Спосіб отримання гарячого відновного газу для відновлення кускової руди металу і установка для його здійснення

1 Спосіб отримання гарячого відновного газу для відновлення кускової руди металу, зокрема залізняку, що вміщує CO і Нг, по якому відновний газ отримують в газифікаційній зоні (8) шляхом газифікації вуглецевмісних матеріалів, зокрема вугілля, при подачі кисню, а потім охолоджують до температури відновного газу, сприятливої для процесу відновлення, який відрізняється тим, що шляхом введення НгО і/або СОг - щоб запобігти реакції Будуара і гетерогенній водо-газовій реакції і, отже, нагріву відновного газу - відновний газ, який був підданий охолоджуванню без підвищення вмісту Н2О/СО2 у відновному газі, перетворюють у відновний газ, термодинамічно більш стабільний при ВІДНОВНІЙ температурі 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що НгО і/або СОг вводять в кількостях, що забезпечують майже повну рівновагу Будуара і гетерогенну рівновагу відновного газу при водо-газову сприятливої для процесу температурі, відновлення 3 Спосіб за п 1 або 2, який відрізняється тим, що введення НгО здійснюють шляхом подачі водяної пари 4 Спосіб за будь-яким з пп 1 - 3, який відрізняється тим, що введення здійснюють ГАЗУ ДЛЯ ВІДНОВЛЕННЯ КУСКОВОЇ РУДИ шляхом подачі газу, що вміщує СОг 5 Спосіб за п 3 або 4, який відрізняється тим, що у відновний газ подають відновний газ, який прореагував в процесі відновлення руди металу, наприклад доменний газ 6 Спосіб за будь-яким з пп 1 - 5, який відрізняється тим, що до відновного газу домішують охолоджений відновний газ того ж типу, а в охолоджений відновний газ того ж типу вводять НгО і/або СОг 7 Установка для здійснення способу за будь-яким з пп 1-6, що включає принаймні один відновний реактор (1) з вхідними в нього транспортувальним трубопроводом (2) для руди металу і трубопроводом відновного газу (4), газифікаційний реактор (3) з вхідними в нього живильними трубопроводами (5, 6) для вуглецевмісних матеріалів і кисневмісних газів і трубопроводом відновного газу (4), що виходить з нього, а також пристрій охолоджування, розміщений в трубопроводі відновного газу (4), що запобігає підвищенню КІЛЬКОСТІ НгО/СОг у відновному газі, який відрізняється тим, що джерело СОг і/або джерело НгО з'єднане (з'єднані) по потоку з трубопроводом ВІДНОВНОГО газу (4) для подачі відновного газу, який був підданий охолоджуванню 8 Установка за п 7, яка відрізняється тим, що відновний реактор (1) оснащений ВІДВІДНИМ трубопроводом доменного газу (14) для відведення відновного газу, який прореагував, а від ВІДВІДНОГО трубопроводу відгалужений бічний трубопровід (20), з'єднаний по потоку з трубопроводом відновного газу (4) 9 Установка за п 7 або 8, яка відрізняється тим, що з трубопроводу відновного газу (4) відведений рециркуляціний трубопровід відновного газу (17), який через скрубер (16) і компресор (18) знов входить в трубопровід відновного газу (4) в точці, розташованій вище за точку відгалуження рециркуляційного трубопроводу відновного газу (17) відносно напряму течи відновного газу, зокрема вище знепилювального пристрою (4 і ), що є в трубопроводі відновного газу (4), і що джерело СОг і/або джерело НгО з'єднані з рециркуляційним трубопроводом ВІДНОВНОГО газу (17) О ю C O СЧ 00 48235 Винахід відноситься до способу отримання гарячого відновного газу, вмісного CO і Нг, який служить для відновлення кускової руди металу, зокрема, залізняку, по якому відновний газ утворюється в газифікаційній зоні шляхом газифікації вуглецевмісних матеріалів, зокрема, вугілля, при подачі кисня, який потім охолоджують до температури відновного газу, сприятливої для процесу відновлення, і до установки для здійснення цього способу Спосіб описаного вище типу відомий наприклад, з DE-C - 3034539 і з ЕР-В - 0114040 У цих відомих способах в плавильно-газифікаційній зоні утворюється чавун або напівфабрикат стали шляхом виплавлення з принаймні частково відновленого губчастого заліза при подачі вуглецьвмісних матеріалів і кисеневмісного газу, і виробляється відновний газ, який вмістить CO і Нг Відновний газ, що утворюється в плавильногазифікаційній зоні, має температуру в діапазоні 1000 - 1200°С При цій температурі відбувається розкладання вуглецьневих сполук, що вивільняються Крім того, при таких температурах вміст СОг і НгО падає нижче за 6% для СОг і 4% для НгО, оскільки вони перетворюються в CO і ЬІ2 Для того, щоб використати у відновному реакторі цей дуже гарячий відновний газ перед введенням у відновний реактор повинен бути охолоджений Наприклад, по DE-C - 3034539 для цієї мети застосовують форсунковий охолоджувач з подальшою промивкою в баштовому скрубері Частину відновного газу, охолодженого таким чином, домішують до відновного газу, що виходить з плавильно-газифікаційної зони Таке традиційне охолоджування відновного газу за рахунок охолодженого відновного газу того ж типу до -700 - 900°С запобігає плавленню частинок руди, що починається у ВІДНОВНІЙ ЗОНІ ПІД час відновлення руди, але без зниження відновного потенціалу відновного газу Недолік цього способу полягає в тому, що відновний газ, охолоджений таким чином, термодинамічно нестабільний, оскільки з моноокиси вуглецю у ВІДПОВІДНОСТІ з рівновагою Будуара утворюється двоокис вуглецю і вуглець, так само як ВІДПОВІДНО ДО гетерогенної рівноваги вода-газ відбувається реакція моноокиси вуглецю з воднем з утворенням води і вуглецю, яка, так само як і перша реакція, є екзотермічною Це приводить до підвищення температури відновного газу і, отже, температури матеріалу в печі, де починається утворення агломератів Таким чином, здійснюється вплив не тільки на процес відновлення, але і на виробіток матеріалу у ВІДНОВНІЙ зоні У FR-A - 2236951 описаний спосіб, в якому гарячий відновний газ, що утворюється в електропечі, подають у відновну шахту, розташовану безпосередньо над електропіччю, і після входу у відновну шахту охолоджують шляхом нагнітання води, водяної пари, двоокису вуглецю, вуглеводню або іншого охолоджуючого середовища для запобігання скупченню частинок матеріалу, вмісного оксид металу, у ВІДНОВНІЙ шахті У охолодженому таким чином відновному газі відносно великий вміст СОг і НгО У FR-A - 766167 описаний спосіб, в якому гарячий відновний газ, що утворюється в плавильному агрегаті, подають безпосередньо у відновну камеру, при цьому він охолоджується в області купола плавильного агрегату, тобто до подачі у відновну камеру Охолоджування проводиться або за рахунок подачі відпрацьованого відновного газу після видалення вуглекислоти, або за рахунок подачі суміші вуглекислоти або водяної пари і вугілля, щоб запобігти скупченню завантажувального матеріалу у ВІДНОВНІЙ камері Винахід направлений на усунення цих недоліків і труднощів, і ставить своєю задачею створення способу описаного вище типу і установки для здійснення цього способу, що забезпечує отримання відновного газу в температурному діапазоні, сприятливому для відновлення руди металу, тобто нижче за температуру, при якій можуть початися явища плавлення і закупорки(утворення агломератов) в принаймні частково відновленій руді металу Більш ТОГО, повинен бути оптимізовано вміст Н2О/СО2 відновного газу і усунено ХІМІЧНИЙ ВПЛИВ на металеві компоненти газонесучих систем, тобто реакторів і газопередаючих трубопроводів, вбудованих конструкцій і т д За допомогою способу описаного вище типу ця задача вирішується за рахунок того, що шляхом введення НгО і/або СОг - щоб запобігти реакції Будуара і гетерогенній водо-газовій реакції і, таким чином, нагріву відновного газу і руди металу відновний газ, який був підданий охолоджуванню без збільшення вмісту Н2О/СО2 у відновному газі, перетворюють у відновний газ, термодинамічно більш стабільний при ВІДНОВНІЙ температурі Шляхом виборчого введення НгО і/або СОг виборче регулюють або запобігають термодинамічно зумовленому розкладанню ВІДНОВНИКІВ СО і Нг У відновному газі регулюють діапазони концентрацій, в яких сильно екзотермічна реакція Будуара і гетерогенна водогазова реакція придушуються так, що запобігається небажане підвищення температури відновного газу У той же час, цим способом контролюється міра окислення відновного газу і придушується ХІМІЧНИЙ вплив на металеві компоненти Перевагою є те, що НгО і/або СОг вводять в кількостях, що забезпечують майже повну рівновагу реакції Будуара і гетерогенну водогазову рівновагу відновного газу при температурі, ВІДПОВІДНІЙ для процесу відновлення Охолоджування відновного газу переважно 48235 здійснюють ШЛЯХОМ подачі охолоджуючого газу того ж типу і/або доменного газу Введення НгО доцільно здійснювати шляхом подачі водяної пари, а введення СОг - шляхом подачі СОг-вмісного газу ВІДПОВІДНО ДО переважного варіанту здійснення винаходу, подачу СОг у відновний газ принаймні частково здійснюють за рахунок того, що у відновний газ подають відновний газ, прореагувавший в процесі відновлення, так званий доменний газ Можуть бути також використані і ІНШІ гази, ВМІСНІ СОг, наприклад, продукти очищення від СОг Щоб забезпечити інтенсивне охолоджування відновного газу, до нього переважно домішують охолоджений відновний газ того ж типу, що саме по собі відомо, а в охолоджений відновний газ того ж типу вводять НгО і/або СОг Установка для здійснення способу, що включає принаймні один відновний реактор з вхідними в нього транспортувальним трубопроводом руди металу і трубопроводом відновного газу, газифікаційний реактор з вхідними в нього живильними трубопроводами для вуглецьвмісних матеріалів і кисеневмісних газів і трубопроводом відновного газу, що виходить з нього, а також що включає пристрій охолоджування, розміщений в трубопроводі відновного газу і не підвищує вмісту Н2О/СО2 у відновному газі, відрізняється тим, що джерело СОг і/або джерело НгО з'єднане(з'єднані) за течією з трубопроводом відновного газу для подачі охолодженого відновного газу Доцільно оснастити відновний реактор ВІДВІДНИМ трубопроводом доменного газу для відведення прореагувавшего відновного газу Від нього відгалужений боковий трубопровід, з'єднаний за течією з трубопроводом відновного газу Інший переважний варіант здійснення відрізняється тим, що з трубопровода відновного газу виведений рециркуляціний трубопровід відновного газу, який через скрубер і компресор знов введений в трубопровід відновного газу в точці, розташованій вище за точку відгалуження рециркуляційного трубопровода відновного газу відносно напряму течи відновного газу, зокрема, вище знепилювального пристрою, що є в трубопроводі відновного газу, і що джерело СОг і джерело НгО з'єднане з рециркуляційним трубопроводом ВІДНОВНОГО газу Далі винахід буде описаний більш детально з посиланнями на зразковий варіант здійснення, представлений на малюнку, де схематично зображена переважна конструкція установки по винаходу Кусковий залізняк і/або гранульований залізняк завантажують зверху в першу шахтну піч, яка утворює відновний реактор 1, за допомогою транспортувального пристрою, такого як транспортувальний трубопровід 2, через шлюзову систему(не показана), можливо, разом з флюсами, з утворенням рухомого шара Термін "рухомий шар" відноситься до безперервно рухомого потоку матеріалу, частинки якого входять в контакт з потоком відновного газу З перевагою використовують такий поток матеріалу, який безперервно рухається вниз під впливом сили ваги Замість шахтної печі 1 як відновний реактор можна також використати реактор, що включає рухому колосниковую гратку, або барабанну піч Шахтна піч 1 з'вязана з плавил ьногазифікаційним апаратом 3, в якому з твердих вуглецьвмісних матеріалів, таких як вугілля, і кисеньвмісного газу утворюється відновний газ, який подається в шахтну піч 1 через трубопровід 4, при цьому в трубопроводі 4, можливо, передбачений пристрій очищення газу 4' для сухого знепилювання Плавильно-газифікаційний апарат 3 має живильний пристрій 5 для твердих вуглецьвмісних матеріалів, живильний трубопровід 6 для кисеньвмісних газів і, можливо, живильний трубопровід 7 для вуглецьвмісних матеріалів, які є рідкими або газоподібними при кімнатній температурі, таких як вуглеводень, а також для кальцинованих флюсів Всередині плавильногазифікаційного апарату 3, нижче плавильногазифікаційної зони 8, збирається розплавлений чавун 9 і розплавлений шлак 10, які відводяться через відведення 11 Разом з флюсами, обпаленими у ВІДНОВНІЙ ЗОНІ 12, залізняк, відновлений в губчасте залізо у ВІДНОВНІЙ зоні 12 всередині шахтної печі 1, з шахтної печі 1 передають в плавильногазифікаційний апарат через транспортувальний трубопровід 13, наприклад, при допомозі живильних шнеков і т п До верхньої частини шахтної печі 1 приєднаний ВІДВІДНИЙ трубопровід доменного газу 14 для доменного газу, що утворюється з відновного газу у ВІДНОВНІЙ ЗОНІ 12 Доменний газ, що відводиться через отводной трубопровід доменного газу 14, передусім піддають очищенню в скрубері 15, щоб по можливості видалити з нього частинки пилу і знизити вміст водяної пари, щоб він став придатним для подальшого використання Частину відновного газу повертають зворотно в трубопровід 4 через скрубер 16 і через рециркуляціний трубопровід 17 з компресором 18 для того, щоб кондицюнувати відновний газ, який виходить з плавильно-газифікаційного апарату 3 в дуже гарячому стані, перед тим, як він входить в пристрій очищення газу 4', зокрема для того, щоб охолодити його до температурного діапазону, сприятливого для процесу відновлення у шахтній печі 1 (-700 - 900°С) Позицією 19 позначені найбільш важливі ДІЛЬНИЦІ описаної вище установки, на яких найбільш ВІДПОВІДНИМ способом може бути реалізована можливість з'єднання з джерелом СОг і/або джерелом НгО, тобто з засобами введення газів, вмісних СОг і/або НгО, дія згаданих газів буде більш детально описана нижче в Прикладах II - IV ДІЛЬНИЦІ введення 19 доцільно розташовані або на трубопроводах 4, що з'єднують плавильно-газифікаційний апарат 3 з відновним реактором 1, або в циклі охолоджування відновного газу 16, 17, 18 Якщо дільниця введення 19 розташована в циклі охолоджування відновного газу 16, 17, 18 в точці, 48235 розташованій нижче за компресор 18, це дає такі переваги, як, наприклад, можливість застосування компресора 18 менших габаритів і можливість охолоджування газу, нагрітого при стисненні, за рахунок подачі Н2О і/або СОг Ефективність заходів по даному винаходу більш повно описана в Прикладах І - IV Приклад І просто описує колишню технологію Всі величини, які представлені в таблицях складу газу, приведені у відсотках об'єму Приклад І Відновний газ, отриманий по ВІДОМІЙ технологи, наприклад, по ЕР-В - 0114040, має склад, приведений в таблиці І Відновний газ виходить з плавильно-газифікаційного апарату З при температурі 1050°С під тиском 4,5бар(абс) Він може бути використаний для відновлення залізняку Таблиця І CO н2 со2 н2о сн4 N2 65% 30% 1% 1% 1% 2% Для отримання температури відновного газу близько 850°С до відновного газу необхідно додати охолоджуючий газ ВІДПОВІДНО ДО Прикладу І охолоджуючий газ того ж типу додають при температурі 70°С, також під тиском 4,5бар(абс) Для отримання температури 850°С необхідно додати 27,8% охолоджуючих газів Це зумовлює наступні недоліки потрібна дуже велика КІЛЬКІСТЬ охолоджуючого газу, оскільки через бічний трубопровід повинна бути відведена і піддана охолоджуванню значна частина гарячого відновного газу, що вимагає великих енергетичних і апаратних витрат, загальний вміст СОг і НгО не відповідає рівноважному, оскільки після додавання охолоджуючого газу по шляху в шахтну піч 1 буде відбуватися сильно екзотермічне розкладання CO і Н2 ВІДПОВІДНО до рівняння 2СО СО2 + С (реакція Будуара) і СО + Н2 НгО + С (гетерогенна водо-газова реакція), ВІДПОВІДНО Це приводить до збільшення температури, через яку може бути потрібна подача додаткової КІЛЬКОСТІ охолоджуючого газу Збільшення температури приводить до скупчення матеріалу в печі Крім того, виникає агресивний ХІМІЧНИЙ вплив на металеві труби, вбудовані елементи і т д , з якими контактує відновний газ Нарешті, за рахунок реакції СО і Н2 знижується ефективна КІЛЬКІСТЬ газу для відновлення Приклад II У відновний газ, приведений в Таблиці І, під тиском 4,5бар(абс) ввели збагачений СОг газ при температурі 70°С Склад газу, збагаченого СОг, приведений в Таблиці II Таблиця II CO 13% н2 со2 н2о сн4 N2 2% 77% 5% 1% 2% Шляхом додавання до відновного газу по Таблиці І 12,3% охолоджуючого газу того ж типу, що і в Прикладі І, і 10,7% газу по Таблиці II, збагаченого СО2, отримали відновний газ, який має температуру 850°С і тиск 4,5бар(абс), з ХІМІЧНИМ складом, приведеним в Таблиці III Таблиця III CO н2 со2 Н2О сн4 N2 60,5% 27,5% 7,6% 1,4% 1,0% 2,0% У цьому відновному газі загальний вміст СО2 і Н2О близький до рівноважного при 850°С, так що розкладання CO і Н2 майже повністю виключено Газ, збагачений СО2, подають на рециркуляцію охолоджуючого газу, наприклад, в рециркуляціний трубопровід 17 ВІДПОВІДНО до малюнка Неважко зрозуміти, що при цьому можливе значне зменшення розміру циклу охолоджуючого газу, оскільки потрібна добавка лише 12,3% охолоджуючого газу замість 27,8% по Прикладу І В ВІДПОВІДНОСТІ з Прикладом II можливе використання газів з низькою теплотворною здатністю, тобто газів, збагачених СО2 При відновленні залізняку відновним газом, підготовленим таким чином, надійно запобігається надлишковий нагрів матеріалу в реакторі, і відновлений матеріал може бути без проблем переданий в плавильно-газифікаційний апарат З Приклад III У ВІДПОВІДНОСТІ з цим Прикладом, відведений з шахтної печі 1 відновний газ після ВІДПОВІДНОГО очищення, охолоджування і стиснень при температурі 70°С і тиску 4,5бар(абс) домішують до відновного газу, що виходить з плавильногазифікаційного апарату 3 ХІМІЧНИЙ склад доменного газу приведений в Таблиці IV Таблиця IV CO н2 со2 Н2О сн4 N2 42% 19% 34% 2% 1% 2% За рахунок добавки до відновного газу 23,3% доменного газу утворюється газова суміш, що має температуру 850°С і тиск 4,5бар(абс), з ХІМІЧНИМ складом, приведеним в Таблиці V В цьому випадку також загальний вміст СО2 і Н2О близький до рівноважного, так що реакція Будуара і гетерогенна водо-газова реакція також майже 48235 повністю виключається Таблиця V CO н2 со2 н2о сн4 N2 60,6% 27,9% 7,3% 1,2% 1,0% 2,0% ВІДПОВІДНО ДО Прикладу III також потрібна менша КІЛЬКІСТЬ газу для охолоджування відновного газу, що виходить з плавильногазифікаційного апарату 3, чим в Прикладі І Доменний газ додають в трубопроводі 4 або 17, ВІДПОВІДНО, через бічний трубопровід 20, що йде з ВІДВІДНОГО трубопровода доменного газу 14 в трубопровід 4, де згаданий бічний трубопровід проходить через компресор 21 і ВІДПОВІДНИЙ пристрій охолоджування, а можливо - через ДІЛЬНИЦІ введення 19 Приклад IV ВІДПОВІДНО ДО Прикладу IV, водяну пару додають до охолоджуючого газу того ж типу 10 ХІМІЧНІ склади відновного газу, що виходить з плавильно-газифікаційного апарату 3, і охолоджуючого газу ідентичні ХІМІЧНИМ складам, приведеним в Прикладі І Пару(100% НгО) додають при температурі 250°С і тиску 12бар(абс) При добавці 18% охолоджуючого газу з 8,5% водяної пари утворюється відновний газ, що має температуру 850°С і тиск 4,5бар(абс) ХІМІЧНИЙ склад відновного газу приведений в Таблиці VI Таблиця VI СО н2 со2 н2о сн4 N2 60,7% 28,0% 0,9% 7,6% 0,9% 1,9% Цей варіант також забезпечує перевагу циклу з невеликими об'ємами циркуляції охолоджуючого газу з практично рівноважним вмістом СОг і НгО Додаткова перевага цього варіанту полягає в незначній ЗМІНІ КІЛЬКОСТІ ВІДНОВНИКІВ ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71