Спосіб та обладнання для звільнення газу зрошування, що циркулює протягом способу прямого відновлення залізної руди, від водяної пари та вуглекислого газу, що містить газ зрошування

Реферат: Спосіб та обладнання для звільнення газу зрошування, що циркулює протягом способу прямого відновлення залізної руди, від водяної пари та CO2, який містить газ зрошування, причому газ зрошування, насичений водяною парою та СО2, що має температуру від 50 °С до 250 °С при тиску від 2 до 8 bar[а], відводять від циркуляції газу зрошування прямого відновлення залізної руди, охолоджують до температури від 15 °С до 45 °С, стискають до тиску від 25 до 75 bаr[а] та додають оксигенати, які мають температуру від +10 до -80 °С для фізичного адсорбційного видалення CO2. UA 100856 C2 (12) UA 100856 C2 UA 100856 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід відноситься до способу та обладнання для обробки неочищеного отримуваного газу, одержаного шляхом газифікації під тиском твердого пального при температурах від 800 °C до 1500 °C під тисками від 2 до 100 bar[a] (абсолютний бар), переважно від 5 до 40 bar[a], що включає, головним чином, H 2, CO, CH4, CО2, N2, водяну пару, а також – в залежності від типу пального – невеликі кількості одного або декількох компонентів H2S, COS, HCN, NH3, CnHm та сліди HCN, карбонілів нікелю та заліза, речовин, які формують смоли, CS2, меркаптанів, нафталінів, тіофенів та органічних сульфідів, від яких фізичною адсорбцією, застосовуючи оксигенати, які мають температури від +10 до -80 °C, видаляють отримуваний газ, факультативно після конверсії СО, після охолодження до температур від 15 °C до 45 °C, у попередньому етапі – HCN та NH3 та на першому етапі – H2S, COS та будь-які інші сполуки, що містять сірку та які можуть бути присутні, та на другому етапі СО 2, та чистий отримуваний газ подають до прямого відновлення залізної руди в якості газу відновлення та/або газового пального. Шляхом газифікації для формування неочищеного отримуваного газу тверде пальне, таке як торф, буре вугілля, кокс, антрацит, біомаса або подібне, з вмістом золи до 50 % за масою та вмістом води до 50 % за масою, може бути газифіковане під тиском, застосовуючи суміш водяної пари та кисню або повітря, яку подають у протитечію під тиском від 1 до 100 bar[a], та температурах нижче точки плавлення золи, яка міститься у відповідному пальному (Ullmann's Encyclopaedia of Industrial Chemistry, Vol. A 12, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim 1989, p. 218 to 226; Lurgi Handbuch, Lurgi Gesellschaften, Frankfurt am Main 1970, 2nd chapter 2.1). З неочищеного отримуваного газу, що має тиск від 5 до 40 bar[a], за допомогою так званого Rectisol® способу (публікація компанії № 1676e/07.02/10; Lurgi Ol Gas Chemie GmbH, Frankfurt 2002), небажані компоненти CО2, CH4, водяну пару, N2, Ar, H2S, COS, HCN, NH3, карбоніли нікелю та заліза, речовини, які формують смоли, CS2, меркаптани, нафталіни, тіофени, органічні сульфіди та CnHm, які там містяться, можуть бути абсорбовані в декількох зонах за допомогою холодного оксигенату, наприклад CH3OH або DME (диметилетанол), при цьому CО 2 видаляють в останній зоні. Насичений оксигенат регенерують шляхом зниження тиску, відкачування або нагрівання, а потім знову використовують. Небажані компоненти можна відновити з газів, що відходять, або конденсатів. Несподівано з'ясували, що описаний вище спосіб для очищення неочищеного отримуваного газу, одержаного шляхом газифікації під тиском твердого пального, причому спосіб оснований на здатності холодного оксигенату, зокрема СН 3OH, видаляти всі домішки газу з неочищеного отримуваного газу за один єдиний етап способу, також може бути застосований для видалення CО2 з газу циркуляційного зрошування, який сформований під час прямого відновлення залізної руди та який є насиченим CО2 та водяною парою. В залежності від застосовуваного способу прямого відновлення, газ зрошування має температури в діапазоні від 50 °C до 250 °C при тисках в діапазоні від 2 до 8 bar[a]. Протягом прямого відновлення залізну руду в формі кульок з розміром частки від 3 до 15 мм або також великогрудкову руду з розміром частки від 3 до 20 мм нагрівають для зменшення температури отримуваним газом, який діє як відновлюючий засіб у печі, що обертається, та відновлюють безпосередньо до губкоподібного металічного заліза. У результаті реакції отримуваного газу з залізною рудою формується CО 2 та водяна пара, які повинні безперервно видалятися з газу циркуляційного зрошування шляхом видалення CО 2, можливо разом зі сполуками сірки, які включені до газу зрошування, за допомогою хемосорбційного очищення газу в скрубері та водяної пари шляхом конденсації. Метою даного винаходу є звільнення газу зрошування, що циркулює протягом способу прямого відновлення залізної руди, від водяної пари та піддавання до фізичного адсорбційного очищення газу в скрубері для видалення CО2, що міститься в газі зрошування. Цю мету достигають тим, що газ зрошування, насичений водяною парою та CО 2, та який має температуру від 50 °C до 250 °C при тисках від 2 до 8 bar[a], відводять з циркуляції газу зрошування прямого відновлення залізної руди, охолоджують до температур від 15 °C до 45 °C, стискають до тисків від 25 до 75 bar[a] та без водяної пари перемішують з десульфуризованим отримуваним газом перед видаленням CО2 фізичною адсорбцією. Роблячи таким чином, газ зрошування, видалений з циркуляції газу зрошування прямого відновлення залізної руди, при низькому тиску від 2 до 8 bar[a] можна стиснути до тисків від 25 до 75 bar[a], необхідних для видалення CО2 фізичною адсорбцією та, таким чином, CО2 можна відокремити одночасно від десульфуризованого отримуваного газу та газу зрошування. За допомогою цього заходу більше немає потреби в розташуванні хемосорбційного очищення за допомогою скруберу, та очищення води за допомогою скруберу безпосередньо в циркуляції газу зрошування прямого відновлення залізної руди. Додатково одночасне фізичне адсорбційне видалення CO2 з суміші газу, що 1 UA 100856 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 включає десульфуризований отримуваний газ та відведений газ зрошування без водяної пари, дозволяє рідку секвестрацію CO2. Енергія, яка необхідна для стискання відведеного газу зрошування, отримують шляхом розширення суміші газу. Також можливе застосування надлишку енергії для отримання електрики. Водяну пару, що міститься у відведеному газі зрошування, видаляють конденсацією. У межах подальшого розвитку даного винаходу з відведеного газу зрошування, який охолоджено до температур від 15 °C до 45 °C та стиснуто до тисків від 25 до 75 bar[a], водяну пару, що міститься в даному газі, видаляють за допомогою фізичної адсорбції, застосовуючи оксигенат. Доцільно від 10 до 80 % за об'ємом, переважно від 10 до 60 % за об'ємом газу зрошування прямого відновлення залізної руди відводять з його циркуляції. Подальший розвиток способу за даним винаходом забезпечує те, що суміш газу, яку отримано після видалення CО2 фізичною адсорбцією, що має температуру від 0 до 30 °C та тиск від 25 до 75 bar[a], розширюють до тисків від 2 до 8 bar[a], які переважають у циркуляції газу зрошування, підігрівають до температур від 150 °C до 250 °C та подають у циркуляцію газу зрошування прямого відновлення залізної руди. Переважно нагрівання розширеної суміші газу, що має температуру від 0 °C до 30 °C, проходить шляхом перенесення теплової енергії відведеного газу зрошування до суміші газу. Особливий варіант здійснення даного винаходу забезпечує, що CО 2, десорбований шляхом зниження тиску насиченого оксигенату до практично атмосферного тиску, перетворюють у надкритичний стан та застосовують для наповнення розчинником родовищ нафтового палива, з яких частково була видалена нафта, або для зберігання в підземних сховищах в пористих пластах, каверна-сховищах, вичерпаних сховищах природного газу або мінералізованих водоносних пластах. З цією метою, десорбований CO 2 стискають до тиску від 10 до 30 bar[a] та охолоджують до температур від -5 °C to-40 °C. Для іншої мети використання є достатнім стискання десорбованого CО2 до тисків до 40 bar[a]. Обладнання для введення в експлуатацію даного способу включає розміщення осьової турбіни з компресорною частиною, де газ зрошування, що містить CO 2 та з якого видалили більшу частину водяної пари, стискають до тисків чистого отримуваного газу та частину розширення, де розширяють суміш отриманих газів, і генератор, з'єднаний з осьовою турбіною. На випадок можливого дефіциту в енергетичному балансі між відведеним газом зрошування та сумішшю газів, що подають у циркуляцію газу зрошування, генератор також може бути застосовано як електродвигун для компенсаційних цілей. Далі даний винахід буде пояснено більш детально з посиланням до технологічної схеми та наведеного як приклад варіанта здійснення, який проілюстровано на графічному матеріалі у вигляді діаграми. У не проілюстрованому газифікатору тиску, з жирного вугілля (мається на увазі вільний від води та золи) одержують 200000 кг/годину неочищеного отримуваного газу з композицією 27,8 % за об'ємом CО2, 23 % за об'ємом CO, 28,6 % за об'ємом H2, 9,1 % за об'ємом CH4, 0,4 % за об'ємом CnHm та 0,4 % за об'ємом N2 та, після видалення HCN та NH3 у не проілюстрованому попередньому етапі та охолодженні до температури в діапазоні від 25 °C до 40 °C, переважно 35 °C, при тиску в діапазоні від 15 до 40 bar[a], переважно 27 bar[a], подають через трубу (1) до першого етапу (2) газового скруберу. У газовому скрубері, H 2S і COS, а також будь-які інші сполуки, що містить сірку, які можуть бути присутні, видаляють абсорбцією з неочищеного отримуваного газу, застосовуючи холодний CH 3OH, та випускають з процесу через трубу (3) при температурі від 30±5 °C та тиску 1,5±0,5 bar[a]. З першого етапу (2) очищення газу в скрубері десульфуризований отримуваний газ, який має температуру в діапазоні від 0 °C до 30 °C, переважно 18 °C, тече приблизно при такому самому тиску через трубу (4) в другий етап (5) очищення газу в скрубері, де CО2 відділяють абсорбцією, застосовуючи холодний CH 3OH, та випускають з процесу через трубку (6) при температурі 30±5 °C та тиску 1,5±0,5 bar[a]. Існує можливість зменшення тиску CH3OH, насиченого видаленим CО2, та перетворення на рідину десорбованого CО2 через конвертування його в критичний стан та застосування з іншою метою. Для інших використань достатнім є якщо десорбований СО2 стискають до тисків до 40 bar[a]. Суміш газів, що покидає другий етап (5) очищення газу в скрубері та має температуру в діапазоні від 0 °C до 30 °C, переважно 23 °C, та тиск у діапазоні від 25 до 75 bar[a], переважно 32 bar[a], сформовану чистим отримуваним газом та вільним від СО 2 та водяної пари газом зрошування, подають через трубу (7) в етап розширення (8) осьової турбіни (9), де суміш газів розширюють до тиску в діапазоні від 2 до 8 bar[a], переважно 4 bar[a], при температурі, в залежності від композиції суміші газів, в діапазоні від 0 °C до 30 °C. Етап стискування (10) 2 UA 100856 C2 5 10 15 20 осьової турбіни (9) живлять через трубу (11, 11') газом зрошування, насиченим СО 2 та водяною парою, при тиску в діапазоні від 2 до 8 bar[a], переважно 4 bar[a], та температурі від 50 °C до 250 °C, переважно 135 °C, відведеним від циркуляції газу зрошування прямого відновлення залізної руди, причому газ зрошування проходить через теплообмінник (12), через який тече суміш газів. У теплообміннику (12) більша частина водяної пари, яка міститься у газі зрошування, що поданий через трубу (11), є конденсованою, та конденсат випускають з процесу через трубу (13). Газ зрошування, що покидає етап стискування (10) через трубу (14), який після стискання має тиск в діапазоні від 25 до 75 bar[a], переважно 34 bar[a], та температуру в діапазоні від 15 °C до 45 °C, переважно 24 °C, після охолодження подають до другого етапу (5) очищення газу в скрубері. Другий етап (5) включає водяну колонку, де решту водяної пари видаляють з газу зрошування охолодженням та висушуванням, застосовуючи CH 3OH. Перед входом до другого етапу (5) очищення газу в скрубері, газ зрошування може факультативно пропускатися через теплообмінник (15), розташований у трубі (14), з тим, щоб заздалегідь зменшити температуру газу зрошування. Суміш газів, що покидає етап розширювання (В) осьової турбіни (9) через трубу (16, 16') та що має температуру в діапазоні від 0 °C до 30 °C, переважно 10 °C, проходить через теплообмінник (12). Переносом тепла, що виходить у результаті, від відведеного газу зрошування, суміш газів, що подана до прямого відновлення залізної руди, нагрівають до температури в діапазоні від 150 °C до 250 °C, переважно 280 °C, при тиску в діапазоні від 2 до 8 bar[a], переважно 6 bar[a]. Генератор (17), приєднаний до осі осьової турбіни (9), може бути у разі потреби застосований як електродвигун. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 1. Спосіб звільнення газу зрошування, що циркулює протягом способу прямого відновлення залізної руди, від водяної пари та CO2, який містить газ зрошування, який відрізняється тим, що газ зрошування, насичений водяною парою та СО 2, що має температуру від 50 °С до 250 °С при тиску від 2 до 8 bar[а], відводять від циркуляції газу зрошування прямого відновлення залізної руди, охолоджують до температури від 15 °С до 45 °С, стискають до тиску від 25 до 75 bаr[а], додають оксигенати, які мають температуру від +10 до -80 °С для фізичного адсорбційного видалення СО2. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що одержуваний газ додатково піддають СО конверсії. 3. Спосіб за будь-яким з пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що водяну пару, яку містить відведений газ зрошування, видаляють шляхом конденсації. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що водяну пару, яку містить відведений газ зрошування, що має температури від 15 °С до 45 °С та стиснутий до тиску від 25 до 75 bar[a], видаляють шляхом фізичної адсорбції, використовуючи оксигенат. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що десорбований СО2 додатково стискають до тиску від 10 до 30 bar[a] та охолоджують до температури від -40 °С до -5 °С. 6. Обладнання для звільнення газу зрошування, що циркулює протягом способу прямого відновлення залізної руди від водяної пари та CO2, який містить газ зрошування, яке відрізняється тим, що містить теплообмінник для охолодження газу зрошування, відведеного від циркуляції газу зрошування прямого відновлення залізної руди, що з'єднаний з осьовою турбіною з компресорною частиною для стиснення бідного на водяну пару газу зрошування та з засобами для введення оксигенатів для фізичного адсорбційного видалення СО 2. 7. Обладнання за п. 6, яке відрізняється тим, що осьову турбіну з'єднано з генератором, який використано як електродвигун. 3 UA 100856 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4