RU2136763C1 - Method of direct reduction of fine-grained material containing iron oxide in form of particles and plant for method embodiment - Google Patents
Method of direct reduction of fine-grained material containing iron oxide in form of particles and plant for method embodiment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2136763C1 RU2136763C1 RU97111824A RU97111824A RU2136763C1 RU 2136763 C1 RU2136763 C1 RU 2136763C1 RU 97111824 A RU97111824 A RU 97111824A RU 97111824 A RU97111824 A RU 97111824A RU 2136763 C1 RU2136763 C1 RU 2136763C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- fluidized bed
- reducing gas
- reducing
- reformed
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/122—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by capturing or storing CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]
Landscapes
- Manufacture Of Iron (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу прямого восстановления содержащего оксид железа материала в форме частиц в псевдоожиженном слое, причем реформированный газ, очищенный, по меньшей мере, частично от CO2, подводится в виде восстановительного газа в зону восстановления с псевдоожиженным слоем и отводится от него в виде колошникового газа, и причем колошниковый газ применяется, по меньшей мере, частично совместно с реформированным газом для прямого восстановления, а также к установке для осуществления этого способа.The invention relates to a method for the direct reduction of an iron oxide-containing material in the form of particles in a fluidized bed, wherein the reformed gas, purified at least partially from CO 2 , is supplied as a reducing gas to the recovery zone with a fluidized bed and discharged from it in the form of top gas, and wherein the top gas is applied at least partially in conjunction with the reformed gas for direct reduction, as well as to the installation for implementing this method.
Способ такого типа известен из ЕР - A - 0571358 и US - A - 5,082,251. При этом рудная мелочь, богатая железом, восстанавливается в системе последовательно расположенных реакторов с псевдоожиженным слоем с помощью восстановительного газа, полученного из природного газа посредством реформирования при повышенном давлении. Порошкообразное железо, полученное при этом, подвергают, затем, горячему или холодному брикетированию. A method of this type is known from EP-A-0571358 and US-A-5,082,251. At the same time, iron-rich ore fines are recovered in a system of successive fluidized bed reactors using reducing gas obtained from natural gas by reforming under elevated pressure. The powdered iron obtained in this process is then subjected to hot or cold briquetting.
В этих известных способах, для исключения слишком высокого содержания CO2 в восстановительном газе, CO2 удаляют из восстановительного газа прежде, чем он поступит в первый реактор с псевдоожиженным слоем, путем промывки с помощью обычной промывки от CO2, основанном на принципе физической или химической абсорбции. За счет промывки от CO2 достигается очень высокая селективность, то есть из очищаемого потока газа удаляются, преимущественно, CO2 и H2S. Другие молекулы, например, H2, CH4, N2 и т.п., практически не связываются абсорбирующим средством и остаются в очищенном газовом потоке. Природный газ используется для нагрева реформера и, кроме того, для обогрева нагревателя восстановительного газа, причем в случае необходимости примешивают колошниковый газ.In these known methods, in order to avoid too high a CO 2 content in the reducing gas, CO 2 is removed from the reducing gas before it enters the first fluidized bed reactor by flushing using a conventional CO 2 flushing based on the principle of physical or chemical absorption. Due to washing with CO 2 , very high selectivity is achieved, that is, CO 2 and H 2 S are removed from the gas stream being cleaned. Other molecules, for example, H 2 , CH 4 , N 2 , etc., practically do not bind absorbent and remain in the cleaned gas stream. Natural gas is used to heat the reformer and, in addition, to heat the reducing gas heater, with top gas being added, if necessary.
Задачей изобретения является дальнейшее усовершенствование этих известных способов, а именно в том отношении, чтобы при сохранении восстановительной способности уменьшить объемы восстановительного газа, чем обеспечить экономию в тех узлах установки, которые работают с восстановительным газом. Так, в частности, следует достичь экономии инвестиционных расходов на компрессоры для восстановительного газа и уменьшение расхода электроэнергии на сжатие восстановительного газа, а также уменьшение расходов на нагрев, однако, производительность должна, по меньшей мере, остаться неизменной или повыситься. Кроме того, отработанный газ, полученный в установке для очистки от CO2, должен использоваться в самом процессе.The objective of the invention is to further improve these known methods, namely in the sense that while maintaining the reducing ability to reduce the volume of reducing gas than to save in those units of the installation that work with reducing gas. So, in particular, it is necessary to achieve savings in investment costs for compressors for reducing gas and a decrease in the energy consumption for compression of the reducing gas, as well as a decrease in heating costs, however, the productivity should at least remain unchanged or increase. In addition, the exhaust gas obtained in the CO 2 purification plant must be used in the process itself.
Эта задача в способе вышеуказанного типа решается за счет того, что из 50-100% реформируемого газа и 0-100% колошникового газа абсорбцией удаляют помимо CO2, по меньшей мере, частично - CH4 и N2, предпочтительно, адсорбцией переменным давлением, что восстановительный газ нагревают, и что отходящий газ, удаленный адсорбцией из реформированного газа или колошникового газа, используют в качестве горючего газа. Из DE - C - 4037977 известно, что при прямом восстановлении кусковой железной руды для прямого восстановления применяют по выбору скруббер для промывки от CO2 или установку для адсорбции переменным давлением. При этом восстанавливают кусковую железную руду в восстановительной шахтной печи способом с неподвижным слоем, а после выгрузки из восстановительной шахтной печи помещают в плавильный газификатор, в котором из угля и кислорода получают восстановительный газ, подаваемый в восстановительную шахтную печь и расплавляют восстановленную железную руду. При этом идет речь о способе, проводимом при низком давлении, в то время, как в способе с псевдоожиженным слоем согласно изобретению восстановительный газ подают при значительно более высоком давлении. При этом получается особенное преимущество согласно изобретению за счет того, что, в противоположность известным способам, не требуется дополнительных компрессоров для направления газа на адсорбцию. Поэтому, в способе согласно изобретению получается высокая экономия электроэнергии.This problem in the method of the above type is solved due to the fact that from 50-100% of the reformable gas and 0-100% of the top gas by absorption, in addition to CO 2 , at least partially, CH 4 and N 2 are removed, preferably by adsorption under variable pressure, that the reducing gas is heated, and that the exhaust gas removed by adsorption from the reformed gas or blast furnace gas is used as combustible gas. From DE - C - 4037977 it is known that for direct reduction of lumpy iron ore for direct reduction, a scrubber for washing with CO 2 or a unit for adsorption with variable pressure is optionally used. At the same time, lumpy iron ore is restored in the reduction shaft furnace using a fixed-bed method, and after unloading from the reduction shaft furnace, it is placed in a melting gasifier, in which reducing gas is supplied from coal and oxygen and supplied to the reduction shaft furnace and the reduced iron ore is melted. This is a method carried out at low pressure, while in the method with a fluidized bed according to the invention, the reducing gas is supplied at a significantly higher pressure. This gives a particular advantage according to the invention due to the fact that, in contrast to the known methods, no additional compressors are required to direct the gas to adsorption. Therefore, in the method according to the invention, high energy savings are obtained.
В адсорбционном способе, по сравнению с промывкой от CO2, создается возможность уменьшить удельные объемы восстановительного газа при неизменной восстановительной способности, а именно за счет того, что при адсорбции отделяется значительно больше CH4 и азота N2, по сравнению с промывкой от CO2. За счет этого получается экономия на таких узлах установки, как трубы, компрессоры, клапаны и т.п.In the adsorption method, in comparison with the washing from CO 2 , it is possible to reduce the specific volumes of the reducing gas with a constant reducing ability, namely due to the fact that much more CH 4 and nitrogen N 2 are separated during adsorption, compared with the washing from CO 2 . Due to this, savings are obtained on installation components such as pipes, compressors, valves, etc.
Так как отходящий газ, удаляемый из реформированного газа или колошникового газа посредством адсорбции переменным давлением, имеет очень высокую теплотворную способность, его целесообразно применять для нагрева восстановительного газа и/или в качестве горючего газа для процесса реформирования при получении реформированного газа. Since the exhaust gas removed from the reformed gas or blast furnace gas by adsorption by alternating pressure has a very high calorific value, it is advisable to use it for heating the reducing gas and / or as a combustible gas for the reforming process upon receipt of the reformed gas.
Является целесообразным сильно охладить реформируемый газ перед очисткой от CO2, в случае необходимости, смешиванием с колошниковым газом, предпочтительно, до температуры 20 - 100oC, в частности, от 30 до 50oC, за счет чего удается значительно повысить коэффициент полезного действия адсорбции переменным давлением.It is advisable to cool the reformed gas strongly before removing CO 2 , if necessary, by mixing with blast furnace gas, preferably to a temperature of 20 - 100 o C, in particular from 30 to 50 o C, due to which it is possible to significantly increase the efficiency pressure swing adsorption.
Реализация способа согласно изобретению создает преимущество особенно тогда, когда прямое восстановление железосодержащего материала в форме частиц осуществляется в нескольких зонах восстановления с псевдоожиженным слоем, последовательно расположенных друг за другом, причем железосодержащий материал в форме частиц направляется от одной зоны с псевдоожиженным слоем к другой зоне с псевдоожиженным слоем под действием силы тяжести сверху вниз, а восстановительный газ пропускают от одной зоны с псевдоожиженным слоем к другой зоне с псевдоожиженным слоем в противоположном направлении, причем восстановительный газ, израсходованный при прямом восстановлении, отводят как колошниковый газ из самой верхней зоны восстановления в псевдоожиженном слое, смешивают с реформированным газом и применяют в качестве восстановительного газа. The implementation of the method according to the invention creates an advantage especially when the direct reduction of the iron-containing material in the form of particles is carried out in several recovery zones with a fluidized bed, successively arranged one after another, and the iron-containing material in the form of particles is directed from one zone with a fluidized bed to another zone with a fluidized bed layer under the action of gravity from top to bottom, and the reducing gas is passed from one zone with a fluidized bed to another zone with ps the fluidized bed in the opposite direction, and the reducing gas consumed in the direct recovery is discharged as top gas from the uppermost recovery zone in the fluidized bed, mixed with the reformed gas and used as the reducing gas.
Является целесообразным, если нагрев восстановительного газа осуществляется двухступенчато, а именно на первой стадии - теплообменом, а на второй стадии - путем частичного сжигания с помощью кислорода, вводимого в восстановительный газ. Это имеет особое преимущество при применении адсорбционного устройства с переменным давлением, так как в адсорбционном устройстве с переменным давлением получается восстановительный газ с содержанием воды 0% объемных. Благодаря этому удается удерживать содержание воды в восстановительном газе, в том числе и после нагрева дополнительным сжиганием или частичным сжиганием, на очень низком уровне, хотя при дополнительном сжигании или частичном сжигании содержание H2O повышается в пользу содержания H2 на 1-5% объемных. Возможная потеря CO вследствие дополнительного или частичного сжигания может быть компенсирована путем изменения режима реформирования, например, меньшего соотношения: пар/углерод или, например, увеличенного байпасного потока к адсорбционному устройству.It is advisable if the heating gas is heated in two stages, namely, in the first stage - by heat transfer, and in the second stage - by partial combustion with the help of oxygen introduced into the reducing gas. This has a particular advantage when using a variable pressure adsorption device, since in a variable pressure adsorption device, a reducing gas with a water content of 0% by volume is obtained. Due to this, it is possible to keep the water content in the reducing gas, including after heating by additional combustion or partial burning, at a very low level, although with additional burning or partial burning, the H 2 O content increases in favor of the H 2 content by 1-5% vol . The possible loss of CO due to additional or partial combustion can be compensated by changing the reforming mode, for example, a lower steam / carbon ratio or, for example, an increased bypass flow to the adsorption device.
Установка для осуществления этого способа согласно изобретению с, по меньшей мере, одним реактором с псевдоожиженным слоем для приема материала, содержащего оксид железа, трубопроводом для подвода восстановительного газа к этому реактору с псевдоожиженным слоем и трубопроводом для отвода колошникового газа, образующегося при восстановлении от реактора с псевдоожиженным слоем, с реформером, отходящим от реформера трубопроводом для реформированного газа, который имеет общий выход с трубопроводом для колошникового газа, причем восстановительный газ, полученный из реформированного газа и колошникового газа, через трубопровод для восстановительного газа поступает в реактор с псевдоожиженным слоем, и с установкой для очистки от CO2, отличается тем, что установка для очистки CO2 выполнена в виде адсорбционного устройства, предпочтительно в виде адсорбционного устройства с переменным давлением, что трубопровод, ведущий газ, очищенный от CO2, от адсорбционного устройства к нагревательному устройству, и трубопровод, отводящий отходящий газ, выделившийся в адсорбционном устройстве, идут к нагревательному устройству.An apparatus for carrying out this method according to the invention with at least one fluidized bed reactor for receiving material containing iron oxide, a conduit for supplying reducing gas to this fluidized bed reactor and a conduit for discharging flue gas generated during reduction from the reactor with a fluidized bed, with a reformer, a reformed gas pipeline extending from the reformer, which has a common outlet with a top gas pipeline, and pheno- gas obtained from reformed gas and top gas via the line for the reducing gas supplied to the fluidized bed reactor, and with the installation for the purification of CO 2, characterized in that the apparatus for purifying CO 2 is formed as an adsorption device, preferably in the form of an adsorption device with a variable pressure, that the pipeline leading to the gas purified from CO 2 from the adsorption device to the heating device, and the pipe that discharges the exhaust gas released in the adsorption device Property, go to the heating device.
Для упрощения регулирования желаемого химического состава восстановительного газа адсорбционное устройство шунтируется ответвленным трубопроводом для колошникового газа, а также, в случае необходимости, ответвленным трубопроводом для реформированного газа, отходящим от трубопровода с реформированным газом. To simplify the regulation of the desired chemical composition of the reducing gas, the adsorption device is shunted by a branch pipe for top gas, and, if necessary, a branch pipe for reformed gas, leaving the pipeline with reformed gas.
Целесообразно соединить трубопровод для отвода отходящего газа с нагревательным устройством реформера или с газонагревателем для восстановительного газа. It is advisable to connect the pipeline for the removal of exhaust gas with the heating device of the reformer or with a gas heater for reducing gas.
Для достижения адсорбционным устройством с переменным давлением оптимального коэффициента полезного действия, предпочтительно расположить в трубопроводе для подвода газа к адсорбционному устройству газоохладитель. In order to achieve an optimum efficiency by the adsorption device with variable pressure, it is preferable to arrange a gas cooler in the pipeline for supplying gas to the adsorption device.
Оптимальное выполнение установки согласно изобретению отличается тем, что несколько реакторов с псевдоожиженным слоем включены последовательно, друг за другом, причем материал, содержащий оксид железа, подается от одного реактора с псевдоожиженным слоем к другому реактору с псевдоожиженным слоем по подающим трубопроводам в одном направлении, а восстановительный газ пропускается от одного реактора с псевдоожиженным слоем к другому реактору с псевдоожиженным слоем через соединительные трубопроводы в другом направлении, и причем внутри каждого реактора с псевдоожиженным слоем имеются циклоны для осаждения мелких частиц, захватываемых восстановительным газом. The optimal implementation of the installation according to the invention is characterized in that several fluidized bed reactors are connected in series, one after another, and the material containing iron oxide is fed from one fluidized bed reactor to another fluidized bed reactor in one direction, and the recovery gas is passed from one fluidized bed reactor to another fluidized bed reactor through connecting pipelines in the other direction, with and each fluidized bed reactor cyclones are for precipitation of small particles entrained in a reducing gas.
Эффективный нагрев восстановительного газа характеризуется тем, что в качестве нагревательного устройства для восстановительного газа имеются теплообменник и последовательно соединенное с ним устройство для частичного сжигания восстановительного газа с подводом кислорода. Effective heating of the reducing gas is characterized by the fact that as a heating device for the reducing gas there is a heat exchanger and a device connected in series with it for partial combustion of the reducing gas with oxygen supply.
Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью двух примеров выполнения, показанных на чертежах, причем схематически на фиг. 1 и 2 показаны предпочтительные варианты выполнения. Below the invention is explained in more detail using two exemplary embodiments shown in the drawings, moreover, schematically in FIG. 1 and 2 show preferred embodiments.
Установка согласно изобретению имеет четыре последовательно включенных реактора 1 - 4 с псевдоожиженным слоем, показанных на фиг. 1, причем материал, содержащий оксид железа, например, рудная мелочь подается по трубопроводу 5 для руды в первый реактор 1 с псевдоожиженным слоем, в котором происходит нагрев до температуры восстановления (или предварительное восстановление), и направляется, затем, по транспортным трубопроводам 6 от одного реактора с псевдоожиженным слоем к другому реактору с псевдоожиженным слоем. Окончательно восстановленный материал (губчатое железо) брикетируется в горячем состоянии в устройстве 7 для брикетирования. В случае необходимости, восстановленное железо с помощью подвода инертного газа, не показанного на чертеже, защищается во время брикетирования от повторного окисления. The installation according to the invention has four series-connected fluidized
Перед подводом рудной мелочи в первый реактор 1 с псевдоожиженным слоем осуществляют подготовку руды, например, сушкой и просеиванием, что не поясняется более подробно. Before supplying ore fines to the first fluidized
Восстановительный газ пропускается в противотоке к прохождению руды от реактора 4 с псевдоожиженным слоем к реакторам 3 - 1 с псевдоожиженным слоем и в виде колошникового газа отводится через трубопровод 8 для колошникового газа из последнего в направлении прохождения газового потока реактора 1 с псевдоожиженным слоем, и охлаждается и промывается в скруббере 9. Внутри реакторов 1 - 4 с псевдоожиженным слоем имеются не показанные на чертеже циклоны для отделения мелких частиц, захватываемых восстановительным газом. The reducing gas is passed in countercurrent to the passage of ore from the fluidized
Получение восстановительного газа осуществляется реформированием обессеренного в устройстве для обессеривания природного газа, подводимого по трубопроводу 11, в реформере 10. Образованный из природного газа и пара газ, выходящий из реформера 10, состоит, в основном, из H2, CO, CH4, H2O и CO2. Этот реформируемый природный газ подводится по трубопроводу 13 в несколько теплообменников 14, в которых он охлаждается с конденсацией воды из газа.The production of reducing gas is carried out by reforming the desulfurized in the device for desulfurization of natural gas supplied through the
Трубопровод 13 для реформированного газа входит в трубопровод 8 для отвода колошникового газа после того, как газ был сжат с помощью компрессора 15. Газовая смесь, полученная таким образом, пропускается через адсорбционное устройство 16 переменного давления и очищается от CO2, а также, по меньшей мере, частично от H2S, CH4, N2. Теперь он может применяться в качестве восстановительного газа.The reformed
В адсорбционном устройстве 16 с газонакопителем 16' газ, подлежащий очистке, пропускается через емкость с молекулярными ситами; в зависимости от выбора адсорбента, предпочтительно, удаляются молекулы, определяемые их размером и полярностью. При этом случае очистки синтез - газа, полученного из природного газа реформированием или рециркуляцией колошникового газа, селективность меньше, чем при промывке от CO2, так как от очищаемого газа в осадок идет больший процент. Этот отходящий газ, в противоположность газу, отходящему после промывки от CO2, имеет более высокую теплотворную способность и может, поэтому, сжигаться в печах, необходимых для процесса прямого восстановления, например, для нагрева восстановительного газа или нагрева парового реформера, и благодаря этому уменьшаются внешние источники энергии, необходимые для сжигания.In the
Накопитель 16' для приема отходящего газа соединен трубопроводом 16'' с паровым реформером 10 для его нагрева и с газонагревателем 19 для нагрева восстановительного газа. The accumulator 16 'for receiving the exhaust gas is connected by a pipe 16' 'to the
Адсорбционное устройство 16 переменного давления расположено перед газоохладителем 17, в котором газ, подводимый к адсорбционному устройству 16 переменного давления, охлаждается до, приблизительно, 40oC или ниже, благодаря чему обеспечивается высокий коэффициент полезного действия адсорбционного устройства 16 переменного давления. Охлаждение может осуществляться непосредственным охлаждением водой или косвенным охлаждением.The variable
Этот восстановительный газ подводится по трубопроводу 18 для восстановительного газа в газонагреватель 19, расположенный за адсорбционным устройством 16 переменного давления, нагревается до температуры около 800oC и подводится в первый, в направлении протекания газа, реактор 4 с псевдоожиженным слоем, где он реагирует - для получения железа прямого восстановления - с рудной мелочью. Реакторы 4 - 1 с псевдоожиженным слоем включены последовательно; восстановительный газ по соединительным трубопроводам 20 поступает от реактора 4 с псевдоожиженным слоем к реакторам 3, 2 и 1 с псевдоожиженным слоем.This reducing gas is supplied through a reducing gas pipe 18 to a
Согласно изобретению к адсорбционному устройству 16 переменного давления подводится либо только реформированный газ, либо смесь, состоящая из 50-100% реформированного газа и 0-100% колошникового газа. According to the invention, either only reformed gas or a mixture consisting of 50-100% reformed gas and 0-100% top gas is supplied to the variable
От трубопровода 13 для реформированного газа ответвляется трубопровод 21, а именно до того, как трубопровод 13 для реформированного газа будет соединен с трубопроводом 8 для отвода колошникового газа. Этот ответвленный трубопровод 21 объединяется с трубопроводом 18 для восстановительного газа, ведущего от адсорбционного устройства 16 переменного давления к газонагревателю 19. Затем, от трубопровода 8 для отвода колошникового газа отходит еще один ответвленный трубопровод 22, который также объединяется с трубопроводом 18 для восстановительного газа, ведущего от адсорбционного устройства 16 переменного давления к газонагревателю 19. С помощью обоих этих ответвленных трубопроводов 21, 22, оборудованных, естественно, как и все остальные газопроводы, клапанами, удается либо подвести к адсорбционному устройству 16 переменного давления исключительно 100% реформированного газа, либо подвести к адсорбционному устройству 16 переменного давления газовую смесь из 50-100% реформированного газа и 0-100% колошникового газа. A
Для того, чтобы установить определенный химический состав восстановительного газа, наряду с выбором специального адсорбента имеются следующие возможности:
Определенное пропускание частичных потоков в пределах от 0 до 100% газов, подводимых к адсорбционному устройству 16 переменного давления, предпочтительно, от 0 до 30% синтез - газа или реформированного газа и так далее, или, предпочтительно, от 0 до 100% рециклированного колошникового газа.In order to establish a specific chemical composition of the reducing gas, along with the choice of a special adsorbent, there are the following options:
Particular transmission of partial flows in the range from 0 to 100% of the gases supplied to the variable
На основе того факта, что адсорбционное устройство 16 переменного давления отшлюзовывает больше CH4 и N2 по сравнению с промывкой от CO2, имеется возможность уменьшить удельные объемы восстановительного газа при неизменной восстановительной способности. Благодаря этому можно сэкономить на соответствующих узлах установки. Если желательно более высокое, чем может быть достигнуто с помощью вышеописанных вариантов подключения содержание CH4, то можно подавать природный газ ил чистый CH4 в поток восстановительного газа в трубопроводе 23, подаваемый в реакторы 1 - 4 с псевдоожиженным слоем.Based on the fact that the variable
Часть колошникового газа отшлюзовывается из газового контура 8 для того, чтобы предотвратить повышение содержания газов, например, N2. Отшлюзованный колошниковый газ через ответвленный трубопровод подводится к газонагревателю 19 для нагрева восстановительного газа и там сжигается. В случае недостатка энергии, он восполняется природным газом, подаваемым по трубопроводу 24.Part of the top gas is discharged from the
Ощутимое тепло реформированного природного газа, выходящего из реформера 10, а также реформированных дымовых газов используется в рекуператоре 25 для того, чтобы подогреть природный газ после прохождения через устройство 12 для обессеривания, получить пар, необходимый для реформирования, а также в случае необходимости, подогреть восстановительный газ. Воздух сжигания, подводимый к реформеру по трубопроводу 27, также подогревается. The tangible heat of the reformed natural gas leaving the
Для предотвращения понижения температуры в первом - по направлению прохождения руды - реакторе 1 с псевдоожиженным слоем, может быть предпочтительным сжигать часть восстановительного газа, выходящего из второго реактора 2 с псевдоожиженным слоем, в первом реакторе 1 с псевдоожиженным слоем, для чего в первый реактор 1 с псевдоожиженным слоем входит трубопровод 28 для подачи кислорода и, в случае необходимости, трубопровод 29 для подвода природного газа. In order to prevent a decrease in temperature in the first - in the direction of ore flow -
Для поддержания во всех реакторах 1 - 4 с псевдоожиженным слоем температуры реакции на одном и том же уровне и обеспечить за счет этого дальнейшее снижение потребности в энергии, через ответвленные трубопроводы 30 подводят горячий и свежий восстановительный газ непосредственно в реакторы 1 - 3 с псевдоожиженным слоем, которые расположены за реактором 4 с псевдоожиженным слоем, первым в направлении протекания потока, а именно в количестве около 10% на каждый реактор 1, 2, 3 с псевдоожиженным слоем. Реакторы 1 - 4 с псевдоожиженным слоем включены в отношении пропускания восстановительного газа не только последовательно, но что касается пропускания незначительной части восстановительного газа, также параллельно, в то время как реакторы 1 - 4 с псевдоожиженным слоем, что касается отвода и дальнейшего прохождения восстановительного газа, включены в данном примере выполнения, исключительно, последовательно. In order to maintain the reaction temperature in all
Согласно установке, показанной на фиг. 2, нагрев восстановительного газа осуществлен двухстадийно, а именно на первой стадии - теплообменом в газонагревателе 19, и на второй стадии - путем частичного сжигания в устройстве для частичного сжигания с помощью кислорода, подаваемого в восстановительный газ по трубопроводу 32. According to the installation shown in FIG. 2, the heating of the reducing gas is carried out in two stages, namely, in the first stage, by heat exchange in the
Является предпочтительным доводить газ, подлежащий нагреву, сначала в газонагревателе 19, работающем как косвенный теплообменник, до температуры в диапазоне от 200 до 600oC. Подвод тепла может осуществляться путем сжигания любого топлива, предпочтительно, природного газа, отводимого из процесса восстановления.It is preferable to bring the gas to be heated, first in the
Дальнейший нагрев восстановительного газа до температур, предпочтительно, 700 - 900oC может осуществляться следующими вариантами:
a) путем отделения части восстановительного газа и стехиометрического сгорания его с чистым кислородом (в случае необходимости, можно также брать смесь с воздухом). Этот частичный поток смешивается с оставшимся, более холодным восстановительным газом таким образом, что устанавливается желаемая окончательная температура общего потока восстановительного газа;
b) путем ввода всего восстановительного газа в камеру сгорания и частичного сжигания (то есть ниже стехиометрического). Желаемая окончательная температура устанавливается путем обратного смешивания сгоревших газов с несгоревшими.Further heating of the reducing gas to temperatures, preferably 700 - 900 o C can be carried out in the following options:
a) by separating part of the reducing gas and stoichiometric combustion with pure oxygen (if necessary, you can also take a mixture with air). This partial stream is mixed with the remaining, cooler reducing gas in such a way that the desired final temperature of the total reducing gas stream is set;
b) by introducing all of the reducing gas into the combustion chamber and partial combustion (i.e. below stoichiometric). The desired final temperature is established by back-mixing the burnt gases with unburnt ones.
С помощью нагрева такого типа решается проблема исключения пыления металла, а также обеспечивается экономичность проведения процесса вследствие незначительных потерь давления в печи для частичного сжигания по сравнению с обычными печами косвенного нагрева. Using this type of heating, the problem of eliminating metal dusting is solved, and the process is economical due to insignificant pressure losses in the partial combustion furnace compared to conventional indirect heating furnaces.
За счет частичного сжигания изменяется также состав восстановительного газа, обычно повышается доля H2O в пользу содержания H2 на 1-5% об. Это относится также к содержанию CO2 в пользу содержания CO.Partial combustion also changes the composition of the reducing gas, usually the proportion of H 2 O increases in favor of the H 2 content by 1-5% vol. This also applies to the CO 2 content in favor of the CO content.
Поэтому, для установления определенного химического состава восстановительного газа после нагрева, перед нагревом необходимо соответствующее проведение способа. Это возможно с помощью изменяющейся технологии проведения очистки от CO2, реформирования и т.п. Так, например, можно без проблем компенсировать получение CO2 при частичном сжигании, например, установкой на выходе адсорбционного устройства 16 переменного давления меньшего содержания CO2. Потеря CO из-за частичного сжигания может быть компенсирована путем изменения технологии реформирования (например, меньшее соотношение пар/углерод) или, например, путем увеличения байпасного потока к конвертированию CO. То же самое относится к регулированию содержания H2 и H2O.Therefore, in order to establish a certain chemical composition of the reducing gas after heating, an appropriate method is necessary before heating. This is possible with the help of the changing technology of CO 2 purification, reforming, etc. So, for example, one can easily compensate for the production of CO 2 by partial combustion, for example, by installing at the outlet of the adsorption device 16 a variable pressure of a lower CO 2 content. The loss of CO due to partial combustion can be compensated by changing the reforming technology (for example, a lower vapor / carbon ratio) or, for example, by increasing the bypass flow to the CO conversion. The same applies to the regulation of H 2 and H 2 O.
Так как в адсорбционном устройстве 16 переменного давления получается восстановительный газ с 0% об. воды, содержание воды в восстановленном газе к восстановительным реакторам - то есть после нагрева в печи частичного сжигания - может поддерживаться на очень низком уровне (в диапазоне от 1 до 2% об.). Since in the
Изобретение не ограничивается примерами выполнения, представленными на чертеже, а может видоизменяться в различных направлениях. Например, является возможным выбирать количество реакторов в зависимости от потребности. Вместо адсорбционного устройства 16 переменного давления можно применять также адсорбционный процесс со сменой температур. Первые используют высокое давление в системе в соответствующем процессе прямого восстановления, то есть адсорбция и регенерация адсорбента осуществляется за счет создания в емкости разного давления, причем для подвода не требуется посторонней энергии, а может использоваться давление непосредственно в системе. Во втором варианте адсорбция при переменной температуре (TSA - Temperature Swing Adsorption) процесс адсорбции и регенерации управляется посредством температурного профиля при, практически, постоянном давлении. Адсорбционная способность активной среды зависит, наряду с давлением, также и от температуры. В рассматриваемой области применения этот способ действует как второй вариант, так как адсорбция с переменным давлением для примененных составов реформированного газа и колошникового газа, а также для давления, имеющегося в системе, является предпочтительным. The invention is not limited to the exemplary embodiments shown in the drawing, but can be modified in various directions. For example, it is possible to select the number of reactors according to need. Instead of a variable
Пример A
В установке согласно фиг. 1 с часовой производительностью 75 т/час горячебрикетированного железа в реакции участвовало 104 т/час рудной мелочи.Example A
In the installation of FIG. 1 with an hourly output of 75 t / h of hot briquetted iron, 104 t / h of ore fines took part in the reaction.
В паровом реформере 10 получают 108000 Нм3/час реформированного газа путем реакции 18100 Нм3/час природного газа с 60300 Нм3/час пара. Количество тепла, необходимого для подогрева, равное 94 МВт, покрывалось природным газом (61 МВт), предварительно подогретым воздухом (23 МВт) и отходящим газом (10 МВт).In
70% реформированного газа смешивали с рециркулированным колошниковым газом и подводили после охлаждения до 40oC к адсорбционному устройству 16 переменного давления при давлении 14,25 бар. Очищенный газ при температуре 45oC и давлении 13,45 бар смешивали с протекающими потоками газа - в сумме 179900 Нм3/час и подводили к нагревателю 19 восстановительного газа.70% of the reformed gas was mixed with recirculated blast furnace gas and, after cooling to 40 ° C., was supplied to a variable
Отделенный отходящий газ - 22900 Нм3/час находится под давлением 0,3 бар, при температуре 35oC и содержании энергии, равном 60 МВт.The separated off-gas - 22900 Nm 3 / hr is at a pressure of 0.3 bar, at a temperature of 35 o C and an energy content of 60 MW.
Для нагрева восстановительного газа до 835oC необходимы 65 МВт, полученных из 50 МВт отходящего газа, 14,7 МВт предварительно нагретого воздуха и 0,3 МВт колошникового газа.To heat the reducing gas to 835 ° C, 65 MW of 50 MW of waste gas, 14.7 MW of preheated air and 0.3 MW of blast furnace gas are needed.
Горячебрикетированное железо имеет степень металлизации 92%. Hot briquetted iron has a metallization ratio of 92%.
Состав газа следующий (см. табл. 1). The gas composition is as follows (see table. 1).
По сравнению с уровнем техники согласно изобретению получается восстановительный газ со значительно меньшим содержанием N2 или CH4 (например, согласно ЕР - A - 0571358: 14,94% об. N2, 16,29% об. CH4) и, поэтому, улучшенной восстановительной способностью.Compared with the prior art, according to the invention, a reducing gas is obtained with a significantly lower content of N 2 or CH 4 (for example, according to EP-A - 0571358: 14.94% vol. N 2 , 16.29% vol. CH 4 ) and therefore improved recovery ability.
Применяемая рудная мелочь имеет 96,91 вес.% Fe2O3 и 2,29 вес.% жильной породы, остальное - потери на обжиг.The ore fines used have 96.91 wt.% Fe 2 O 3 and 2.29 wt.% Gangue, the rest is firing losses.
Пример B
В установке согласно фиг. 1 с часовой производительностью 75 т/час горячебрикетированного железа в реакции участвовало 104 т/час рудной мелочи.Example B
In the installation of FIG. 1 with an hourly output of 75 t / h of hot briquetted iron, 104 t / h of ore fines took part in the reaction.
В паровом реформере 10 получили 100100 Нм3/час реформированного газа путем реакции 17200 Нм3/час природного газа с 55.700 Нм3/час пара. Количество тепла, необходимого для подогрева, составляющее 86 МВт, покрывалось природным газом (25 МВт), предварительно нагретым воздухом (21 МВт) и отходящим газом (40 МВт).The
90% реформированного газа смешали с 60% рециркулированного колошникового газа и подвели после охлаждения до 40oC к адсорбционному устройству 16 переменного давления при давлении 14,25 бар. Очищенный газ при температуре 45oC и давлении 13,45 бар смешивали с протекающими мимо потоками газа - в сумме 184000 Нм3/час и подвели к нагревателю 19 восстановительного газа.90% of the reformed gas was mixed with 60% of the recirculated top gas and, after cooling to 40 ° C., was supplied to a variable
Отделенный отходящий газ - 29900 Нм3/час находится под давлением 0,3 бар, при температуре 35oC и с запасом энергии 87 МВт.The separated off-gas - 29900 Nm 3 / hr is at a pressure of 0.3 bar, at a temperature of 35 o C and with an energy reserve of 87 MW.
Для нагрева восстановительного газа до 835oC необходимо 68 МВт, полученных из 47 МВт отходящего газа, 15 МВт предварительно нагретого воздуха и 6 МВт колошникового газа.To heat the reducing gas to 835 o C, it is necessary 68 MW obtained from 47 MW of exhaust gas, 15 MW of preheated air and 6 MW of blast furnace gas.
Горячебрикетированное железо имеет степень металлизации 92%. Hot briquetted iron has a metallization ratio of 92%.
Состав газа следующий (см. табл. 2). The gas composition is as follows (see table. 2).
Существенная разница между примерами A и B - различное содержание CH4 в восстановительном газе. Хотя CH4 действует в отношении собственно восстановления как инертный компонент, но, тем не менее, влияет на качество продукта. В примере A содержание CH4 в восстановительном газе при, приблизительно, 12,8% об., в примере B - при 18,8% об., что позже приводит к более высокому содержанию углерода в брикетированном продукте. Это, более высокое содержание углерода может (но не обязательно) являться преимуществом при определенных вариантах продукта. Например, более высокое содержание углерода при дальнейшем производстве стали в электропечи может привести к экономии энергии при плавлении.A significant difference between examples A and B is the different contents of CH 4 in the reducing gas. Although CH 4 acts in relation to the actual recovery as an inert component, but, nevertheless, affects the quality of the product. In example A, the content of CH 4 in the reducing gas at approximately 12.8% vol., In example B at 18.8% vol., Which later leads to a higher carbon content in the briquetted product. This higher carbon content may (but not necessarily) be an advantage in certain product variations. For example, a higher carbon content during the further production of steel in an electric furnace can lead to energy savings during melting.
Применяемая рудная мелочь имеет 96,91 вес.% Fe2O3 и 2,29 вес.% жильной породы, остальное - потери при обжиге.The ore fines used have 96.91 wt.% Fe 2 O 3 and 2.29 wt.% Gangue, the rest are firing losses.
Пример C
В установке согласно фиг. 1 для получения 75 т/час горячебрикетированного железа выбрали следующую форму получения восстановительного газа:
- получение 130000 Нм3/час реформированного газа с тем же составом, как в примере A;
- 100% реформированного газа после охлаждения подвели к адсорбционному устройству 16 переменного давления;
- очищенный таким образом газ смешали с рециркулированным колошниковым газом;
- газовые потоки в сумме составили 181000 Нм3/час - подвели к нагревателю 19 восстановительного газа.Example C
In the installation of FIG. 1 to obtain 75 t / h of hot briquetted iron, the following form of obtaining reducing gas was chosen:
- obtaining 130,000 Nm 3 / h of reformed gas with the same composition as in example A;
- 100% of the reformed gas after cooling was supplied to the variable
- thus purified gas was mixed with recirculated top gas;
- gas flows in the amount amounted to 181000 Nm 3 / h - brought to the
Горячебрикетированное железо имело степень металлизации 92%. Hot briquetted iron had a metallization ratio of 92%.
Состав газа следующий (см. табл. 3). The gas composition is as follows (see table. 3).
Железная руда имела тот же состав, как в примере A. Iron ore had the same composition as in example A.
Преимущества при этом распределении газов:
уменьшение мощности адсорбционного устройства переменного давления (сравним с примером A и B от 30 до 40%);
в отходящем газе не содержится H2S (в примере A и B он вводился с железной рудой в контур колошникового газа и частично отшлюзовывался в адсорбционном устройстве переменного давления) - за счет этого при последующем термическом применении отходящего газа не возникает SO2, вредной для окружающей среды, и можно отказаться от обессеривающего устройства.Advantages with this gas distribution:
a decrease in the power of an adsorption device of variable pressure (comparable with examples A and B from 30 to 40%);
the exhaust gas does not contain H 2 S (in examples A and B it was introduced with iron ore into the top gas circuit and partially shut off in a variable pressure adsorption device) - due to this, subsequent thermal use of the exhaust gas does not produce SO 2 harmful to the environment environment, and you can abandon the desulfurization device.
Claims (12)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ATA1682/95 | 1995-10-10 | ||
ATA1507/96 | 1996-08-21 | ||
AT0150796A AT405652B (en) | 1996-08-21 | 1996-08-21 | Process for direct reduction of particulate iron- containing material, and installation for carrying out the process |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97111824A RU97111824A (en) | 1999-05-27 |
RU2136763C1 true RU2136763C1 (en) | 1999-09-10 |
Family
ID=3515238
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97111824A RU2136763C1 (en) | 1996-08-21 | 1996-10-08 | Method of direct reduction of fine-grained material containing iron oxide in form of particles and plant for method embodiment |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | AT405652B (en) |
RU (1) | RU2136763C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2433187C2 (en) * | 2006-11-16 | 2011-11-10 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се | Hot-pressed iron (hbi) and method for its obtaining |
US11685961B2 (en) | 2019-03-15 | 2023-06-27 | Primetals Technologies Austria GmbH | Method for direct reduction in a fluidized bed |
RU2814346C2 (en) * | 2019-07-08 | 2024-02-28 | Прайметалз Текнолоджиз Аустриа ГмбХ | Sealing of recovery unit |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1599163A (en) * | 1978-05-15 | 1981-09-30 | Humphreys & Glasgow Ltd | Ore reduction |
US5082251A (en) * | 1990-03-30 | 1992-01-21 | Fior De Venezuela | Plant and process for fluidized bed reduction of ore |
-
1996
- 1996-08-21 AT AT0150796A patent/AT405652B/en not_active IP Right Cessation
- 1996-10-08 RU RU97111824A patent/RU2136763C1/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1599163A (en) * | 1978-05-15 | 1981-09-30 | Humphreys & Glasgow Ltd | Ore reduction |
US5082251A (en) * | 1990-03-30 | 1992-01-21 | Fior De Venezuela | Plant and process for fluidized bed reduction of ore |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2433187C2 (en) * | 2006-11-16 | 2011-11-10 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се | Hot-pressed iron (hbi) and method for its obtaining |
US11685961B2 (en) | 2019-03-15 | 2023-06-27 | Primetals Technologies Austria GmbH | Method for direct reduction in a fluidized bed |
RU2814346C2 (en) * | 2019-07-08 | 2024-02-28 | Прайметалз Текнолоджиз Аустриа ГмбХ | Sealing of recovery unit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ATA150796A (en) | 1999-02-15 |
AT405652B (en) | 1999-10-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5833734A (en) | Process for the direct reduction of particulate iron-containing material and a plant for carrying out the process | |
RU2125613C1 (en) | Method of producing liquid iron or liquid steel semiproducts and plant for its embodiment | |
US6027545A (en) | Method and apparatus for producing direct reduced iron with improved reducing gas utilization | |
RU2078143C1 (en) | Method and installation for reducing fine-dispersion ferric oxide material in fluidized bed | |
JP2964444B2 (en) | Method and apparatus for direct reduction of fine ore or concentrate | |
RU2618971C2 (en) | Processing method for exhaust gases from plants for iron and / or synthetic gas production | |
RU2134301C1 (en) | Method and apparatus for producing cast iron and/or sponge iron, and apparatus operation method | |
KR100250348B1 (en) | Process for manufacturing molten pig iron or molten steel prototype and sponge iron and plant for carrying out such methods | |
RU2276692C2 (en) | Method and device for reducing oxide-containing ore by gas | |
JP3543837B2 (en) | Method for directly reducing iron oxide-containing raw materials using a solid carbon-containing reducing agent | |
RU2127319C1 (en) | Method of producing sponge iron and plant for its embodiment | |
KR19990087540A (en) | Production method of molten pig iron or intermediate steel product and facility for implementing the production method | |
KR100244977B1 (en) | Process for producing liquid iron or liquid steel base products and sponge iron and plant for implementing it | |
RU2130079C1 (en) | Method of exclusion of metal corrosion (metal dusting) in direct reduction of material containing iron oxides (versions) | |
RU2136763C1 (en) | Method of direct reduction of fine-grained material containing iron oxide in form of particles and plant for method embodiment | |
RU2148652C1 (en) | Method of direct reduction of material containing iron oxide in the form of particles and plant for method embodiment | |
RU2191208C2 (en) | Sponge metal manufacture method and apparatus | |
KR19990087542A (en) | Equipment and methods for spongy metal production | |
CN1292830A (en) | Method for producing liquid pig iron and/or steel billet | |
RU97111824A (en) | METHOD FOR DIRECT RESTORATION OF A FINE-GRAINED MATERIAL IRON OXIDE CONTAINING A PARTICLE, AND ALSO INSTALLATION FOR IMPLEMENTING THIS METHOD | |
KR19990077053A (en) | Process for producing sponge iron by direct reduction of iron oxide-containing materials | |
MXPA97004230A (en) | Procedure for the direct reduction of granular material containing iron oxide through a fluidized bed process, and provision to parallel the procedimie |