Способ восстановления железной руды до губчатого железа в шахтном реакторе - SU1128843A3

Чертежи

Описание

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

Получение губчатого железа в обычftOM вертикальном шахтном реакторе с 15 Лодвижным слоем состоит из двух основных операций: восстановления руды с : помощью подходящего горячего восстаноБитэльного газа в восстановительной зоне реактора и последующего охлаж- 10 дения образуницегося губчатого железа с помощью газообразного охлаждающего агента в охлаждающей зоне реактора . Восстановительным газом обычно служит газ, состоящий 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. Горячий восстановительный -аз можно вводить в реактор в ниж- 20 ней части восстановительной зоны и пропускать снизу вверх через реактор противотоком по отношению к опускающейся сверху вниз руде,, или альтернативно , горячий восстановительный 25 газ можно вводить в верхней части восстановительной зоны и направлять его в одном направлении с передвигающейся сверху вниз рудой. В технике общеизвестно охлаждение губчатого железа зо путем ввода охлаждающегося газа при относительно низкой температуре в охлаждающую зону реактора и пропускания охлаждающего газа снизу вверх через реактор, в результате чего темпегратура охлаждающего газа повьшается, а температура губчатого железа понижается .

Наиболее близким по технической f сущности и достигаемому результату 40 к изобретению является способ восстановления 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 восстановления и охлаждения,рецирку 50 ляцию, охлаждение, очистку от примесей и нагрев восстановительного газа. Восстановительньй газ, используемый при прямом восстановлении железных руд, получают из ряда источников, 55 например путем каталитического риформирования углеводородов и водяного пара Щ .

Системы, в которых используется природный газ и водяной пар для образования восстановительного газа, требуют применения установок каталитического риформинга. В известных процессах, в которых для получения восстановительного газа используются твердые или жидкие виды топлива , в отличие от тех процессов, в которых используется природный газ, требовалось дополнительное оборудование для обогащения газа, чтобы его можно быпо эффективно использовать в восстановительных целях.

Целью изобретения является повышение производительности печи и экономии топлива.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу восстановления 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, восстановления и охлаждения, рециркуляцию, охлаждеп ние, очистку от примесей и нагрев восстановительного газа, смесь продуктов газификации и пара нагревают до 300-600 С, осуществляют риформинг в зоне нагрева и перед подачей в зону восстановления газ очищают от примесей углекислого газа.

Часть охлажденного восстановительного газа подают в зону охлаждения.

Газ, рециркулируемый после риформинга , охлаждают и удаляют из него воду.

Характерной особенностью предлагаемого способа является создание зоны внутри цеактора для риформиро вания 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 угля с помощью кислорода и водяного пара, смешивают с водяным паром и нагревают.

Нагретую газовую смесь вводят в реактор и риформируют в зоне нагрева, размещенной в верхней части реактора, с целью получения более высокого желательного соотношения между Н2 и , СО. В зоне риформирования соотношение между Нл и СО, которое обычно находится в пределах от приблизительно 0,5:1 до 1:1, возрастает до приемлемого значения для восстановления )о железной руды, т.е. в пределах от примерно 2,5:1 до 5:1 с помощью реакции взаимодействия водяного пара и моноокиси углерода.

Железосодержащий материал в реакторе выступает для этой реакции в роли особоэффективного катализатора. Газ выходящий, 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 является желательным в связи с тем, что скорость восстановительной реакции с применением водорода более высокая по сравнению с реак- Q дней с применением окиси углерода, в связи с- чем уменьшается время нахождения 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 удаляют из зоны риформирования реактора во внешний контур, где его охлаждают, сжимают tи направляют через абсорбционную башг 45 ню для удаления углекислого газа. Риформированный и обработанный газ за- тем направляют в подогреватель, в кот .тором он нагревается до повышенной температуры в пределах примерно 750- 50 , после чего его вводят в восстановителЬную зону в качестве восстановительного газа. Восстановительныйгаз проходит через восстановительную зону реактора в контакте с метал- 55 лической рудой, благодаря чему происходит восстановление руды, после чего его выводят из восстановительной

зоны и охлаждают с целью удаления из него воды. Охлажденньй восстановительный газ затем объединяют 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 для восстановления металлических руд. При этом восстановительньй газ риформируют внутри реактора, в результате чего ограничивается необ ходимость в отдельных установках риформинга или реактора, что приводит к экономии энергии и капитальных Затрат

На фиг. 1 изображена установка для производства губчатого железа на фиг. 2 - технологическая схема процесса производства губчатого железа .

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

Измельченную руду, подвергают обработке , вводят в реактор 1 через загрузочньй штуцер 5. Руда, загруженная в реактор, может быть в форме либо кусков, приготовленных гранул, либо в виде их смесей. Вблизи нижней части зоны 2 риформирования реактор снабжен кольцевой нагнетательной камерой 6, которая проходит по внешней окружности реактора, с тем, чтобы обеспечить здесь устройство, с помощью которого нагретую газовую смесь восстановительного rk3a и водяного пара вводят в реактор. Вертикальная перегородка 7 вместе со стенкой реактора ограничивает кольцевое пространство 6. Руда движется вниз через зону риформирования, где она нагревается и частично восстанавливается за счет вертикально поднимающегося риформированного газа.

Железная руда, выходящая из зоны риформирования и поступающая в восстановительную зону 4, в основном состоит из окиси железа. Вблизи пода восстановительной зоны 4 имеется вто51 рая кольцевая нагнетательная камера 8,аналогичная нагнетательной камере 6, через которую риформированньй и обработанный восстановительный газ может быть введен в реактор. Предусмотрена также имеющая форму усеченного конуса перегородка 9, которая вместе со стенкой реактора ограничивает кольцевое пространство 8. В результате восстановления, достигнутого в восстановительной зоне, руда, выходящая из этой зоны и поступающая в охлаждающую зону 3, сильно металлизирована и имеет низкое содержание углерода. Вблизи пода охлаждающей зоны 3 имеется еще одна кольцевая нагнетательная камера 10, через которую при желании в реактор можно ввести по существу инертный охлаждающий газ. Предусмотрена также перегородка в форме усеченного конуса 11, аналогичная перегородкам 12 и 9.Так как зубчатое железо продвигается вниз через охлаждающую зону 3, оно охлаждается охлаждающим газом, проходящим через него, и выходит через выходное отверстие реактора 13. Восстановительный газ получают в установке 14 газификаи ии угля, и под ют по трубопроводу 15 со скоростью, регулируемой регулятором 16 расхода, в трубопровод 17. Водяной пар, проходящий по трубопроводу 18 и регулир емый регулятором 1-9 расхода, смешива ют с газом из установки 14 газификадни угля и направляют в трубопровод 20. Газообразная смесь поступает по трубопроводу 20 в нагревательный зме евик 21 подогревателя 22, где ее под гревают до температуры в пределах поимерно 300-600 С. Подогретая смесь выходит из подогревателя 22 по трубо проводу 23 и Поступает в нагнетатель ную камеру 6. Газ, проходящий через нагнетательную камеру 6, поступает в реактор вблизи пода зоны 2 риформирования . По, входе в зону риформиро вания реактора нагретую смесь риформируют с целью получения более высок го и более желательного соотношения между водородом и окисью углерода. Риформированный газ поднимается ввер через зону риформирования и выводитс вблизи верхнего днища реактора через выходной штуцер 24 и трубопровод 25. Часть восстановительного газа, полученного в установке 14 газификации угля вводят при низкой темпера43 туре в охлаждающую зону реактора с целью охлаждения губчатого железа. Однако, если требуется низкое содержание углерода в губчатом железе, в качестве охлаждающего газа можно использовать практически инертный газ из подходящего источника. Если весь охлаждающий газ или его часть, подаваемые в охлаждающую зону реактора, подают из системы газификации угля,то в этом случае часть охлаждающего газа , выходящую из охлаждающей зоны реактора , можно также направить в восстановительный контур. Риформированный газ, выходящий из реактора по трубопроводу 25, поступает в смесительный холодильник 26, в который по трубопроводу 27 вводят воду для охлаждения и удаления 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, проходящая по трубопроводу 28, можно направлять по трубопроводу 31 в необходимое место применения (не показано). Трубопровод 31 снабжен регулятором 32 противодавления , имеющим регулирующий клапан 33, так что его можно регулировать для поддержания требуемого положительного и постоянного давления в системе с целью повышения эффективности реактора 1. Газовую смесь, поступающую к насосу 30, направляют через трубопровод 34, и она поступает в поглотитель 35 углекислого газа (абсорбер). Углекислый газ в потоке, поступающем в абсорбер 33, удаляют методом, известным в технике - соответствующим поглощением среды, вводимой в абсорбер 35 по трубопроводу 36. В газе, выходящем из абсорбера через трубопровод 37, содержатся лишь небольшие количества углекислого газа. Газ,протекающий по трубопроводу 37, поступает в трубопровод 38 и по трубопроводу 39попадает в нагревательный змеевик 40подогревателя 41. Где подогревают .в подогревателе 41 до температуры в пределах 850-1000с и предпочтительно в диапазоне 850-900°С. Подогретый газ выходит из подогревателя 41 и направляется 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 направляется в смесительный холодильник 45, в который ввводят воду по трубопроводу 46 с целью охлаждения и повышения эффективности 10 удаления 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 регулятором 51 противодавления имеющим регулируемое установленное место, так 20 что его можно отрегулировать для поддержания требуемого положительного и постоянного давления в системе с целью повьшения эффективности реактора 1 .25

Газ прокачивается насосом 49 в разгрузочный трубопровод 52 и смешивается с риформированным газом,выходящим 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 возвращается 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 регулятором 54 расхода4о

Инертньй газ, проходящий по трубопроводу 53, затем поступает по трубопроводу 55 в нагнетательную камеру 10 и в реактор вблизи низа охлаждающей зоны 3. Имекяцая 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 выводится через - 50 кольцевую камеру 56. Выходящий охлаждающий газ проходит по трубопроводу 57 в смесительньй холодильник 58, в который по трубопроводу 59 подают

воду для охлаждения и удаления воды из отходящего газа. Газ выходит из холодильника 58 по трубопроводу 60 и поступает s трубопровод 61, который соединен с всасывающей стороной насоса 62. Часть газового потока, проходящего по трубопроводу 60 может проходить по трубопроводу 63 к месту применения (не показано). Трубопровод 63 также снабжен регулятором 64 противодавления, имеющим,регулир емое установочное место, так что его можно регулировать для поддержания требуемого положительного, и постоянного давления в системе с целью повышения эффективности реактора 1.

Газ затем подается насосом 62 по трубопроводу 65, где он может быть смещен с добавочным инертным газом, проходящим по трубопроводу 53, врезаемому в трубопровод 66. Этот газовый поток затем возвращается ..обратно по трубопроводу 55 и через нагнетательную камеру 10 в охлаждающую зону 3 реактора. Альтернативно часть газа проходящего по трубопроводу 65, направляют в восстановительньй контур по трубопроводу 67 в количестве, контролируемом регулятором 68 расхода и смешивают с риформированным и обработанным газом, проходящим по трубопроводу 38.

Часть газа из установки 14 газификации -угля можно направить по трубпроводу 69 в количестве, контролируемым регулятором 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, осуществляемого при трех различных температурах Т( у входа в верхнюю зону реактора, где СО взаимодействует с водой.

в трех примерах все условия поддерживаются постоянными, за исключением температуры Т . Сравнение примеров показано в табл.2.

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

Таблица 1

Т л

газифиеоти

Реферат

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, восстановления и охлаждения , рециркуляцию, охлаждение, очистку от примесей и назрев восстановительного газа, отличающийся тем, что, с целью повьшения производительности печи и экономии топлива, смесь продуктов 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.Способ по п. 1, отличающийся тем, что часть охлажденного восстановительного газа подаСО ют в зону охлаждения. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что газ, рециркулируемый после риформинга, охлаждают и удаляют из него воду. ю 00 00 со