Спосіб і пристрій для відокремлення газоподібного компонента

Реферат: Винахід стосується способу і пристрою для відокремлення принаймні одного газоподібного компонента з відвідного газу (14) установки для отримання рідкого чавуну (24), рідких продуктівпопередників сталі або губчастого заліза, причому під час першої стадії потік відвідного газу (14) під першим значенням тиску проходить принаймні через один абсорбційний сепаратор (16), за допомогою чого газоподібний компонент з відвідного газу (14) переважно відокремлюють, а під час другої стадії газоподібний компонент під другим значенням тиску, яке є нижчим за перше значення тиску, з абсорбційного сепаратора (16) переважно видаляють. Задачею винаходу є створення способу і пристрою, який не потребує технічного обслуговування, спричиняє нижчі інвестиційні витрати і витрати на енергію і потребує менше площі. Ця задача вирішена за допомогою способу, при якому друге значення тиску або десорбційний тиск створюють за допомогою принаймні одного струминного насоса (7), в який подають потік робочого газу (28) під третім значенням тиску, яке є вищим за друге значення тиску. UA 104165 C2 (12) UA 104165 C2 UA 104165 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується способу і пристрою для відокремлення принаймні одного газоподібного компоненту з відвідного газу установки для отримання рідкого чавуну, рідких продуктівпопередників сталі або губчастого заліза. Конкретно винахід стосується способу відокремлення принаймні одного газоподібного компоненту з відвідного газу установки для отримання рідкого чавуну, рідких продуктівпопередників сталі або губчастого заліза, причому під час першої стадії потік газу під першим значенням тиску проходить принаймні через один абсорбційний сепаратор, за допомогою чого газоподібний компонент переважно відокремлюють з відвідного газу, а під час другої стадії газоподібний компонент під другим значенням тиску, яке є меншим за перше значення тиску, переважно видаляють з абсорбційного сепаратора. Пристрій для здійснення цього способу містить щонайменше один абсорбційний сепаратор і принаймні один пристрій для створення десорбційного тиску. З публікації AT 41796 А відомий пристрій для відокремлення вуглекислого газу з відвідного газу установки для отримання губчастого заліза, який містить абсорбційний сепаратор і пристрій для створення десорбційного тиску, причому пристрій для створення десорбційного тиску виконаний у формі компресора. Використання компресора для створення максимально низького десорбційного тиску є невигідним, оскільки компресор потребує технічного обслуговування, спричиняє високі інвестиційні витрати і витрати на енергію, потребує багато площі і, крім цього, спричиняє високе шумове забруднення. Задачею винаходу є створення способу і пристрою для відокремлення принаймні одного газоподібного компоненту/з відвідного газу установки для отримання рідкого чавуну, рідких продуктів-попередників сталі або губчастого заліза, що не потребує технічного обслуговування, спричиняє нижчі інвестиційні витрати і витрати на енергію і потребує менше площі. Задача вирішена за допомогою способу, при якому друге значення тиску або десорбційний тиск створюють за допомогою принаймні одного струминного насосу, в який подають потік робочого газу під третім значенням тиску, яке є вищим за друге значення тиску. При відокремленні принаймні одного газоподібного компоненту, наприклад, вуглекислого газу (СО2) і/або водяної пари (Н2О) з відвідного газу установки для отримання рідкого чавуну, рідких продуктів-попередників сталі або губчастого заліза застосовують, згідно рівня техніки, серед іншого, абсорбційні установки змінного тиску (англ. PSA Pressure Swing Adsorption або VPSA Vacuum Pressure Swing Adsorption). Відвідний газ складається з колошникового газу, відхідного газу доменної печі, надлишкового газу або будь-якої суміші цих газів. Колошниковим газом називають використаний відновлювальний газ з доменної печі або відновної шахти. Відхідним газом називають використаний відновлювальний газ з одного або декількох реакторів з псевдозрідженим шаром. Надлишковим газом називають необхідний для регулювання регуляторний газ з плавильного газифікатора. Під час першої стадії, так званої фази абсорбції, відвідний газ проходить під першим значенням р1 тиску, так званим абсорбційним тиском, принаймні через один абсорбційний сепаратор, за допомогою чого з відвідного газу відокремлюють більшу частину газоподібного компоненту. Причому відокремлення відбувається тим краще, чим вищим може бути встановлено перше значення тиску. Оскільки абсорбційна здатність вміщеного в абсорбційний сепаратор абсорбційного засобу є обмеженою, газоподібний компонент під час другої стадії, так званої фази десорбції, під другим значенням р 2 тиску, так званим десорбційним тиском, який є меншим за перше значення тиску, необхідно видалити з абсорбційного сепаратора. Видалення газоподібного компоненту з абсорбційного сепаратора відбувається тим краще, чим нижчим може бути встановлено друге значення тиску. Згідно відповідного винаходу способу друге значення тиску створюють за допомогою принаймні одного струминного насосу, причому до приєднувача робочого газу струминного насосу подають потік робочого газу під третім значенням р3 тиску, яке є вищим за друге значення тиску. Всмоктувальний приєднувач струминного насосу з'єднують за допомогою з'єднувальної труби з десорбційним приєднувачем абсорбційного сепаратора; газ, який під час фази десорбції видаляють з одного або декількох абсорбційних сепараторів, називають залишковим газом. Фахівцю відомі струминні насоси, які часто називають також ежекторами, інжекторами або соплами Вентурі (порівн., наприклад, http://de.wikipedia.org/wiki/Strahlpumpe). Використання струминного насоса замість компресора для створення десорбційного тиску має такі переваги: нижчі витрати на придбання і витрати на енергію, менша необхідна площа і відсутність потреби проводити технічне обслуговування струминного насосу. Переважна форма виконання ґрунтується на використанні як робочого газу для струминного насосу або колошникового, відхідного, надлишкового або суміші принаймні двох цих газів. Оскільки ці гази зазвичай мають рівень тиску 0,5-5 бар і цей тиск згідно стану техніки і без цього 1 UA 104165 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 необхідно знизити, перевагою є використання наявної в робочому газі кінетичної енергії для створення десорбційного тиску, за допомогою чого отримують - у порівнянні з установками попереднього оброблення з компресорами - значно нижчі експлуатаційні та інвестиційні витрати. В одній формі виконання як відвідний газ використовують або колошниковий, відхідний, надлишковий газ або суміш принаймні двох цих газів. Перевагою є можливість відокремлення з відвідного газу або вуглекислого газу (СО 2) і/або водяної пари (Н2О), за допомогою чого підвищують або відновний потенціал і/або теплоту згорання відвідного газу. В установках прямого відновлення релевантним є підвищення відновного потенціалу відвідного газу, а в доменних печах як підвищення відновного потенціалу так і підвищення теплоти згорання. Для відокремлення вуглекислого газу і/або водяної пари в абсорбційному резервуарі переважно використовують абсорбційний засіб з цеоліту, активованого оксиду кремнію, силікагелю, активованого оксиду алюмінію, активованого вугілля або суміші принаймні двох цих речовин. Наявна в робочому газі кінетична енергія може бути використана безпосередньо для десорбції абсорбційного сепаратора, якщо робочий газ подають під тиском на 0,5-5 бар вище навколишнього тиску струминного насосу. За допомогою цього не виникає потреба в узгодженні рівня тиску (р3) робочого газу і десорбційного тиску (р 2); регулювання десорбційного тиску здійснюють або шляхом зміни витрати робочого газу, співвідношення поверхні струминного насосу або шляхом розрахунку і встановлення одного або декількох (наприклад, послідовних) струминних насосів. Особливо низький десорбційний тиск і цим самим особливо ґрунтовну десорбцію абсорбційного сепаратора і таким чином менше залишкове навантаження газоподібних компонентів, що підлягають видаленню, досягають, якщо робочий газ подають в декілька послідовно підключених струминних насоси, за допомогою чого газоподібний компонент під зниженим другим значенням тиску видаляють з абсорбційного сепаратора. В іншій формі, виконання можна подавати робочий газ в декілька паралельно під'єднанні струминні насоси, за допомогою чого газоподібний компонент під зниженим другим значенням тиску видаляють з абсорбційного сепаратора. За допомогою такої послідовності струминних насосів можна використати декілька менших струминних насосів замість одного більшого струминного насосу. Для функціонування абсорбційної установки змінного тиску абсорбційний сепаратор переважно навантажують під час фази абсорбції за допомогою першого значення тиску, тиск в абсорбційному сепараторі під час першої перехідної фази знижують за допомогою одного або декількох проміжних значень тиску з першого до другого значення тиску або тиску, який дещо перевищує друге значення тиску, абсорбційний сепаратор під час фази десорбції навантажують за допомогою другого значення тиску і зрештою тиск під час другої перехідної фази в абсорбційному сепараторі збільшують за допомогою одного або декількох проміжних значень тиску від другого до першого значення тиску. Цим уникають швидких змін тиску, що позитивно впливає на ефективність відокремлення, оскільки втрачають менше газових компонентів, які складаються з оксиду вуглецю (CO) і водню (Н2), через їх перехід у залишковий газ і крім цього, знижують компресійне навантаження абсорбційного сепаратора, а також навантаження розподільчих тарілок змінним тиском і виникнення шуму. Особливо вигідно плавно змінювати десорбційний тиск в абсорбційному сепараторі. Як альтернатива, тиск можна змінювати дискретно, тобто по ступенях, наприклад, через подачу робочого газу в струминні насоси. Тиск можна встановити особливо точно, якщо друге значення тиску або десорбційний тиск визначають за допомогою вимірювального пристрою і передають регулятору, регулятор за допомогою закону регулювання і з врахуванням заданого значення визначає регулятивну змінну і передає її виконавчому органу, причому потік робочого газу до струминного насосу змінюють таким чином, щоб тиск по можливості відповідав заданому значенню десорбційного тиску. Для уможливлення найбільш безпосереднього здійснення відповідного винаходу способу, який вирішує задачу, поставлену в основі винаходу, вигідно, щоб пристрій для створення десорбційного тиску був виконаний як струминний насос із з'єднувальною трубою між десорбційним приєднувачем абсорбційного сепаратора і всмоктувальним приєднувачем струминного насосу. У переважній формі виконання приєднувач робочого газу струминного насосу приєднують за допомогою труби для колошникового газу, відвідного газу, надлишкового газу або суміші щонайменше двох цих газів установки для отримання рідкого чавуну, рідких продуктівпопередників сталі або губчастого заліза. 2 UA 104165 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Особливо низький десорбційний тиск і цим самим особливо ґрунтовну десорбцію абсорбційного сепаратора досягають, якщо послідовно підключають декілька струминних насосів, де всмоктувальний приєднувач першого струминного насосу з'єднано з десорбційним приєднувачем абсорбційного сепаратору, відповідно напірний приєднувач попередньо розташованого струминного насосу з'єднано з всмоктувальним приєднувачем наступного за порядком розміщення струминного насосу, а всі приєднувачі робочого газу з'єднані з трубою для колошникового газу, відвідного газу, надлишкового газу або суміші щонайменше двох цих газів установки для отримання рідкого чавуну, рідких продуктів-попередників сталі або губчастого заліза. Інша форма виконання ґрунтується на тому, щоб розташувати декілька струминних насосів у вигляді паралельного підключення, всі всмоктувальні приєднувачі з десорбційним приєднувачем абсорбційного сепаратора і всі приєднувачі робочого газу з'єднані з трубою для колошникового газу, відвідного газу, надлишкового газу або суміші щонайменше двох цих газів установки для отримання рідкого чавуну, рідких продуктів-попередників сталі або губчастого заліза. Звичайно, також допускається, щоб пристрій складався з комбінації послідовних і паралельних підключень струминних насосів. В можливій формі виконання робочий газ подають в декілька послідовно з'єднаних струминних насосів, причому кожен елемент послідовного з'єднання складається з декількох паралельно з'єднаних струминних насосів. В такому випадку робочий газ, який подають в один елемент послідовного з'єднання, розподіляється на паралельно з'єднані струминні насоси. Шляхом паралельного з'єднання декількох струминних насосів зростає загальна швидкість всмоктування, що дозволяє використовувати менші струминні насоси без необхідності пристосування їх розміру до необхідної загальної швидкості всмоктування (масштабованість). За допомогою послідовного з'єднання декількох струминних насосів зменшують досяжний загальний десорбційний тиск. Для того, щоб мати змогу особливо точно встановлювати під час перехідної фази тиск в абсорбційному сепараторі, вигідно, щоб пристрій містив додатково вимірювальний пристрій для визначення десорбційного тиску, регулювальний пристрій і виконавчий орган в трубі для робочого газу струминного насосу. Додаткові переваги і особливості даного винаходу отримують з подальшого опису без обмеження прикладів виконання, причому роблять посилання на наступні фігури, на яких схематично зображено: Фіг. 1 Плавильно-відновна установка на основі рудного дрібняку з абсорбційною установкою змінного тиску для відокремлення СО2 і Н2О. Фіг. 2 Абсорбційна установка змінного тиску для відокремлення СО2 і Н2О. Фіг. 3 Доменна піч з абсорбційною установкою змінного тиску для відокремлення СО 2 і Н2О. Фіг. 4 Два струминних насоси. Фіг. 5 Послідовне з'єднання струминних насосів. Фіг. 6 Паралельне з'єднання струминних насосів. На наступних фігурах напрямки руху потоку вказані за допомогою стрілок. На Фіг. 1 зображено плавильно-відновну установку для отримання рідкого чавуну на основі рудного дрібняку. При цьому рудний дрібняк, у разі потреби, з присадками попередньо відновлюють на каскаді декількох реакторів 3 попереднього відновлення (зображено чотири реактори з псевдозрідженим шаром, як варіант вибору, можливі 2 або 3) і після цього завантажують у відновний реактор 2. У відновному реакторі 2 здійснюють подальше відновлення і попереднє підігрівання завантажених речовин. Також можна відмовитися від додаткового відновлення у відновному реакторі 2, за допомогою чого випадають скрубер 4 і труба для колошникового газу 13. Попереднє відновлення у реакторах 3 попереднього відновлення або відновлення у відновному реакторі 2 здійснюють за допомогою утвореного в плавильному газифікаторі 1 відновлювального газу 9, який після знепилення проводять через відновний реактор 2 і послідовно через окремі реактори 3 попереднього відновлення. Надлишковий обсяг газу або змішують після абсорбційної очистки газу в скрубері 4b і стиснення за допомогою компресора 5b як охолоджувальний газ 18 з очищеним відвідним газом 15, або знову використовують після абсорбційної очистки в скрубері 4с як надлишковий газ 11. Для підвищення енергоефективності всього процесу можна відмовитися від труби для охолоджувального газу 18 зі скрубером 4с і компресором 5b. Відхідний газ 10 відводять за напрямком його потоку з останнього реактора 3 попереднього відновлення і очищують в скрубері 4а. Відвідний газ 14 плавильно-відновної установки складається з частини відхідного газу 10 доменної печі, яку відводять перед регулятором 23 тиску, з колошникового газу 13 і надлишкового газу 11. Регулятор 23 тиску має задачу утримувати на сталому рівні тиск 3 UA 104165 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відхідного газу 10 доменної печі і регулювати тиск підкачування компресора 5а і початковий тиск робочого газу; другу частину відхідного газу 10 доменної печі подають в струминний насос 7 як робочий газ. Відвідний газ 14 стискають за допомогою компресора 5а, охолоджують за допомогою газоохолоджувача 26 і подають під першим значенням тиску р 1 щонайменше в один абсорбційний сепаратор абсорбційної установки 6 змінного тиску для відокремлення вуглекислого газу (СО2) і/або водяної пари (Н2О). Очищений шляхом відокремлення СО2 і/або Н2О відвідний газ 15 після цього змішують з відновлювальним газом 9 і надалі використовують в процесі; при цьому не грає ролі подача очищеного відвідного газу 15 перед чи після циклону для гарячого газу. В одній не представленій формі виконання очищений відвідний газ 15 або його частина може бути підігріта за допомогою нагрівача. За допомогою проходження робочого газу через струминний насос 7 під третім значенням р3 тиску, створюють друге значення р2 тиску або десорбційний тиск (р2