиболее популярными являются электролиз и применение высоких температур в ядерных реакторах или предприятиях по переработке нефти для разложения воды (Н 2) на водород и кислород. Эти процессы являются дорогостоящими, так как они включают использование электрической энергии или других химических веществ, таких как серная кислота, йодистый водород, металлический цинк и оксид цинка, которые требуют регенерации в замкнутом цикле и транспортировки. Это делает производство водорода дорогостоящим процессом. Возникающие в сталелитейном производстве отходы, такие как расплавленный шлак из кислородных конвертеров, называемый ЛД-шлак, с температурами от около 1600 до 1700,выбрасываются в карьеры для удаления и последующей переработки. В настоящем изобретении теплота этого материала отходов может быть использована для производства газового потока, включающего газообразный водород или водород и монооксид углерода. Поэтому главной задачей изобретения является применение теплоты отходов сталелитейного производства, таких как расплавленные шлаки, для производства водорода путем разложения воды и/или пара или смеси их обоих в присутствии восстанавливающего агента. Еще одной задачей настоящего изобретения является применение теплоты отходов сталелитейного производства для получения водорода, монооксида углерода и/или других газов путем разложения воды или пара или смеси их обоих в присутствии углеродсодержащего материала. Вода разлагается на водород и кислород при температуре 1800 К, то есть при 1527. В настоящем изобретении вода и/или пар могут быть разложены на водород и кислород с использованием теплоты, наличествующей в отходах сталелитейного производства, таких как расплавленные шлаки. Материал отходов в виде расплавленного шлака может включать шлак от таких процессов производства стали,как обессеривание,конвертерный процесс, плавка в электродуговой печи , доменный шлак, шлаки феррохромного и ферромарганцевого производства в электродуговой печи под флюсом , или смеси этих шлаков. Вода и/или пар контактирует с расплавленным шлаком в присутствии восстанавливающих средств в реакторе, например, таких как углеродсодержащий материал. Присутствие оксида железаи/или других восстанавливающих средств, таких как углерод в форме угля, кокса или огнеупорных блоков,стимулирует процесс генерирования водорода. При рабочей температуре (выше 1500) все еще остается возможность соединения водорода с кислородом и образования воды. Однако оксид железа , присутствующий в шлаке, реагирует с кислородом с образованием оксидов более высокой валентности, таких как 23 и 34. Термодинамическая активность кислорода в непосредственной близости к шлаку понижена, тем самым уменьшая вероятность соединения водорода и кислорода. Присутствие сильных раскислителей, таких как углерод (в форме угля, кокса или графитовых блоков) стимулирует кинетику удаления кислорода,еще более повышая эффективность процесса генерирования водорода. Материалы отходов в качестве восстанавливающих агентов, таких как углеродсодержащие материалы,в изобилии доступны на сталелитейных предприятиях для использования в этом процессе,чтобы способствовать генерированию водорода путем контактирования воды и/или пара с расплавленным шлаком в присутствии восстанавливающего агента в реакторе. Таким образом,настоящее изобретение представляет способ получения водорода и/или других газов из отходов сталелитейного производства и отработанной теплоты, включающий стадии подачи расплавленных отходов из сталелитейного предприятия,таких как расплавленный шлак, в реактор контактирования расплавленного шлака с водой и/или паром в присутствии восстанавливающего агента с образованием потока водорода и/или других газов и выделения водорода и/или других газов из названного потока. Изобретение теперь может быть описано подробно с помощью фигуры в сопроводительном чертеже, в котором Фиг. 1 показывает схематическую установку для получения потока газов с использованием отходов сталелитейного производства и их отработанной теплоты в соответствии с настоящим изобретением. Вода и/или пар набрызгивается на ЛД-шлак или другие отходы сталелитейноого производства с температурой выше 1600. Отходы находятся либо в неподвижном состоянии, например, в статическом реакторе или ковше или тигле 1 или на грунте, или в движении (например, в процессе выливания или в движении жидкости вниз по склону или на конвейере). Вода,распыляемая через водопроводную трубу 3, немедленно разлагается,когда приходит в контакт с горячим шлаком. Выделяющийся газ выводится через вытяжной колпак 2, размещенный над рабочей зоной, и собирается с использованием газоотводной трубы 4. Предпочтительная температура расплавленного шлака в реакторе составляет больше чем около 25707 1250, когда вода распыляется в расплавленный шлак. Кислород, образуемый при разложении воды,реагирует с присутствующим углеродом, образуя монооксид углерода. Газовый поток, включающий водород и монооксид углерода, затем может быть отобран из реактора. В настоящем изобретении производство газового потока включает водород и монооксид углерода в объемном соотношении от 10,2 до 11. Газовый поток, образуемый в реакторе, включает по меньшей мере 10 об. газообразного водорода и не больше чем около 15 об. диоксида углерода. В еще одном варианте осуществления выводимый газовый поток может включать водород и монооксид углерода в соотношении от 11 до около 81. Присутствующая вода может быть извлечена из газового потока для повторного использования. Вода контактирует с расплавленным шлаком в реакторе при набрызгивании воды с использованием распылительной форсунки. Пар также может быть введен в расплавленный шлак в реакторе с использованием фурмы. Восстанавливающее средство или углеродсодержащий материал может быть введен в расплавленный шлак в реакторе вместе с водой и/или паром. Углеродсодержащий материал, вводимый в расплавленный шлак, может включать материал,избираемый из группы, состоящей из угля, кокса,отходов сталелитейного производства, городских отходов и отходов шахтной угледобычи. Отношение воды к вводимому углеродсодержащему материалу может составлять от около 10,1 до 11. Для содействия образованию водорода может быть добавлен флюс к расплавленному шлаку и углеродсодержащему материалу. Из потока водорода и/или других газов,производимых способом согласно настоящему изобретению, могут быть выделены водород и монооксид углерода. Использование отходов сталелитейного производства и их отработанной теплоты является экономически выгодным способом генерирования водорода или водорода и монооксида углерода. Производимые ежегодно 90 миллионов тонн ЛДшлака могут быть главным источником для снабжения газообразным водородом по всему миру. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения водорода и/или других газов из отходов сталелитейного производства и отработанной теплоты, включающий стадии подачи расплавленных отходов из сталелитейного предприятия,таких как расплавленный шлак, в реактор- контактирования расплавленного шлака с водой и/или паром в присутствии восстанавливающего агента с образованием потока водорода и/или других газов и- извлечение водорода и/или других газов из названного потока. 2. Способ по п.1, в котором названный расплавленный шлак представляет собой один из,или смесь таковых, доменного шлака, шлака от десульфуризации при производстве стали,конвертерного шлака при производстве стали,шлака от феррохромного или ферромарганцевого производства в электродуговой печи под флюсом. 3. Способ по п.1, в котором названная стадия контактирования включает распыления воды в названный расплавленный шлак с использованием водопроводной трубы с распылительной форсункой,4. Способ по п.3, в котором температура названного расплавленного шлака во время названной стадии набрызгивания воды составляет больше чем 1250 С. 5. Способ по п.1, в котором названная стадия контактирования включает введение пара в названный расплавленный шлак с использованием фурмы. 6. Способ по способу из п.п.1-5, в котором названная стадия контактирования включает введение названного восстанавливающего средства вместе с вводимой названной водой и/или паром в названный расплавленный шлак. 7. Способ получения потока водорода и/или монооксида углерода, и других газов, включающий стадии подачи расплавленных отходов из сталелитейного предприятия,таких как расплавленный шлак, в реактор- контактирования расплавленного шлака с водой и/или паром в присутствии углеродсодержащего материала с образованием потока водорода и других газов и- выведения названного потока газов из названного реактора. 8. Способ по п.7, в котором названный расплавленный шлак представляет собой один из,или смесь таковых, доменного шлака, шлака от десульфуризации при производстве стали,конвертерного шлака при производстве стали,шлака от феррохромного или ферромарганцевого производства в электродуговой печи под флюсом. 9. Способ по п.7, в котором названная стадия контактирования включает распыление воды в названный расплавленный шлак с использованием распылительной форсунки. 10. Способ по п.9, в котором температура названного расплавленного шлака во время названной стадии введения воды составляет больше чем 1250 С. 11. Способ по п.7, в котором названная стадия контактирования включает введение пара в названный расплавленный шлак с использованием фурмы. 12. Способ по п.7, в котором названная стадия контактирования включает введение названного углеродсодержащего материала вместе с вводимой 3 25707 названной водой и/или паром в названный расплавленный шлак. 13. Способ по п.7, в котором названный углеродсодержащий материал включает материал,выбранный из группы, состоящей из угля, кокса,отходов сталелитейного производства, городских отходов и отходов шахтной угледобычи. 14. Способ по п.7, в котором отношение воды к углеродсодержащему материалу составляет от 10,1 до 11. 15. Способ по п.7, в котором флюс добавляется к названному расплавленному шлаку и названному углеродсодержащему материалу для способствования образованию водорода. 16. Способ по п.7, в котором объемное соотношение производимых водорода и монооксида углерода варьирует от 10,2 до 11. 17. Способ по п.7, в котором названный поток газа, выводимый из названного реактора, включает по меньшей мере 10 об. водорода. 18. Способ по п.7, в котором названный поток газа, производимый в реакторе, включает не больше чем 15 об. диоксида углерода. 19. Способ по п.7, в котором названный поток газа включает водород /монооксид углерода в соотношении от 11 до около 81.