Выбор способа производства восстановительного газа определяется экономическими факторами (наличие и стоимость того или иного вида сырья, капитальные затраты на строительство установки, эксплуатационные расходы и др.), а также требованиями к его химическому составу, главными Из„ к°торых являются максимальная доля в нем восстановители СО и H2 и минимальная CO2, H2O, CH4, сажистого угле – Рода. Дд,, оценки восстановительной способности газа ИсПользуют выражение степени его окисленности:
CO2 + H2O
4 = CO2 + H2O + СО + H2 • 100 Й36)
Где CO2; H2O; СО; H2- содержание соответствующих компонентов в газе, % (объемн.).
Роль окислителей на процесс восстановления можно про – иллюстрировать на следующем примере. Из диаграммы равновесия системы Fe-O-C (рис.4) следует, что при 900 0C степень использования СО при восстановлении FeO до железа не превышает 30 %. При восстановлении Fe2O3 степень использования оксида углерода возрастает до 45 %, при этом если бы газ-восстановитель состоял только из оксида углерода, то его расход при такой степени использования был бы равен 1330 m3 на 1т железа. Однако если в газе присутствует CO2 в количестве 6 %, то возможная степень использования СО снизится на стадии восстановления FeO —^Fe до 24%, а в процессе в целом – до 36%. В этом случае расход восстановительного газа возрастает до 1670 м3/т железа.
В зависимости от вида топлива, применяемого в качестве исходного сырья, восстановительный газ получают либо путем конверсии газообразных или жидких углеводородов, либо путем газификации твердого топлива.
Получение восстановительного газа конверсией v газообразного топлива
Основным видом газообразного топлива для производства восстановительного газа служит природный газ, являющийся в исходном виде плохим восстановителем, так как составляющие его основу углеводороды слабо взаимодействуют с оксидами железа. Для этой цели можно также использован подвергнутый десульфурации коксовый газ, остаточный газ после синтеза аммиака (56 % CH4; 10 % H2; 12 % СО; 1 % CO2; 21 % N2) или газ, полученный газификацией сыры» легких нефтепродуктов (65% CH4; 12% H2; 1% СО; 22$ CO2). В качестве окислителей применяют технологически^ кислород, воздух, пар, углекислый газ. В соответствии с типом окислителя различают кислородную, воздушную, парс 164
Вую и углекислотную конверсию природного газа. Возможен и смешанный тип конверсии (например, паровоздушная).
Конверсия протекает по одной из приведенных ниже химических реакций: кислородная или воздушная
TOC \o «1-3» \h \z CH4 + 0.502 = СО + 2Н2 + 37250 кДж; (237)
Паровая
CH4 + H2O = СО + ЗН2 – 205550 кЦж; (238)
Углекислотная ‘
CH4 + CO2 = 2СО + 2Н2 – 247000 кДж. 1 (239)
Если кислородная и воздушная конверсия природного газа – экзотермические процессы, то для протекания паровой и углекислотной требуются затраты тепла.
Низкой степени окисленности восстановительного газа можно достичь поддержанием близкого к стехиометрическому соотношению окислителя и конвертируемых углеводородов, а также применением никельсодержащих катализаторов, требующих для предотвращения их отравления содержания серы в природном газе «0,0001-0,00015 % для рекуперативных аппаратов и « 0,05 % для регенеративных.
Одним из наиболее распространенных способов получения восстановительного газа является паровая конверсия природного газа в присутствии никелевого катализатора. С Целью предотвращения выпадения сажи процесс ведут с
Избытком водяного пара, превышающим в 2—Зраза его сте – хиометрический расход, что приводит к повышенному содержанию H2O (до 20%) в конвертированном газе. В связи с этим его подвергают охлаждению в скруббере для конденсации избыточного пара и вновь нагревают перед подачей в 8°сстановительный агрегат (так осуществляют подготовку ra3aI например, в процессе ХиЛ). Паровая конверсия обычно 0сУШествляется в трубчатых печах непрерывного действия, °тОДление которых проводится сжиганием природного газа, Убыточного отработанного восстановительного газа или их СМеси. Природный газ перед конверсией подвергают очистке