天然气掺氮还原在倾动炉的应用.pdf

2 0 1 5 年第 9期 有色金属 冶炼 部分 h t t p ／ ／ y s y 1 ． b g r i mm． c n 5 7 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 7 - 7 5 4 5 ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 1 5 天然气 掺氮还原在倾动炉的应用 姜德权 ， 贾宏 杰 ， 赵永鹏 ， 秦 波 广 西 金川 公 司冶炼 分厂 ， 广 西 防城 港 5 3 8 0 0 2 摘要 介绍 了广西金川公 司倾 动炉采用天然气掺氮还原 的实践 、 存 在的问题和改进的措施 ， 结果 表明 ， 简 化了还原操作过程 ， 到达了预期 效果 。 关键词 天然 气 ； 掺氮 ； 还原 ； 倾动炉 中图分类号 T F 8 1 1 文献标志码 A 文章编 号 1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 9 0 0 5 7 0 2 App l i c a t i o n o f N i t r o g e n d o p e d Na t u r e Ga s Re d u c t i o n i n Ti l t i n g Fu r na c e J I ANG De q u a n ，J I A Ho n g j i e ，Z HAO Yo n g p e n g，QI N Bo Gu a n g xi J i n c h u a n No n f e r r o us M e t a l s Co ．，Lt d，Fa n g c h e n g ga n g 5 3 8 0 0 2，Gu a n g x i ，Ch i n a Ab s t r a c t Pl a nt pr a c t i c e， e xi s t i n g p r ob l e ms， a n d i mpr o ve m e nt of n i t r og e n d op e d n a t ur e g a s r e du c t i on i n t i l t i ng f ur na c e we r e i nt r o du c e d ． Th e p r a c t i c e r e s u l t s s how t ha t r e d uc t i o n op e r a t i on i s s i m pl i f i e d a nd e x pe c t e d e f f e c t i s a c h i e v e d ． Ke y wo r d s n a t ur e g a s；ni t r o ge n do pi ng；r e d uc t i on；t i l t i ng f u r na c e 铜 阳极炉的还原剂 主要有木炭粉、 原木、 柴油、 重油 、 天然气、 液化石油气等n ] ， 重油易造成环境污 染 [ 2 ] ， 目前基 本 已不再 使 用 。原 木 、 木炭 粉通 常 由木 材制备 ， 也不利于生态环境的保护 。利用煤气、 氨气 代替重油时， 出于成本和安全方面的考虑 ， 其应用范 围也不广泛。固体还原剂在 阳极炉及倾动炉上均有 成功的应用 ， 但考虑到广西防城港 的海洋性气候 、 空 气湿度大 ， 固体还原剂采用压缩风输送 ， 若压缩风含 水高 ， 可能对输送系统产生扰动， 从而影响正常的吹 送 ， 造 成 还 原 堵 管 中断 ， 影 响 还 原 时 间 。因此 ， 本 文 采用天然气掺氮对倾动炉中的铜液进行还原 。 1 天 然 气还 原 机 理 天 然气 的主 要 成分 以 甲烷 为 主 ， 含 有 少 量 一氧 化碳 、 氢气 等非 烃类气 体 ， 及微量 氦 、 氩等惰 性气 体[ 3 ] 。液化天然气 L NG 的主要成分为 甲烷 ， 还有 少量的乙烷 、 丙烷 以及氮等。在高温下天然气 中低 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 0 9 作者 简介 姜德权 1 9 7 2 一 ， 男 ， 甘肃金 昌人 ， 高级工程师 碳烷 烃会 分解 为低 碳 不 饱 和 烃 和氢 ， 甚 至完 全 分 解 为元素碳和氢 ] 。 甲烷 易分解 ， 到 1 0 0 0℃时几 乎完 全分 解 ， 并 放 出氢气 。 CH4 一 C 2Hz C H 直接还原 Cu 。 O 的作用 不大 ， 其 还原反应 主要 按下 式进 行 Cu 2 O H2 2 Cu H2 O Cu 2 O C一 2 Cu C0 Cu 2 0 C 0 2 Cu CO2 2 天 然气掺 氮还原 的生产 实践 倾动炉设置 4支氧化还原枪 ， 并配置了掺氮设 施 ， 因氮 气不参 与 反应 ， 主要 作为 天然 气 的载气 送人 炉中， 且可降低天然气的消耗， 提高利用率 。若直接 将 天然 气鼓 入铜 液 ， 则 甲烷 在 高 温 下迅 速 分 解 出氢 气 ， 产 出很 大压 力 的 氢气 泡 ， 被铜 液 吸附 ， 在 还 原 初 5 8 有 色金属 冶炼部分 h t t p ／ ／ y s y 1 ． b g r i mm． o n 2 0 1 5年第 9期 期虽可将氧化亚铜还原 ， 但到后期这些氢气则很容 易被铜液吸收， 恶化 阳极板质量， 且还原剂利用率降 低 [ 。所 以 ， 在还 原 时掺 入 不 与 铜液 反 应 的 氮气 可 以降低天然气的浓度 ， 改善天然气的动力学性能， 增 加 与铜 液 中氧 的接触 ， 加快 反 应 速 度 ， 而且 ， 氮气 在 铜 液 中的溶 解度很 小 ， 氮 气 在 铜 液 中 的存 在 也 稀 释 了氢气 的浓 度 ， 降低 了氢 的分 压 ， 从 而保 证 了阳极板 的质量 。 将 0 ． 2 8 MP a的天然气通 过直径 4 8 mm 的管 道送 入 3 5 0 mm 深 熔 池 中 ， 利 用 天 然 气 中的 碳 氢 化 合 物 除去氧 化亚 铜 中的氧 。 生产初 期， 由于对掺入氮气的比例没有明确的 认识 ， 以 11的比例掺入_ 6 ] ， 但由于设计时氮气和 天然气没有设计预混， 只是分别 以管道送入氧化还 原枪 ， 氮气 压力 约 0 ． 8 MP a ， 天然 气压 力 0 ． 2 8 MP a ， 导致氮气在 进枪 前压力大， 天然气无 法正常通人 。 提高 氮气 与天然 气 的 比例后 ， 使 两气体 压力 接近 ， 但 总进 口压力降低后， 气体不能完全冲人熔池 ， 大部分 气体未参与反应 ， 沿炉壁上升燃烧 ， 还原时间长达 4 ～ 6 h ， 还原效率低 ， 天然气利用率低 。通过 L NG站 将还原时的天然气压力提高到 0 ． 4 8 MP a ， 调整氮气 压力匹配 ， 氮气流量～3 3 0 m。 标态， 下同 ， 天然气 流量～7 8 O m。 ， 完全可以满足还原的要求 ， 不再出现 气体沿炉壁外溢的情况， 还原时间也降至 2 h左右 。 3存 在 的 问题 广西倾 动炉 设计 4个 氧化 还 原 口， 采用 3枪 还 原 ， 但 在使 用 3 个 月后 ， 出现氧化 还原 口区域 砖体 大 面积脱落现象 。导致 氧化 还原 口损坏 的原 因主要 是 1 天然 气在 还原 时需先 进行 裂解 ， 而裂解 是一 种 吸热 反应 ， 裂解 时眼砖 区域 温度 降低 ， 完成裂 解反 应 后产 出 的碳 和氢 还 原 铜液 中 的氧 化 亚铜 ， 该 反 应 为 放 热 反应 ， 因此 ， 长期 在 高 温 低 温 变化 过 程 中 ， 眼砖 的热 震性能 变差 而导 致 损 坏 ； 2 反 应 过程 中掺 入 约 3 0 的氮 气 ， 与 天 然气 一 起 通 人 炉 内， 总流 量 约 1 1 0 0 m。 ／ h ， 大量的冷风通过氧化还原管通人炉内， 导致眼砖区域温度下 降， 还原 口易结 瘤， 温度提升 后 ， 结瘤融化， 眼砖区砖体易松动 。 4 采取 的措施 由于两 氧化 还原 口间距 为 1 1 0 0 mm， 为 避免 出 现该区域大量掉砖的现象 ， 将原来 的 4个氧化还原 口减 为 3个 ， 即将 常用 的两还 原 口间距提 高到 2 2 0 0 mm， 改为两枪还原后 ， 从 还原 时间上看 ， 没有 明显 的影 响 。 针对氧化还原过程中， 氮气 、 压缩风温度低 ， 对 氧化还原 口的影响 ， 考虑加热氮气 、 压缩风 ， 提高入 炉气体温度， 来达到提高氧化还原区眼砖 的使用寿 命 ， 该工作正在进行中。 5 结 论 倾动炉采用天然气掺氮还原， 可以杜绝还原时 冒黑烟影响环境 的情况发生 ， 也可 以避免使用 固体 还原剂时产生的堵管现象 ， 操作简便 ， 使用后达到预 期效果 。 参考 文 献 [ 1 ]揭 晓武 ．铜冶 炼系统 阳极炉 用新 型固体 还原剂 开发研 究E D] ．昆明 昆明理工大学 ， 2 0 0 7 ． E 2 3赵萍 ， 时章明 ， 王梅娟 ， 等 ， 铜精 炼炉还 原过程 黑烟 问题 探讨 E J ] ．冶金 能源 ， 2 0 0 5 ， 2 4 6 5 1 - 5 3 ． E 3 ]朱祖泽 ， 贺家齐 ．现代铜冶金学 r J ] ．北京 科学出版社 ， 20 03 ． E 4 ]黄石 ．回转阳极炉 用天然气 还原 的生 产实验 [ J ] ．能源 化工 ， 2 0 0 7 ， 1 2 3 1 8 - 2 1 ． E 5 ]姚成军 ， 徐 明厚 ， 凌长明 ， 等 ．阳极焙烧炉燃烧煤气和 天 然气的数值 比较[ J ] ．热科学与技术， 2 0 0 7 ， 6 3 2 5 2 25 6． E 6 ]张斌 ．焙烧炉燃烧系统油改 天然气研 究与应用 t J ] ．炭 素技术 ， 2 O l O ， 2 9 2 5 3 5 4 ．