SE419129B - Anordning for reduktion av finfordelat jernoxidhaltigt material i en cirkulerande flytbedd - Google Patents

Description

2 5, 55 __uo ?9o4ss9+2t,, ' mellanliggande partiet av reaktionszonen. metall ur metalloxid, t.ex. råjärn ur järnoxidhaltigt material, genom förreduktion av det metalloxidhaltiga materialet följt av en smältreduktion, vars värmebehov till största delen täckes genom elvärme (svenskt patent 7305755-1, publ.nr 593 816). För framställning av elektrisk energi avsett tillsatsbränsle till- sammans med en del av förbränningsluften, användes härvid för förvärmning,1förreddktion och annan förbehandling_av råmateri- alen för smältreduktion, och återstående värmeinnehåll i detta bränsle, liksom i avgaserna för småltreduktion, användes för ge- nerering av elenergi, som utnyttjas för smältreduktion.

Förreduktionen enligt föregående, dvs. reduktion av finför- delat järnoxidhaltigt material i blandning med finfördelat fast kolhaltigt material, har vidareutvecklats på sätt som beskrivits i svensk patentskrift ?H03lÄ5-l (publ.nr 384 225), varvid en _cirkulerande flytbädd utnyttjas och en rednkticnsgrad av upp I till 85% erhålles. Vid detta kända förfarande upprätthålles den cirkulerande flytbädden i en vertikalt lângsträckt reaktions- zon genom att man till denna för avpassade flöden av finfördelat fast och eventuellt flytande kolhaltiga material, och gas inne- _hå1lande molekylärt syre, samt att man underkastar från reaktions- zonen avgående gas och fast material separation, varvid avskilt fast.materia1 återinföres i reaktionszonen. Det fínfördelade järnoxidhaltiga materialet, det kolhaltiga materialet och den molekylärt syre innehållande gasen tillföres härvid ett mellan- liggande parti av reaktionszonen, och flödet av inmatat kol sty- res så, att en sådan andel koks alltid upprätthålles i bädden, att störning av fluidiseringen genom kladdning förhindras. Från reaktionszonen avgående gas och fast material uttages från dess överdel, varvid det avskilda fasta materialet återföres till det Fast material inne- hållande helt eller delvis reducerad järnoxid utmatas från reak- ttionszonens underdel.

Sistnämnda förfaringssätt har inneburit en klar förbättring av möjligheterna till förreduktion, men det har visat sig att resultatet även vid detta förbättrade förfaringssätt icke varit t helt tillfredsställande. Bland annat har svårigheter uppstått genom att järnoxid- och kolpartiklar segregerar så att reaktorns nederdel får avsevärt större halt av járnoxidhaltigt material ,än den övre, under det att förhållandet blir det motsatta för det kolhaltiga materialet, vilket försämrat reduktionen och 40 7904689-2 UI stört anordningens funktion. Dessutom har materialet kladdat fast kring lufttillförselmunstyckena. V SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN: Föreliggande uppfinning går ut på en lösning av dessa pro- blem vid detta kända och andra snarlika förfaringssätt och avser en anordning, med vilken en produkt med en metalliserings- grad över 60 % och med önskad kolhalt kan framställas utan stör- ningar på grund av segregering eller kladdning av materialet.

Uppfinningen avser en anordning för att helt eller delvis redu- cera finfördelat järnoxidhaltigt material i en cirkulerande flyt- bädd i form av en reaktor, innefattande en lämpligen cylindrisk reaktor med ett vertikalt, övre reaktionsrum, nedtill anslutet till ett nedre, smalare likaledes vertikalt reaktionsrum med en konisk övergång mellan dessa, samt en till övre reaktions- rummet ansluten cyklon för avskíljning av det fasta materialet ur den cirkulerande flytbädden och en återföreningsledning till reaktorn, munstycken för tillförsel av förbränningsluft till reaktorn samt anordningar för inmatning av reduktionsmedel och järnoxidhaltigt material, anordningar för urtappning av redu- cerat material, och anordningar för tillförsel av fluidiserings- gas till det nedre reaktionsrummet. Uppfinningen kännetecknas av, att återföringsledningen för det fasta materialet mynnar i botten av det nedre reaktionsrummet. Tillförselmunstyckena för förbränníngsluft mynnar lämpligen i den koniska övergången eller i det övre reaktíonsrummet på en höjd över den koniska övergången av högst två gånger det nedre reaktionsrummets dia- meter. Lämpligen skall luftmunstyckena mynna innanför reaktorns inre vägg exempelvis på ett avstånd av minst l gång munstyckenas inre diameter.

RITNINGSBESKRIVNING: På bifogade ritning exemplifíeras en utföringsform av upp- finningen.

Anordningen enligt ritningen består av en eldfast inmurad reaktor 1, inneslutande ett vertikalt lângsträckt övre reaktions- rum 2, lämpligen cylindriskt, och ett nedre reaktionsrum 3, lika- ledes lämpligen cylindriskt, vars höjd är l/4 - l/6 av det övre reuktionsrummets hela höjd och har en tvärsnittsarea som är endast l/3 - l/2 av det övre reaktionsrummets tvärsnittsarea.

Mellan det övre och det nedre reaktionsrummet finns en konisk övergång 4. Förbränningsluft tíllföres från en kompressor 5 40 vsousse-2 igasen. Från cyklonen 8 går en ledning 9 för återföring av det 5ligen“ett gaslås 29. Gaslåsen 2l,22,27,29, som kan vara sluss- ¿ genom munstycken 6, vilka mynnar i den koniska övergången 4- Munstyckena sträcker sig ett stycke innanför reaktorns vägg l och_mYnflêT på ett avstånd från denna, som är åtminstone lika 'med munstyckenas invändíga diameter. Munstyckenas diameter är tillräcklig för att den inblåsta förbränningsluften skall få erforderlig impuls för att snabbt blandas med innehållet i reaktionsrummet. Munstyckenas riktning kan eyggtggllt avvika från horisontalplanet-med högst 450 nedåt eller högst 80q luppåt. Ovanför munstyckena finns en eller flera inmatnings- öppningar för kolpulver som tillförs genom en ledning 7. Det övre reaktionsrummet 2 är anslutet till en eldfast inmurad huvudcyklon 8 för avskiljning av fast material 1 den avgående fasta godset till bottnen av det nedre reaktionsrummet 3.

I det nedre reaktionsrummets 3 botten mynnar även munstycken 10 för tillförsel av reducerande fluidiseríngsgas. Här är även ett smalt urtappningsschakt ll anslutet, vilket nedtill via ett fluidiseringslâs 13 är förbundet med en kylanordning 14 för kylning av det Urtåppade godset. I urtappníngsschaktets ll nederdel är en shuntledning 15 för fluídiseringsgas ansluten för att förhindra packning av det utmatade godset. _ Avgasen från cyklonen 8 ledes till en venturiförvärmare 17, till vilken är i serie kopplad en stoftcyklon 19, vilken avskiljer stoftet i de avgående gaserna och via med gaslås Zl, 22 försedda stoftledningar 23,24 återför stoftet till det 7.nedre reaktionsrummet 3.

Gasen från stoftcyklonen 19 går till en andra venturiför- värmare 25, till vilken slíg inmatas genom en ledning 18 för ratt avskiljas i en andra stoftcyklon 26 och via ett gaslås 27 -matas till den förutnämnda venturiförvärmaren l7 och från denna till huvudcyklonen 8. Avgasen renas i en ytterligare stoftcyklon 28. Det fasta materialet från huvudcyklonen 8 passerar lämp- ventiler eller pulverlås, släpper igenom stoft men hindrarp gas att strömma upp i cyklonerna. p 5 7 5 Avgasen från den sista stoftcyklonen 28 leds via en led- ning 3O genom en värmevärlare 35, en kylare 36 och en stoft- renare 37, t.ex. ett elektrofilter. En del gas tages ut genom en ledning 31, t.ex. till ett ångkraftverk. Återstoden av gasen passerar en kompressor 34, en tvättanordning 33 där 7904689-2 den befrias från H20 och C02, och leds via en ledning 32 genom värmeväxlaren 35, där den återuppvärms, till gasmun- styckena 10.

I en anordning enligt uppfinningen så som den illustre- ras på ritningen, byggd för ett arbetstryck av 5 bar, där det övre reaktionsrummet hade en höjd av 20 m och en diameter av 0,45 m reducerades finkornig järnmalmsslig med en järn- halt av 67 % på följande sätt.

Slig i ett flöde av 300 kg/h med en genomsnittlig korn- l0 storlek av 0,1 mm matades in genom ledningen 18 och förvärmdes av från cyklonen 19 avgående gas. Den förvärmda slígen uppsam- lades i den första stoftcyklonen 19 och fördes via åter- föringsledningen 23 ned till det nedre reaktionsrummet, där den blandades in i den cirkulerande flytbädden, som-upprätt- hölls av den i botten genom munstyckena 10 tillförda reduceran- de gasen och spreds genom fluidiseringen upp i övre reaktions- rummet 2. Genom inmatningsledningen 7 infördes kolpulver av ångkol med en medelkornstorlek av 0,2 mm i sådan mängd att den vid förkoksning dels gav den för reduktionen erforderliga reducerande gasen, dels höll kokshalten i bädden mellan 20 och 50 viktprocent trots den avtappning av reducerat material som skedde, dels genom partiell förbränning täckte värmebehovet för reduktion och värmeförluster från anordningen. Om man bortser från värmeförlusterna, som på grund av anordníngens små dimensioner inte motsvarar förlusterna i industriell skala motsvarade kolpulvertillförseln 700 kg/ton Fe. Förvärmd luft tillfördes genom luftmunstyckena 6 i den mängd som erfordrades för att genom purtlell förbränning av gaser och kolhaltígt material ge det för reduktionen erforderliga värmet och hålla temperaturen vid 970°C. Genom tillförsel av reducerande' gas i det nedre reaktionsrummet inställdes samma gashastighet, som i det övre och hela reaktorn upptogs av den cirkulerande flytbädden, varvid ca S ton/h av det fasta materialet vandrade över i cyklonen 8, där det avskiljdes och återfördes till bottnen av det nedre reaktionsrummet. I det till det nedre reaktionsrummet anslutna utmatníngsschaktet ll instålldes gashastigheten i ledningen 15 så, att en vindsiktning åstadkoms i denna del av den cirkulerande flytbädden. Härigenom kunde en produkt med 70 % metalliseringsgrad och 10 viktprocent kol 40 utmatas i en mängd som motsvarade den tillförda slígmängden. '790læ689ñ2 s -25 ¶so 40 6 Den från stoftçyklonen 19 avgående gasen renas ytterligare i stoftcykloner 26,28, varvid stoftet ñterföres till det nedre reaktíonsrummet 3. En del av den från stoftcyklonerna avgående gasen renas_í en tvätt 33 från vatten och koldioxid - och användes sedan som fluídíseríngsgas i nedre reaktíonsrummet 3 och urmatníngsschaktet ll. Återstoden av gasen kunde av- ledas för annat ändamål t.ex. framställning av ånga í en av- gasångpanna och framställning av elektrisk energi med denna.

Claims (1)

1. 7904689-2 7 P A T E N T K R A V 1. Anordning för reduktion av finfördelat järnoxidhaltígt material í en cirkulerande flytbädd i form av en reaktor (l), innefattande en lämpligen cylíndrisk reaktor (1) med ett vertikalt, övre reaktionsrum (2), nedtill anslutet till ett nedre, smalare likaledes vertikalt reaktionsrum (3) med en konisk övergång (4) mellan dessa, samt en till övre reaktions- rummet ansluten cyklon (8) för avskiljning av det fasta materialet ur den cirkulerande flytbädden och en återföríngsledning (9) till reaktorn, munstycken (6) för tillförsel av förbränníngsluft till reaktorn samt anordningar (7,l8) för inmatning av reduktions- medel och järnoxidhaltigt material, anordningar (ll) för ur- tappning av reducerat material, och anordningar (10) för till- försel av fluídiseringsgas till det nedre reaktionsrummet, k ä n n e t e c k n a d därav, att återföringsledningen (9) för det fasta materialet mynnar i botten av det nedre reaktions- rummet (3), _ 2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - -nia d Ädärav, att munstyckena (0) för förbränningsluft mynnar innanför reaktorns inre vägg exempelvis på ett avstånd av minst 1 gång munstyckenas (6) inre diameter. 3. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att urtappningsanordningen be- står av ett till det nedre reaktionsrummets (3) botten an- slutet schakt (ll) med en tvärsníttsarea mindre än det nedre reaktionsrummets tvärsnittsarea, exempelvis mindre än 1/4 av det nedre reaktionsrummets tvärsnittsarea, och en till schaktet ansluten sluss (13) för urtappning av det reducerade materialet. 4. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att ínmatningsanordníngen för järnoxidhaltigt material består av en till cyklonens (8) gasut- lopp ansluten venturiförvärmare (17) med inlopp (18) för slig och kopplad till en första stoftcyklon (19) för avskiljníng av för- värmd slig och försedd med en anslutning (23) till reaktorn (1). 5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k - n a d därav, att i serie med den första stoftcyklonen (19) är kopplad i serie en eller flera ytterligare stoftcykloner (2G; 28) för rening av avgaser och återföring (24) av dessa som fluidiseríngsgas till det nedre reaktionsrummet (3). 6. Anordning enligt patentkrav S, k ä n n e t e c k n a d rveousss-2) 8 därav, att i serie med den första stoftcyklonen (19) är' ansluten en andra venturiförvärmare (25) med inlopp för slíg (18) och kopnlad till en andra stoftcyklon (26) för Qvskílj- ning av förvärmd slíg och försedd med en anslutning till den första venturiförvärmaren (17). _ 7.e Anordning enligt patentkrav 5 eller 6, k ä n n e - t edc k n a d (därav, att stoftcyklonerna (20;28) är kopplade till en anordning (33) för rening av från stoftcyklonen avgående gas från C02 och H20, vilken anordning via en kompressor (34) g och ledningar (32,l5) är ansluten till tillförselledningar (10) för fluídíseringsgas i.nedre reaktíonsrummet (3) och i urtapp- ningsschaktet (ll). 7 8. Anordning enligt patentkrav 11, k ä n n e t e c k -“ n a d därav, att mellan stoftcyklonerna (20;28) och reningsan- ordningen (24) är inkopplad en gaskylanordning (35,36) och 7'ett stoftreningsfilter (37), 9. Anordning enligt patentkrav 7 eller 8, k ä ngn e- t e c k n a d därav, att ett avlopp (31) för överskottsgas är anordnat antingen efter sista cyklonen eller mellan filtret (37) och reningsanordníngen (33) (fig. 2). 7 " l0Å Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e cgk n ald därav, att det nedre reaktionsrummets (3)_tvärsnittsarea är 1/3 - 1/2 av det övre reaktionsrummets - (2) tvärsnittsureu. ll. Anordning enligt något av patentkraven l-6, k ä n n Gs- t e c k n a d därav, att ledningen (23) från första stoftcyklonen (19) är ansluten till nedre reaktionsrummet (3). I 12. Anordning enligt något av föregående patentkrav, ak ägn n e t e c k n a d adärav, att urtappningsschaktet (ll) och tillförselledningen (15) dimensíoneras och anordnas så att det urtappade reducerade materialet vindsiktas för minskning av kolhalten. I * 13. Anordning enligt något av föregående patentkrav,_ k ä n.n e t e c k n a d därav, att äterföringslcdningarna (9,23,24) gär försedda med anordningar, som förhindrar gas att strömma mot- 7 ströms mot det fasta materialet, t ex som slussar fungerande ventiler (2l,22,29) eller pulverlås. 3