SU1128843A3 - Способ восстановлени железной руды до губчатого железа в шахтном реакторе - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ ДО ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА В ШАХТНОМ РЕАКТОРЕ, включамдий получение восстановительного газа газификацией твердого или жидкого топлива, последующий его 1тформинг в смеси с паром, противоток газов.и твердого материала , последовательную обработку в зонах нагрева, восстановлени  и охлаждени , рециркул цию, охлаждение, очистку от примесей и назрев восстановительного газа, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  производительности печи и экономии топлива, смесь продуктов кации и пара нагревают до 300-600 С и осуществл ют риформинг в зоне нагрева , при этом перед подачей в зону восстановлени  газ очищают от примесей углекислого газа. 2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что часть охлажденного восстановительного газа подаСО ют в зону охлаждени . 3.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что газ, рециркулируемый после риформинга, охлаждают и удал ют из него воду. ю 00 00 со

Description

Изобретение относитс  к восстановлению железной руды до губчатого жедеза . , .

Получение губчатого железа в обычftOM вертикальном шахтном реакторе с 15 Лодвижным слоем состоит из двух основных операций: восстановлени  руды с : помощью подход щего гор чего восстаноБитэльного газа в восстановительной зоне реактора и последующего охлаж- 10 дени  образуницегос  губчатого железа с помощью газообразного охлаждающего агента в охлаждающей зоне реактора . Восстановительным газом обычно служит газ, состо щий главным обраг 15 i зом из окиси углерода и водорода, вво. димый в реактор при температурах в . пределах 850-1100°С, предпочтительно 900-1000°С. Гор чий восстановительный -аз можно вводить в реактор в ниж- 20 ней части восстановительной зоны и пропускать снизу вверх через реактор противотоком по отношению к опускающейс  сверху вниз руде,, или альтернативно , гор чий восстановительный 25 газ можно вводить в верхней части восстановительной зоны и направл ть его в одном направлении с передвигающейс  сверху вниз рудой. В технике общеизвестно охлаждение губчатого железа зо путем ввода охлаждающегос  газа при относительно низкой температуре в охлаждающую зону реактора и пропускани  охлаждающего газа снизу вверх через реактор, в результате чего темпегратура охлаждающего газа повьшаетс , а температура губчатого железа понижаетс  .

Наиболее близким по технической f сущности и достигаемому результату 40 к изобретению  вл етс  способ восстановлени  железной руды до губчатого железа в шахтном реакторе, включаюпщй получение восстановительного газа газификацией твердого или жидкого 45 топлива, последующий риформинг в смег си с паром, противоток газов и твердого материала, который последовательно проходит обработку в зонах нагрева, i восстановлени  и охлаждени ,рецирку 50 л цию, охлаждение, очистку от примесей и нагрев восстановительного газа. Восстановительньй газ, используемый при пр мом восстановлении железных руд, получают из р да источников, 55 например путем каталитического риформировани  углеводородов и вод ного пара Щ .

Системы, в которых используетс  природный газ и вод ной пар дл  образовани  восстановительного газа, требуют применени  установок каталитического риформинга. В известных процессах, в которых дл  получени  восстановительного газа используютс  твердые или жидкие виды топлива , в отличие от тех процессов, в которых используетс  природный газ, требовалось дополнительное оборудование дл  обогащени  газа, чтобы его можно быпо эффективно использовать в восстановительных цел х.

Целью изобретени   вл етс  повышение производительности печи и экономии топлива.

Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу восстановлени  железной руды до губчатого железа в шахтном реакторе, включающему получение восстановительного газа газификацией твердого или жидкого топлива, последующий его риформинг в смеси с паром, противоток газов и твердого материала, последовательную обработку в зонах нагрева, восстановлени  и охлаждени , рециркул цию, охлаждеп ние, очистку от примесей и нагрев восстановительного газа, смесь продуктов газификации и пара нагревают до 300-600 С, осуществл ют риформинг в зоне нагрева и перед подачей в зону восстановлени  газ очищают от примесей углекислого газа.

Часть охлажденного восстановительного газа подают в зону охлаждени .

Газ, рециркулируемый после риформинга , охлаждают и удал ют из него воду.

Характерной особенностью предлагаемого способа  вл етс  создание зоны внутри цеактора дл  риформиро вани  восстановительного газа, полученного в соответствующей газификаф онной установке. Поскольку скорость газовой диффузии в частицы руды по существу не зависит от температуры, а зависит, главным образом, от концентрации водорода, присутствующего в восстановительном газе, восстановительньй газ должен иметь относительно высокое содержание водорода. Согласно изобретению восстановительный газ, который можно получить путем газификации угл  с помощью кислорода и вод ного пара, смешивают с вод ным паром и нагревают.

Нагретую газовую смесь ввод т в реактор и риформируют в зоне нагрева, размещенной в верхней части реактора, с целью получени  более высокого желательного соотношени  между Н2 и , СО. В зоне риформировани  соотношение между Нл и СО, которое обычно находитс  в пределах от приблизительно 0,5:1 до 1:1, возрастает до приемлемого значени  дл  восстановлени  )о железной руды, т.е. в пределах от примерно 2,5:1 до 5:1 с помощью реакции взаимодействи  вод ного пара и моноокиси углерода.

Железосодержащий материал в реакторе выступает дл  этой реакции в роли особоэффективного катализатора. Газ выход щий, из газификационной установки жидкого ископаемого топлива содержит, об.%: Н 6,1| СО 46,9, 20 С02 4,3, N2 1,4i СН 0,4, 0,9.

Газ из газификационной установки твердого топлива содержит, об.%: Н2 30,45 СО 58,3-, COj 10,0; Nj 1,0, СН 0,0, HjO 0,3., 25

Более высокое соотношение между Н-л и СО  вл етс  желательным в св зи с тем, что скорость восстановительной реакции с применением водорода более высока  по сравнению с реак- Q дней с применением окиси углерода, в св зи с- чем уменьшаетс  врем  нахождени  руды в реакторе. Кроме того, поскольку большее количество СО. имрет тенденцию к осаждению на руде элементарного углерода,повышенное количество водорода сводит до минимума такое осаждение. Изменение в содержании СО также обеспечивает лучший контроль за. науглероживанием.4Q

Риформированный газ, полученный в верхней части реактора удал ют из зоны риформировани  реактора во внешний контур, где его охлаждают, сжимают tи направл ют через абсорбционную башг 45 ню дл  удалени  углекислого газа. Риформированный и обработанный газ за- тем направл ют в подогреватель, в кот .тором он нагреваетс  до повышенной температуры в пределах примерно 750- 50 , после чего его ввод т в восстановителЬную зону в качестве восстановительного газа. Восстановительныйгаз проходит через восстановительную зону реактора в контакте с метал- 55 лической рудой, благодар  чему происходит восстановление руды, после чего его вывод т из восстановительной

зоны и охлаждают с целью удалени  из него воды. Охлажденньй восстановительный газ затем объедин ют с потоком риформированного и обработанного газа, подлежащего возврату в восстановительную зону реактора.

Согласно предложенному способувосстановительный газ, полученньй в системе газификации топлива, можно более эффективно и экономично использовать дл  восстановлени  металлических руд. При этом восстановительньй газ риформируют внутри реактора, в результате чего ограничиваетс  необ ходимость в отдельных установках риформинга или реактора, что приводит к экономии энергии и капитальных Затрат

На фиг. 1 изображена установка дл  производства губчатого железа на фиг. 2 - технологическа  схема процесса производства губчатого железа .

Вертикальный шахтньй реактор 1 с подвижным слоем содержит зону 2 риформировани  в своей верхней части, охлаждающую зону3 в нижней части, и восстановительную зону 4, располо- женную между зонами риформировани  охлаждени . Реактор 1 теплоизолирован снаружи и и.знутри облицован огнеупорным материалом известным методом.

Измельченную руду, подвергают обработке , ввод т в реактор 1 через загрузочньй штуцер 5. Руда, загруженна  в реактор, может быть в форме либо кусков, приготовленных гранул, либо в виде их смесей. Вблизи нижней части зоны 2 риформировани  реактор снабжен кольцевой нагнетательной камерой 6, котора  проходит по внешней окружности реактора, с тем, чтобы обеспечить здесь устройство, с помощью которого нагретую газовую смесь восстановительного rk3a и вод ного пара ввод т в реактор. Вертикальна  перегородка 7 вместе со стенкой реактора ограничивает кольцевое пространство 6. Руда движетс  вниз через зону риформировани , где она нагреваетс  и частично восстанавливаетс  за счет вертикально поднимающегос  риформированного газа.

Железна  руда, выход ща  из зоны риформировани  и поступающа  в восстановительную зону 4, в основном состоит из окиси железа. Вблизи пода восстановительной зоны 4 имеетс  вто51 ра  кольцева  нагнетательна  камера 8,аналогична  нагнетательной камере 6, через которую риформированньй и обработанный восстановительный газ может быть введен в реактор. Предусмотрена также имеюща  форму усеченного конуса перегородка 9, котора  вместе со стенкой реактора ограничивает кольцевое пространство 8. В результате восстановлени , достигнутого в восстановительной зоне, руда, выход ща  из этой зоны и поступающа  в охлаждающую зону 3, сильно металлизирована и имеет низкое содержание углерода. Вблизи пода охлаждающей зоны 3 имеетс  еще одна кольцева  нагнетательна  камера 10, через которую при желании в реактор можно ввести по существу инертный охлаждающий газ. Предусмотрена также перегородка в форме усеченного конуса 11, аналогична  перегородкам 12 и 9.Так как зубчатое железо продвигаетс  вниз через охлаждающую зону 3, оно охлаждаетс  охлаждающим газом, проход щим через него, и выходит через выходное отверстие реактора 13. Восстановительный газ получают в установке 14 газификаи ии угл , и под ют по трубопроводу 15 со скоростью, регулируемой регул тором 16 расхода, в трубопровод 17. Вод ной пар, проход щий по трубопроводу 18 и регулир емый регул тором 1-9 расхода, смешива ют с газом из установки 14 газификадни угл  и направл ют в трубопровод 20. Газообразна  смесь поступает по трубопроводу 20 в нагревательный зме евик 21 подогревател  22, где ее под гревают до температуры в пределах поимерно 300-600 С. Подогрета  смесь выходит из подогревател  22 по трубо проводу 23 и Поступает в нагнетатель ную камеру 6. Газ, проход щий через нагнетательную камеру 6, поступает в реактор вблизи пода зоны 2 риформировани . По, входе в зону риформиро вани  реактора нагретую смесь риформируют с целью получени  более высок го и более желательного соотношени  между водородом и окисью углерода. Риформированный газ поднимаетс  ввер через зону риформировани  и выводитс вблизи верхнего днища реактора через выходной штуцер 24 и трубопровод 25. Часть восстановительного газа, полученного в установке 14 газификации угл  ввод т при низкой темпера43 туре в охлаждающую зону реактора с целью охлаждени  губчатого железа. Однако, если требуетс  низкое содержание углерода в губчатом железе, в качестве охлаждающего газа можно использовать практически инертный газ из подход щего источника. Если весь охлаждающий газ или его часть, подаваемые в охлаждающую зону реактора, подают из системы газификации угл ,то в этом случае часть охлаждающего газа , выход щую из охлаждающей зоны реактора , можно также направить в восстановительный контур. Риформированный газ, выход щий из реактора по трубопроводу 25, поступает в смесительный холодильник 26, в который по трубопроводу 27 ввод т воду дл  охлаждени  и удалени  из него воды. Газ выходит из холодильника 26 по трубопроводу 28 и поступает в .трубопровод 29, который соединен с всасьшающей .стороной насоса 30. Часть газового потока, проход ща  по трубопроводу 28, можно направл ть по трубопроводу 31 в необходимое место применени  (не показано). Трубопровод 31 снабжен регул тором 32 противодавлени , имеющим регулирующий клапан 33, так что его можно регулировать дл  поддержани  требуемого положительного и посто нного давлени  в системе с целью повышени  эффективности реактора 1. Газовую смесь, поступающую к насосу 30, направл ют через трубопровод 34, и она поступает в поглотитель 35 углекислого газа (абсорбер). Углекислый газ в потоке, поступающем в абсорбер 33, удал ют методом, известным в технике - соответствующим поглощением среды, вводимой в абсорбер 35 по трубопроводу 36. В газе, выход щем из абсорбера через трубопровод 37, содержатс  лишь небольшие количества углекислого газа. Газ,протекающий по трубопроводу 37, поступает в трубопровод 38 и по трубопроводу 39попадает в нагревательный змеевик 40подогревател  41. Где подогревают .в подогревателе 41 до температуры в пределах 850-1000с и предпочтительно в диапазоне 850-900°С. Подогретый газ выходит из подогревател  41 и направл етс  по трубопроводу 42 в нагнетательную камеру 8, через которую он попадает в реактор вблизи пода восстановительной зоны 4.

Восстановительный газ проходит снизу вверх через восстановительную зону и поступает в нагнетательную камеру 43, через которую он попадает в реактор. Поток восстановительного s газа выходит из реактора по трубопроводу 44 и направл етс  в смесительный холодильник 45, в который вввод т воду по трубопроводу 46 с целью охлаждени  и повышени  эффективности 10 удалени  поды из риформированного газа. Газ выходит из холодильника 45 по трубопроводу 47, а часть его попадает по трубопроводу 48 во всасывающую сторону насоса 49. Часть газа, 15 протекающего по трубопроводу 47, попадает по трубопроводу 50 По назначению . Трубопровод 50 снабжен регул тором 51 противодавлени  имеющим регулируемое установленное место, так 20 что его можно отрегулировать дл  поддержани  требуемого положительного и посто нного давлени  в системе с целью повьшени  эффективности реактора 1 .25

Газ прокачиваетс  насосом 49 в разгрузочный трубопровод 52 и смешиваетс  с риформированным газом,выход щим из абсорбера углекислого газа по трубопроводу 37. Объединен- зо ный газовый поток затем проходит по трубопроводам 38 и 39, через подогреватель 41 и трубопровод 42, из которого он возвращаетс  в нижнюю часть восстановительной зоны 4. 35

Инертный добавочный газ, предпочтительно азот, можно подводить из соответствующего источника .(не показан ) по трубопроводу 53 в количестве, контролируемом регул тором 54 расхода4о

Инертньй газ, проход щий по трубопроводу 53, затем поступает по трубопроводу 55 в нагнетательную камеру 10 и в реактор вблизи низа охлаждающей зоны 3. Имек ца  форму усеченного кону- 45 са перегородка 11 вместе со стенкой .реактора ограничивает кольцевую камеру 10. Добаво.чный инертный газ проходит снизу вверхчерез охлаждающую зону 3 реактора и выводитс  через - 50 кольцевую камеру 56. Выход щий охлаждающий газ проходит по трубопроводу 57 в смесительньй холодильник 58, в который по трубопроводу 59 подают

воду дл  охлаждени  и удалени  воды из отход щего газа. Газ выходит из холодильника 58 по трубопроводу 60 и поступает s трубопровод 61, который соединен с всасывающей стороной насоса 62. Часть газового потока, проход щего по трубопроводу 60 может проходить по трубопроводу 63 к месту применени  (не показано). Трубопровод 63 также снабжен регул тором 64 противодавлени , имеющим,регулир емое установочное место, так что его можно регулировать дл  поддержани  требуемого положительного, и посто нного давлени  в системе с целью повышени  эффективности реактора 1.

Газ затем подаетс  насосом 62 по трубопроводу 65, где он может быть смещен с добавочным инертным газом, проход щим по трубопроводу 53, врезаемому в трубопровод 66. Этот газовый поток затем возвращаетс  ..обратно по трубопроводу 55 и через нагнетательную камеру 10 в охлаждающую зону 3 реактора. Альтернативно часть газа проход щего по трубопроводу 65, направл ют в восстановительньй контур по трубопроводу 67 в количестве, контролируемом регул тором 68 расхода и смешивают с риформированным и обработанным газом, проход щим по трубопроводу 38.

Часть газа из установки 14 газификации -угл  можно направить по трубпроводу 69 в количестве, контролируемым регул тором 70 расхода. Этот га затем поступает по трубопроводу 55 в нагнетательную камеру 10 в нижнюю . часть охлаждающей зоны 3.

В табл. 1 на примерах 1-3 показан материальный баланс процесса, осуществл емого при трех различных температурах Т( у входа в верхнюю зону реактора, где СО взаимодействует с водой.

в трех примерах все услови  поддерживаютс  посто нными, за исключением температуры Т . Сравнение примеров показано в табл.2.

Как видно из табл. 2 уменьшение температуры Т. повьштает металлизацию и уменьшает количество отход щего газа, но увеличивает количество С02, подлежащего абсорбированию.

Таблица 1

Т л

газифиеоти

Claims (3)

1. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ ДО ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА В ШАХТНОМ РЕАКТОРЕ, включающий получение восстановительного газа газификацией твердого или жидкого топлива, последующий его риформинг в смеси с паром, противоток газов.и твердого материа ла, последовательную обработку· в зонах нагрева, восстановления и охлаждения, рециркуляцию, охлаждение, очистку от примесей и назрев восстановительного газа, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности печи и экономии топлива, смесь продуктов газики-* кации и пара нагревают до 300-600 С и осуществляют риформинг в зоне нагрева, при этом перед подачей в зону восстановления газ очищают от примесей углекислого газа.
2. 2. Способ поп. ^отличающийся тем, что часть охлажденного восстановительного газа подают в зону охлаждения.
3. 3. Способ поп. 1, отличающи й с я тем, что газ, рециркулируемый после риформинга, охлаждают и удаляют из него воду.

   1 1128843 2