Способ восстановления окиси металла - SU1031410A3

Чертежи

Описание

Изобретение относится к прямому восстановлению материала, содержащего окись металла, например железной руды, который может проводиться на материале в мелкодиспергированной твердой форме в присутствии углероди того материала, например угля, к .KOTopor-iy подаются кислород и воздух Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является способ восста новления окиси железа, включающий за грузку окисного и углеродистого материалов , ввод кислородсодержащего и очищенного от двуокиси углерода и во ды отходящего газа, разгрузку готово го продукта и возврат в реактор улов ленной пыли Cl. Удаляемые газы содержат восстанав ливающие вещества, такие как СО и Hg окисленные вещества, такие как COj и Н2О. Газы также содержат азот, есл в реактор подавался воздух. Для того чтобы использовать восстанавливающие ве-цества из этих газов, содержимое окисленных веществ должно быть удале но пpo 1ывoчным аппаратом, а остаток газов должен быть возвращен в реактор . В связи с промывкой газ должен быть охлажден до температуры, близко к комнатной, а затем должен быть, нагрет до температуры, примерно равной той, которая имеется в реакторе восстановления. Промывочный аппарат для этой цели с дополнительными устройствами для охлаждения и нагрева становится весьма громоздким. Цель изобретения - повышение эф- -|фективности процесса. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановления окиси металла, включающему загрузку окисного и углеродистого материалов, ввод кислородсодержащего и очищенного от двуокиси углерода и воды отходящего газа, разгрузку готового продукта и возврат в ре актор уловленной пыли, часть отходя щего газа перед его охлаждением насыщают водой в виде перегретого пара и пропускают через слой железоокисного и/или углеродистого матери ала . Количество водаа эквивалентно кол честву окиси углерода, подлежащему преобразованию в двуокись углеродна, а реакцию взаимодействия с железоокисным и/или углеродистЕ материалом осуществляют при 400-800 С. На фиг.1 и 2 схематически изобра жены устройства для осуществления способа. Устройство (фиг,1 ) содержит реактор сциркулирующим псевдоожижеиным слоем, т.е. изображен реактор с псевдсюжиженным слоем с рециклиро ванием материала от разделяющего устройства, которое во много раз больше, чем чистый поток твердого материала через слой. Реактор имеет реакционную камеру 1 и разделяющее устройство в виде двух циклонов 2 и 3 с возвратными трубами 4 и 5. Циркуляция псевдоЪжиженного слоя поддерживается путем подведения к реакционной камере потока мелкодиспергированного материала, содержащего окись железа, например в виде концентрата железной руды или кальцинированных пиритов, имеющих размер частиц до 1 мм, потока мелкодиспергированного твердого углеродистого материала, например в виде коксовой мелочи, антрацитовой мелочи или угольной мелочи с размером частиц, меньшим чем 3 мм, который может быть заменен на жидкий углеродистый материал например нефть, потока газа, содержащего молекулярный кислород, например воздух, и потока псевдоожижающего газа. Материал, содержащий окись железа , и углеродистый материал подаются как смесь в одном потоке б. Подаваемое количество углеродистого материала может составлять половину подаваемого количества материала, содержащего окись железа. Газовый поток 7 содержит молекулярный кислород, в данном примере воздух, а поток для псевдоожижения обозначен 8. Материал, содержащий окись железа, углеродистый материал, газовый поток -7, содержащий молекулярный кислород, подаются в более высокую точку в реакционной камере, в то время как псевдоожижаю ций поток 8 подается на дно реакционной камеры. Кислород вызывает частичное сжигание углеродистого материала , что приводит к поддержанию теглпературы в реакционной камере на уровне 700-llpO C. При этом также возможно коксование и дегазация углеродистого материала, так же как восстановление двуокиси углерода и воды , образованной во время сжигания, в моноокись углерода и водород, указанные последними вещества способствуют восстансэвлению материала,содержащего окись железа. Твердый материал в слое и образованные газы . разделяются в циклонах 2 и 3. Газы , выводятся через трубы 9 и 10, в То время как твердый материал возвращается к реакционной камере через возвратные трубы 4 и 5 соответственно, причем разгрузочные концы их находятся вблизи от отверстия подачи воздуха в реакционную камеру. Предварительно восстановленный материал выводится в поток 11 из дна реакционной камерыу а затем проходит на окончательное восстановление, например в электрической печи при температуре, превышающей температуру плавления железа . Давление в реакторе с псевдоожиженным слоем поддерживается 1-25 ат, Газовая смесь, выгружаемая из реактора с псевдоожиженным слоем, соде15жит моноокись углерода, водород, двуокись углерода, воду и азот, т.е как восстанавливающие, так и окисляющие вещества. Частичный поток 9 возвращается к реакционной камере необразованным, в то время как другой частичный поток 10 подвергается обработке для превращения моноокиси углерода в двуокись углерода с одновременным образованием водорода и с последующим удалением двуокиси угле .рода из этого частичного потока. Поток 12 водяного пара и поток 13 материала, содержащего окись жвле за и/или углеродистого материала, . и/или железосодержащий материал, подаются к частичному потоку 10. Частичный поток 10 с подаваемыми материалами , во-первых, проходит через трубу Вентури 14, а оттуда через связь 15 к циклону 16, где твердый материал отделяется и возвращается к реакционной камере 1 реактора с поев доожиженньм слоем вдоль связи 17, в то время как газ выводится в виде по тока 18. После контакта между газовой смесью иэ реактора водяного пара и подаваемого твердого материала при поддержании температуры моноокись углерода реагирует с водяным паром с образованием двуокиси углерода и водорода. Количество подаваемого водяного пара достаточно для создания такого количества двуокиси углерода в потоке 18, которое было бы по крайней мере равно количеству двуокиси углерс1да в обоих газовых потоках 10 и 9. После охлаждения га|3а в теплообменнике 19 двуокись углерода б1 4ывается в прокивочном аппарате 20/ к которому может добавляться карбонат калия из соединения 21. Бикарбонат калия отделяется из аппарата 20 через соединение 22 и мо жет быть регенерирован в карбонат калия в устройстве 23 посредством обработки с водяным паром, который подается в нижней части 24 устройства . Олесь двуокиси углерода и водяно го пара затем разгружается в верхней части 25 устройства. Газ 26, разгруж емый из устройства 20, освобождается от воды в охладителе 27. После прохождения устройства 27 газовый поток содержит по сравнению с газом lo, выгружаемым из реактора, сильно уменьшенное количество моноокиси, углерода и двуокиси углерода и силь ,нЬ увеличенное количество водорода. Затем газ нагревается в теплообменни ке 19 перед соединением газового потока 9 с газовым потоком В. Газовый поток 8 вдувается после увеличения давления в устройстве 29 в дно реакционной камеры 1 реактора с псевдоожиженным слоем через отверстие 30, расположенное в нем. Газ таким образом служит в качестве псевдоожижающего газа и в то же время вследствие своего состава служит также восстанавливающим газом. Для того , чтобы предотвратить накопление в системе газообразного азота, который попадает в реактор, когда используется .воздух для подачи кислорода, выведение газа должно осуществляться двумя частичНЕФ1и .потоками. Это может быть осуществлено посредством использования трубы 31, снабженной клапаном 32. Одновременно с газообразным азотом другие газы тоже выводятся с частичныг-ш потоками до определенной степени . Моноокись углерода и газообразный водород, выводимые через трубу 31, могут быть использованы посредством сжигания в паровом котле. Устрхэйство (фиг.2 ) содержит только один циклон 2. Газовый поток 9, вьтускаемый из него, разделяется на два частичных потока 33 и. 34 соответственно , первый из них возвращается в реактор с псевдоожиженным слоем без обработки, т.е. со своим содержанием двуокиси углерода и воды. Ко второму частичному потоку 34 подается водяной пар в форме потока 35, после чего этот частичный поток проходит через слой 36 твердого материала , например катализатора хром-железо . В слое поддерживается 400-800 С и здесь моноокись углерода реагирует с водяным паром с образованием дву- окиси углерода и водорода. Газовый поток 37, выводимый из слоя 36, затем обрабатывается таким же путем, как ( описано для газового потока 18 в устройстве в соответствии с фиг.1, перед тем как он будет возвращен в реактор с псевдоожиженным слоем . Вместо реактора с псевдоожиженным слоем в устройствах в соответствии с фиг.1 и 2 могут быть использованы другие реакторы или Bpamaer ie печи. Изобретение описано для случая,когда материал, содержащий окись металла , представлял собой материал, содержащий окись железа, но оно может быть применено для восстановления других материалов, содержащих окиси металлов, например окись никеля. Когда весь газ, возвращаемый к реактору , насыщается водой, должно быть исполь зовано устройство, соответствующее фиг.1, в котором труба 9 соединена с трубой 10, или устройство в соответствии с фиг.2, в котором труба 33 опущена. Часть газовой смеси из реактора 1 ожет быть направлена, например, к тепловой станции для использования в качестве топлива, другая часть рециклирует к реактору способом, описанным выше.

Пример. Поток газа 9, покидающий реактор 1, имеет следующий состав, О6;%:1 з 54, СО 25, СО-, 8,

р, wOilS.Wj 34, U ita , иил

Hj 7, HjO 4, CH4 2. 17,5% этого газового потока 33 возвращаются в реактор , не пройдя обработки. Остаток газа .34 смешивается с 20 об.% водяного пара 35 и пропускается через слой 36 катализатора. Покидающий катализатор .газовый поток 37 имеет следую щий состав, об, i М 54,

12,

20, Н, 19,

Н2О

СО 13, СО2 СН4 2.

Этот газовый поток охлаждают и обрабатывают 17,7 об.% его в промывочном устройстве 20 с удалением СО2 и Н20, после чего поток 28 возвращается в виде смеси с необработанным газовым потоком 33 в реактор. В этой смеси содержание СОл составляет всего 4 об.%. Избыточный газ выпускают и используют, сжигая его в паровом котле

Реферат

1. СПОСОБ ВОССТДНОВЛЕШЙ ОКИСИ МЕТАЛЛА, включакяаий загрузку ;окисного и углеродистого материалов, ввод кислородсодержащего и очищенного от двуокиси углерода и воды отходящего ;газа, разгрузку готового продукта и возврат в реактор уловленной пыли, отличающийся feMi, что,, с целью повышения эффективЙости процесса, часть отходящего газа перед его охлаждением насыщают водой в вхща перегретого пара и пропускают через спой железоокисного и/или углеродистого материала. 2. Способ по П.1, о т л и ч а ю fH и q. я тем, что количество воды йаийапейтно количеству окиси углерода преобразованию в дву .okfecb углерода а реакцию взаимодейcTBtrk с л влеэЬокисным и/или углвродисгияМ /материалом осуществляют при ,400-800 0,