一種利用熔融態(tài)銅渣制備合成氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用熔融態(tài)銅渣制備合成氣的方法，屬于資源與環(huán)境領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法將高溫出爐的熔融態(tài)銅渣水冷后經(jīng)破碎造粒，產(chǎn)生的水蒸氣加壓后作為氣化劑，用銅渣余熱及渣中有價(jià)金屬的氧化性氣化可燃固體廢棄物制備可燃?xì)?，一部分高溫燃?xì)馔ㄈ敕磻?yīng)爐推動(dòng)反應(yīng)器的流態(tài)化，其余合成氣在預(yù)熱可燃固體廢棄物后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)用于發(fā)電或制備精制燃?xì)?，催化反?yīng)后的渣磁選后產(chǎn)生銅精礦和鐵精礦。本發(fā)明所述方法充分利用熔渣冷卻釋放熱量、渣中金屬易于還原、可燃固體廢棄物氣化產(chǎn)生可燃?xì)獾忍卣?，解決了銅渣中有價(jià)金屬回收利用率低、余熱回收效率低、可燃固體廢棄物的能源轉(zhuǎn)化問題。
【專利說明】
一種利用熔融態(tài)銅渣制備合成氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明提供一種利用熔融態(tài)銅渣制備合成氣的方法，屬于資源與環(huán)境領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 資源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著礦產(chǎn)資源的逐漸貧缺，加強(qiáng)對(duì)二次 資源如冶金渣、金屬廢棄物等的開發(fā)利用對(duì)于緩解我國的礦石資源壓力有較為積極的作 用。銅渣是火法冶金中的一種重要冶煉產(chǎn)物，尤其是在冰銅冶煉和銅精煉過程中會(huì)產(chǎn)生大 量的銅渣副產(chǎn)品，其主要成分為鐵橄欖石(Fe 2Si04)，由于目前銅渣提煉銅、鐵和稀有金屬的 技術(shù)還不成熟，銅渣主要用作建筑填充物或直接丟棄直接導(dǎo)致很大的資源浪費(fèi)。另外，熔融 銅渣溫度在1100~1300°c，融化熱為226MJ/t，含有的熱力學(xué)能可達(dá)1.37~1.61GJ/t，按全球 每年產(chǎn)銅渣0.246~0.335億t計(jì)，帶走的熱量相當(dāng)于134~210萬t標(biāo)煤?？梢?，銅渣是溫度高、 含熱量大的二次能源;另一方面，銅渣中富含銅鐵等有價(jià)金屬，尤其是鐵元素達(dá)到渣含量的 40%以上，銅含量0.75%左右，回收價(jià)值較高。
[0003] 可燃固體廢棄物催化氣化是一種先進(jìn)的廢物資源轉(zhuǎn)化技術(shù)，而金屬類催化劑作為 一類主要催化劑，近年來國內(nèi)外針對(duì)其展開了廣泛的研究。橄欖石等堿性金屬能使H 2含量 大幅度提高，而水蒸氣作為氣化介質(zhì)對(duì)提升可燃固體廢棄物氣化產(chǎn)氣量和減少焦油產(chǎn)量具 有明顯效果。目前，國內(nèi)外研究者利用高溫冶金渣粒供給水蒸汽催化反應(yīng)和烴類物質(zhì)炭化 分解等吸熱化學(xué)反應(yīng)熱量，回收余熱。針對(duì)銅渣的大量余熱和富含堿性金屬的特點(diǎn)，以銅渣 催化氣化可燃固體廢棄物的工藝方法有很大的工業(yè)前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:銅渣中有價(jià)金屬回收率低、熔渣余熱難以回收利用、 生物質(zhì)氣化焦油量大。
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用熔融態(tài)銅渣制備合成氣的方法，具體包括以下步 驟： (1) 將熔融態(tài)銅渣用水冷卻后，造粒、破碎得到顆粒狀銅渣； (2) 用于冷卻銅渣的水汽化產(chǎn)生的蒸汽一部分經(jīng)加壓栗通入流化床反應(yīng)爐，另一部分 進(jìn)入余熱利用系統(tǒng)； (3) 顆粒狀銅渣通入流化床反應(yīng)爐中反應(yīng)產(chǎn)生的高溫燃?xì)夂蛷U渣，高溫燃?xì)饨?jīng)旋風(fēng)除 塵后得到未反應(yīng)顆粒物和合成氣，未反應(yīng)顆粒物重新進(jìn)入反應(yīng)爐，合成氣一部分用于預(yù)熱 可燃固體廢棄物，其余精制后制備成燃?xì)猓?(4) 可燃固體廢棄物經(jīng)破碎后進(jìn)入換熱器，由高溫燃?xì)忸A(yù)熱并帶入反應(yīng)爐，氣化反應(yīng)后 的排渣依次經(jīng)過重力篩選、磁選產(chǎn)生銅精礦和鐵精礦。
[0006] 優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（1)中銅渣冷卻至1000~1050 °C，破碎粒度為1mm以下，銅渣與 水的質(zhì)量比為6:1~4:1。
[0007] 優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(2)中抽出0~88%的蒸氣用于余熱利用，另12~100%作為氣化劑 增壓至0.2~0.5MPa后進(jìn)入反應(yīng)爐。
[0008] 優(yōu)選的，本發(fā)明所述可燃固體廢棄物破碎至1~5mm，合成氣用于預(yù)熱的合成氣與用 于精制的合成氣之比為1:2。
[0009] 優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(4)中可燃固體廢棄物與銅渣的質(zhì)量比為0.3:1~5:1。
[0010] 本發(fā)明所述熔融態(tài)銅渣是指銅冶煉加工過程產(chǎn)生的銅渣，主要成分為鐵橄欖石和 磁鐵礦。
[0011] 本發(fā)明所述可燃固體廢棄物是指工業(yè)和城市固體垃圾、農(nóng)林業(yè)產(chǎn)品加工剩余物 等。
[0012] 本發(fā)明充分利用生物質(zhì)制備可燃?xì)獾奶攸c(diǎn)，結(jié)合銅渣中銅鐵等金屬的還原特性和 冷卻釋放大量熱量的特征，將銅渣冷卻釋熱-水蒸氣氣化可燃固體廢棄物-銅渣催化氣化可 燃固體廢棄物三系統(tǒng)耦合高效回收銅渣中有價(jià)金屬和實(shí)現(xiàn)可燃固體廢棄物回收的新工藝。 本發(fā)明具備的有益效果和優(yōu)點(diǎn)是： (1)以有效的還原劑的方式回收了銅渣中的有價(jià)金屬，銅渣資源化效果好;冷卻熔渣釋 放的大量熱量用于可燃固體廢棄物的氣化，實(shí)現(xiàn)熔渣余熱的化學(xué)能轉(zhuǎn)化，為銅渣的余熱回 收提供了一種有效的途徑。
[0013] (2)可燃固體廢棄物與銅渣的混合氣化，為可燃固體廢棄物的能源化利用提供了 新途徑;冷卻熔渣的水以水蒸氣的形式氣化可燃固體廢棄物，大大增加了產(chǎn)氫量。
[0014] (3)銅渣冷卻釋熱、水蒸氣氣化可燃固體廢棄物、銅渣催化氣化可燃固體廢棄物三 系統(tǒng)耦合高效回收了銅渣中有價(jià)金屬，為可燃固體廢棄物的能源化利用技術(shù)提供了新方 法。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于 所述內(nèi)容。
[0017] 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】為：高溫出爐1250°C的熔融態(tài)銅渣經(jīng)水冷氣旋造粒，其中 銅渣與水質(zhì)量比為6:1~4:1，粒徑為1mm以下;經(jīng)冷卻后的銅渣（1000~1050 °C)以間歇式給料 的方式從反應(yīng)器的側(cè)上方位進(jìn)入流化床反應(yīng)爐，為可燃固體廢棄物的氣化提供余熱和還原 劑，在反應(yīng)過程中銅渣中的鐵橄欖石還原生成氧化亞鐵或鐵單質(zhì)，部分硫化銅被還原生成 銅單質(zhì)，在爐底排出的渣經(jīng)過重力篩選除去殘?jiān)?，剩余的銅鐵精礦經(jīng)進(jìn)一步磁選分出銅精 礦和鐵精礦。冷卻銅渣所產(chǎn)生的水蒸氣抽出〇~88%的蒸氣用于余熱利用，另12~100%作為氣 化劑增壓至〇. 2~0.5MPa后進(jìn)入反應(yīng)爐，以底吹的方式連續(xù)供給氣化所需的水蒸氣，最終在 可燃固體廢棄物的焦油裂解中生成氫氣或甲烷等。銅渣與可燃固體廢棄物的質(zhì)量比為0.3: 1~5 :1，可燃固體廢棄物破碎至1~5mm，在部分高溫燃?xì)獾念A(yù)熱和推動(dòng)作用下使用噴嘴連續(xù) 進(jìn)入反應(yīng)器，與水蒸氣、高溫銅渣混合，形成流態(tài)化，制備的合成氣從反應(yīng)器頂端導(dǎo)引而出， 一部分合成氣通入換熱器預(yù)熱可燃固體廢棄物并推動(dòng)反應(yīng)器的流態(tài)化，其余合成氣在精制 后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)用于發(fā)電或制備精制燃?xì)?，用于預(yù)熱的燃?xì)馀c進(jìn)入精制裝置的燃?xì)庵葹?1:2〇
[0018] 實(shí)施例1 本實(shí)施例所述銅渣（主要成分及質(zhì)量百分比：Fe2Si〇4=49.96%，F(xiàn)e3〇4=12.18%，Si0 2= 9 · 37%，Ah〇3=4 · 9%，Ca0=4 · 33%，S=0 · 96%，Cu2S=0 · 94%，Ni=0 · 01%，非晶態(tài)玻璃體17 · 35%) (1) 將高溫出爐1250°C的銅渣經(jīng)水冷氣旋造粒(粒徑為1mm)冷卻至1050°C，其中銅渣與 水質(zhì)量比為4:1; (2) 冷卻后的銅渣從氣化反應(yīng)器的側(cè)上方位進(jìn)入流化床反應(yīng)爐;冷卻銅渣所產(chǎn)生的水 蒸氣100%作為氣化劑增壓至0.2MPa后進(jìn)入流化床反應(yīng)爐，以底吹的方式連續(xù)供給氣化所需 的水蒸氣。
[0019] (3)銅渣與可燃固體廢棄物的質(zhì)量比為5:1，可燃固體廢棄物破碎至1~5mm，最初以 水蒸氣加壓鼓吹，在產(chǎn)生高溫燃?xì)夂蟪槌霾糠指邷厝細(xì)忸A(yù)熱和推動(dòng)可燃固體廢棄物進(jìn)入反 應(yīng)器。制備的高溫燃?xì)鈴姆磻?yīng)器頂端導(dǎo)引而出，旋風(fēng)除塵精制后制備合成氣。在爐底排出的 800°C的渣經(jīng)冷卻后重力篩選除去殘?jiān)?，剩余的銅鐵精礦經(jīng)進(jìn)一步磁選分出銅精礦和鐵精 礦，金屬回收率為24%。氣化效率為73.9%，產(chǎn)生的合成氣中氫氣的體積濃度達(dá)到20.81%。 本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。
實(shí)施例2 本實(shí)施例所述銅渣（主要成分及質(zhì)量百分比：Fe2Si〇4=47.33%，F(xiàn)e3〇4=13.06%，Si0 2= 11 · 05%，Ah〇3=5 · 11%，Ca0=7 · 38%，S=0 · 32%，Cu2S=0 · 96%，Ni=0 · 01%，非晶態(tài)玻璃體14 · 78%) (1) 將高溫出爐的銅渣(1250 °C )經(jīng)水冷氣旋造粒，（粒徑為1mm)冷卻至1000 °C其中銅渣 與水質(zhì)量比為6:1; (2) 冷卻后的銅渣從氣化反應(yīng)器的側(cè)上方位進(jìn)入流化床反應(yīng)爐;冷卻銅渣所產(chǎn)生的水 蒸氣抽出88%的蒸氣用于余熱利用，另12%作為氣化劑增壓至0.5MPa后進(jìn)入反應(yīng)爐，以底吹 的方式連續(xù)供給氣化恰好所需的水蒸氣。
[0021] (3)銅渣與可燃固體廢棄物的質(zhì)量比為0.3:1，可燃固體廢棄物破碎至1~5_，最初 以水蒸氣加壓鼓吹，在產(chǎn)生高溫燃?xì)夂蟪槌霾糠指邷厝細(xì)忸A(yù)熱和推動(dòng)可燃固體廢棄物進(jìn)入 反應(yīng)器。制備的高溫燃?xì)鈴姆磻?yīng)器頂端導(dǎo)引而出，旋風(fēng)除塵精制后制備合成氣。在爐底排出 的800°C的渣經(jīng)冷卻后重力篩選除去殘?jiān)?，剩余的銅鐵精礦經(jīng)進(jìn)一步磁選分出銅精礦和鐵 精礦，金屬回收率為29%。氣化效率為75.99%，產(chǎn)生的合成氣中氫氣的體積濃度達(dá)到15.89%。 本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。
[0023] 實(shí)施例3 本實(shí)施例所述銅渣（主要成分及質(zhì)量百分比：Fe2Si〇4=48.12%，F(xiàn)e3〇4=14.27%，Si〇2= 10 · 44%，Al2〇3=3 · 70%，Ca0=5 · 58%，S=0 · 78%，Cu2S=l · 03%，Ni=0 · 01%，非晶態(tài)玻璃體 16 · 07%) (1) 將高溫出爐1250°C的銅渣經(jīng)水冷氣旋造粒(粒徑為1mm)冷卻至1020°C，其中銅渣與 水質(zhì)量比為5:1; (2) 冷卻后的銅渣從氣化反應(yīng)器的側(cè)上方位進(jìn)入流化床反應(yīng)爐;冷卻銅渣所產(chǎn)生的水 蒸氣抽出50%的蒸氣用于余熱利用，另50%水蒸氣作為氣化劑增壓至0.4MPa后進(jìn)入流化床反 應(yīng)爐，以底吹的方式連續(xù)供給氣化所需的水蒸氣。
[0024] (3)銅渣與可燃固體廢棄物的質(zhì)量比為2:1，可燃固體廢棄物破碎至1~5mm，最初以 水蒸氣加壓鼓吹，在產(chǎn)生高溫燃?xì)夂蟪槌霾糠指邷厝細(xì)忸A(yù)熱和推動(dòng)可燃固體廢棄物進(jìn)入反 應(yīng)器。制備的高溫燃?xì)鈴姆磻?yīng)器頂端導(dǎo)引而出，旋風(fēng)除塵精制后制備合成氣。在爐底排出的 800°C的渣經(jīng)冷卻后重力篩選除去殘?jiān)?，剩余的銅鐵精礦經(jīng)進(jìn)一步磁選分出銅精礦和鐵精 礦，金屬回收率為31%;氣化效率為79.2%，產(chǎn)生的合成氣中氫氣的體積濃度達(dá)到22.19%。 本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。
[0025]表 3
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用熔融態(tài)銅渣制備合成氣的方法，其特征在于，具體包括以下步驟： (1) 將熔融態(tài)銅渣用水冷卻后，造粒、破碎得到顆粒狀銅渣； (2) 用于冷卻銅渣的水汽化產(chǎn)生的蒸汽一部分經(jīng)加壓栗通入流化床反應(yīng)爐，另一部分 進(jìn)入余熱利用系統(tǒng)； (3) 顆粒狀銅渣通入流化床反應(yīng)爐中反應(yīng)產(chǎn)生的高溫燃?xì)夂蛷U渣，高溫燃?xì)饨?jīng)旋風(fēng)除 塵后得到未反應(yīng)顆粒物和合成氣，未反應(yīng)顆粒物重新進(jìn)入反應(yīng)爐，合成氣一部分用于預(yù)熱 可燃固體廢棄物，其余精制后制備成燃?xì)猓? (4) 可燃固體廢棄物經(jīng)破碎后進(jìn)入換熱器，由高溫燃?xì)忸A(yù)熱并帶入反應(yīng)爐，氣化反應(yīng)后 的排渣依次經(jīng)過重力篩選、磁選產(chǎn)生銅精礦和鐵精礦。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述利用熔融態(tài)銅渣制備合成氣的方法，其特征在于：步驟（1)中銅 渣冷卻至1000~1050 °C，破碎粒度為1mm以下，銅渣與水的質(zhì)量比為6:1~4:1。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述利用熔融態(tài)銅渣制備合成氣的方法，其特征在于：步驟(2)中抽 出0~88%的蒸氣用于余熱利用，另12~100%作為氣化劑增壓至0.2~0.5MPa后進(jìn)入反應(yīng)爐。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述利用熔融態(tài)銅渣制備合成氣的方法，其特征在于:可燃固體廢棄 物破碎至1~5mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述利用熔融態(tài)銅渣制備合成氣的方法，其特征在于：步驟(4)中可 燃固體廢棄物與銅渣的質(zhì)量比為〇. 3:1~5:1。
【文檔編號(hào)】C10J3/54GK106047421SQ201610495102
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】胡建杭, 許煥斌, 王 華, 劉慧利
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)