Спосіб відновлення оксидів металів з використанням коксового газу і установка для здійснення способу

Реферат: Винахід стосується відновлення оксидів металів з використанням газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень. При цьому газовий потік, що містить як вуглеводень, так і водень, розділяють на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію. Після цього щонайменше одну порцію збагаченої вуглеводнем фракції піддають обробці щонайменше в одній операції з групи - окислення технічно чистим киснем, - риформінг за допомогою СО2 і Н2О. Потім вона як щонайменше компонент відновного газу вводиться у відновний реактор, що містить оксиди металів. При цьому вміст вуглеводню в результаті щонайменше однієї операції з вказаної групи регулюють таким чином, що вміст вуглеводню у відновному газі на вході у відновний реактор складає менше 12 % за об'ємом. Винахід також стосується установки для виконання такого способу. UA 111488 C2 (12) UA 111488 C2 UA 111488 C2 5 10 15 Опис Галузь техніки, до якої належить винахід Даний винахід стосується способу відновлення оксидів металів, переважно оксидів заліза, з використанням газового потоку, який містить як вуглеводень, так і водень. Він також стосується установки для виконання такого способу. Рівень техніки Коксовий газ утворюється при одержанні коксу в металургійних комплексах або автономних виробничих установках, і до цих пір застосовується, наприклад, для підтримки теплотворної здатності колошникового газу доменної печі перед його використанням у доменних повітронагрівачах, як газоподібне паливо в методичних печах для нагріву слябів або печах з роликовим подом, і для виробництва електроенергії на електростанціях. Як основні компоненти він містить як вуглеводень, наприклад, один або більше вуглеводнів C nH2n+2, причому n може складати 1, або 2, або 3, або 4; проте головним чином метан, тобто n=1, так і водень. У багатьох металургійних комплексах коксовий газ також застосовується для одержання технічно чистого водню, наприклад, для використання в печах для відпалу. Склад коксового газу, який типово утворюється в металургійних комплексах, є таким: Аналітичний склад коксового газу (сухого) H2 % за об'ємом N2 % за об'ємом CO % за об'ємом CH4 % за об'ємом CnHm % за об'ємом CO2 % за об'ємом H2O % за об'ємом 3 H2S г/норм.м 3 Смола г/норм.м 3 Пил г/норм.м Залишок % за об'ємом 20 25 30 35 40 45 65 2,5 6 22 3 1,5 Насичений 0,35 5 5 62,1 У тому числі в залишку 6,2 21,4 У тому числі в залишку У тому числі в залишку У тому числі в залишку Не має відношення Не має відношення Не має відношення 10,3 Хоча коксовий газ містить компоненти, придатні для відновлення оксидів металів взагалі, і оксидів заліза зокрема, такі як водень і монооксид вуглецю, проте для відновлення оксидів металів, зокрема, оксидів заліза, у відновному реакторі може використовуватися лише обмежено зважаючи на присутність вуглеводнів, оскільки при введенні коксового газу у відновний реактор протікають високоендотермічні реакції вуглеводнів, наприклад, з вуглеводнем СН4: CH4→2H2+C крекінг ΔH298=+74,86 [кДж/моль] 3Fe+CH4→Fe3C+2H2 вуглецювання ΔH298=+99,7 [кДж/моль], які дуже сильно знижували б температуру відновлення, що, у свою чергу, значно обмежувало б продуктивність відновного реактора. Сутність винаходу Технічна задача Задача даного винаходу полягає у створенні способу, який забезпечує можливість використання газового потоку, що містить вуглеводень, а також водень, для відновлення оксидів металів. Рівним чином, задачею є створення установки для виконання такого способу. Технічне рішення Ця задача згідно з винаходом вирішена за допомогою способу відновлення оксидів металів з використанням газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень, який відрізняється тим, що газовий потік, який містить як вуглеводень, так і водень, розділяється на збагачену воднем фракцію і на збагачену вуглеводнем фракцію, і після цього щонайменше одна порція збагаченої вуглеводнем фракції піддається обробці щонайменше в одній операції з групи - окислення технічно чистим киснем, - риформінгу за допомогою СО2 і Н2О, і потім, щонайменше як компонент відновного газу, вводиться у відновний реактор, що містить оксиди металів, причому вміст вуглеводню таким чином регулюється за допомогою щонайменше однєї операції з вказаної групи, 1 UA 111488 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 що вміст вуглеводню у відновному газі на вході у відновний реактор складає нижче 12 % за об'ємом, переважно нижче 10 % за об'ємом, особливо переважно нижче 8 % за об'ємом. При цьому оксиди металів можуть бути, наприклад, оксидами заліза, або оксидами нікелю, міді, свинцю, кобальту. Відновлення оксидів металів переважно здійснюється до значно металізованого металу - це означає, що ступінь металізації є більшою або такою, що дорівнює 90 %, переважно більшою або такою, що дорівнює 92 % -, наприклад, до губчастого заліза. Переважні результати винаходу Газовий потік, який містить як вуглеводень, так і водень, може містити один, або два або більше типів вуглеводню. Наприклад, він містить нижчі насичені вуглеводні C nH2n+2, причому дійсне значення n=1, тобто, метан, або n=2, тобто, етан, або n=3, тобто пропан, або n=4, тобто, бутан або ізобутан. Він також може містити нижчі, однократно або багато разів ненасичені вуглеводні, причому, наприклад, справедлива формула C nH2n, наприклад, етилен. Він також може містити ароматичні вуглеводні, наприклад, такі як бензол або толуол. У газовому потоці, який містить як вуглеводень, так і водень, також можуть міститися вуглеводні одного або більше типів із загальною формулою CnHm, причому "m" може складати m=n m=2n m=2n+2. Згідно з винаходом, газовий потік, який містить як вуглеводень, так і водень, розділяється на збагачену воднем фракцію і на збагачену вуглеводнем фракцію. При цьому збагачена вуглеводнем фракція містить не лише вуглеводні, але і ще інші компоненти, такі як аргон, азот, монооксид вуглецю, діоксид вуглецю і водяну пару. Найменування "збагачена вуглеводнем" вказує на те, що ця фракція у порівнянні з газовим потоком, який містить як вуглеводень, так і водень, має вищий вміст вуглеводню. Збагачена воднем фракція містить не лише водень. Найменування "збагачена воднем" вказує на те, що ця фракція, у порівнянні з газовим потоком, який містить як вуглеводень, так і водень, має вищий вміст водню. Після розділення щонайменше одна порція одержаної при розділенні збагаченої вуглеводнем фракції піддається обробці щонайменше в одній операції з групи - окислення технічно чистим киснем, - риформінгу за допомогою СО2 і Н2О. Вона також може бути піддана обробці в комбінації цих обох операцій. В разі комбінації переважно спочатку виконується часткове окислення технічно чистим киснем з метою підвищення температури, і потім риформінг за допомогою СО2 і Н2О, наприклад, в умовах автотермічного риформінгу. При автотермічному риформінгу не потрібне жодне розігрівання риформінг-установки, завдяки чому підводити газоподібне паливо в установку автотермічного риформінгу не потрібно. Це економить капіталовкладення на спорудження риформінг-установки і скорочує викиди відхідних газів з неї. При цьому в ході окислення окислюється не вся кількість речовини, що складається з вуглеводнів, а лише частина кількості речовини, що складається з вуглеводнів, що в рамках даної заявки називається також частковим окисленням. При цьому в ході риформінгу піддається риформінгу не вся кількість речовини, що складається з вуглеводнів, а лише переважаюча частина кількості речовини, що складається з вуглеводнів. В результаті вказаних операцій, окремо або в комбінації, вміст вуглеводнів знижується. Після того, як щонайменше одна порція одержаної при розділенні збагаченої вуглеводнем фракції була піддана обробці щонайменше в одній операції з вказаної групи, вона, щонайменше як компонент відновного газу, вводиться у відновний реактор, який містить оксиди металів - під цим, звичайно, мається на увазі, що вводиться продукт, одержаний в одній або більше операціях. Вираження "щонайменше як компонент відновного газу" означає, що відновний газ може містити також інші компоненти, які при необхідності домішуються перед тим, як одержана при домішуванні суміш вводиться у відновний реактор як відновний газ. Згідно з винаходом, вміст вуглеводню в порції таким чином регулюється за допомогою щонайменше одної операції з вказаної групи, що вміст вуглеводню у відновному газі на вході у відновний реактор складає нижче 12 % за об'ємом, переважно нижче 10 % за об'ємом, особливо переважно нижче 8 % за об'ємом, але вище 1 % за об'ємом, переважно вище 2 % за об'ємом, особливо переважно більше 3 % за об'ємом. При цьому вказані межі є включеними у діапазон. Чим вище вміст вуглеводню у відновному газі на вході у відновний реактор, тим на 2 UA 111488 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вищий рівень має бути відрегульована температура відновлення - в разі шахтних відновних реакторів як відновний реактор також звана температурою газу з кільцевого трубопроводу гарячого дуття - і, відповідно, тим нижче стає продуктивність установки. При відрегульованому згідно з винаходом вмісті вуглеводню температура відновлення знижується внаслідок меншої участі ендотермічних реакцій вуглеводнів не настільки сильно, щоб продуктивність відновного реактора скоротилася нижче економічно прийнятного рівня. Нижня межа вмісту вуглеводню, наприклад, при відновленні оксидів заліза, визначається необхідним вмістом вуглецю - зв'язаного у вигляді Fe3C вуглецю або елементарного вуглецю - у поновлювальному продукті для сталеплавильного підприємства - наприклад, в такому разі печі електродуги. Із зростанням вмісту вуглецю у поновлювальному продукті знижується витрата енергії при подальшій обробці в печі електродуги. Вміст вуглеводню у відновному газі на вході у відновний реактор на рівні нижньої межі регулюється, наприклад, для одержання мінімального вмісту вуглецю у губчастому залізі, зокрема, у формі Fe 3C, і відповідно, такий вміст вуглеводню за обставин потрібний для контролю температури у відновному реакторі. Більш того, наприклад, при одержанні губчастого заліза установки для гарячого брикетування - HBIустановки, причому "HBI" означає "гарячебрикетоване залізо, ГБЗ" - яке є звичайним для DRустановок - де "DR" означає "пряме відновлення" - також вимагають визначеної мінімальної температури для брикетування - переважно >650С, щоб уникнути підвищених витрат на 3 технічне обслуговування, і для досягнення щільності продукту >5 г/см , - які не можуть бути досягнуті при дуже сильному охолодженні DRI-установки (заліза прямого відновлення) у відновному реакторі внаслідок ендотермічних реакцій. Згідно з одним переважним варіантом виконання газовий потік, який містить як вуглеводень, так і водень, є коксовим газом. Оскільки коксовий газ в більшості випадків так чи інакше утворюється в металургійному комплексі або в автономній коксувальній установці, він переважно використовується лише для вироблення електроенергії або, відповідно, марно спалюється у факелі. За допомогою ж відповідного винаходу способу він може бути застосований для ефективного одержання заліза; рівень використання матеріалів, який досягається при цьому, виявляється таким, що має вищу ефективність, ніж, наприклад, використання для виробництва електроенергії. Під металургійним комплексом слід розуміти сталеплавильне підприємство, яке, окрім всього іншого, складається з коксохімічного виробництва, агломераційної установки і доменної печі. Газовий потік, який містить як вуглеводень, так і водень, може бути також газом, одержаним з установки для газифікації вугілля. Згідно з одним переважним варіантом виконання, розділення газового потоку, який містить як вуглеводень, так і водень, на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію виконується щонайменше в одній операції з групи - адсорбції при змінному тиску, - мембранного розділення. Адсорбція при змінному тиску здійснюється, наприклад, в PSA- або VPSA-установці, причому "PSA" означає "короткоциклове безнагрівне адсорбційне розділення при змінному тиску", і "VPSA" означає "вакуумно-напірну короткоциклову безнагрівну адсорбцію". Найпереважніше перед процесом адсорбції при змінному тиску виконується попереднє очищення газового потоку, наприклад, у пристрої попереднього очищення, для відділення смоли і пилу за допомогою смоловловлювальних фільтрів з волокон або адсорбуючих матеріалів. При відповідному конструктивному рішенні в плані габаритів устаткування установок для адсорбції при змінному тиску, і при експлуатації з належним чином налагодженою тривалістю циклів, газовий потік, який містить як вуглеводень, так і водень, наприклад, такий як коксовий газ, може бути роздільний на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію завдяки різній здатності адсорбуватися в PSA-установці або VPSA-установці. Водень одержується на продуктовій стороні практично без помітної втрати тиску. Збагачена вуглеводнем фракція виходить при дуже низькому тиску або у вакуумі, і згодом стискається до тиску, необхідного для подальших етапів технологічного процесу. При мембранному розділенні, розділення здійснюється на основі різної проникності мембрани. При цьому водень одержується у концентрованому стані на стороні мембрани з нижчим тиском. Згідно з одним переважному варіанту виконання, щонайменше одна частина щонайменше одної порції збагаченої вуглеводнем фракції, яка була піддана обробці щонайменше в одній операції з групи - окислення технічно чистим киснем, - риформінгу за допомогою СО2 і Н2О 3 UA 111488 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 змішується з додатковим відновним газом, перш ніж одержана при цьому суміш цих обох компонентів як відновний газ буде введена у відновний реактор, що містить оксиди металів. При цьому відновний газ, що вводиться у відновний реактор, який містить оксиди металів, генерується змішенням двох компонентів, причому один компонент одержаний шляхом окислення і/або риформінгу щонайменше однієї порції збагаченої вуглеводнем фракції. При веденні процесу таким шляхом також інші гази з відновною здатністю можуть бути використані як речовини для відновлення оксидів металів, для чого вони домішуються як додатковий відновний газ. В установці для виконання такого відповідного винаходу способу передбачені відповідні підвідні трубопроводи для приєднання додаткових відновних газів до частини або, за обставин, до всієї кількості збагаченої вуглеводнем фракції, яка була піддана обробці щонайменше в одній операції з групи - окислення технічно чистим киснем, - риформінгу за допомогою СО2 і Н2О. Згідно з одним переважним варіантом виконання, сумішеве співвідношення обох компонентів регулюється залежно від заданого значення температури для суміші. Цим шляхом забезпечується те, що відновний газ знаходиться у технологічно і економічно сприятливому для відновлення оксидів металів температурному діапазоні. Регулюванням температури може бути налагоджена кінетично оптимальна швидкість реакції у відновному реакторі. Крім того, може бути оптимізована ефективність попереднього нагрівання відновного газу. В установці для виконання відповідного винаходу способу передбачені відповідні пристрої для регулювання сумішевого співвідношення, а також пристрою для виміру температури, щоб вимірювати температуру суміші, і для виміру температур компонентів. Згідно з одним переважним варіантом виконання, обидва компонента змішуються після того, як додатковий відновний газ був нагрітий в газовій печі. Це дозволяє поліпшити регулювання температури відновного газу. Температура відновного газу переважно має бути в діапазоні 7801050С, залежно від співвідношення "Н2/СО" у відновному газі. Згідно з одним переважним варіантом виконання, з відновного реактора виводиться колошниковий газ, і додатковий відновний газ, щонайменше частково, одержується змішуванням знепиленого і значною мірою очищеного від СО 2 колошникового газу і щонайменше одного з додаткових газів. Цим шляхом поновлюючі компоненти (СО і Н2), що ще містяться в колошниковому газі, знов використовуються для відновлення оксидів металів. При цьому щонайменше один додатковий газ переважно включає збагачену воднем фракцію, одержану при розділенні газового потоку, переважно коксового газу, який містить як вуглеводень, так і водень. При цьому наявний в цій фракції відновний потенціал також використовується для відновлення оксидів металів; використовується перш за все завдяки тому, що така кінетична характеристика, як швидкість відновлення воднем, як правило, є вищою: 3Fe2О3+H2→2Fe3О4+H2О ΔH298=-2,72 [кДж/моль] Fe3О4+H2→3FeO+H2О ΔH298=+59,83 [кДж/моль] FeO+3H2→Fe+2H2+H2О ΔH298=+29,60 [кДж/моль] Газова піч переважно працює на газоподібному паливі, яке, щонайменше частково, складається щонайменше з одного газу з групи - залишкового газу, одержаного при видаленні СО2 з колошникового газу, - колошникового газу, - газового потоку, переважно коксового газу, що містить як вуглеводень, так і водень, - збагаченої воднем фракції, одержаної розділенням газового потоку, переважно коксового газу, що містить як вуглеводень, так і водень, - збагаченої вуглеводнем фракції, одержаної розділенням газового потоку, переважно коксового газу, що містить як вуглеводень, так і водень. Таким чином, ці гази використовуються в способі відновлення оксидів металів, чим підвищується його рентабельність. При використанні збагачених воднем газів для нижнього обігріву газової печі можуть підтримуватися на відповідному низькому рівні викиди СО 2. В установці для виконання відповідного винаходу способу є окремі, багато або всі відповідні підвідні трубопроводи для подачі газоподібного палива у газову піч: - трубопровід, що підводить залишковий газ, для подачі залишкового газу, одержаного при видаленні СО2 з колошникового газу, який виходить з установки для видалення СО 2, - трубопровід, що підводить колошниковий газ, для подачі колошникового газу, який виходить з випускного трубопроводу колошникового газу, що виводить колошниковий газ з відновного реактора, 4 UA 111488 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - трубопровід, що підводить горючий газ, для подачі газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень, який виходить з вхідного трубопроводу для газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень, який сам приєднаний до установки для розділення газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію, - трубопровід, що підводить горючий газ, для подачі збагаченої воднем фракції, одержаної розділенням газового потоку, переважно коксового газу, що містить як вуглеводень, так і водень, який виходить з установки для розділення газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію, або з випускного трубопроводу для збагаченої воднем фракції, який сам відгалужується від установки для розділення газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень, на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію, - трубопровід, що підводить горючий газ, для подачі збагаченої вуглеводнем фракції, одержаної розділенням газового потоку, переважно коксового газу, що містить як вуглеводень, так і водень, який виходить з підвідного трубопроводу для збагаченої вуглеводнем фракції, який сам виходить з установки для розділення газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень, на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію, або від установки для розділення газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень, на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію. Переважно відновний реактор є шахтним відновним реактором, і перша порція збагаченої вуглеводнем фракції вводиться безпосередньо у шахтний відновний реактор, і друга порція збагаченої вуглеводнем фракції перед її введенням у шахтний відновний реактор піддається обробці щонайменше в одній операції з групи - окислення технічно чистим киснем, - риформінгу за допомогою СО2 і Н2О, і потім, щонайменше як компонент відновного газу, вводиться у відновний реактор, що містить оксиди металів, причому вміст вуглеводню в результаті щонайменше одної операції з вказаної групи регулюється таким чином, що вміст вуглеводню у відновному газі на вході у відновний реактор складає нижче 12 % за об'ємом, переважно нижче 10 % за об'ємом, особливо переважно нижче 8 % за об'ємом. Перша порція тим самим може бути використана для вуглецювання утворюваного у відновному реакторі металу; наприклад, може бути застосована для вуглецювання металевого заліза. До збагаченої вуглеводнем фракції перед риформінгом за допомогою СО2 і Н2О переважно домішується газовий потік, що містить щонайменше СО 2 і/або Н2О. При цьому мова може йти, наприклад, про водяну пару, залишковий газ з процесу видалення СО 2 - наприклад, з видалення СО2 з колошникового газу -, колошниковий газ з відновного реактора, або конвертерний газ. Також може бути додана вода. Тим самим ці гази використовуються в способі відновлення оксидів металів, що підвищує його рентабельність і скорочує викиди у довкілля, оскільки СО 2 знову перетворюється на СО. Відповідні підвідні трубопроводи для подачі одного або багатьох з цих газів, які виходять з установок, що виробляють такі гази, або, відповідно, трубопроводів, що пропускають такі гази, є в установці для здійснення відповідного винаходу способу. У збагаченій вуглеводнем фракції також є підвищений вміст H2S. Тому згідно з одним переважним варіантом виконання проводиться знесірчення збагаченої вуглеводнем фракції, перш ніж вона буде піддана обробці щонайменше в одній операції з групи - окислення технічно чистим киснем, або - риформінгу за допомогою СО2 і Н2О. Тим самим може бути понижений вміст сірки у значною мірою металізованому металі. В такому разі в установці для здійснення відповідного винаходу способу, у підвідному трубопроводі 3 для збагаченої вуглеводнем фракції, є пристрій для видалення сірки, до того, як він - якщо дивитися по напряму течії - буде приєднаний до установки для проведення однієї операції з групи - окислення технічно чистим киснем, 5 UA 111488 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - риформінгу за допомогою СО2 і Н2О. Відповідний винаходу спосіб має такі переваги: - ефективне використання коксового газу для відновлення оксидів металів, зокрема, для відновлення оксидів заліза при одержанні губчастого заліза - перевага перед виконуваним до цих пір згідно з прототипом термічним використанням коксового газу, - порівняно до використання природного газу для відновлення оксидів металів, зокрема, для відновлення оксидів заліза при одержанні губчастого заліза, велика економічна перевага перед природним газом, оскільки коксовий газ одержується з нижчими витратами, - дуже сприятливий для довкілля спосіб, зокрема, завдяки низьким рівнем викидів СО 2 і NOx, оскільки, з одного боку, в деяких варіантах виконання для відновлення може бути використаний дуже збагачений воднем газ, і, з іншого боку, при використанні збіднених вуглецем газів у риформінг-установці і/або газовій печі їх викиди можуть бути ще більш скорочені, - більш того, частина викидів СО2 з риформінг-установки також може бути перетворена у СО, і згодом може бути використана для відновлення. Питомий коефіцієнт емісії вуглецю в разі коксового газу складає 43,7 кг СО 2/ГДж палива, тоді як для природного газу досягає 55,7 кг СО 2/ГДж палива. Тим самим використання коксового газу є значно сприятливішим для довкілля, ніж використання природного газу. Додатковим предметом даної заявки є установка для здійснення відповідного винаходу способу з відновним реактором для відновлення оксидів металів, з пристроєм для розділення газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію, з відхідним від нього трубопроводом для збагаченої вуглеводнем фракції, який входить у пристрій для проведення однієї операції з групи - окислення технічно чистим киснем, - риформінгу за допомогою СО2 і Н2О, і з одним або більше підвідними трубопроводами для подачі щонайменше одного газового потоку з групи - збагаченої вуглеводнем фракції, - газового потоку, одержаного в пристрої для проведення окислення технічно чистим киснем, - газового потоку, одержаного в пристрої для проведення риформінгу за допомогою СО2 і Н2О, у відновний реактор. Пристрій для розділення газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень, на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію переважно є пристроєм для розділення коксового газу на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію. Пристрій для розділення газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень, на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію переважно є пристроєм з групи - пристрої для адсорбції при змінному тиску, - пристрої для мембранного розділення. Один або більше підвідних трубопроводів переважно входять у відновний реактор, причому перед входом щонайменше одного з підвідних трубопроводів у відновний реактор до цього підвідного трубопроводу приєднаний трубопровід додаткового відновного газу для подачі додаткового відновного газу у відновний реактор. Перед з'єднанням трубопроводу для додаткового відновного газу з підвідним трубопроводом у трубопроводі для додаткового відновного газу передбачена газова піч. Переважно є "х" підвідних трубопроводів, причому "х" складає більше 2 або дорівнює 2, з яких при максимальному числі "х-1" підвідних трубопроводів передбачено, що перед місцем приєднання щонайменше одного з підвідних трубопроводів до відновного реактора до цього підвідного трубопроводу приєднаний трубопровід для додаткового відновного газу для подачі додаткового відновного газу у відновний реактор. В цьому випадку є щонайменше один підвідний трубопровід, до якого не приєднаний трубопровід для додаткового відновного газу. Тим самим одна порція збагаченої вуглеводнем фракції може бути безпосередньо направлена у шахтний відновний реактор, без змішення з додатковим відновним газом; ця порція може бути використана, наприклад, для вуглецювання одержаного у відновному реакторі металу; наприклад, вона може бути застосована для вуглецювання металевого заліза. 6 UA 111488 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Згідно з одним переважним варіантом виконання, відновний реактор є шахтним відновним реактором, наприклад, шахтний відновний реактор з нерухомим шаром, для проведення процесу відновлення типу MIDREX® або HYL®. Згідно з одним варіантом виконання, відновний реактор є каскадом псевдозріджених шарів. Короткий опис креслень За допомогою нижченаведених схематичних і приведених як приклад Фігур винахід роз'яснюється за допомогою варіантів здійснення. Фігура 1 показує установку для виконання відповідного винаходу способу, в якій коксовий газ розділяється на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію, і остання піддається окисленню, перш ніж як частина відновного газу буде введена у шахтний відновний реактор. Фігура 2 показує аналогічну Фігурі 1 установку для виконання способу з тією відмінністю, що збагачена вуглеводнем фракція піддається риформінгу за допомогою СО 2 і Н2О, перш ніж як частина відновного газу буде введена у шахтний відновний реактор. Фігура 3 показує відповідні винаходу установку і технологічний процес, які в основному відрізняються від Фігури 1 тим, що як відновний реактор передбачений каскад псевдозріджених шарів, і як пристрій для розділення коксового газу замість пристрою для адсорбції при змінному тиску передбачений пристрій для мембранного розділення. Фігура 4 показує відповідні винаходу установку і технологічний процес, які відрізняються від Фігури 1 головним чином тим, що як відновний реактор передбачений каскад псевдозріджених шарів, і як пристрій для розділення коксового газу замість пристрою для адсорбції при змінному тиску передбачений пристрій для мембранного розділення. Опис варіантів здійснення винаходу Фігура 1 показує установку для виконання відповідного винаходу способу. Вона як відновний реактор для відновлення оксидів металів включає шахтний відновний реактор 1, який містить залізняк, тобто оксиди заліза. Вона також включає пристрій для розділення газового потоку, що містить як вуглеводень, так і водень, в цьому випадку PSA- або VPSA-установку 2, що діє на основі адсорбції при змінному тиску, на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію. В даному прикладі газовий потік, що містить як вуглеводень, так і водень, є коксовим газом. З PSA- або VPSA-установки 2 відходить підвідний трубопровід 3 для збагаченої вуглеводнем фракції, який входить у пристрій 4 для проведення окислення технічно чистим киснем. В цьому пристрої 4 для проведення окислення технічно чистим киснем збагачена вуглеводнем фракція частково окислюється; тобто, відбувається окислення не всієї кількості речовини, а лише частини кількості речовини збагаченої вуглеводнем фракції. Через підвідний трубопровід 5 для введення газового потоку, одержаного в пристрої 4 для проведення окислення технічно чистим киснем, він подається у шахтний відновний реактор 1 як компонент відновного газу. При частковому окисленні вміст вуглеводню регулюється таким чином, що вміст вуглеводню у відновному газі на вході в шахтний відновний реактор складає нижче 12 % за об'ємом. Газовий потік, одержаний в пристрої 4 для проведення окислення технічно чистим киснем, змішується з додатковим відновним газом, одержана при цьому суміш як відновний газ вводиться у шахтний відновний реактор 1. Обидва компонента відновного газу змішуються після того, як додатковий відновний газ був нагрітий в газовій печі 6. Додатковий відновний газ домішується через трубопровід 7 для додаткового відновного газу, призначений для подачі додаткового відновного газу у відновний реактор 1, причому трубопровід 7 для відновного газу приєднаний до підвідного трубопроводу 5. Таким чином, через підвідний трубопровід 5 у шахтний відновний реактор 1 вводиться як газовий потік, одержаний в пристрої 4 для проведення окислення технічно чистим киснем, так і додатковий відновний газ, а саме, у вигляді суміші, яка називається відновним газом. Температурний режим додаткового відновного газу, який нагрівається в газовій печі 6, регулюється залежно від заданої температури суміші. Газова піч 6 розміщена в трубопроводі 7 для додаткового відновного газу. Колошниковий газ з шахтного відновного реактора 1 виводиться через трубопровід 8 для колошникового газу. У представленому прикладі додатковий відновний газ одержується змішенням знепиленого - для чого в трубопроводі 8 для колошникового газу передбачений газопромивник 9 - і значною мірою звільненого від СО2 - для чого в трубопроводі 8 для колошникового газу є пристрій 10 для видалення СО 2 - колошникового газу і додаткового газу. Додатковий газ є збагаченою воднем фракцією, одержаною при розділенні коксового газу. Газова піч 6 опалюється газоподібним паливом. Газоподібне паливо згорає при підведенні повітря через повітропровідний трубопровід 11, приєднаний до газового пальника. Газоподібне паливо складається з газів з групи 7 UA 111488 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - залишкового газу, одержаного при видаленні СО2 з колошникового газу, - колошникового газу, - коксового газу, - збагаченої воднем фракції, одержаної розділенням коксового газу. Для введення цих газів у газовий пальник 6 - передбачений трубопровід 12, що підводить залишковий газ, для подачі одержаного при видаленні СО2 з колошникового газу залишкового газу, який виходить з установки 10 для видалення СО2 і приєднаний до газового пальника, - передбачений трубопровід 13, що підводить колошниковий газ, для подачі колошникового газу, який відгалужується від трубопроводу 8, що виводить колошниковий газ, для колошникового газу з відновного реактора і приєднаний до газового пальника, - передбачений трубопровід 14, що підводить коксовий газ, для подачі коксового газу, який відгалужується від вхідного трубопроводу 15 для коксового газу і приєднаний до трубопроводу 13, що підводить колошниковий газ, - передбачений трубопровід 16, що підводить водневу фракцію, який відгалужується від випускного трубопроводу 17 для водневої фракції, що відходить від PSA- або VPSA-установки 2, і приєднаний до трубопроводу 14, що підводить коксовий газ. Тим самим додатковий відновний газ може бути одержаний змішенням знепиленого і значною мірою звільненого від СО2 колошникового газу і одержаною розділенням коксового газу збагаченої воднем фракції, причому до трубопроводу 7 приєднані як випускний трубопровід 17 для водневої фракції, так і випускний трубопровід 8 для колошникового газу. Вхідний трубопровід 15 для коксового газу виходить з непоказаного джерела коксового газу і приєднаний до PSA- або VPSA-установки 2. У представленій на Фігурі 1 установці передбачено два підвідні трубопроводи приєднаних до шахтного відновного реактора 1. Підвідний трубопровід 5, званий першим підвідним трубопроводом, вже був обговорений. Додатковий підвідний трубопровід, званий другим підвідним трубопроводом 18, відгалужується від підвідного трубопроводу 3 для збагаченої вуглеводнем фракції і приєднаний до шахтного відновного реактора. Через цей другий підвідний трубопровід 18 одна порція збагаченої вуглеводнем фракції може бути безпосередньо введена у шахтний відновний реактор. Ця порція тим самим може бути використана для вуглецювання одержаного в шахтному відновному реакторі 1 металевого заліза, в цьому випадку губчастого заліза. Трубопровід для охолоджувального газу для подачі охолоджувального газу у шахтний відновний реактор 1 не представлений з міркувань наочності; в принципі ж з ціллю вуглецювання могла б також бути домішана порція збагаченої вуглеводнем фракції через відповідне відгалуження від підвідного трубопроводу 3 для збагаченої вуглеводнем фракції, яке приєднане до трубопроводу для охолоджувального газу. У розміщеному у вхідному трубопроводі 15 для коксового газу пристрої 19 для відфільтровування смоли з коксового газу видаляється смола. У пальнику 20 додатковий відновний газ при подачі технічно чистого кисню може частково окислюватися, якщо це бажано для підвищення температури. З міркувань наочності, не приведено зображення несуттєвих для даного винаходу деталей пристроїв, наприклад, зображення різних компресорів, обвідних трубопроводів, газометрів, газоохолоджувачів, димаря з факелом. На Фігурі 2, при аналогічних в останньому установці і технологічному процесі, збагачена вуглеводнем фракція замість часткового окислення піддається риформінгу за допомогою СО2 і Н2О, перш ніж як частина відновного газу буде введена у шахтний відновний реактор. Однакові з Фігурою 1 деталі установки і етапи процесу тут здебільше не будуть знов описані, і для кращої наочності не внесені кодові номери позицій однакових деталей установки. Риформінг відбувається в пристрої для проведення риформінгу за допомогою СО 2 і Н2О, тут риформінгустановки 21, до якої приєднаний підвідний трубопровід 3 для збагаченої вуглеводнем фракції. Відхідний газ з риформінг-установки 21 через теплообмінник 22 використовується для нагрівання збагаченої вуглеводнем фракції перед вступом у риформінг-установку 21. Через багаточисельні підвідні трубопроводи 23а, 23b, які приєднані до підвідного трубопроводу 3 для збагаченої вуглеводнем фракції, до збагаченої вуглеводнем фракції перед входом у риформінг-установку 21 домішуються багаточисельні СО2-вмісні газові потоки. Через живильний трубопровід 23а домішується залишковий газ з установки 10 для видалення СО2; живильний трубопровід 23а відгалужується від трубопроводу 12, що підводить залишковий газ. Через живильний трубопровід 23b домішується колошниковий газ. Через водопідвідний трубопровід 24, який приєднаний до підвідного трубопроводу 3, що підводить збагачену 8 UA 111488 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вуглеводнем фракцію, до збагаченої вуглеводнем фракції перед вступом у риформінг-установку 21 домішується водяна пара і/або вода. Риформінг-установка 21 може опалюватися колошниковим газом, коксовим газом або збагаченою вуглеводнем фракцією; відповідні приєднані до риформінг-установки 21 трубопроводи не показані ради наочності. Через відгалуження 29, яке відходить від другого підвідного трубопроводу 18 і приєднане до першого підвідного трубопроводу 5, може бути скоректований вміст вуглеводню у відновному газі на вході у шахтний відновний реактор 1 шляхом введення збагаченої вуглеводнем фракції. На Фігурі 3 відновний реактор оснащений каскадом 25 псевдозріджених шарів, в якому з останнього, якщо дивитися по напряму протікання відновного газу, реактора 26 з псевдозрідженим шаром виводиться колошниковий газ; трубопровід для колошникового газу позначений кодовим номером 8 позиції, як трубопровід 5 для колошникового газу на Фігурі 1. Підвідний трубопровід 5, який на Фігурі 1 змальований приєднаним до шахтного відновного реактора 1, на Фігурі 3 аналогічно представлений таким, що входить у перший - якщо дивитися по напряму потоку відновного газу - реактор 27 з псевдозрідженим шаром. Як пристрій для розділення коксового газу - замість пристрою для адсорбції при змінному тиску, як на Фігурі 1 передбачений пристрій 28 для мембранного розділення. Через відгалуження від підвідного трубопроводу 3 для збагаченої вуглеводнем фракції, збагачена вуглеводнем фракція може бути введена у перший підвідний трубопровід 5, чим забезпечується можливість впливу на вміст вуглеводню у відновному газі. Фігура 4 відрізняється від Фігури 2 такими ж змінами, якими Фігура 3 відрізняється від Фігури 1. Крім того, на Фігурі 1, на відміну від Фігури 2, не передбачений теплообмінник 22. Список умовних позначень 1 Шахтний відновний реактор 2 PSA- або VPSA-установка 3 Підвідний трубопровід для збагаченої вуглеводнем фракції 4 Пристрій для проведення окислення технічно чистим киснем 5 (Перший) підвідний трубопровід 6 Газова піч 7 Трубопровід для додаткового відновного газу для подачі додаткового відновного газу у відновний реактор 1 8 Випускний трубопровід для колошникового газу 9 Газопромивник 10 Установка для видалення СО2 11 Повітропідвідний трубопровід 12 Трубопровід, що підводить залишковий газ 13 Трубопровід, що підводить колошниковий газ 14 Трубопровід, що підводить коксовий газ 15 Вхідний трубопровід для коксового газу 16 Підвідний трубопровід для водневої фракції 17 Випускний трубопровід для водневої фракції 18 Другий підвідний трубопровід 19 Пристрій для відфільтровування смоли 20 Пальник 21 Риформінг-установка 22 Теплообмінник 23а, 23b Живильний трубопровід 24 Водопідвідний трубопровід 25 Каскад псевдозріджених шарів 26 Останній реактор з псевдозрідженим шаром 27 Перший реактор з псевдозрідженим шаром 28 Пристрій для мембранного розділення 29 Трубопровідне відгалуження ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб відновлення оксидів металів з використанням коксового газу, який відрізняється тим, що коксовий газ розділяють на збагачену воднем фракцію і на збагачену вуглеводнем фракцію, і після цього щонайменше одну порцію збагаченої вуглеводнем фракції піддають обробці щонайменше в одній операції з групи, що включає: 9 UA 111488 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - окислення технічно чистим киснем, - риформінг за допомогою СО2 і Н2О, і потім, щонайменше як компонент відновного газу, вводять у відновний реактор, який містить оксиди металів, причому вміст вуглеводню таким чином регулюють за допомогою щонайменше однієї операції з вказаної групи, а також тим, що вміст вуглеводню у відновному газі на вході у відновний реактор складає менше 12 % за об'ємом, але більше 1 % за об'ємом, причому щонайменше одну частину вказаної щонайменше однієї порції збагаченої вуглеводнем фракції змішують з додатковим відновним газом, перш ніж одержана при цьому суміш як відновний газ буде введена у відновний реактор, який містить оксиди металів, причому додатковий відновний газ, щонайменше частково, одержують змішуванням знепиленого і значною мірою очищеного від СО2 колошникового газу і щонайменше одного додаткового газу, причому щонайменше один додатковий газ включає збагачену воднем фракцію, одержану при розділенні коксового газу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вміст вуглеводню у відновному газі на вході у відновний реактор складає менше 10 % за об'ємом, переважно менше 8 % за об'ємом, але більше 2 % за об'ємом, переважно більше 3 % за об'ємом. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що розділення газового потоку, який містить як вуглеводень, так і водень, на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію виконують щонайменше в одній операції з групи, що включає - адсорбцію при змінному тиску, - мембранне розділення. 4. Спосіб за п. 3 який відрізняється тим, що обидва компоненти змішують після того, як додатковий відновний газ був нагрітий в газовій печі. 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що газова піч працює на газоподібному паливі, яке, щонайменше частково, складається щонайменше з одного газу з групи, що включає: - залишковий газ, одержаний при видаленні СО2 з колошникового газу, - колошниковий газ, - коксовий газ, - збагачену воднем фракцію, одержану розділенням коксового газу, - збагачену вуглеводнем фракцію, одержану розділенням коксового газу. 6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, причому відновний реактор є шахтним відновним реактором, який відрізняється тим, що першу порцію збагаченої вуглеводнем фракції вводять безпосередньо у шахтний відновний реактор, і другу порцію збагаченої вуглеводнем фракції перед її вступом у шахтний відновний реактор піддають обробці щонайменше в одній операції з групи, що включає: - окислення технічно чистим киснем, - риформінг за допомогою СО2 і Н2О, і потім, щонайменше як компонент відновного газу, вводять у відновний реактор, який містить оксиди металів, причому вміст вуглеводню в результаті щонайменше однієї операції з вказаної групи регулюють таким чином, що вміст вуглеводню у відновному газі на вході у відновний реактор складає нижче 12 % за об'ємом, переважно нижче 10 % за об'ємом, особливо переважно нижче 8 % за об'ємом. 7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що до збагаченої вуглеводнем фракції перед риформінгом за допомогою СО2 і Н2О домішують щонайменше один газовий потік, що містить СО2, і/або Н2О. 8. Установка для здійснення способу за будь-яким з пп. 1-7, що містить: відновний реактор (1, 25) для відновлення оксидів металів, пристрій (2, 28) для розділення коксового газу на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію, відхідний від нього підвідний трубопровід для збагаченої вуглеводнем фракції, який приєднаний до пристрою (21) для проведення однієї операції з групи, що включає: - окислення технічно чистим киснем, - риформінг за допомогою СО2 і Н2О, і один або більше підвідних трубопроводів (5, 18) для подачі щонайменше одного газового потоку з групи, що включає - збагачену вуглеводнем фракцію, - газовий потік, одержаний в пристрої для проведення окислення технічно чистим киснем, 10 UA 111488 C2 5 10 15 20 - газовий потік, одержаний в пристрої для проведення риформінгу за допомогою СО 2 і Н2О, у відновний реактор (1, 25), причому один або багато підвідних трубопроводів (5, 18) приєднано до відновного реактора, і перед входом щонайменше одного з підвідних трубопроводів (5) у відновний реактор до цього підвідного трубопроводу приєднаний трубопровід (7) для додаткового відновного газу для подачі додаткового відновного газу у відновний реактор. 9. Установка за п. 8, яка відрізняється тим, що пристрій (2, 28) для розділення коксового газу на збагачену воднем фракцію і збагачену вуглеводнем фракцію є пристроєм з групи, що включає: - пристрої (2) для адсорбції при змінному тиску, - пристрої (28) для мембранного розділення. 10. Установка за п. 8 або 9, яка відрізняється тим, що перед з'єднанням трубопроводу (7) для додаткового відновного газу з підвідним трубопроводом (5) у трубопроводі (7) для додаткового відновного газу передбачена газова піч (6). 11. Установка за будь-яким з пп. 8-10, яка відрізняється тим, що містить "х" підвідних трубопроводів (5, 18), причому "х" складає більше 2 або дорівнює 2, з яких при максимальному числі "х-1" підвідних трубопроводів (5) передбачено, що перед місцем приєднання щонайменше одного з підвідних трубопроводів (5) до відновного реактора до цього підвідного трубопроводу (5) приєднаний трубопровід (7) для додаткового відновного газу для подачі додаткового відновного газу у відновний реактор. 12. Установка за будь-яким з пп. 8-11, яка відрізняється тим, що відновний реактор (1, 25) є шахтним відновним реактором (1). 13. Установка за будь-яким з пп. 8-11, яка відрізняється тим, що відновний реактор (1, 25) є каскадом (25) псевдозріджених шарів. 11 UA 111488 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12