PL120142B1 - Method of direct reduction of iron oxide to metallic ironcheskogo zheleza - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób bezposred¬ niej redukcji tlenku zelaza do zelaza metalicznego.Sposób bezposredniej redukcji tlenku zelaza w postaci grudek lub grubej rudy do metalicznego zelaza w stanie stalym jest ostatnio coraz szerzej stosowany w wielu hutach na swiecie. Laczna wydajnosc roczna takich zakladów pracujacych juz obecnie lub budowanych wynosi powyzej 15 milo- nów ton zelaza, które stosuje sie glównie jako material wsadowy do produkcji stali w elektrycz¬ nych piecach lukowych. Przewiduje sie znaczny wzrost swiatowego zapotrzebowania na zelazo pro¬ dukowane sposobem bezposredniej redukcji, aby podolac rosnacemu zapotrzebowaniu swiatowemu na taki material wsadowy dla budowanych juz stalowni z piecami lukowymi.Wiekszosc hut produkujacych zelazo droga bez¬ posredniej redukcji jako zródlo czynników redu¬ kujacych stosuje gaz ziemny. Gaz ziemny jest reformowany, aby wytworzyc czynniki reduku¬ jace CO i H2. Niektóre huty stosuja wegiel ka¬ mienny jako zródlo czynników redukujacych w piecach obrotowych, na przyklad w procesie SL/RN, gdzie wegiel reaguje bezposrednio na miejscu w piecu bez oddzielnej gazyfikacji wegla na CO i H2. Proces przeprowadzany w piecu obro¬ towym nie zapewnia dobrego wykorzystania wegla, poniewaz okolo 2/3 wegla spalane jest w piecu w celu otrzymania ciepla, a tylko 1/3 dostarcza lt gazu dla bezposredniej redukcji. Taka mala wy¬ dajnosc powoduje zapotrzebowanie wegla rzedu 20,9—25 GJ na tone zelaza wyprodukowanego przez bezposrednia redukcje. W przeciwienstwie do tego w przypadku bardziej wydajnego procesu z zasto¬ sowaniem gazu ziemnego, ha przyklad w proce¬ sach Midrex, Purofer lub Armco, zapotrzebowanie na gaz ziemny wynosi 12,54—14,63 GJ ha tone wy¬ produkowanego zelaza.Znane jest wiele sposobów (na przyklad spo¬ sób wedlug opisu patentowego Stanów Zjedno¬ czonych Am. Pln. nr 3 853 538, jeszcze nie stoso¬ wany przemyslowo), w których gazyfikuje sie wegiel kamienny przez czesciowo utleniane z tle¬ nem i para wodna, aby wytworzyc gaz, który nastepnie stosuje sie róznymi sposobami przy" bez¬ posredniej redukcji zelaza. Bezposrednia przy¬ czyna, dla której zaden z tych sposobów nie zostal wykorzystany przemyslowo jest to, ze albo sposób jest zbytnio skomplikowany lub niepraktyczny dla zastosowania przemyslowego, albo tez zapotrzebo¬ wanie na wegiel jest zbyt duze. Zasadnicza trud¬ noscia, która powoduje, ze sposób jest nieprak¬ tyczny, albo tez powoduje zbyt duze zapotrzebo¬ wanie calkowite na wegiel, jest to, ze goracy gaz z gazyfikatora wegla ma zbyt mala zawartosc czynników redukujacych (CO i H2) w stosunku do czynników utleniajacych (C02 i H20), co uniemoz- 120 1423 120 142 4 liwia bezposrednie, wydajne wykorzystanie takiego gazu przy bezposredniej redukcji zelaza.Celem wynalazku jest stworzenie wydajnego cieplnie i energetycznie sposobu bezposredniej re¬ dukcji zelaza przy zastosowaniu gazu z wegla ka¬ miennego, przy czym caly zuzyty gaz pochodzacy z bezposredniej redukcji jest skutecznie wyko¬ rzystywany w procesie dla zmniejszenia do mini¬ mum zapotrzebowania na wegiel. Innym celem wynalazku jest stworzenie wydajnego sposobu bez¬ posredniego wykorzystania goracego gazu z gazy- fikatbra wegla kamiennego w procesie bezposred¬ niej redukcji zelaaa przez zmieszanie wzbogaco¬ nego gazu redukujacego zuzytego w piecu reduk¬ cyjnym Jeszcze innjlm celem wynalazku jest stwo¬ rzenie sposobu wytwarzania goracego gazu redu¬ kujacego przez odsiarczanie goracego gazu pocho- dfeacegq_z gazyfikatora wegla przez reakcje z ma¬ terialem przyjmujacym siarke, na przyklad z wap¬ nem, oraz mieszanie odsiarczonego gazu z goracym, wzbogaconym w czynniki redukujace, zuzytym gazem redukujacym zawróconym do procesu.Jeszcze innym celem wynalazku jest powtórne wykorzystanie zuzytego gazu z pieca do bezposred¬ niej redukcji w bardziej wydajny sposób niz w dotychczasowych sposobach bezposredniej redukcji opartych na weglu kamiennym.Cele te zostaly zrealizowane wedlug wynalazku.Wedlug wynalazku sposób bezposredniej redukcji tlenku zelaza do zelaza metalicznego poprzez do¬ prowadzenie goracego gazu redukujacego do tlenku zelaza, charakteryzuje sie tym, ze jako gaz redu¬ kujacy stosuje sie mieszanine zlozona z dwóch strumieni gazu, przy czym jako pierwszy strumien stosuje sie gaz poredukcyjny wzbogacony w czyn¬ nik redukujacy zas jako drugi strumien stosuje si£ gaz czadnicowy wytworzony poprzez gazyfi¬ kacje paliwa stalego z tym, ze gaz czadnicowy ochladza sia pierwszym strumieniem gazu bogatego w czynniki redukujace, aby uzyskac goraca mie¬ szanine gazowa, przeprowadza sie reakcje tej go¬ racej mieszaniny gazowej z materialem przyjmu¬ jacym siarke, aby uzyskac goracy gaz pozbawiony zasadniczo siarki, ogrzewa sie drugi strumien gazu bogatego w czynniki redukujace i miesza sie ten ogrzany drugi strumien gazu bogatego w czynniki redukujace z goracym gazem pozbawionym siarki, aby uzyskac gaz redukujacy, w którym stosunek czynników redukujacych do czynników utleniaja- cyek wynosi przynajmniej 8 i-o temperaturze 760—90Q?C w celu wprowadzenia tego gazu do pieca.Materialem przyjmujacym siarke jest wapno.W sposobie wedlug wynalazku stosuje sie gaz czadnicowy,: w którym stosunek czynników reduku¬ jacych do czynników utleniajacych wynosi przynaj¬ mniej, 6. Natomiast czesc zuzytego gazu redukujace¬ go, który zawiera dwutlenek wegla, stosuje sie jako paliwo dla ogrzewania drugiego strumienia gazu bo¬ gatego w czynniki redukujace. Paliwo stale wybiera sie z grupy zawierajacej wegiel kamienny, wegiel brunatny i wegiel drzewny.Ponadto miesza sie trzeci strumien nieogrzanego gazu o duzej zawartosci czynników redukujacych z gazem pozbawionym siarki, aby regulowac temperature gazu redukuja¬ cego.Sposób wedlug wynalazku umozliwia uzyskanie wysokiej sprawnosci cieplnej i umozliwia prak- 5 tyczna realizacje przemyslowa bezposredniej re¬ dukcji zelaza przy zastosowaniu gazyfikacji wegla kamiennego jako zródla czynników redukujacych z ulepszona, opracowywana obecnie technologia gazyfikacji wegla. Goracy gaz redukujacy wpro- io wadzany do pieca powinien byc gazem nie" utlenia¬ jacym do zelaza metalicznego. W zwiazku z tym gaz ten musi miec jakosc wieksza od 2 aby nie byc gazem utleniajacym do zelaza metalicznego.Jakosc gazu okresla sie stosunkiem czynników re- u dukujacych (CO + H) do czynników utleniajacych (C02 + H20) w mieszaninie gazowej. Poniewaz tlenek wegla i wodór w gazie redukujacym reaguja z FeO dla wytworzenia zelaza metalicznego, ilosc C02 i H20 w gazie wzrasta, a ilosc (CO+H) obniza n sie powodujac tym samym zmniejszenie jakosci gazu redukujacego. Jakosc gazu powinna wyrazac sie liczba wieksza niz 2 w tym miejscu pieca redu¬ kujacego, gdzie caly wsad jest FeO i który wy¬ maga aby przeplyw gazu redukujacego byl wyzszy m dla gazu niskiej jakosci niz dla wysokiej jakosci gazu redukujacego. Zastosowanie odpowiedniej jakosci gazu redukujacego pozwala zastosowac od¬ powiedni wymiar dmuchawy i odpowiednia moc w zakresie minimum. 30 Zastosowanie gazu redukujacego o jakosci mniej¬ szej niz 8 jest nieekonomiczne. Gaz redukujacy o jakosci mniejszej niz 2,4 ma wlasnosci utlenia¬ jace i dlatego nie znajduje zastosowania w wyna¬ lazku. W zaleznosci od róznych jakosci gazu redu- 35 kujacego przeplyw gazu w ms na tone produktu jest rózny przy jakosci przeplyw gazu (ml) 8 2150 6,5 2380 U 6,0 2500 4,0 3500 3,0 5250 2,4 9800 Natomiast przeplyw gazu przy jakosci 10 wynosi u 1969 m8. Widac, ze wzrost przeplywu pozadany dla gazu redukujacego o jakosci 10 do przeplywu dla gazu redukujacego o jakosci 8 jest okolo 9%.Dodatkowa moc potrzebna do otrzymania tego wzrostu przeplywu wynosi 30%.^ Sposób wedlug wynalazku wymaga okolo 12,96 GJ wegla do gazyfikacji i kolo 1,67 GJ wegla dla wytwarzania pradu elektrycznego przy sprawnosci 30% do wytworzenia tlenu potrzebnego dla gazy¬ fikacji, a wiec calkowite zapotrzebowanie na wegiel H wynosi okolo 14,63 GJ na tone zelaza wyproduko¬ wanego sposobem bezposredniej redukcji.Przedmiot wynalazku jest dokladnie omówiony na podstawie przykladu wykonania na rysunku.Piec do bezposredniej redukcji z szybem prze- ciwpradowym wylozonym zaroodpornie oznaczony jest na rysunku przez 10. Material wsadowy 12 za¬ wierajacy tlenek zelaza w postaci grudek tlenku i/lub naturalnej rudy grubej o nominalnej wielkosci ziarna 5—30 mm doprowadzany jest do leja zasy- 01 powego 14 i do wnetrza pieca poprzez rure zasila-120 142 5 < jaca 16, aby utworzyc wsad wewnatrz pieca. Zre¬ dukowane grudki i/lub bryly zelaza sa wyprowa¬ dzane z dolnej czesci pieca poprzez rure wyladow¬ cza 18 za pomoca przenosnika wyladowczego 20, którego predkosc steruje predkosc opadania wsadu w piecu 10.Swiezy goracy gaz redukujacy jest doprowa¬ dzany do pieca poprzez rure wlotowa 21, a nas¬ tepnie przez wiele otworów wlotu gazu 22 roz¬ mieszczonych w sciance zaroodpornej w czesci srodkowej pieca. Goracy gaz redukujacy przeplywa do wnetrza, a nastepnie do góry w przeciwpradzie wzgledem opadajacego wsadu. Zuzyty gaz reduku¬ jacy o duzej zawartosci dwutlenku wegla opuszcza wsad przy wierzcholku pieca na poziomie zasypo¬ wym 21 utworzonym przez kat usypu materialu podawanego przez rure doprowadzania tlenku 16.Zuzyty gaz redukujacy o duzej zawartosci dwu¬ tlenku wegla, zwany dalej gazem gardzielowym, uchodzi z pieca poprzez rure odprowadzajaca 26.Dolna czesc pieca 10 wyposazona jest w obwód gazu chlodzacego przeznaczony do chlodzenia zre¬ dukowanego zelaza przed wyladunkiem. Ten ob- wTód chlodzacy zawiera wlot gazu chlodzacego 30 prowadzacy do czlonu 31 rozdzielajacego gaz chlo¬ dzacy wewnatrz pieca 10. Nad czlonem rozdziela¬ jacym wewnatrz pieca umieszczony jest czlon 32 zbierajacy gaz chlodzacy. Nastepnie gaz chlodzacy przedostaje sie do czlonu wylotowego 34 i do zew¬ netrznego ukladu recyrkulacji gazu, który ma pluczke oczyszczajaca 36 i dmuchawe recyrkula¬ cyjna 38. Generator gazu 40 na paliwo stale z wy¬ korzystaniem tlenu lub tlenu i wody doprowadza¬ nych poprzez wtryskiwacz 42 stosowany jest do zgazowywania sproszkowanego paliwa stalego, takiego jak wegiel kamienny, wegiel brunatny lub wegiel drzewny, doprowadzanego przez wtryski¬ wacz paliwa 44, aby wytworzyc goracy gaz czad- nicowy, który wychodzi z generatora poprzez rure 46. Popioly pochodzace z gazyfikacji paliwa sa wyprowadzane z generatora 40 poprzez otwór wyladowczy 48.Gaz gardzielowy wychodzacy z pieca 10 poprzez rure odprowadzajaca 26 jest chlodzony i przeplu¬ kiwany z pylu w pluczce 50, a nastepnie przeplywa do rury 51. Czesc ochlodzonego gazu gardzielowego jest odprowadzana z ukladu poprzez przewód 52 w celu wykorzystania tego gazu jako paliwa do wytwarzania pary wodnej. Druga czesc ochlodzo¬ nego gazu gardzielowego wyprowadzana jest po¬ przez rure 54 do zastosowania w palnikach. Trzecia czesc ochlodzonego gazu gardzielowego sprezana jest za pomoca sprezarki 56 a nastepnie doprowa¬ dzana jest do konwencjonalnego zespolu usuwania dwutlenku wegla 58 typu regeneracyjnego poprzez rure 60. W zespole usuwania dwutlenku wegla glówna czesc dwutlenku wegla jest usuwana z gazu gardzielowego w celu wytworzenia gazu wzboga¬ conego w czynnik redukujacy. Gaz ten wychodzi z zespolu 58 poprzez rure 64. Czesc gazu wzbogaco¬ nego w czynnik redukujacy jest doprowadzana do rury 66 dla ochladzania goracego gazu czadnico- wego w rurze 46 do temperatury ponizej punktu zestalania sie popiolu. Ten gaz ochladzajacy mozna alternatywnie wprowadzac do obszaru wylotowego generatora 40, tam gdzie gaz ten nie bedzie mial wyraznie ujemnego wplywu na temperature gazy¬ fikacji.Goracy gaz czadnicowy w rurze 46 po wmiesza¬ niu z gazem ochladzajacym lub ochlodzony cze¬ sciowo przez ten gaz z rury 66, doprowadzany jest do zespolu odsiarczania 76 poprzez rure wlotowa 68. Zespól odsiarczania 70 stanowi wylozony zaro¬ odpornie piec przeciwpradowy, do którego od góry doprowadzany jest rozdrobniony kamien wapienny poprzez lej zasypowy 72 i rure zasypowa 74 w celu utworzenia wsadu w zespole odsiarczania. Ochlo¬ dzony gaz czadnicowy z rury wlotowej 68 jest do¬ prowadzany do wnetrza zespolu odsiarczania po¬ przez otwory wlotowe 76 wykonane w zaroodpor¬ nej scianie w czesci srodkowej reaktora. Gaz ten przeplywa do wewnatrz poprzez wsad, a nastepnie do góry w przeciwpradzie wzgledem opadajacego wsadu. Goracy, odsiarczony gaz opuszcza wsad na poziomie zasypu 78 i nastepnie poprzez rure odpro¬ wadzajaca 80. Frzereagowane, rozdrobnione wapno zawierajace siarke oraz resztkowe wapno nieprze- reagowane odprowadza sie z zespolu odsiarczania poprzez rure wyladowcza 82 za pomoca przenos¬ nika wyladowczego 64. Odprowadzanie przsreago- ganego materialu czastkowego przenosnikiem 84 poprzez rure 82 powoduje utworzenie grawitacyj¬ nego przeplywu wsadu i steruje predkosc opada¬ nia wsadu w zespole odsiarczania 70. Niewielka czesc gazu bogatego w czynnik redukujacy z zes¬ polu 58 doprowadzana jest rura 86 do czlonu 88 rozdzielajacego gaz chlodzacy w dolnej czesci zes¬ polu odsiarczania 70 jako gaz sluzacy do chlodzenia wsadu przed wyladunkiem. Ten gaz chlodzacy przeplywa do góry przez zespól odsiarczania i jest przegrzewany przez goracy, opadajacy wsad zanim gaz ten dojdzie do czesci srodkowej.Nagrzewnice 90 zastosowano do nagrzewania bo¬ gatego w czynnik redukujacy gazu z rury 99 do temperatury odpowiedniej do zastosowania go jako gaz redukujacy w piecu 10. Nagrzewnica zawiera wiele rur grzejnych 93, z których pokazano tylko jedna, jeden lub kilka palników 94 oraz kanal dymowy 96. Gorace gazy spalinowe z kanalu dy¬ mowego 96 sa korzystnie stosowane w wymienniku ciepla (nie pokazano) do przegrzewania powietrza do spalania doprowadzanego do palników 94 ze zródla 98. Paliwem dla palnika 94 jest gaz gardzie¬ lowy doprowadzany przewodem 54. Goracy gaz o duzej zawartosci czynnika redukujacego opuszcza nagrzewnice 90 poprzez rure 100, jest mieszany z goracym, odsiarczonym gazem z zespolu odsiar¬ czajacego 70 i nastepnie jest ochladzany zimnym gazem o duzej zawartosci czynnika redukujacego z rury 102, aby osiagnac temperature potrzebna u wlotu do pieca. Uzyskana mieszanina gazów staje sie goracym gazem redukujacym, który doprowa¬ dzany jest do pieca redukujacego 10 poprzez wlot W bezposredniej redukcji zelaza piecem reduk¬ cyjnym o najwiekszej wydajnosci cieplnej jest piec z szybem przeciwpradowym, w którym gaz redu¬ kujacy i materialy w stanie stalym poddawano re¬ dukcji sa wzgledem siebie w przeciwpradzie.W takich warunkach goracy gaz redukujacy sluzy 10 15 35 45 •0120 142 7 8 nie tylko do redukowania tlenku zelaza do zelaza metalicznego, ale równiez do ogrzewania wprowa¬ dzanego, zimnego tlenku zelaza do temperatury redukcji.. Piec z szybem przeciwpradowym ma równiez najwieksza wydajnosc chemiczna sposród innych typów pieców redukcyjnych, pod warunkiem, ze goracy gaz redukujacy doprowadzany do pieca ma wystarczajaco dobra jakosc. Jakosc gazu reduku¬ jacego okresla sie zwykle jako stosunek czynni¬ ków redukujacych (CO i H2) do czynników utlenia¬ jacych (CO2 i H20) w mieszaninie gazów. Doswiad¬ czenia z urzadzeniami pracujacymi na gaz ziemny wykazaly, ze w celu pelnego wykorzystania wydaj¬ nosci chemicznej wlasciwej dla pieca redukujacego 2 szybem przeciwpradowym jakosc goracego gazu redukujacego powinna wynosic przynajmniej 8, a wiec miec przeplyw 2150 m3 na tone produktu.W gazyfikacji sproszkowanych paliw stalych takich jak wegiel kamienny lub wegiel brunatny w -generatorze z czesciowym utlenianiem, takim jak generator 40, który wytwarza goracy gaz czad- nicowy zawierajacy zasadniczo CO, H2, CO2 i H20, gaz czadnieowy, jaki praktycznie mozna obecnie •produkowac ma najwyzsza jakosc rzedu 3—4 prze¬ plyw * 5250—3500 ms na tone produktu. Jednakze konstruuje sie obecnie dla celów rozwojowych i na -pokaz gazyfikatory wegla, które maja za cel wytwarzanie goracego gazu o lepszej jakosci wy¬ noszacej przynajmniej 6 a wiec o przeplywie 3500 m3 na-tone produktu poprzez ulepszona tech¬ nologie gazyfikacji. Niniejszy wynalazek stwarza sposób skutecznego wykorzystania lepszej jakosci gazu *Gzadnicowego bez ochladzania tego gazu po¬ nizej temperatury, przy której ma on byc wpro¬ wadzany do pieca redukcyjnego.Podany ponizej opis dzialania przedmiotowego -wynalazku oparty jest na gazyfikacji typowego na zachodzie USA wegla subbitumicznego przy uzyciu tlenu, .-H^O i sproszkowanego wegla w generatorze gazu i ladowana warstwe, który wytwarza goracy gaz zawierajacy zasadniczo CO, H2, C02 i H20.^Temperatura gazyfikacji w takim generatorze wy¬ nosi zwykle okolo 1400°C. Przy takiej temperatu¬ rze popioly wegla staja sie -cieple. Chlodzi sie je woda i usuwa z dna generatora jako zuzel.W przykladzie wykonania wynalazku przedsta¬ wionym na rysunku goracy gaz redukujacy o ja¬ kosci- 10 tzn, gdy przeplyw gazu wynosi 1969 m8/t produktu i o typowej, korzystnej temperaturze 815qC wprowadzany jest do pieca redukcyjnego 10 poprzez wlot gazu 21. Goracy gaz jest rozprowa¬ dzany we wsadzie w piecu i nastepnie przeplywa Ndo góry w przeciwpradzie wzgledem opadajacego wsadii zawierajacego tlenek zelaza. CO i H2 w gazie reaguja z tlenkiem zelaza, aby wytworzyc C02 i H02 oraz metaliczne zelazo w znacznej re¬ akcji redukcji. Ze wzgledu na-chemiczne warunki termodynamiczne przy redukcji tlenku zelaza do metalicznego zelaza tylko czesc poczatkowych czyn¬ ników redukujacych (CO i H2) moze reagowac zanim powstajace czynniki utleniajace (CO2 i H2) nie spowoduja ustania reakcji redukcji. Taka sytu¬ acja termodynamiczna powoduje, ze zuzyty gaz redukujacy uchodzacy z pieca poprzez rure odpro¬ wadzajaca 26 ma jakosc 1,5. W pluczce 50 wiele pary wodnej skrapla sie, tak ze para ta usuwana jest z gazu i uzyskuje sie ochlodzony gaz gardzie¬ lowy o jakosci 2,0. Gaz o takiej jakosci jest dobrym 3 paliwem, ale jest to zasadniczo gaz neutralny nie majacy zdolnosci do bezposredniego redukowania zelaza.Goracy gaz czadnieowy jest chlodzony do tempe¬ ratury 950°C za pomoca zimnego gazu bogatego w czynnik redukujacy przed wprowadzeniem do zespolu odsiarczania 70, aby stworzyc warunki ko¬ rzystne dla znanych reakcji H2S i COS z wapnem: H2S + CaO = CaS + H20 COS + CaO ¦'» CaS + Co2 Mniejsza czesc gazu gardzielowego o jakosci 2,0 wykorzystywana jest jako paliwo w palniku 94 i» nagrzewnicy 90. Inna nieco wieksza czesc gazu gardzielowego jest odprowadzana z ukladu poprzez rure odprowadzajaca 52. Gaz ten sluzy jako paliwo dla kotla (nie pokazano), w którym wytwarzana jest para wodna potrzebna do dzialania zespolu 15 usuwajacego dwutlenek wegla 58. Wiekszosc gazu gardzielowego przechodzi przez zespól usuwania dwutlenku wegla 58, gdzie wiekszosc dwutlenku wegla jest usuwana z gazu, tak ze powstaje gaz bogaty w czynnik redukujacy. Gaz ten wychodzi 2« z zespolu usuwania C02 poprzez rure 64. Taki gaz bogaty w czynnik redukujacy, który ma bardzo dobra jakosc wynoszaca 23, jest nastepnie wyko¬ rzystywany w procesie czterema sposobami.Goracy gaz czadnieowy opuszczajacy gazyfikator 25 wegla 40 poprzez rure 46 ma temperature 1370°C i jakosc 6,5 tzn. gdy przeplyw gazu wynosi 2380 m8 na tone produktu. Gaz ten zawiera H2S i COS z siarki zawartej w weglu, nieco nieprzereagowa- nego wegla i krople cieklego popiolu. W celu zes- *• talenia cieklego popiolu w goracym gazie czadni- cowym, tak aby umozliwic transport rurami, stru¬ mien 66 zimnego gazu o duzej zawartosci czynnika redukujacego mieszany jest z goracym gazem, aby osiagnac temperature mieszaniny 950°C w rurze * wlotowej 68 zespolu odsiarczania 70. Takie chlodze¬ nie zimnym gazem bogatym w czynnik redukujacy daje w wyniku mieszanine gazów o jakosci 9,0 w rurze wlotowej 68.Dla zespolu odsiarczajacego 70 doprowadzany 40 jest rozdrobniony kamien wapienny. Wielkosc zia¬ ren wynosi 3—20 mm, tak aby otrzymac wsad o dobrej przepuszczalnosci gazu. Predkosc masowa przeplywu goracego gazu doprowadzanego do zes¬ polu odsiarczania 70 jest bardzo duza w stosunku 45 do masowej predkosci przeplywu zimnego kamie¬ nia wapiennego doprowadzanego do zespolu odsiar¬ czania. Dzieki temu kamien wapienny bardzo szybko nagrzewa sie do temperatury gazu, kiedy znajduje sie jeszcze na wysokosci tuz ponizej po- 90 ziomu zasypowego 78. Na skutek tego kamien wa¬ pienny jest bardzo szybko kalcynowany do wapna palonego (CaO), które jest wlasciwa postacia wapna dla reakcji z H2S i COS w celu usuniecia tych skladników resztkowych z gazu czadnicowego. 55 Nalezy pamietac o tym, ze zamiast kamienia wa¬ piennego mozna doprowadzac wapno palone, ale byloby to nieekonomiczne.120 142 9 10 Zmniejszenie zawartosci czynników utleniaja¬ cych (C02 i H20) w goracym gazie przez ochlodze¬ nie za pomoca dobrej jakosci gazu o duzej zawar¬ tosci czynników redukujacych sprzyja równiez usuwaniu H2S i COS. Zawartosc siarki w goracym gazie czadnicowym dla wybranego gatunku wegla wrynosi okolo 2900 czesci na milion objetosciowo w postaci H2S i COS. Przy temperaturze reakcji 950°C i przy zmniejszonej zawartosci C02 i H20 po ochlodzeniu zawartosci siarki w gazie opuszcza¬ jacym zespól odsiarczania wynosi okolo 120 czesci na milion objetosciowo. Taka zawartosc siarki lezy ponizej maksimum dopuszczalnego przy bezpos¬ redniej redukcji zelaza, a nawet jest jeszcze zmniejszana przez mieszanie z pozbawionym siarki, goracym lub zimnym gazem redukujacym z rury 100 lub 102. Ilosc potrzebnego kamienia wapien¬ nego zalezy od zawartosci siarki w weglu. Ilosc C02 i H20 wytwarzanych w zespole odsiarczania przez reakcje siarki z wapnem stanowi tylko nie¬ wielki ulamek calkowitej objetosci gazu i ma tylko niewielki wplyw na jakosc gazu opuszczajacego zespól odsiarczania u wylotu 80. Dwutlenek wegla uwalniany w zespole odsiarczania przez kalcynacje kamienia wapiennego do wapna palonego ma rów¬ niez tylko niewielki wplyw na jakosc gazu. Oba te niewielkie dodatki C02 i H20 zawarte sa w po¬ danych ponizej tabelach.W zespole odsiarczania 70 goracy wsad opusz¬ czajacy strefe reakcji jest chlodzony przed wyla¬ dunkiem przez doprowadzenie stosunkowo niewiel¬ kiego strumienia gazu bogatego w czynniki redu¬ kujace z rury 86 do czlonu 88 rozdzielajacego gaz chlodzacy. Taki dobrej jakosci gaz chlodzacy prze¬ plywa do góry z wymuszaniem kierunku przeply¬ wu do srodka strefy reakcji przez gaz doplywajacy z otworów 76, po przegrzaniu przez goracy, opada¬ jacy wsad w strefie chlodzenia.Czesc bogatego w czynniki redukujace gazu opuszczajacego zespól 58 usuwania dwutlenku wegla poprzez rure 64 doprowadzana jest do nagrzewnicy 90 rura 99. W nagrzewnicy, która za¬ wiera wiele rur nagrzewajacych 92 wykonanych ze stopu zaroodpornego, gaz nagrzawany jest do tem¬ peratury okolo 815°C, która jest korzystna tempe¬ ratura dla bezposredniej redukcji wiekszosci typów materialów zasypowych z tlenkiem zelaza. Tempe¬ ratura ta moze wynosic 760—900°C bez odchodze¬ nia od istoty wynalazku.W przykladzie rozwiazania gaz wyplywajacy z zespolu odsiarczania 70 poprzez wylot 80 ma tem¬ perature 915°C po nagrzaniu swiezego, zimnego kamienia wapiennego i po kalcynacji kamienia wapiennego do wapna palonego. Ten gaz o tempe¬ raturze 915°C jest chlodzony do okolo 815°C przez zmieszanie ze stosunkowo chlodnym strumieniem bogatego w czynniki redukujace gazu ochladzaja¬ cego z rury 102. Nalezy zauwazyc, ze dodanie boga¬ tego w czynniki redukujace gazu ochlodzajacego poprzez rure 102 mozna wyeliminowac przez zwykle ogrzewanie gazu bogatego w czynniki redu¬ kujace w nagrzewnicy 90 do temperatury ponizej 815°C, tak aby uzyskac temperature mieszaniny gazu redukujacego w przyblizeniu 815°C u wy¬ lotu 21. Dodanie gazu ochlodzajacego poprzez rure 102 po prostu ulatwia regulacje temperatury go¬ racego gazu redukujacego doprowadzanego do wlo¬ tu 21.Podane ponizej tabele przedstawiaja wszech- 5 stronna analize procesu wedlug wynalazku i sa zwiazane z rysunkiem. Dane te nalezy rozumiec jako jedynie przykladowe i nie moga one stano¬ wic ograniczenia. Wszystkie tabele oparte sa na ilosci jednej tony zelaza wyprodukowanego przez bezposrednia redukcje o stopniu metalizacji 92% i o zawartosci wegla 1,5%. Sa to szeroko przyjete normy handlowe dla zelaza uzyskanego droga bez¬ posredniej redukcji w piecach pracujacych na bazie gazu ziemnego.Tabela 1 podaje predkosci przeplywu gazu i jakosc gazu (stosunek czynników redukujacych do utleniajacych) w oznaczonych miejscach na ry¬ sunku.Tabela 1 1 | Gaz czadnicowy 1 Gaz ochladzajacy Mieszanina gazów do zespolów od¬ siarczania Gaz opuszczajacy zespól odsiarcza¬ nia Gaz ochladzajacy Gaz nagrzewajacy Gaz redukujacy Zuzyty gaz redu¬ kujacy Ochlodzony gaz gardzielowy Odprowadzany gaz gardzielowy Gaz gardzielowy wykorzystywany jako paliwo Gaz bogaty w czyn¬ nik redukujacy Gaz chlodzacy dla zespolu odsiar¬ czania Strumienie gazu miejsce na ry¬ sunku 2 46 66 68 80 102 100 21 26 51 52 54 64 86 przeplyw m8 3 931 532 1463 1511 220 238 . 1969 1957 1782 48 269 1031 41 jakosc gazu 4 6,5 23,0 9,0 • 8,5 23,0* , , 23,0 10,0 •'1.5 2,0 2,0 2,0 23,0 23,0 | Uwaga: Przeplyw zuzytego gazu u wylotu 26 jest mniejszy niz przeplyw gazu redukujacego we wlocie 21, poniewaz do bezposrednio zredukowanego zelaza dodaje sie 1,5% wegla poprzez reakcje z CO pochodzacym z gazu redukujacego.Tabela 2 podaje ilosci potrzebnych materialów doprowadzanych do gazyfikatora wegla 40.Tabela 2 Gazyfikator wegla Suchy wegiel (kg) 1 HzO (kg) 1 Tlen (m«, 98% 02) 488 93 235 19120 142 11 12 Tabela 3 podaje potrzebne ilosci doprowadza¬ nych materialów i ilosci materialów odprowadza¬ nych z zespolu odsiarczania 70.Tabela 3 Tabela 5 podaje temperatury gazu w miejscach procesu oznaczonych na rysunku.Tabela 5 Zespól odsiarczania (w kg) Doprowadzany kamien wapienny Wyprowadzany CaO Wyprowadzany CaS 10 Tabela 4 podaje ilosci energii potrzebne dla pro¬ cesu wedlug wynalazku.Tabela 4 Energia Wegiel do gazyfikacji Wegiel do tlenowni 3,1 Gcal 0,4 Gcal *) *) w przyblizeniu 140 kWh przy wydajnosci 30'%.Tabela 6 podaje sklad gazu w miejscach procesu oznaczonych na rysunku.Tabela 6 Temperatury gazu 1 1 Gaz czadnicowy Do zespolu odsiarcza¬ nia Z zespolu odsiarcza¬ nia Gaz redukujacy Spaliny z nagrzew- nicy Powietrze dla palnika nagrzewnicy numer miejsca na rysunku 2 46 68 80 21 96 98 tempera¬ tura °C 3 1370 950 915 815 925 450 Gaz czadnicowy Do zespolu odsiar¬ czania Z zespolu odsiar¬ czania Gaz redukujacy Zuzyty gaz redu¬ kujacy Gaz gardzielowy Gaz bogaty w czyn¬ nik redukujacy numer miejsca na rys. 46 68 ao 21 26 51 64 °/oCO 55,5 53,5 52,4 51,8 32,0 35,1 49,9 Sklad gazu %co2 5,5 4,2 5,3 4,5 24,1 26,5 2,0 %H2 30,0 34,4 35,1 36,8 27,0 29,6 42,1 % H20 7,7 5,6 5,1 4,3 14,4 6,0 2,0 %CH4 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 %N2 0,9 1,9 1,9 2,3 2,3 2,6 3,6 ilosc czesci na milion objetosciowo (H2S+COS) 3900 2500 120 90 | 0 0 0 Przeplyw gazu czadnicowego w rurze 46 jak po¬ dano w przykladowym rozwiazaniu wynosi 931 m* na tone zelaza uzyskanego przez bezposrednia re¬ dukcje. Gaz ten zawiera 85,5% czynników redu¬ kujacych ; CO i H2 lub 796 m3 tych czynników.Przeplyw goracego gazu redukujacego w rurze wlotowej 21 wynosi 1969 m3, z czego 88,6% lub 1744 m3 stanowia czynniki redukujace CO i H2.Zatem tylko 46% CO i H2 potrzebnych dla bezpos¬ redniej redukcji w piecu 10 dostarcza gazyfika- tóT 40. Pozostale 54% dostarcza zawracany do obie¬ gu, zuzyty gaz z pieca do bezposredniej redukcji.Chociaz dla odsiarczania gazu zastosowano w przykladowym rozwiazaniu zespól odsiarczajacy z szybem przeciwpradowym, nalezy zauwazyc, ze takie odsiarczanie gazu mozna realizowac w urza¬ dzeniu innym niz szybkowe, na przyklad we flui¬ dalnym zlozu czastek wapna, nie odchodzac przy tym od istotny wynalazku. Ponadto alternatywnie w stosunku do wapna mozna stosowac jako czyn¬ nik odsiarczajacy inny odpowiedni material reagu¬ jacy z siarka, na przyklad tlenek manganu. 45 50 55 68 Z powyzszego wynika, ze wedlug wynalazku stworzono wydajny pod wzgledem energetycznym i cieplnym, uzyteczny i praktyczny sposób uzyski¬ wania zelaza przez bezposrednia redukcje przy zastosowaniu gazu pochodzacego z gazyfikacji wegla jako zródla czynników redukujacych dla re¬ akcji bezposredniej redukcji.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób bezposredniej redukcji tlenku zelaza do zelaza metalicznego poprzez doprowadzenie go¬ racego gazu redukcyjnego do tlenku zelaza, zna¬ mienny tym, ze jako gaz redukcyjny stosuje sie mieszanine zlozona z dwóch strumieni gazu, przy czym jako pierwszy strumien stosuje sie gaz po- redukcyjny wzbogacony w czynnik redukujacy, zas jako drugi strumien stosuje sie gaz czadnicowy wytworzony poprzez gazyfikacje paliwa stalego z tym, ze gaz czadnicowy ochladza sie pierwszym strumieniem gazu bogatego w czynniki redukujace, aby uzyskac goraca mieszanine gazowa, przepro¬ wadza sie reakcje tej goracej mieszaniny gazowej13 120 142 14 z materialem przyjmujacym siarka, aby uzyskac goracy gaz pozbawiony zasadniczo siarki, ogrzewa sie dru[;i strumien gazu bogatego w czynniki redu¬ kujace i miesza sie ten ogrzany drugi strumien gazu bogatego w czynniki redukujace z goracym gazem pozbawionym siarki, aby uzyskac gaz redu¬ kujacy, w którym stosunek czynników redukuja¬ cych do utleniajacych wynosi przynajmniej 8 i o temperaturze 760—900°C w celu wprowadzenia tego gazu do pieca. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze materialem przyjmujacym siarke jest wapno. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosiije sie czadnicowy gaz, w którym stosunek 10 II czynników redukujacych do utleniajacych wynosi przynajmniej 6. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze czesc zuzytego gazu redukujacego, który zawiera dwutlenek wegla, stosuje sie jako paliwo dla ogrzewania drugiego strumienia gazu bogatego w czynniki redukujace. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze paliwo stale wybiera sie z grupy zawierajacej wegiel kamienny, wegiel brunatny i wegiel drzew¬ ny. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ponadto miesza sie trzeci strumien nieogrzanego gazu o duzej zawartosci czynników redukujacych z gazem pozbawionym siarki, aby regulowac tem¬ perature gazu redukujacego. PL PL PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób bezposredniej redukcji tlenku zelaza do zelaza metalicznego poprzez doprowadzenie go¬ racego gazu redukcyjnego do tlenku zelaza, zna¬ mienny tym, ze jako gaz redukcyjny stosuje sie mieszanine zlozona z dwóch strumieni gazu, przy czym jako pierwszy strumien stosuje sie gaz po- redukcyjny wzbogacony w czynnik redukujacy, zas jako drugi strumien stosuje sie gaz czadnicowy wytworzony poprzez gazyfikacje paliwa stalego z tym, ze gaz czadnicowy ochladza sie pierwszym strumieniem gazu bogatego w czynniki redukujace, aby uzyskac goraca mieszanine gazowa, przepro¬ wadza sie reakcje tej goracej mieszaniny gazowej13 120 142 14 z materialem przyjmujacym siarka, aby uzyskac goracy gaz pozbawiony zasadniczo siarki, ogrzewa sie dru[;i strumien gazu bogatego w czynniki redu¬ kujace i miesza sie ten ogrzany drugi strumien gazu bogatego w czynniki redukujace z goracym gazem pozbawionym siarki, aby uzyskac gaz redu¬ kujacy, w którym stosunek czynników redukuja¬ cych do utleniajacych wynosi przynajmniej 8 i o temperaturze 760—900°C w celu wprowadzenia tego gazu do pieca.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze materialem przyjmujacym siarke jest wapno.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosiije sie czadnicowy gaz, w którym stosunek 10 II czynników redukujacych do utleniajacych wynosi przynajmniej 6.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze czesc zuzytego gazu redukujacego, który zawiera dwutlenek wegla, stosuje sie jako paliwo dla ogrzewania drugiego strumienia gazu bogatego w czynniki redukujace.

5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze paliwo stale wybiera sie z grupy zawierajacej wegiel kamienny, wegiel brunatny i wegiel drzew¬ ny.

6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ponadto miesza sie trzeci strumien nieogrzanego gazu o duzej zawartosci czynników redukujacych z gazem pozbawionym siarki, aby regulowac tem¬ perature gazu redukujacego. PL PL PL PL