CZ130497A3 - Reducing smelting process and thermal decomposition of substances and a shaft furnace for making the same process of - Google Patents

Abstract

Způsob redukčního tavení a termického rozkladu látek se provádí vnášením látek, určených k termickému rozkladu, a nezkusovělých látek, určených k redukci, do horní části šachtové pece při současném vnášení kusového paliva, spalitelných odpadů, kovonosných odpadů, struskotvorných přísad a ostatních zkusovělých látek, určených k redukci, přes plynotěsnou sazebmu /1/ šachtové pece a vnášením kyslíku, obsaženého v plynném médiu jak do horní části šachty /6/, tak do nístěje /8/ šachtové pece.Method of reduction melting and thermal decomposition substances are introduced by the introduction of substances to be \ t thermal decomposition, and non-beast substances to be reduced to the top shaft furnaces with simultaneous introduction of piece fuel, combustible waste, metal bearing wastes, slag-forming agents and others test substances to be reduced, over gas-tight typesetting / 1 / shaft furnace and by introducing oxygen contained in the gaseous the medium both into the upper shaft (6) and into hearth / 8 / shaft furnace.

Description

Způsob redukčního tavení a termického rozkladu látek a šachtová pec k provádění tohoto způsobuProcess for reducing melting and thermal decomposition of substances and a shaft furnace for carrying out the process

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu redukčního tavení a termického rozkladu plynných, kapalných a pevných látek, který je využitelný v oblasti energetiky, chemie, černé a barevné metalurgie a v odpadovém hospodářství, jakož i při termické likvidaci nebezpečných a zvlášť nebezpečných odpadů, a šachtové pece k provádění tohoto způsobu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for reducing melting and thermal decomposition of gaseous, liquid and solid materials useful in the fields of power engineering, chemistry, black and color metallurgy and waste management, as well as thermal disposal of hazardous and particularly hazardous wastes. this way.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V energetice je spalování fosilních paliv rutinní záležitostí. Méně často je využíváno technologie zplynění uhlíku a uhlovodíků, obsažených v různých palivech, přičemž obecně platí, že čím je vyšší obsah oxidu uhelnatého a vodíku v produktu zplynění, tím vyššího tlaku a vyššího obsahu kyslíku je nutno při zplyňování použít. V současných zařízeních lze vyrobit plyn s celkovým obsahem oxidu uhelnatého a vodíku vyšším než 96 %. Takovýto plyn je použitelný při výrobě elektrické energie, pro redukci kovů v černé a barevné metalurgii a i v chemii, například pro výrobu amoniaku, metanolu a podobně.In the energy sector, burning fossil fuels is a routine matter. Gasification technology of carbon and hydrocarbons contained in different fuels is less frequently used, and generally the higher the carbon monoxide and hydrogen content of the gasification product, the higher the pressure and the higher oxygen content to be used in the gasification. Current installations can produce gas with a total carbon monoxide and hydrogen content of more than 96%. Such a gas is useful in the production of electric power, for the reduction of metals in black and color metallurgy, as well as in chemistry such as ammonia, methanol and the like.

V černé a barevné metalurgii jsou pro redukci a tavení kovů běžně používány šachtové pece různých velikostí, tvarů a typů, jejichž základními částmi je šachta s nístějí v její spodní části a sazebna v její horní části. Všechny tyto agregáty přitom pracují na principu protiproudého pohybu vsázky a procesních plynů, kdy vsázka klesá dolů a procesní plyny stoupají z reakčního prostoru v oblasti nístěje směrem vzhůru. Kovonosná vsázka, která je tvořena převážně oxidy kovů ve formě aglomerátu, briket, pelet nebo kusů rudy, a palivo ve formě koksu jsou sázeny shora. Plynné médium, obsahující kyslík nutný pro hoření koksu, je části pece resp. nístěje. odpad vhodného chemického případech nahrazována méně který je ve a převeden do foukáno přes výfučny do spodní Součástí vsázky bývá i kovový složení. Část koksu je v mnoha ušlechtilými palivy, jako je uhlí, těžký olej a granulované vyřazené plasty. Tyto jsou injektovány přes výfučny šachtových pecí a jsou spolu s koksem zdrojem uhlíku a uhlovodíků, které jsou termicky rozloženy a spáleny při teplotě spalovacího pásma kolem 2 000 °C na CO? a H^O. Vzniklé plyny jsou po opuštění oxidačního pásma bezprostředně redukovány uhlíkem koksu na CO a H₂, které se dále podílejí na pochodech přímé a nepřímé redukce oxidů kovů. V černé metalurgii je možno injektovat 200 až 250 kg mletého uhlí na tunu surového železa při jeho výrobě v moderních vysokých pecích. Při této technologii se ale také vyskytuje nežádoucí usazování zinku, což je dáno nízkým bodem varu kovového zinku (906 °C), spodní části pece prakticky úplně redukován par. Část zinku opustí pecní prostor s kychtovým plynem, struskou a surovým železem a část zinku se usadí na vsázce a stěnách ve středních a horních partiích pece. Při překročení kritického obsahu zinku ve vsázce pak dochází k uvolňování těchto usazenin s následným nepravidelným a studeným Chodem vysoké pece. Toto je důvod, proč i přes vysoký obsah železa v odprašcích a kalech z plynočistíren vysokých pecí a konvertorů není beze zbytku vyřešeno zpracování těchto druhotných surovin, obsahujících železo, zinek, olovo a jiné těžké kovy. Kromě omezené recyklace přes vysoké pece je znám způsob recyklace briketovaných kalů a odprašků přes konvertory. Tato technologie je velmi jednoduchá, je ale provázena vysokou spotřebou energie. Je to dáno přímou redukcí oxidu železa uhlíkem obsaženým v tekutém surovém železe, zkujňovaném v konvertoru. Případné použití odkuřování v rotačních pecích je vzhledem k obsahu zinku podkračujícím 20 % hmotnostních neekonomické.In black and color metallurgy, shaft furnaces of various sizes, shapes and types are commonly used for reducing and melting metals, the basic parts of which are the shaft with hearth in its lower part and the setting room in its upper part. All these aggregates operate on the principle of countercurrent movement of the charge and process gases, where the charge sinks downwards and the process gases rise from the reaction space in the hearth region upwards. The metalliferous charge, which consists predominantly of metal oxides in the form of agglomerate, briquettes, pellets or pieces of ore, and the fuel in the form of coke are charged from above. The oxygen-containing gaseous medium necessary for the combustion of the coke is part of the furnace, respectively. hearth. Waste of suitable chemical cases is replaced by less that is in and transferred to blown through the blow-out into the lower part. Part of the coke is in many noble fuels such as coal, heavy oil and granulated discarded plastics. These are injected through the shaft furnaces and, together with the coke, are a source of carbon and hydrocarbons, which are thermally decomposed and burnt at a combustion zone temperature of about 2000 ° C to CO? and H 2 O. After leaving the oxidation zone, the resulting gases are immediately reduced by coke carbon to CO and H ₂ , which further participate in the direct and indirect reduction processes of metal oxides. In black metallurgy, it is possible to inject 200 to 250 kg of ground coal per tonne of pig iron produced in modern blast furnaces. In this technology, however, undesirable zinc deposition also occurs, due to the low boiling point of metallic zinc (906 ° C), the bottom of the furnace being virtually completely reduced by vapor. Some of the zinc leaves the furnace chamber with the top gas, slag and pig iron, and some of the zinc settles on the charge and walls in the middle and upper parts of the furnace. If the critical zinc content in the charge is exceeded, these deposits are released, followed by an irregular and cold blast furnace operation. This is why, despite the high iron content of dust and sludge from gas treatment plants of blast furnaces and converters, the treatment of these secondary raw materials containing iron, zinc, lead and other heavy metals is not completely solved. In addition to limited recycling through blast furnaces, a method for recycling briquetted sludge and dust through converters is known. This technology is very simple, but it is accompanied by high energy consumption. This is due to the direct reduction of iron oxide by the carbon contained in the liquid pig iron refined in the converter. The possible use of flue gas driers in rotary kilns is uneconomical due to the zinc content below 20% by weight.

V odpadovém hospodářství je pro spalování a likvidaci hořlavých a případně i nebezpečných odpadů používáno spalovacích pecí různých konstrukcí. Vzniklé spaliny jsou čištěny v několika stupních jdoucích za sebou. Nejčastěji jako první stupeň je používán tkaninový filtr, kde se zachycuje prach. Pak následuje praní v jedné anebo ve dvou pračkách. Chemické složení a kyselost pracího roztoku se volí podle obsahu kyselých látek ve spalinách. Přípustné obsahy škodlivin ve vyčištěných spalinách stanovuje příslušná norma pro dané zařízení a druh spalované látky. Nevýhodami současných spaloven je však nízký výkon, nízké využití energie a vysoké investiční náklady.In waste management, incineration furnaces of various constructions are used for incineration and disposal of combustible and possibly also hazardous waste. The resulting flue gas is cleaned in several stages. Most often, a fabric filter is used as the first stage to collect dust. This is followed by washing in one or two washing machines. The chemical composition and acidity of the scrubbing solution are chosen according to the acid content of the flue gas. The permissible levels of pollutants in the cleaned flue gas are specified by the relevant standard for the installation and the type of the substance to be burned. However, the disadvantages of current incinerators are low output, low energy use and high investment costs.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky jsou do značné míry odstraněny způsobem redukčního tavení a termického rozkladu látek v šachtové peci současným vnášením jednak látek určených k termickému rozkladu a nezkusovělých látek určených k redukci do horní části šachty šachtové pece, jednak kusového paliva, kovových a nekovových odpadů, struskotvorných přísad a zkusovělých látek určených k redukci přes sazebnu šachtové pece a jednak plynného média obsahujícího kyslík do spodní části šachtové pece s průběžným spalováním paliva, termickým rozkladem, zplyňováním a tavením vsázky působením teploty až 2 000 °C a s plynulým odváděním vznikajících procesních plynů a kontinuálním nebo diskontinuálním odváděním vzniklé taveniny kovu a tekuté strusky, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že současně s vnášením plynného média do spodní části pece se plynné médium obsahující kyslík potřebný pro termický rozklad a hoření látek přivádí i do horní části pece, načež plynné produkty termického rozkladu z horní části pece postupují souproudně s klesající kusovou vsázkou do spodní poloviny pece, odkud se po vykonání redukční práce a předehřátí vsázky odvádějí společně s plynnými produkty spalování a přímé a nepřímé redukce, probíhající ve spodní části pece odvádějí z reakčního prostoru.The above-mentioned disadvantages of the prior art are largely eliminated by the method of reducing melting and thermal decomposition of the substances in the shaft furnace by simultaneously introducing both thermal decomposition and unexperienced substances to be reduced into the top of the shaft furnace shaft and lump fuel, metal and non-metallic , slag-forming additives and test substances intended for reduction through the furnace furnace and on the other hand, the oxygen-containing gaseous medium to the lower part of the shaft furnace with continuous fuel combustion, thermal decomposition, gasification and melting of the batch at temperatures up to 2,000 ° C; continuous or discontinuous discharge of the resulting metal melt and liquid slag according to the invention. The invention is based on the fact that, simultaneously with the introduction of the gaseous medium into the lower part of the furnace, the oxygen-containing gaseous medium required for thermal decomposition and combustion of the substances is fed to the upper part of the furnace. into the lower half of the furnace, where after the reduction work and preheating of the charge, the combustion products are removed together with the gaseous products, and the direct and indirect reductions taking place in the lower part of the furnace are removed from the reaction space.

Oproti stávajícím způsobům redukčního tavení a termického rozkladu látek se při způsobu podle vynálezu reakční prostor s teplotami až 2 000 °C vytváří ve dvou rovinách, a to nejen v oblasti spodního dmýchání kyslíku, ale i v oblasti horního dmýchání kyslíku. V důsledku toho je odlišný i průběh a rozdělení teplot ve vsázce, přičemž izotermy jsou na rozdíl od stávajícího způsobu orientovány při provádění způsobu podle vynálezu v podstatě svisle. Přímo do reakčního prostoru v horní části pece jsou přitom vnášeny látky, které jsou vlivem lidské činnosti kontaminovány různými škodlivinami, jako například chlórem a jeho sloučeninami, těžkými kovy a ropnými deriváty, a dále látky které slouží jako palivo a zdroj reakčních reagentů, jako například koks, kusové a prachové uhlí, vyřazené pneumatiky a plasty, topný olej a zemní plyn, kde v prostředí rozžhaveného uhlíku pevného paliva se spálí a termicky rozloží při teplotě vyšší než 1 500 °C. Vzniklý plyn je okamžitě redukován uhlíkem za vzniku CO, H₂, H₂S a HCl a při souproudém průchodu vsázkou směrem dolů se podílí na redukci oxidů kovů, předehřevu kusové vsázky a pyrolýze uhlovodíků a po ochlazení je společně s plynem vznikajícím ve spodní části pece odváděn. Klesající vsázka je dále redukována, ohřívána a postupně tavena žhyvým redukčním plynem, stoupajícím z koksového lože vytvořeného v nístěji šachtové pece. Koks je zde postupně zplyňován kyslíkem přivedeným plynným médiem výfučnami, umístěnými po obvodu nístěji. Kovy s nízkým bodem varu, jako například zinek, olovo a kadmium jsou vyredukovány, odpařeny a případně následně okysličeny a z pecního prostoru odváděny společně s procesním plynem. Vyredukované kovy jsou společně se vzniklou více otvory kontinuálně anebo z pecního prostoru k dalšímu neodpařené a roztavené struskou jedním anebo diskontinuálně odváděny zpracování známými hutními pochody. Procesní plyn je pak dále využíván v navazujících agregátech pro metalurgické anebo energetické účely, kde je s výhodou vyčištěn některým ze známých způsobů čištění a odpařené kovy jsou získány ve formě oxidů.In contrast to existing methods of reducing melting and thermal decomposition of substances, the process according to the invention creates a reaction space of up to 2000 ° C in two planes, not only in the area of lower oxygen blowing but also in the area of upper oxygen blowing. Consequently, the course and distribution of temperatures in the batch are different, with the isotherms being oriented substantially vertically in the process according to the invention, in contrast to the present process. Substances which are contaminated by various pollutants, such as chlorine and its compounds, heavy metals and petroleum derivatives, are introduced directly into the reaction chamber at the top of the furnace, as well as substances that serve as fuel and a source of reaction reagents such as coke , lump and pulverized coal, discarded tires and plastics, fuel oil and natural gas, where in the hot carbon environment, solid fuel is burned and thermally decomposed at a temperature of over 1,500 ° C. The resulting gas is immediately reduced by carbon to form CO, H ₂ , H ₂ S and HCl, and by co-flowing downstream, it contributes to the reduction of metal oxides, preheating of the charge and pyrolysis of hydrocarbons. levied. The falling charge is further reduced, heated and gradually melted by a scorching reducing gas rising from the coke bed formed in the hearth of the shaft furnace. Here, the coke is gradually gasified by the oxygen supplied by the gaseous medium by means of exhaust pipes, which are located on the periphery of the hearth. Low-boiling metals such as zinc, lead and cadmium are reduced, evaporated and possibly subsequently oxygenated and removed from the furnace chamber together with the process gas. The reduced metals, together with the multiple holes formed, are continuously or from the furnace space to be further evaporated and melted with slag by one or discontinuously discharged treatment by known metallurgical processes. The process gas is then further used in downstream aggregates for metallurgical and / or energy purposes, where it is preferably purified by one of the known purification methods and the evaporated metals are recovered in the form of oxides.

Podstata vynálezu spočívá dále v tom, že teplota odcházejícího procesního plynu se řídí změnou vzájemného poměru množství kyslíku, který se přivádí do horní a spodní části pece a/nebo změnou výšky jeho odtahu. Podíl kyslíku přiváděného shora k celkovému množství plynného kyslíku, vnášeného do pecního prostoru se přitom pohybuje v rozmezí 5 až 95 %, přičemž platí, že čím méně kyslíku je přiváděno shora a čím je odvod procesních plynů níže, tím je dosahována vyšší teplota procesního plynu, respektive že s vyšší výškou odvodu procesních plynů je pro dosažení jejich stejné teploty nutno zvýšit množství shora přiváděného kyslíku. Přitom při teplotě odcházejících plynů vyšší než 906 °C je zinek odváděn z pecního prostoru, aniž by se na stěnách pecního prostoru vytvářely jeho usazeniny, při teplotě odcházejících procesních plynů vyšší než 1 100 °C jsou rozloženy uhlovodíky obsahující halogenové prvky a opouštějí pecní prostor ve formě CO, C0₂, H , H₂0, chlorovodíku a fluorovodíku.The principle of the invention is further characterized in that the temperature of the outgoing process gas is controlled by varying the ratio of the amount of oxygen to be supplied to the upper and lower parts of the furnace and / or by changing the height of its withdrawal. The proportion of oxygen supplied from above to the total amount of oxygen gas introduced into the furnace chamber is in the range of 5 to 95%, the less oxygen being supplied from above and the lower the process gas removal, the higher the process gas temperature is reached, or that, with a higher process gas discharge height, it is necessary to increase the amount of oxygen supplied from above to achieve their same temperature. At temperatures of outgoing gases higher than 906 ° C, the zinc is removed from the furnace space without the formation of deposits on the walls of the furnace space, at temperatures outgoing of process gases higher than 1,100 ° C, hydrocarbons containing halogen elements are decomposed. form CO, CO ₂ , H, H ₂ O, hydrogen chloride and hydrogen fluoride.

Podstata vynálezu spočívá dále v tom, že plynný kyslík se vnáší do pecního prostoru ve směsi s dusíkem, vodní párou, oxidem uhličitým, argonem a héliem a je obsažen v této směsi nejméně v 10 % a nejvíce 99,999 % objemových. Zároveň s výhodou se zkusovělé látky do horního prostoru pece vnášejí do obráceného násypného kužele, orientovaného svým vrcholem k dolní části pece s rostoucím podílem kusové vsázky s větším rozměrem zrna směrem k ose pece, přičemž do osy pece se vnášejí nezkusovělé oxidy kovů a nekovů, jakož i látky určené k termickému rozkladu. Obráceného násypného kužele je docíleno volbou vhodného granulometrického složení vsázky a úhlu, pod kterým je vsázka do pece vnášena. Soustředěním většího podílu kusové vsázky s větším rozměrem zrna v ose pece než u stěny pece se zlepšuje proudění plynu v osové části pece, kam jsou kontaminované ropné deriváty, vyčištěný procesní plyn a kyslík přiváděny.The invention further provides that oxygen gas is introduced into the furnace space in a mixture with nitrogen, steam, carbon dioxide, argon and helium and is present in the mixture in at least 10% and at most 99.999% by volume. At the same time, preferably the test substances are introduced into the upper chamber of the furnace into an inverted hopper oriented at the top of the furnace with an increasing proportion of lump charge with a larger grain size towards the furnace axis, wherein unexperienced metal and non-metal oxides are introduced into the furnace axis. and substances for thermal decomposition. The inverted feed cone is achieved by selecting a suitable granulometric composition of the charge and the angle at which the charge is introduced into the furnace. By concentrating a larger proportion of the lump charge with a larger grain size in the furnace axis than the furnace wall, the gas flow in the axial portion of the furnace to which contaminated petroleum derivatives, purified process gas and oxygen is supplied is improved.

Podstata šachtové pece k provádění způsobu redukčního tavení a termického rozkladu látek podle vynálezu spočívá v tom, že sestává ze šachty s nístějí ve spodní části pece, opatřenou alespoň jedním odpichovým otvorem a nejméně jednou dmyšnou pro spodní vhánění kyslíku, a s plynotěsnou sazebnou v horní části pece, v níž je uspořádán nejméně jeden horní přívodní otvor pro horní vhánění kyslíku, přičemž mezi dmyšnou a horním přívodním otvorem pro vhánění kyslíku je v šachtě umístěn nejméně jeden výstupní otvor pro odvod procesních plynů.The essence of the shaft furnace for carrying out the method of reducing melting and thermal decomposition of the substances according to the invention consists in that it consists of a shaft with hearths in the lower part of the furnace, provided with at least one tap hole and at least one lance for lower oxygen injection. wherein at least one upper oxygen inlet opening is provided, wherein at least one process gas outlet opening is located between the lance and the upper oxygen inlet opening.

Podstata vynálezu spočívá dále v tom, že v plynotěsné sazebně je umístěn nejméně jeden vstupní přívod pro vnášení kontaminovaných ropných derivátů a nejméně jeden vstupní otvor pro zpětný přívod vyčištěného a předehřátého procesního plynu do horní části šachty.The invention further comprises at least one inlet for the introduction of contaminated petroleum derivatives and at least one inlet for the return of the cleaned and preheated process gas to the top of the shaft in the gas-tight tariff.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález bude dále blíže objasněn pomocí výkresů, kde na obr. 1 je v nárysu a osovém řezu schematicky zobrazena šachtová pec podle vynálezu v prvním příkladném provedení a na obr. 2 je v nárysu a osovém řezu rovněž schematicky zobrazena šachtová pec podle vynálezu v druhém příkladném provedení.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail with reference to the drawings, in which: FIG. 1 shows a schematic view of a shaft furnace according to the invention in a first exemplary embodiment; design.

Příklady provedeni vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Příklad 1Example 1

Tímto konkrétním příkladem provedení způsobu redukčního tavení a termického rozkladu látek podle vynálezu je způsob termického rozkladu kontaminovaných ropných derivátů a redukční tavení zkusověných hutníchThis particular embodiment of the method of reducing melting and thermal decomposition of the substances according to the invention is the method of thermal decomposition of contaminated petroleum derivatives and reducing melting of the tested metallurgical plants.

Vlivem gravitace se podíl kusové vsázky odpraěků a kalů, obsahujících kromě železa také zinek, olovo a jiné těžké kovy. Při tomto konkrétním provedení je kusová vsázka, tvořená peletami a briketami, vyrobenými z vysokopecních a konvertorových kalů a odprašků, koksem, železným šrotem a struskotvornými přísadami, vnášena do šachtové pece přes plynotěsnou sazebnu tak, aby v ose pece byl vytvořen obrácený násypný kužel.As a result of gravity, the proportion of lump waste and sludge, containing in addition to iron also zinc, lead and other heavy metals. In this particular embodiment, a lump charge consisting of pellets and briquettes made of blast furnace and converter sludge and dust, coke, scrap iron and slag-forming additives is introduced into the shaft furnace through a gas-tight furnace so as to form an inverted hopper in the furnace axis.

v osové části pece soustředí větší s větším rozměrem zrna než u stěny pece. Tento jev zlepšuje proudění plynu v osové části pece, do které jsou tryskami, umístěnými v horní části sazebny, přiváděny kontaminované ropné deriváty, vyčištěný procesní plyn a technicky čistý kyslík o tlaku 25 000 Pa. Vzniklý plyn je při teplotách kolem 2 000 °C okamžitě redukován přítomným uhlíkem za vzniku CO, H , H^S a HC1. Prostupuje vsázkou směrem dolů, zúčastňuje se redukce oxidů kovů a předehřívá klesající vsázku. Pecní prostor opouští ve spodní části pece otvory pro odvod procesního plynu společně s plynem, vzniklým v koksovém loži zplyňováním uhlíku koksu vzdušným kyslíkem, dmýchaným dmyšnami umístěnými v horní části nístěje pod tlakem 20 000 Pa. Vyredukovaný a odpařený zinek je z pecního prostoru unášen procesním plynem aniž by vytvářel usazeniny na stěnách pece. Toto je docíleno teplotou odcházejícícho procesního plynu 950 °C, t.j. vyšší než 906 °C, což je teplota varu zinku. Klesající vsázka je dále redukována, ohřívána a postupně tavena žhavým redukčním plynem vystupujícím z nástěje pece za vzniku strusky a surového železa. Roztavené kapky kovu a strusky stékají koksovým ložem, kde dochází k nauhličení železa uhlíkem koksu. Odpichovým otvorem je surové železo společně se struskou plynule odváděno do tlakového sifonu, kde v důsledku rozdílných měrných hmotností dojde k oddělení kovu a strusky. Struska je pak plynule granulována a surové železo je dál zpracováno v ocelárně anebo odlito na licím stroji. Procesní plyn je dál využit pro energetické účely. Zinek je zde převeden na ZnO a společně s jinými oxidy kovů zachycen v plynočistírně. Získaný koncentrát zinku a olova slouží jako suroviny při pyrometalurgické anebo hydrometalurgické výrobě kovového zinku.in the axial part of the furnace concentrates larger with a larger grain size than at the furnace wall. This phenomenon improves the gas flow in the axial portion of the furnace, to which contaminated petroleum derivatives, purified process gas and technically pure oxygen at a pressure of 25,000 Pa are supplied through nozzles located at the top of the furnace. The resulting gas is immediately reduced at about 2000 ° C by the carbon present to form CO, H, H 2 S and HCl. It passes through the charge downwards, participates in the reduction of metal oxides and preheats the decreasing charge. The furnace chamber leaves at the bottom of the furnace openings for process gas evacuation together with the gas produced in the coke bed by gasification of coke carbon by air oxygen, blown by blowers located in the upper part of the hearth under a pressure of 20,000 Pa. The reduced and vaporized zinc is entrained in the furnace space by process gas without forming deposits on the furnace walls. This is achieved by a process gas outlet temperature of 950 ° C, i.e. greater than 906 ° C, which is the boiling point of zinc. The falling charge is further reduced, heated and gradually melted by the hot reducing gas exiting the furnace wall to form slag and pig iron. The molten metal droplets and slag run down the coke bed, where the iron is carburized by the carbon of the coke. Through the tap hole, the pig iron and the slag are continuously discharged to the pressure siphon, where the metal and the slag are separated due to different specific weights. The slag is then continuously granulated and the pig iron is further processed in a steel plant or cast on a casting machine. The process gas continues to be used for energy purposes. Here, zinc is converted to ZnO and, together with other metal oxides, captured in a gas treatment plant. The obtained zinc-lead concentrate serves as a raw material in the pyrometallurgical or hydrometallurgical production of metallic zinc.

Zařízení k provádění způsobu termického rozkladu kontaminovaných ropných derivátů a redukčního tavení železa obsažených ve vysokopecních a konvertorových kalech a konvertorových odprašcích podle příkladného provedení vynálezu zobrazeného na obr. 1 je šachtová pec, která sestává z plynotěsné sazebny X, šachty & a nístěje £ a je opatřena sázecím přívodem 2 kusové vsázky 12., plynotěsným uzávěrem 13., vstupním otvorem 1 pro přívod vyčištěného a předehřátého procesního plynu, vstupním přívodem 2 kontaminovaných ropných derivátů, dvěma horními přívodními otvory 5 plynného kyslíku. Dále je opatřena šesti výstupními otvory 2 pro odvod procesního plynu, napojenými na okružní plynovod 14 a spojovací potrubí 15. šesti spodními dmyšnami 2 pro vhánění kyslíku do koksového lože 10. odpichovým otvorem 11 surového železa 18 a strusky 17 a tlakovým sifonem 16.The apparatus for performing the thermal decomposition method of contaminated petroleum derivatives and reducing iron melting contained in blast furnace and converter sludges and converter dusts according to the exemplary embodiment of the invention shown in Fig. 1 is a shaft furnace consisting of a gas-tight furnace X, a shaft 6 and a hearth 6 and provided charging port 2 of the feed piece 12, gas-tight seal 13, inlet port 1 for supply of purified and preheated process gas, inlet port 2 of contaminated petroleum derivatives, two upper inlet ports 5 of oxygen gas. It is further provided with six process gas outlet orifices 2 connected to the orbital pipeline 14 and a connecting line 15 with six lower lances 2 for injecting oxygen into the coke bed 10 through a tap hole 11 for pig iron 18 and slag 17 and a pressure siphon 16.

Kusová vsázka 12 je vnášena do šachtové pece sázecím přívodem 2 přes plynotěsný uzávěr 13 a postupně klesá dolů. Plyn, vzniklý smícháním vyčištěného a předehřátého procesního plynu, přivedeného vstupním otvorem 1, a plynu, vytvořeného termickým rozkladem kontaminovaných ropných derivátů, přivedených vstupním přívodem 2, prostupuje kusovou vsázku 12 směrem dolů rychlostí vyšší než je rychlost klesání kusové vsázky 12· Předává jí své teplo a zúčastňuje se pochodů přímé a nepřímé redukce přítomných oxidů kovů. Šachtovou pec opuští po dosažení výstupních míchá s plynem vzniklým zplyněním přiváděným dmyšnami 9 do koksového v koksovém loži 10 prostupuje otvorů 7, v nichž se uhlíku koksu kyslíkem lože 10. Plyn vzniklý klesající kusovou vsázku 12 až do úrovně výstupních otvorů 7 pro odvod procesních plynů. Společně s klesajícím koksem redukuje oxidy železa, zinku a jiných přítomných kovů až na kovy a na rozhraní klesající kusové vsázky 12 a koksového lože XQ taví zbytky kovonosné vsázky a struskotvorných přísad. Nezplyněný koks plynule doplňuje koksové lože 10, kde dochází k nauhličení železa. Vzniklé surové železo a struska jsou plynule odváděny odpichovým otvorem XI surového železa a strusky do tlakového sifonu 16.. Zde se na podkladě rozdílných měrných hmotností oddělí surové železo 18 od strusky 17. Oddělené surové železo 18 je pak zpracováno v ocelárně anebo je odlito na licím stroji při použití známých technologií. Oddělená a odtékající struska 17 je plynule granulována proudem vody. Procesní plyn je z okružního plynovodu 14 odváděn potrubím 15 k dalšímu energetickému využití a vyčištění. Zinek je společně s jinými odpařenými kovy zachycen v plynočistírně ve formě oxidů kovů.The lump charge 12 is introduced into the shaft furnace through the inlet 2 through the gas-tight closure 13 and gradually sinks downwards. The gas produced by mixing the cleaned and preheated process gas introduced through the inlet port 1 and the gas formed by the thermal decomposition of contaminated petroleum derivatives supplied through the inlet port 2 passes the batch 12 downward at a rate greater than the rate of descending batch 12. and participates in the direct and indirect reduction processes of the metal oxides present. After reaching the outlet furnace, it leaves the shaft furnace with the gas produced by the gasification nozzles 9 entering the coke bed 10 through the orifices 7, in which the coke carbon is passed through the oxygen bed 10. The gas produced by the descending lump charge 12 up to the outlet port 7 for the process gases. Together with the decreasing coke, it reduces the oxides of iron, zinc and other metals present down to the metals and melts the residues of the metal charge and slag-forming additives at the interface of the decreasing lump charge 12 and the coke bed XQ. The ungassed coke continuously complements the coke bed 10, where the iron is carburized. The resulting pig iron and slag are continuously discharged through the tap hole XI of the pig iron and slag into the pressure siphon 16. Here, the pig iron 18 is separated from the slag 17 on the basis of different specific weights. The pig iron 18 is then processed in a steel mill or cast in a casting plant. machines using known technologies. The separated and effluent slag 17 is continuously granulated with a stream of water. The process gas is discharged from the orbital gas line 14 via line 15 for further energy recovery and purification. Zinc, together with other vaporized metals, is trapped in a gas treatment plant in the form of metal oxides.

Příklad 2Example 2

Druhým konkrétním příkladem provedení způsobu redukčního tavení a termického rozkladu látek podle vynálezu je způsob termického rozkladu kontaminovaných ropných derivátů, spalitelných domovních odpadů jako jsou plasty, dřevo, vyřazené pneumatiky, papírové obaly a redukčního tavení zaolejovaného šrotu. Při tomto konkrétním provedení jsou zaolejovaný šrot, struskotvorné přísady, koks, rozdrcené domovní odpady jako dřevo a vyřazené pneumatiky vnášeny do šachtové pece přes plynotěsnou sazebnu tak, aby v horní části pece byl vytvořen obrácený násypný kužel. Rozdrcené plasty a papírové obaly jsou ropnými deriváty vnášeny jedním části pece, kde jsou přivedeným plynným kyslíkem spáleny a termicky rozloženy při teplotách kolem 2 000 °C. Vzniklý plyn je okamžité redukován přítomným uhlíkem za vzniku CO, H_., H₂S a HC1. Prostupuje kusovou vsázku směrem dolů a předehřívá ji. Taktéž se zúčastňuje pyrolýzy uhlovodíků obsažených v odpadech a redukce oxidů kovů vnášených do šachtové pece společně s odpady a železným šrotem. Pecní prostor opouští ve spodní části pece otvory pro odvod procesního plynu společně společně s kontaminovanými anebo více otvory do horní s plynem vzniklým v nístěji zplyňováním uhlíku koksu plynným kyslíkem dmýchaným dmyšnami umístěnými v nístěji šachtové pece. Teplota odváděného procesního plynu je vyšší než 1 100 °C, což je postačující pro rozklad uhlovodíků obsahujících halogenové prvky. Klesající vsázka je dál zplyňována, redukována, ohřívána a postupně tavena žhavým redukčním plynem vystupujícím z nístěje pece za vzniku strusky a slitiny železa, uhlíku a křemíku. Roztavené kapky kovu a strusky stékají koksovým ložem a odpichovým otvorem jsou plynule odváděny do tlakového sifonu, kde vlivem rozdílných měrných hmotností je oddělen kov od strusky. Slitina železa, uhlíku a křemíku je odlita na odlévárně a struska je plynule granulována proudem vody. Procesní plyn je dál využit pro energetické účely, kde je také vyčištěn od nežádoucích škodlivin.A second specific embodiment of the method of reducing melting and thermal decomposition of the substances according to the invention is a method of thermal decomposing contaminated petroleum derivatives, combustible household waste such as plastics, wood, discarded tires, paper packaging and reducing melting of oily scrap. In this particular embodiment, oiled scrap, slag additives, coke, crushed household waste such as wood and discarded tires are introduced into the shaft furnace through a gas-tight furnace so as to form an inverted hopper at the top of the furnace. Crushed plastics and paper packaging are introduced by petroleum derivatives into one part of the furnace, where they are burnt by the supplied oxygen gas and thermally decomposed at temperatures around 2000 ° C. The gas is immediately reduced by the carbon present to form CO, H_., H ₂ S and HC1. The lump charge passes downwards and preheats it. It also participates in the pyrolysis of hydrocarbons contained in the waste and in the reduction of metal oxides introduced into the shaft furnace together with the waste and scrap iron. At the bottom of the furnace, the furnace space leaves the process gas outlet openings together with contaminated or multiple openings into the top with the gas produced in the hearth by gasification of coke by the oxygen-blown gas blowers located in the hearth of the shaft furnace. The temperature of the off-gas is greater than 1100 ° C, which is sufficient to decompose halogen-containing hydrocarbons. The falling charge is further gasified, reduced, heated, and gradually melted by the hot reducing gas exiting the furnace hearth to form slag and an alloy of iron, carbon and silicon. The molten metal droplets and slag run down through the coke bed and through a tap hole are continuously discharged into a pressure siphon, where the metal is separated from the slag due to different specific weights. The alloy of iron, carbon and silicon is cast in the foundry and the slag is continuously granulated with a stream of water. The process gas is further used for energy purposes, where it is also cleaned of undesirable pollutants.

Zařízení k provádění termického rozkladu kontaminovaných ropných derivátů, domovních odpadů a redukčního tavení šrotu podle příkladného provedení vynálezu zobrazeného na obr. 2 je šachtová pec, která sestává z plynotěsné sazebny 1, šachty 6 a nístěje £ a je opatřena sázecím přívodem 2, plynotěsným uzávěrem 13. vstupním přívodem 2 kontaminovaných ropných derivátů, rozdrcených plastů a papírových obalů, šesti horními přívodními otvory £ plynného média obsahující kyslík, jedním výstupním otvorem 7 pro odvod procesního plynu, čtyřmi spodními dmyšnami 2 pro vhánění kyslíku do nístěje 8, odpichovým otvorem 11 a tlakovým sifonem 16.The apparatus for thermally decomposing contaminated petroleum derivatives, household wastes and reducing scrap melting according to the exemplary embodiment of the invention shown in Fig. 2 is a shaft furnace consisting of a gas-tight furnace 1, a shaft 6 and a hearth 6 and provided with a charging port 2, a gas-tight closure 13 Inlet port 2 of contaminated petroleum derivatives, crushed plastics and paper packaging, six upper inlet ports 6 of oxygen-containing gaseous medium, one outlet port 7 for process gas evacuation, four lower lances 2 for injecting oxygen into the hearth 8, tap hole 11 and pressure siphon. 16.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Způsob a zařízení podle vynálezu lze široce uplatnit při zplyňování paliv a termické likvidaci problémových odpadů obsahujících uhlík, uhlovodíky a velice často chlór a jeho sloučeniny jako například plasty, pneumatiky, lehké frakce ze šrédrování automobilů, kontaminované ropné deriváty, jakož i k tavení kovů a redukci oxidů kovů i nekovů v černé a barevné matalurgii.The method and apparatus of the present invention are widely applicable to gasification of fuels and thermal disposal of problematic wastes containing carbon, hydrocarbons and very often chlorine and its compounds such as plastics, tires, light fractions from automobile milling, contaminated petroleum derivatives as well as metal melting and oxide reduction metals and non-metals in black and colored matururgy.

Claims (7)

PATENTOVÉ < C r- 73 > CD <S>PATENT <C r-73> CD <S> CO oCO o —I ro <x>.—I ro <x>. <O·<O · NÁROKYClaims OO O c/x □cO c / x □ c Q<Q < termického rozkladu látekthermal decomposition of substances 1. Způsob redukčního tavení a v šachtové peci současným vnášením jednak látek určených k termickému rozkladu a nezkusovělých látek určených k redukci do horní části šachty šachtové pece, jednak kusového paliva, kovových a nekovových odpadů, struskotvorných přísad a zkusovělých látek určených k redukci přes sazebnu šachtové pece a jednak plynného media obsahující kyslík do spodní části šachtové pece, s průběžným spalováním paliva, termickým rozkladem, zplyňováním a tavením vsázky působením teploty až 2000 °C a s plynulým odváděním vznikajících procecních plynů a s odváděním vzniklé taveniny kovu a tekuté strusky, vyznačující se tím , že současně s vnášením plynného media do spodní části pece se plynné médium obsahující kyslík potřebný pro termický rozklad a hoření látek přivádí i do horní části pece, načež plynné produkty termického rozkladu z horní části postupují souproudně s klesající kusovou vsázkou do spodní poloviny pece, odkud se po vykonání redukční práce a předehřátí vsázky odvádějí společně s plynnými produkty spalování a přímé a nepřímé redukce, probíhající ve spodní části, odvádějí z reakčního prostoru.1. Method of reducing melting and in a shaft furnace by simultaneous introduction of both substances for thermal decomposition and inexperienced substances intended for reduction into the upper part of the shaft of a shaft furnace, partly of lump fuel, metal and non-metallic wastes, slag-forming additives and a furnace and, on the other hand, an oxygen-containing gaseous medium to the lower part of the shaft furnace, with continuous combustion of fuel, thermal decomposition, gasification and melting of the batch at a temperature of up to 2000 ° C; that at the same time as the gaseous medium is introduced into the lower part of the furnace, the oxygen-containing gaseous medium required for thermal decomposition and combustion of the substances is also fed to the upper part of the furnace, Downstream of the furnace to the lower half of the furnace, they are removed from the reaction space together with the gaseous products of combustion after the reduction work and preheating of the charge, and the direct and indirect reductions at the bottom. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zkusovělé látky se do horního prostoru pece vnášejí do k dolní části pece orientovaného obráceného násypného kužele s rostoucím podílem kusové vsázky s větším rozměrem zrna směrem k ose pece, přičemž do osy pece se vnášejí nezkusovělé kysličníky oxidy kovů a nekovů jakož i látky určené k termickému rozkladu.Method according to claim 1, characterized in that the test substances are introduced into the upper chamber of the furnace into the lower part of the furnace oriented inverted feed cone with increasing proportion of lump charge with a larger grain size towards the furnace axis. oxides of metal and non-metal oxides and substances for thermal decomposition. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že teplota odcházejícího procesního plynu se řídí změnou vzájemného poměru množství kyslíku, který se přivádí do horní a spodní části pece a/nebo změnou výšky jeho odtahu.Method according to claim 1, characterized in that the temperature of the outgoing process gas is controlled by varying the ratio of the amount of oxygen to be supplied to the top and bottom of the furnace and / or by changing the height of its withdrawal. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že plynný kyslík se vnáší do pecního prostoru ve směsi s dusíkem, vodní párou, oxidem uhličitým, argonem a heliem v objemovém množství 10 až 99,999 %.The process according to claim 1, characterized in that the oxygen gas is introduced into the furnace chamber in a mixture with nitrogen, steam, carbon dioxide, argon and helium in an amount of 10 to 99.999% by volume. 5. Způsob podle nároku la3, vyznačující se tím, že procesní plyn se z pecního prostoru odvádí při jeho teplotě nejméně 906 až 1 300 °C,Method according to claim 1, characterized in that the process gas is removed from the furnace chamber at a temperature of at least 906 to 1300 ° C, 6. Šachtová pec k provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že sestává ze šachty (6) s nístějí (8) ve spodní části pece, opatřenou alespoň jedním odpichovým otvorem (11) a nejméně jednou dmyšnou (9) pro spodní vhánění plynného média, obsahující kyslík, a s plynotěsnou sazebnou (1) v horní části pece, v níž je uspořádán nejméně jeden horní přívodní otvor (5) pro horní vhánění plynného média, obsahující kyslík, přičemž mezi dmyšnou (9) a horním přívodním otvorem (5) je v šachtě (6) umístěn nejméně jeden výstupní otvor (7) pro odvod procesních plynů.Shaft furnace for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it consists of a shaft (6) with hearths (8) in the lower part of the furnace, provided with at least one tap hole (11) and at least one lance (9) for lower injection. an oxygen-containing gaseous medium and with a gas-tight tariff (1) in the upper part of the furnace in which at least one upper inlet opening (5) is provided for upper injection of an oxygen-containing gaseous medium, between the lance (9) and the upper inlet opening (5) 1) in the shaft (6) there is at least one outlet opening (7) for the discharge of process gases. 7. Šachtová pec podle nároku 6,vyznačující se tím, že v plynotěsné sazebně (1) je umístěn nejméně jeden vstupní přívod (3) pro vnášení kontaminovaných ropných derivátů a nejméně jeden vstupní otvor (4) pro zpětný přívod vyčištěného a předehřátého procesního plynu do horní části šachty (6).A shaft furnace according to claim 6, characterized in that at least one inlet (3) for the introduction of contaminated petroleum derivatives and at least one inlet (4) for the return of the purified and preheated process gas to the gas-tight tariff (1) are located. the top of the shaft (6).