Спосіб та устаткування для прямого відновлення

1. Спосіб прямого відновлення металовмісного матеріалу, який включає: подавання твердого вуглецевмісного матеріалу та кисневмісного газу у псевдозріджений шар у першому реакторі та одержання тепла внаслідок реакцій у псевдозрідженому шарі між кисневмісним газом та твердим вуглецевмісним матеріалом та іншими твердими матеріалами та газами, що піддаються окисленню, та виведення з реактора потоку гарячих відхідних газів, який подавання містить захоплені тверді матеріали;матеріалу металовмісного та у псевдозріджений шар у другому реакторі та подавання потоку гарячих відхідних газів, який містить захоплені тверді матеріали, з першого реактора у псевдозріджений шар у другому реакторі, та принаймні часткове відновлення вихідного металовмісного матеріалу у твердому стані у псевдозрідженому шарі, та виведення потоку продукту принаймні частково відновленого металовмісного матеріалу та потоку відхідних газів, який містить захоплені тверді матеріали. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що у першому реакторі створюють температури, які перевищують робочі температури у другому реакторі. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що перший реактор експлуатують при температурах понад 1000 °С. 4. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що другий реактор експлуатують при температурах нижче 1000 °С. 2 (19) 1 3 84758 ника фурми зони, практично вільної від твердого матеріалу, з метою зниження ймовірності утворення на наконечнику фурми охолоді, яка може перешкоджати введенню кисневмісного газу. 15. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що він включає введення азоту та/або водяної пари та/або іншого придатного обдувального газу та обдування нижнього кінця центральної труби. 16. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що він включає подавання металовмісного матеріалу та потоку гарячих відхідних газів з першого реактора, який містить захоплені тверді матеріали, у псевдозріджений шар другого реактора. 17. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що різницю між об’ємною температурою псевдозрідженого шару у другому реакторі та середньою температурою внутрішньої поверхні бічної стінки другого реактора регулюють з таким розрахунком, щоб ця різниця становила щонайбільше 100 °С, відповідно до варіанта, якому віддається перевага, щонайбільше 50 °С. 18. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що металовмісний матеріал має форму залізорудного дрібняка, а об’ємна температура псевдозрідженого шару у другому реакторі лежить у межах від 850 °С до 1000 °С, відповідно до варіанта, якому віддається перевага, становить щонайменше 900 °С, відповідно до варіанта, якому віддається більша перевага, щонайменше 950 °С. 19. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що зміни температури у псевдозрідженому шарі регулюють таким чином, щоб ці зміни не перевищували 50 °С. 20. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що тиск принаймні у другому реакторі регулюють так, щоб він становив 1-10 бар (0,1-1МПа) (абсолютних), відповідно до варіанта, якому віддається перевага, 4-8 бар (0,4-0,8МПа) (абсолютних). 21. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що металовмісний матеріал має форму залізорудного дрібняка, причому залізорудний дрібняк має розмір частинок менше 6 мм. 22. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що залізорудний дрібняк має середній розмір частинок в межах від 0,1 мм до 0,8 мм. 23. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що твердим вуглецевмісним матеріалом є вугілля, відповідно до варіанта, якому віддається перевага, вугілля з помірним вмістом летких компонентів, подрібнене до розміру частинок менше 6 мм. 24. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що псевдозріджувальний газ містить неокислювальний газ. 25. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що псевдозріджувальний газ у другому реакторі містить відновлювальний газ, наприклад, СО та H2. 4 26. Спосіб за п.25, який відрізняється тим, що вміст Н2 у псевдозріджувальному газі у другому реакторі добирають так, щоб він становив щонайменше 10 об. % від загального об’єму СО та Н 2 у газі. 27. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що він включає виділення принаймні частково відновленого металовмісного вихідного матеріалу та щонайменше частини інших твердих матеріалів з потоку продукту із другого реактора. 28. Спосіб за п. 27, який відрізняється тим, що принаймні частину інших твердих речовин, виділених зі згаданого потоку продукту, повертають у перший реактор та/або у др угий реактор. 29. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що він включає виділення принаймні частини твердих речовин з потоку відхідних газів із другого реактора. 30. Спосіб за п. 29, який відрізняється тим, що тверді речовини, виділені зі згаданого потоку відхідних газів, повертають у перший реактор. 31. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що він включає попереднє нагрівання металовмісного вихідного матеріалу відхідними газами із другого реактора. 32. Спосіб за п. 31, який відрізняється тим, що він включає оброблення відхідних газів після стадії попереднього нагрівання та повернення принаймні частини оброблених відхідних газів у перший реактор та/або у другий реактор як псевдозріджувального газу. 33. Спосіб за п. 32, який відрізняється тим, що оброблення відхідних газів включає одну або кілька таких стадій: (а) видалення твердих матеріалів, (b) охолодження, (с) видалення Н 2О, (d) видалення СО2, (e) компримування та (f) повторне нагрівання. 34. Спосіб за п. 32 або п. 33, який відрізняється тим, що оброблення відхідних газів включає повернення принаймні частини відділених твердих матеріалів у перший реактор та/або у др угий реактор. 35. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що кисневмісний газ включає щонайменше 90 об. % кисню. 36. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняє ться тим, що він включає додатковий плавильний процес для плавлення та подальшого відновлення частково відновленого металовмісного матеріалу з одержанням розплавленого металу. 37. Устаткування для відновлення металовмісного матеріалу, яке включає: (a) перший реактор для одержання потоку гарячих відхідних газів, що містить захоплені тверді матеріали, який включає впускні пристрої для подавання твердого вуглецевмісного матеріалу, псевдозріджувального газу та кисневмісного газу у згаданий перший реактор, підтримання псевдозрідженого шару у реакторі та одержання потоку гарячих відхідних газів, що містить захоплені тверді матеріали, та випускний пристрій для виведення з реактора потоку гарячих відхідних газів, що містить захоплені тверді матеріали; та (b) другий реактор для принаймні часткового відновлення металовмісного матеріалу у твердому 5 84758 6 стані у псевдозрідженому шарі у згаданому другому реакторі, який включає впускні пристрої для подавання металовмісного матеріалу, потоку гарячих відхідних газів, що містить захоплені тверді матеріали, з першого реактора та псевдозрідженого шару та підтримання в реакторі псевдозрідженого шару, випускний пристрій для вивантаження із другого реактора потоку переважно твердих продуктів принаймні часткового відновлення металовмісного вихідного матеріалу та випускний пристрій для виведення із другого реактора потоку відхідних газів та захоплених тверди х матеріалів. 38. Устаткування за п. 37, яке відрізняється тим, що перший реактор включає окремі впускні пристрої для подавання у цей реактор кожного з перелічених нижче матеріалів: твердого вуглецевмісного матеріалу, псевдозріджувального газу та кисневмісного газу. 39. Устаткування за п. 38, яке відрізняється тим, що вп ускний пристрій для подавання у перший реактор кисневмісного газу включає фурму з наконечником, вихід якого розташований всередині бічної стінки реактора у центральній зоні реактора. 40. Устаткування за п. 39, яке відрізняється тим, що наконечник фурми у центральній зоні реактора спрямований донизу для введення кисневмісного газу потоком, спрямованим униз. 41. Устаткування за будь-яким з пп. 37-40, яке відрізняє ться тим, що другий реактор включає окремі впускні пристрої для подавання у цей реактор кожного з перелічених нижче матеріалів: металовмісного вихідного матеріалу, потоку гарячих відхідних газів з першого реактора, що містить захоплені тверді матеріали, та псевдозріджувального газу. 42. Устаткування за будь-яким з пп. 37-41, яке відрізняє ться тим, що другий реактор включає впускний пристрій для подавання у реактор кисневмісного газу. 43. Устаткування за п. 42, яке відрізняється тим, що впускний пристрій для подавання у другий реактор кисневмісного газу включає фурму з наконечником, вихід якого розташований всередині бічної стінки реактора у центральній зоні реактора. 44. Устаткування за п. 43, яке відрізняється тим, що наконечник фурми у центральнійзоні другого реактора спрямований донизу для введення кисневмісного газу потоком, спрямованим униз. 45. Устаткування за будь-яким з пп. 37-44, яке відрізняє ться тим, що воно включає пристрій для відділення захоплених твердих матеріалів з потоку відхідних газів із другого реактора. 46. Устаткування за п. 45, яке відрізняється тим, що перший реактор додатково включає впускний пристрій для подавання у цей реактор відділених твердих матеріалів із пристрою для відділення відхідних газів. 47. Устаткування за п. 45 або п. 46, яке відрізняється тим, що воно включає пристрій для оброблення потоку відхідних газів із другого реактора та одержання принаймні частини псевдозріджувального газу для першого реактора та/або другого реактора. Цей винахід стосується способу та устатк ування для прямого відновлення металовмісного вихідного матеріалу, зокрема, але ні в якому разі не виключно, способу та устаткування для прямого відновлення залізовмісного вихідного матеріалу, наприклад, залізної руди. Цей винахід стосується також способу відновлення металовмісного вихідного матеріалу, який включає процес прямого відновлення для часткового відновлення металовмісного вихідного матеріалу у твердому стані та плавильний процес для плавлення та подальшого відновлення частково відновленого металовмісного вихідного матеріалу до розплавленого металу. Відомою технологією прямого відновлення є так звана «технологія CIRCOFER», яка забезпечує відновлення залізної руди у твердому стані зі ступенем металізації 50% або вище. Технологія CIRCOFER основана на застосуванні псевдозріджених шарів. Основними вихідними матеріалами, які надходять у псевдозріджені шари, є псевдозріджувальний газ, оксиди металу (у типових випадках залізорудний дрібняк), твердий вуглецевмісний матеріал (у типових випадках вугілля) та кисневмісний газ (у типових випадках газоподібний кисень). Основним продуктом, який утворюється у псевдозріджених шарах, є металі зовані оксиди металу, тобто принаймні частково відновлені оксиди металу. Заявником виявлена можливість ефективного та продуктивного відновлення оксидів заліза у двостадійному процесі, при якому у першому псевдозрідженому шарі вивільнюється тепло внаслідок реакцій між твердим вуглецевмісним матеріалом та кисневмісним газом, а у другому псевдозрідженому шарі відновлюється металовмісний вихідний матеріал, причому тепло переноситься у другий псевдозріджений шар потоком гарячих відхідних газів та захоплених твердих матеріалів з першого псевдозрідженого шару. Згідно з цим винаходом, пропонується спосіб прямого відновлення металовмісного матеріалу, який включає: - подавання твердого вуглецевмісного матеріалу та кисневмісного газу у псевдозріджений шар у першому реакторі та одержання тепла внаслідок реакцій у псевдозрідженому шарі між кисневмісним газом та твердим вуглецевмісним матеріалом та іншими твердими матеріалами та газами, що піддаються окисненню, та виведення з реактора потоку гарячих відхідних газів, який містить захоплені тверді матеріали; та - подавання металовмісного матеріалу у псевдозріджений шар у другому реакторі та подавання потоку гарячих відхідних газів, який містить захоп 7 84758 лені тверді матеріали, з першого реактора у псевдозріджений шар у другому реакторі, та принаймні часткове відновлення вихідного металовмісного матеріалу у твердому стані у псевдозрідженому шарі, та виведення потоку продукту принаймні частково відновленого металовмісного матеріалу та потоку відхідних газів, який містить захоплені тверді матеріали. У вищезгаданому способі функції одержання тепла та відновлення розділені та здійснюються у двох окремих реакторах, що уможливлює оптимізацію кожної з цих функцій. Зокрема, розділення функцій одержання тепла та відновлення означає, що можна, з метою одержання тепла та забезпечення розкладу смол та інших продуктів вивільнення летких компонентів, експлуатувати перший реактор при вищій температурі ніж та, що може бути прийнятною в разі здійснення операцій одержання тепла та відновлення в одному реакторі. Конкретно, у випадку, коли одержання тепла та відновлення виконується в одному реакторі, максимальна можлива робоча температура обмежується можливістю утворення охолоді металовмісного матеріалу. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає забезпечення у першому реакторі температур, які перевищують робочі температури у др угому реакторі. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає експлуатування першого реактора при температурах понад 1000°C. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає експлуатування другого реактора при температурах нижче 1000°C. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає подавання кисневмісного газу у перший реактор з забезпеченням у першому реакторі спрямованого униз потоку згаданого газу. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає подавання кисневмісного газу у др угий реактор. Відповідно до варіанта, якому віддається більша перевага, введення кисневмісного газу у другий реактор здійснюють у таких регульованих умовах, які забезпечують бажану агломерацію дрібних частинок відновленої руди з іншими частинками вихідних матеріалів з утворенням більших частинок відновленої руди. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає подавання кисневмісного газу у другий реактор з забезпеченням у другому реакторі спрямованого униз потоку згаданого газу. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає подавання кисневмісного газу у перший реактор та/або у другий реактор через щонайменше одну фурму, що має наконечник з виходом, розташованим всередині бічної стінки реактора у центральній зоні реактора. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, наконечник фурми спрямований донизу. Відповідно до варіанта, якому віддається більша перевага, наконечник фурми спрямований вертикально вниз. Положення фурми та, більш конкретно, висота вихідного кінця наконечника фурми у реакторі ви 8 значаються з урахуванням таких факторів, як швидкість введення кисневмісного газу, тиск у реакторі, добір та кількість інших вихідних матеріалів, які подають у реактор, та густина псевдозрідженого шару. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає охолодження принаймні наконечника фурми водою з метою зведення до мінімуму утворення охолоді на наконечнику фурми, яке може перешкоджати введенню кисневмісного газу. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає охолодження зовнішньої поверхні наконечника фурми водою. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає введення кисневмісного газу через центральну трубу фурми. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає введення кисневмісного газу зі швидкістю, достатньою для утворення поблизу наконечника фурми зони, практично вільної від твердого матеріалу, з метою зниження можливості утворення на наконечнику фурми охолоді, яка може перешкоджати введенню кисневмісного газу. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає введення азоту та/або водяної пари та/або іншого придатного обдувального газу та обдування нижнього кінця центральної труби фурми з метою зведення до мінімуму окиснення металу, яке може спричиняти утворення на наконечнику фурми охолоді, яка може перешкоджати введенню кисневмісного газу. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає роздільне подавання металовмісного матеріалу та потоку гарячих відхідних газів, що містить захоплені тверді матеріали, з першого реактора у псевдозріджений шар у другому реакторі. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає регулювання різниці між об'ємною температурою псевдозрідженого шару та середньою температурою внутрішньої поверхні бічної стінки реактора з таким розрахунком, щоб ця різниця не перевищувала 100°C. Термін «об'ємна температура» в цьому описі означає середню температуру у псевдозрідженому шарі. Відповідно до варіанта, якому віддається більша перевага, згадана різниця температур не перевищує 50°C. У випадку відновлення металовмісного матеріалу у формі залізорудного дрібняка, об'ємна температура псевдозрідженого шару у другому реакторі, відповідно до варіантів, яким віддається перевага, лежить у межах від 850°C до 1000°C. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, об'ємна температура псевдозрідженого шару у др угому реакторі становить щонайменше 900°C, відповідно до варіанта, якому віддається перевага, щонайменше 950°C. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає регулювання змін температури у псевдозрідженому шарі у другому реакторі таким чином, щоб ці зміни не перевищували 50°C. 9 84758 Різницю температур можна регулювати шляхом регулювання численних параметрів, наприклад, варіювання кількостей твердих матеріалів та газів, які подаються у другий реактор, та добору згаданих твердих матеріалів та газів. Крім того, відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає регулювання тиску у др угому реакторі, який має бути в межах 1-10 бар (0,1-1МПа) (абсолютних), відповідно до варіанта, якому віддається більша перевага, 4-8 бар (0,4-0,8МПа) (абсолютних). У випадку відновлення металовмісного матеріалу у формі залізорудного дрібняка, частинки руди відповідно до варіанта, якому віддається перевага, мають розмір менше 6мм. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, рудний дрібняк має середній розмір частинок у межах від 0,1мм до 0,8мм. Однією з переваг цього способу є те, що в ньому можна використовувати значну кількість металовмісного вихідного матеріалу з розміром частинок менш ніж 100мкм без виносу значної кількості цього матеріалу із процесу з відхідними газами. Вважається, що така перевага зумовлена впливом механізму агломерації у псевдозрідженому шарі, який забезпечує бажаний рівень агломерації частинок вихідних матеріалів, зокрема, частинок розміром менш ніж 100мкм, без спричинення неконтрольованої агломерації, яка може спричинити припинення процесу у псевдозрідженому шарі. Аналогічно, крихкі руди, які мають схильність до розкришування у процесі переробки та збільшення таким чином вмісту частинок розміром менш ніж 100мкм у псевдозрідженому шарі, можна обробляти без значних втрат ви хідного матеріалу внаслідок виносу з відхідними газами. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, вуглецевмісним матеріалом є вугілля. У такому випадку спосіб забезпечує вивільнення з вугілля летких компонентів з утворенням коксу та реагування принаймні частини коксу з киснем з утворенням CO у псевдозрідженому шарі у першому реакторі. У цьому способі можна застосовувати будьяке придатне вугілля. Наприклад, може бути застосоване вугілля з помірним вмістом летких компонентів, подрібнене до розміру частинок менше 6мм. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, псевдозріджувальний газ містить неокиснювальний газ. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, псевдозріджувальний газ у другому реакторі містить відновлювальний газ, наприклад, CO та H2. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає добір вмісту H2 у псевдозріджувальному газі щонайменше 10% (об'ємних) від загального об'єму CO та H2 у газі. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає виділення принаймні частково відновленого металовмісного вихідного матеріалу та принаймні частини інших твердих матеріалів (наприклад, коксу) з потоку продукту із другого реактора. 10 Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає повернення принаймні частини інших твердих речовин, виділених з потоку продукту, у перший реактор та/або у другий реактор. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає виділення принаймні частини твердих речовин з потоку відхідних газів із другого реактора. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає повернення твердих речовин, виділених з потоку відхідних газів, у перший реактор. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає попереднє нагрівання металовмісного вихідного матеріалу відхідними газами із другого реактора. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, спосіб включає оброблення відхідних газів після стадії попереднього нагрівання та повернення принаймні частини оброблених відхідних газів у перший реактор та/або у другий реактор як псевдозріджувального газу. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, оброблення відхідних газів включає одну або кілька таких стадій: (а) видалення твердих матеріалів, (b) охолодження, (с) видалення H2O, (d) видалення CO2, (e) компримування та (f) повторне нагрівання. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, оброблення відхідних газів включає повернення принаймні частини відділених твердих речовин у перший реактор та/або у другий реактор. Як кисневмісний газ можна застосовувати будь-який придатний для цього газ. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, кисневмісний газ містить щонайменше 90% (об'єми.) кисню. Згідно з цим винаходом, пропонується також устаткування для відновлення металовмісного матеріалу, яке включає: (a) перший реактор для одержання потоку гарячих відхідних газів, що містить захоплені тверді матеріали, який включає впускні пристрої для подавання твердого вуглецевмісного матеріалу, псевдозріджувального газу та кисневмісного газу у згаданий перший реактор, підтримання псевдозрідженого шару у реакторіта одержання потоку гарячих відхідних газів, що містить захоплені тверді матеріали, та випускний пристрій для виведення з реактора потоку гарячих відхідних газів, що містить захоплені тверді матеріали; та (b) другий реактор для принаймні часткового відновлення металовмісного матеріалу у твердому стані у псевдозрідженому шарі у згаданому другому реакторі, який включає впускні пристрої для подавання металовмісного матеріалу, потоку гарячих відхідних газів, що містить захоплені тверді матеріали, з першого реактора та псевдозрідженого шару та підтримання в реакторі псевдозрідженого шару, випускний пристрій для вивантаження із другого реактора потоку переважно твердих продуктів принаймні часткового відновлення металовмісного вихідного матеріалу та випускний при 11 84758 стрій для виведення із другого реактора потоку відхідних газів та захоплених тверди х матеріалів. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, перший реактор включає окремі впускні пристрої для подавання у цей реактор кожного з перелічених нижче матеріалів: твердого вуглецевмісного матеріалу, псевдозріджувального газу та кисневмісного газу. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, впускний пристрій для подавання у перший реактор кисневмісного газу включає фурму з наконечником, вихід якого розташований всередині бічної стінки реактора у центральній зоні реактора. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, наконечник фурми у центральній зоні реактора спрямований донизу для введення кисневмісного газу потоком, спрямованим униз. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, наконечник фурми спрямований вертикально вниз. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, другий реактор включає окремі впускні пристрої для подавання у цей реактор кожного з перелічених нижче матеріалів: металовмісного вихідного матеріалу, потоку гарячих відхідних газів з першого реактора, що містить захоплені тверді матеріали, та псевдозріджувального газу. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, другий реактор включає впускний пристрій для подавання у реактор кисневмісного газу. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, впускний пристрій для подавання у др угий реактор кисневмісного газу включає фурму з наконечником, вихід якого розташований всередині бічної стінки реактора у центральній зоні реактора. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, наконечник фурми у центральній зоні другого реактора спрямований донизу для введення кисневмісного газу потоком, спрямованим униз. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, наконечник фурми спрямований вертикально вниз. Відповідно до варіанта, якому віддається перевага, устаткування включає пристрій для відділення захоплених твердих матеріалів з потоку відхідних газів із другого реактора. Відповідно до варіанта, якому віддається більша перевага, перший реактор додатково включає впускний пристрій для подавання у цей реактор відділених твердих матеріалів із пристрою для відділення відхідних газів. Відповідно до варіанта, якому віддається більша перевага, устаткування включає пристрій для оброблення потоку відхідних газів із другого реактора та одержання принаймні частини псевдозріджувального газу для першого реактора та/або другого реактора. Згідно з цим винаходом, пропонується також спосіб відновлення металовмісного матеріалу, який включає (а) пряме відновлення для часткового відновлення металовмісного матеріалу, як описано в цьому документі, та (b) плавильний процес для плавлення та подальшого відновлення част 12 ково відновленого металовмісного матеріалу з одержанням розплавленого металу. Цей винахід більш детально описано нижче з посиланнями на фігури, що додаються, з яких: Фіг.1 є схемою одного з варіантів устаткування для прямого відновлення металовмісного вихідного матеріалу згідно з цим винаходом; і Фіг.2 є схемою іншого варіанту уста ткування для прямого відновлення металовмісного вихідного матеріалу згідно з цим винаходом. У поданому нижче описі мається на увазі пряме відновлення металовмісного матеріалу у формі частинок залізної руди у твердому стані. Винахід не обмежений цим варіантом і поширюється на пряме відновлення інших залізовмісних матеріалів (наприклад, ільменіту) і, у більш загальному сенсі, на інші металовмісні матеріали. У поданому нижче описі мається на увазі також пряме відновлення залізної руди із застосуванням вугілля як твердого вуглецевмісного матеріалу, кисню як кисневмісного газу та рециркульованих відхідних газів, які містять суміш CO та Н2, як псевдозріджувального газу. Винахід не обмежений цим варіантом і поширюється на застосування будь-якого іншого придатного твердого вуглецевмісного матеріалу, кисневмісного газу або псевдозріджувального газу. Як видно з Фіг.1, устатк ування включає перший реактор 3, який містить псевдозріджений шар газу та захоплених твердих матеріалів, та другий реактор 5, який також містить псевдозріджений шар газу та захоплених твердих матеріалів. Перший реактор 3 діє як теплогенератор, і в ньому утворюється потік гарячих відхідних газів, який містить захоплені тверді матеріали, переважно кокс, і надходить у другий реактор 5 комунікацією 7. Цей потік гарячих відхідних газів призначений для забезпечення принаймні частини тепла, необхідного для протікання реакцій у другому реакторі. Другий реактор 5 діє як реактор прямого відновлення та забезпечує принаймні часткове відновлення залізорудного дрібняка у твердому стані. Із другого реактора виходять два відхідні потоки. Один з відхідних потоків, який виводять із другого реактора 5 через вихід 9 у дні реактора 5, включає потік переважно твердих матеріалів принаймні частково відновленого залізорудного дрібняка та захоплених твердих речовин, як правило, коксу. Цей потік твердих матеріалів можна обробити шляхом розділення принаймні частково відновленої залізної руди та принаймні частини інших твердих речовин. Відділені інші тверді речовини, переважно кокс, можна повертати у перший реактор та/або у другий реактор як частину ви хідних твердих матеріалів для живлення реакторів. Принаймні частково відновлену залізну руду піддають подальшій обробці за потребою. Наприклад, принаймні частково відновлену залізну руду можна подавати у плавильний конвертер з розплавленою ванною та переплавляти у залізо, наприклад, з застосуванням способу, відомого під назвою «хай-смелт» (HIsmelt process). 13 84758 Другий відхідний потік із другого реактора 5, який виводять через вихідну лінію 61 із верхньої частини другого реактора 5, включає гарячі відхідні гази та захоплені тверді матеріали. Потік відхідних газів надходить комунікацією 11 у циклон 13. У циклоні 13 захоплені тверді матеріали відділяються від потоку відхідних газів. Тверді матеріали рухаються з циклону 13 униз комунікацією 15 та надходять у перший реактор 3. Потік відхідних газів рухається з циклону 13 угору та надходить у змішувальну камеру 17. Відхідні гази з циклону 13 змішуються у змішувальній камері 17 з твердими матеріалами, що надходять у згадану камеру 17 з наступного циклону 21 комунікацією 23, і нагрівають ці тверді матеріали. Переважна більшість цих твердих матеріалів захоплюється у змішувальній камері 17 відхідними газами та надходить комунікацією 25 у циклон 27. У циклоні 27 відбувається відділення твердих матеріалів від газів. Відділені тверді матеріали рухаються з циклону 27 вниз комунікацією 29 та надходять у другий реактор 5. Відділені відхідні гази з циклону 27 разом з залишковими твердими матеріалами рухаються з циклону 27 угору та надходять у наступн у змішувальну камеру 31. Потік відхідних газів з циклону 27 змішується у змішувальній камері 31 з залізною рудою та нагріває цю руду. Залізна руда надходить у змішувальну камеру 31 з завантажувального бункера із затвором 33. Переважна більшість матеріалу виноситься зі змішувальної камери 31 у циклон 21 комунікацією 35. Як вказано вище, переважна більшість матеріалу з циклону 21 переходить у змішувальну камеру 17, звідки він переходить у циклон 27, а потім у др угий реактор 5 комунікацією 29. Відхідні гази з циклону 21 надходять комунікацією 37 в установку 39 оброблення відхідних газів та піддаються обробленню, як описано вище. Конкретно, відхідні гази обробляють з застосуванням низки стадій, яка включає (а) додаткове відділення твердих матеріалів від газів, (b) охолодження відхідних газів, (с) видалення Н 2О, (d) видалення СО2, (e) компримування та (f) повторне нагрівання. Оброблені відхідні гази з установки 39 оброблення відхідних газів використовують як псевдозріджувальний газ для реакторів 3 та 5. Цей газ подають у реактори комунікацією 41. Псевдозріджувальний газ вводять під тиском у нижню зону кожного з реакторів 3 та 5. Вугілля з помірним вмістом летких компонентів у вигляді частинок розміром менше 6 мм подають у нижню зону першого реактора 3 за допомогою пристрою для подавання твердого матеріалу, наприклад, шнекового живильника або фурми 43, яка проходить через бічну стінку першого реактора 3. Крім того, у перший реактор 3 подають кисень через фурму 45, яка має спрямований униз наконечник фурми 47 з виходом, що спрямовує струмінь кисню вниз у центральній зоні першого реактора 3. Як описано вище, попередньо нагріта залізна руда надходить у др угий реактор 5 комунікацією 29, а потік гарячих відхідни х газів, що містить за 14 хоплені тверді матеріали, надходить з першого реактора 3 у другий реактор комунікацією 7. Крім того, у другий реактор 5 подають кисень через фурму 49, яка має спрямований униз наконечник фурми 51 з виходом, що спрямовує струмінь кисню вниз у центральній зоні другого реактора 5. При описаному вище введенні вугілля, оборотних твердих матеріалів та псевдозріджувального газу у перший реактор 3 у центральній зоні першого реактора 3 утворюється висхідний потік псевдозріджувального газу та захоплених твердих матеріалів. При русі угору частинки вугілля та інших захоплених твердих матеріалів все більшою мірою відділяються від висхідного потоку псевдозріджувального газу і рухаються униз, переважно у зоні кільцевого перерізу між центральною зоною та бічною стінкою першого реактора 3. У кінцевому підсумку, ці тверді матеріали знов захоплюються висхідним потоком псевдозріджувального газу. Висхідний потік псевдозріджувального газу та захоплених твердих матеріалів у центральній зоні першого реактора 3 знаходиться у протитечії з низхідним потоком кисневмісного газу. Деяка кількість твердих частинок поблизу потоку кисневмісного газу може захоплюватися кисневмісним газом та внаслідок цього набувати здатності до адгезії. Вважається, що взаємодія протитечійних потоків псевдозріджувального газу та кисневмісного газу обмежує міру контакту частинок, захоплених потоком кисню, або частинок, що проходять через цей потік, зі стінками реактора та утворення охолоді при такому контакті. Вважається, що утворення охолоді додатково обмежується внаслідок розташування потоку кисневмісного газу у центральній зоні реактора. У першому реакторі має місце вивільнення летких компонентів з вугілля з утворенням коксу та розклад летких речовин вугілля з утворенням газоподібних речовин, наприклад, СО та Н 2. Принаймні частина коксу та розкладених летких речовин вугілля реагує з киснем з утворенням CO та інших продуктів реакцій. При цих реакціях вивільнюється значна кількість тепла, і, як описано вище, це тепло переноситься у другий реактор 5 потоком гарячих відхідних газів, що містить захоплені тверді матеріали, який надходить у другий реактор комунікацією 7. При вищезазначеному введенні попередньо нагрітого залізорудного дрібняка, потоку гарячих відхідних газів, що містить захоплені тверді матеріали, з першого реактора 3, кисневмісного газу та псевдозріджувального газу у другий реактор у центральній зоні другого реактора 5 створюється висхідний потік псевдозріджувального газу та захоплених твердих матеріалів. При русі угору тверді матеріали все більшою мірою відділяються від висхідного потоку газу і рухаються униз переважно у зоні кільцевого перерізу між центральною зоною та бічною стінкою другого реактора 5. У кінцевому підсумку, тверді матеріали або знов захоплюються висхідним потоком псевдозріджувального газу, або виводяться з реактора. Висхідний потік псевдозріджувального газу та захоплених тверди х матеріалів у другому реакторі 15 84758 5 знаходиться у протитечії з низхідним потоком кисневмісного газу. Як описано вище стосовно першого реактора, вважається, що ця протитечія потоків псевдозріджувального газу та кисневмісного газу сприяє обмеженню міри контакту частинок, захоплених потоком кисню, або частинок, що проходять через цей потік, зі стінками реактора та утворення охолоді при такому контакті. При вищезазначеному введенні попередньо нагрітого залізорудного дрібняка, потоку гарячих відхідних газів з першого реактора 3, що містить захоплені тверді матеріали, кисневмісного газу та псевдозріджувального газу у др угий реактор 5, у цьому реакторі протікають також описані нижче реакції: - реакція принаймні частини СО2 (утвореного при відновленні залізної руди) з вуглецем з утворенням CO (реакція Будуара); - пряме відновлення залізної руди СО та Н 2 до принаймні частково відновленої залізної руди. При цій реакції утворюються CO2 та H2 O; - окиснення твердих матеріалів та газів, наприклад, коксу та частинок частково відновленого металовмісного вихідного матеріалу, летких компонентів вугілля, перенесених з першого реактора 3, H2 та CO, у верхній зоні другого реактора 105 з вивільненням тепла та сприянням регульованій агломерації дрібніших частинок частково відновленої руди з іншими частинками у псевдозрідженому шарі з утворенням більших частинок частково відновленої руди. На цей час заявник не має чіткого уявлення про механізми, які забезпечують контрольовану агломерацію металовмісного матеріалу, згадану у попередньому абзаці. Не наполягаючи на обмежувальному значенні поданих нижче зауважень, заявник зазначає, що при дослідженні було виявлено, що агломерати, які утворюються, включають дрібніші частинки, зокрема, дрібні зерна руди, які з'єднуються між собою або з більшими частинками. Заявник припускає, що у верхній частині реактора створюються такі умови, що (а) частково та повністю відновлені, тобто металізовані, частинки залізної руди мікрометрових розмірів реагують з 16 киснем з вивільненням тепла, і утворені таким чином окиснені частинки набувають схильності до адгезії; (b) дрібні частинки вугілля реагують з киснем та окиснюються, і утворена зола набуває схильності до адгезії; та (с) дрібні частинки залізної руди набувають схильності до адгезії внаслідок нагрівання. Заявник також припускає, що ці дрібніші частинки, схильні до адгезії, з'єднуються з більшими частинками, які мають більшу здатність до тепловідведення, причому досягається загальний сприятливий ефект зменшення кількості дрібніших частинок у реакторі, які можуть прихоплюватися до поверхні устаткування та виноситися з реактора у стр умені відхідних газів. Устаткування, показане на Фіг.2, є практично ідентичним устаткуванню, представленому на Фіг.1, і однакові елементи на обох рисунках позначено однаковими числами. Відсутність кисневої фурми у другому реакторі 5 можна обгрунтувати тим, що (а) достатній ступінь контрольованої агломерації можна забезпечити шляхом введення кисню тільки у перший реактор 3, або (b) тим, що ви хідна залізна руда не містить дуже дрібних частинок у значній кількості. У варіанти здійснення цього винаходу, показані на Фіг.1 та Фіг.2, можуть бути внесені численні модифікації без виходу за межі обсягу та суті винаходу. Наприклад, незважаючи на те, що перший реактор 3 у кожному із представлених варіантів включає фурму 45, яка має спрямований донизу наконечник фурми 47, який вводить кисень спрямованим униз потоком у протитечії до висхідного потоку твердих матеріалів та псевдозріджувального газу, цей винахід не обмежується таким варіантом та поширюється на інші варіанти компонування устаткування. Зокрема, цей винахід не обмежується введенням кисню спрямованим униз потоком через одну або кілька фурм 45 зі спрямованими униз наконечниками фурм 47. Крім того, винахід не обмежується протитечійними потоками кисню та твердих матеріалів та псевдозріджувального газу. 17 Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 84758 Підписне 18 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601