Номер патенту: 95181

Опубліковано: 11.07.2011

Автор: Шатоха Володимир Іванович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Безперервний спосіб отримання водню, що включає взаємодію перегрітої водяної пари з згрудкованим залізовмісним матеріалом, який відрізняється тим, що згрудкований залізовмісний матеріал одержують з суміші залізовмісних матеріалів, твердого палива та флюсу шляхом її запалювання, спікання на рухомій стрічці, просмоктуванням повітря й одержанням спеченого продукту, який містить 10-50 % FeO, має температуру 400-800 °С, який подають на рухомій стрічці до реакційної камери і де проводять взаємодію з перегрітою парою під тиском не менш 0,11 Мпа, одержуючи водень.

Текст

Безперервний спосіб отримання водню, що включає взаємодію перегрітої водяної пари з згрудкованим залізовмісним матеріалом, який відрізняється тим, що згрудкований залізовмісний матеріал одержують з суміші залізовмісних матеріалів, твердого палива та флюсу шляхом її запалювання, спікання на рухомій стрічці, просмоктуванням повітря й одержанням спеченого продукту, який містить 10-50 % FeO, має температуру 400-800 °С, який подають на рухомій стрічці до реакційної камери і де проводять взаємодію з перегрітою парою під тиском не менш 0,11 Мпа, одержуючи водень. (19) (21) a201005342 (22) 30.04.2010 (24) 11.07.2011 (46) 11.07.2011, Бюл.№ 13, 2011 р. (72) ШАТОХА ВОЛОДИМИР ІВАНОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ (56) US 2449635 A 21.09.1948. Hacker V. A novel process for stationary hydrogen production: the reformer sponge iron cycle //Journal of Power Sources, 2003. Vol. 118. - P. 311-314 SU 111174 A1 1957. CN 101671002 A 17.03.2010. JP 55042222 A 25.03.1980. US 3619142 A 09.11.1971. DE 4226496 A1 21.01.1993. 3 Недоліками зазначеного способу є: - циклічна робота реактора SIR, що знижує продуктивність та економічну ефективність технології; - непристосованість до використання твердого палива, що вимагає використання дефіцитних газоподібних вуглеводнів; - використання коштовних каталізаторів для конверсії вуглеводнів. В основу винаходу поставлено задачу вирішення проблеми безперервного отримання водню з використанням недефіцитних видів палива та залізовмісних відходів виробництва. Технічний результат полягає в отриманні водню в процесі розкладання водяної пари при взаємодії з монооксидом заліза, що утворюється шляхом відновлення вуглецем твердого палива при спіканні залізних руд, в тому числі з додаванням залізовмісних відходів металургійного виробництва (шлами, шлаки, прокатна окалина). Поставлена задача досягається тим, що в способі отримання водню, який передбачає реагування водяної пари з твердим згрудкованим залізовмісним матеріалом, згідно з винаходом згрудкований залізовмісний матеріал утворюється з суміші залізовмісних матеріалів, твердого палива та флюсу шляхом спікання на рухомій стрічці з запалюванням і просмоктуванням повітря й отриманням спеченого продукту, який містить 10-50 % FeO, має температуру 400-800 °С і далі подається на рухомій стрічці до реакційної камери, де він реагує з перегрітою парою під тиском не менш 0,11 МПа. 2 Фіг., 1 табл. Суть процесу пояснюється графічним матеріалом на Фіг. 1, де показано його схему. Тракт дозування матеріалів містить бункери 1-3 та змішувальний барабан 4. Технологічна лінія складається з запалювального горну 5, рухомої стрічки 6, вакуум-камери 7, реакційної камери 8 та грохоту 9. Лінія газоподібного продукту складається з компресора 10 та скрубера 11, а лінія агломераційного газу - зі скрубера 12 та ексгаустера 13. Спосіб безперервного отримання водню полягає у наступному. Шляхом дозування з бункерів 13 залізовмісних матеріалів (залізна руда, залізовмісні відходи - шлами, шлаки, прокатна окалина), недефіцитного твердого палива (антрацит, відсів коксу) та звороту формується суміш, яка з додаванням вологи змішується в барабані 4 з утворенням гранул, що подаються на рухому стрічку 6, подібну до тієї, що використовується при агломерації залізних руд. За необхідності кількість бункерів може бути збільшено з метою роздільного дозування відходів виробництва, а також додавання флюсів. Витрата твердого палива складає 3-20 % від маси шихти й розраховується, виходячи з необхідності отримання в спеченому продукті до 50 % FeO. Спосіб отримання такого спеченого продукту агломерату з підвищеним вмістом FeO є добре дослідженим та опрацьований у промисловості, де він застосовується, зокрема як промивна шихта доменної печі (СпосоБ промывки доменной печи /Мулько Г.Н.; Гуляев Г.М.; Бондарь А.А.; Рогов М.В.; Подпорин В.Г.; Зайцев В. А.; Кобелев В. А.; 95181 4 Павлов В.В.; Истеев А.И. Патент Российской Федерации № 2067998 С21В3/00. Заявл. 05.05.1994 (№ 94016300/02), Опубл 20.10.1996). Після запалювання шару за допомогою горну 5 в результаті просмоктування повітря за допомогою ексгаустера 13 відбувається процес спікання шихтової суміші та часткового відновлювання оксидів заліза за ланцюгом Fe2O3→Fe3O4→FeO, що супроводжується отриманням спеченого продукту, який містить до 50 % FeO та має температуру 400-800 °С, що відповідає температурному діапазону, в якому відбувається реакція 2. Більш повне відновлення оксидів заліза з отриманням продукту, який містить більше ніж 50 % FeO, хоча й теоретично можливе, але супроводжуватиметься надмірним збільшенням температурного рівня, що ускладнить роботу технологічного апарату. Очищення газу, що відходить, відбувається у скрубері 12 одночасно з утворенням перегрітої пари, яка під тиском 0,11-0,20 МПа подається до реакційної камери 8. Надлишковий тиск (у порівнянні з атмосферним тиском, який дорівнює 0,1 МПа) унеможливить проникнення до реакційної зони 6 газів із зони спікання 8. З рухомою стрічкою спечений продукт надходить до реакційної камери 8, до якої подають перегріту водяну пару, яка реагує з монооксидом заліза за реакцією 2. При цьому утворюється суміш з водяної пари та водню, що компресором 10 подається до скруберу 11, де забезпечується одночасне очищення від пилу та конденсація вологи. Водень, що залишається єдиним газоподібним компонентом, за необхідності проходить подальше очищення, накопичується або ж безпосередньо направляється споживачам. Твердий продукт реакції піддається грохоченню. Фракція - 10 мм рециркулюється, а фракція +10 мм постачається до доменного цеху, де використовується для виробництва чавуну. Шлами, що утворюються в скруберах 11 та 13, після зневоложення рециркулюються у цьому ж технологічному процесі. Ознаками, загальними для способу, що заявляється, та відомого, який взято за прототип, є використання згрудкованого залізовмісного продукту (окатиші у прототипі, агломерат у способі, що заявляється), його відновлення та розкладання водяної пари з отриманням водню. Відмітними ознаками є: 1) безперервна робота апарату; 2) відновлення безпосередньо під час згрудкування, а саме - формування суміші залізовмісних компонентів та твердого палива, з подальшим спіканням шляхом запалювання й просмоктування повітря, що супроводжується утворенням продукту, що містить до 50 % FeO та має температуру 400-800 °С, який реагує з перегрітою парою під тиском не менш 0,11 МПа; 3) заміна використання дефіцитних та дорогих вуглеводнів недефіцитним твердим паливом (антрацит, відсів коксу), що супроводжується також відмовою від використання коштовних каталізаторів для конверсії вуглеводнів; 5 95181 4) можливе використання залізовмісних відходів виробництва (шлами, шлаки, прокатна окалина тощо). За наявною сукупністю ознак, що заявляється, яка характеризує суть винаходу, невідома у існуючому рівні техніки. Тому винахід, який заявляється, відповідає критерію "новизна". Наявність відмітних ознак забезпечує наступні переваги: 1) безперервна робота апарату забезпечує значно більшу продуктивність у порівнянні з реактором, що працює циклічно; 2) відновлення безпосередньо під час згрудкування дозволяє реалізовувати весь процес (відновлення оксидів заліза та розкладання пари) в єдиному технологічному агрегаті, який є аналогом добре опрацьованої технології виробництва залізорудного агломерату; 3) заміна вуглеводнів на тверде паливо є економічно доцільною; 4) використання залізовмісних відходів виробництва дозволяє зменшити шкідливий тиск на навколишнє середовище та скоротити використання невідновних природних ресурсів. Таким чином, запропонований спосіб вирішує проблему безперервного отримання водню шляхом розкладання води з використанням залізорудних матеріалів та/або залізовмісних відходів виробництва та недефіцитного твердого палива. Дані щодо термодинамічного аналізу процесів реагування залізовмісних оксидів з водяною парою наведено на Фіг. 2. Видно, що FeO реагує з водяною парою з утворенням водню за температур нижче 800 °С (ΔG

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Continuous process for the preparation of hydrogen

Автори англійською

Shatokha Volodymyr Ivanovych

Назва патенту російською

Беспрерывный способ получения водорода

Автори російською

Шатоха Владимир Иванович

МПК / Мітки

МПК: C01B 3/02

Мітки: безперервний, отримання, водню, спосіб

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/4-95181-bezperervnijj-sposib-otrimannya-vodnyu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Безперервний спосіб отримання водню</a>

Подібні патенти