СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВОГО ПОТОКА, НАГРУЖЕННОГО ПЫЛЬЮ Российский патент 2015 года по МПК B01D46/02 B01D46/24 

Изобретение касается способа очистки газового потока из колошникового газа, и/или отходящего газа, и/или выходящего газа из установки прямого восстановления или установки восстановления плавлением и возможно плавки, нагруженного пылью и/или высокодисперсными твердыми веществами, от кусковых или дисперсных, в частности высокодисперсных, твердых веществ, причем газовый поток сначала посредством, по меньшей мере, одного сухого фильтра подвергают сухой очистке, причем пыль и/или высокодисперсные загруженные вещества отделяют из газового потока, и этот очищенный поток газа по меньшей мере частично подают на отделяющее CO₂ устройство для отделения CO₂, причем отделяют CO₂ и возможно воду с образованием газового продукта, по существу не содержащего CO₂, и остаточного газа, обогащенного CO₂.

Установка восстановления плавлением эксплуатируется двухстадийным способом, причем на первой стадии содержащее металл твердое сырье восстанавливают с помощью восстановительного газа, и этот предварительно восстановленный материал на второй стадии выплавляют с образованием жидкого металла при одновременной добавке энергоносителей, в частности угля, кокса и т.д. Под установкой восстановления плавлением в контексте данной заявки имеют в виду доменную печь (приводимую в действие горячим воздухом и/или кислородом), установку, работающую по способу COREX^® или FINEX^®, и другие имеющиеся в распоряжении способы восстановления плавлением.

Из уровня техники известно, что сухой фильтр используют для очистки, в частности горячих, технологических газов, как, например, газ из доменных печей или колошниковый газ из установки восстановления плавлением. При этом предпочтительно, чтобы в противоположность мокрой очистке не получалось (в качестве побочного продукта) шламов или сточных вод, которые вновь нужно было бы подвергать дорогостоящей последующей обработке. Далее, известна возможность очистки сухого фильтра посредством возвратной продувки с помощью продувочных газов, причем фильтровальный осадок отделяется от фильтра. Для этого в уровне техники прежде всего используется сжатый воздух, а также азот. При этом недостатком является то, что необходимы дополнительные технологические газы в значительных количествах.

Из заявки Японии JP 05-076803 А известен фильтр, организованный в циклоне, причем после грубого разделения в циклоне следует тонкая очистка на фильтре. Материал, отделяемый при этом, может быть далее переработан.

Также в европейской заявке WO 94/11283 описано, что можно отделять пыль от транспортируемого газа, и отделяемую при этом пыль можно подавать в открытую емкость, или транспортируемый газ подвергать очистке в циклоне и мешочном фильтре.

В связи с этим задача изобретения состоит в том, чтобы предоставить в распоряжение способ, который позволяет провести очистку сухого фильтра надежно и экономически целесообразно.

Эта задача решается посредством способа согласно изобретению по пункту 1 формулы изобретения.

Посредством способа согласно изобретению газовый продукт, который почти не содержит CO₂, пригоден для возвратной продувки по меньшей мере одного сухого фильтра. Газовый продукт получают посредством адсорбционных установок, как, например, адсорбция при (вакуум)-переменном давлении (по англ. PSA: Pressure Swing Adsorption - адсорбция при переменном давлении или VPSA: Vacuum Pressure Swing Adsorption), причем CO₂ и влагу отделяют от газа. Таким образом, образуется газ, обогащенный относительно СО и Н₂, который не содержит влаги (точка росы <-100°C). Этот сухой и чистый газовый продукт пригоден исключительно для возвратной продувки сухого фильтра или для удаления фильтровального осадка, причем благодаря составу газового продукта он может быть использован в качестве высококачественного газа, например, вместе с выходящим газом для последующей эксплуатации. Предпочтительной для возвратной продувки оказалась область давления, в частности, 1,5-12 бар (по манометру) и особенно предпочтительной 2-6 бар (по манометру). При использовании, например, азота в качестве газа для возвратной продувки сухого фильтра это приводит к самопроизвольному концентрированию азота в технологическом газе или в выходящем газе. Кроме того, по уровню техники следует использовать относительно большие количества продувочного газа, как, например, азот. Помимо названных газов также могут перерабатываться колошниковые газы из установки прямого восстановления на основе преобразованного природного газа или из MIDREX^® - установки, которая работает в комплексе с установкой газификации угля, или также их продуктами из кислородных доменных печей.

По одному особенному варианту выполнения способа согласно изобретению газовый продукт, используемый для возвратной продувки, после возвратной продувки опять проводят через сухой фильтр и при этом очищают. Вследствие сопоставимых составов с восстанавливающим газом газовый продукт может быть вновь использован и, например, смешан с технологическими газами из установки прямого восстановления.

С помощью газового продукта давление на стороне чистого газа в фильтрующем элементе (как, например, рукавный фильтр, керамический патронный фильтр и т.д.) кратковременно повышается, вследствие чего происходит отделение фильтровального осадка на внешней стороне фильтрующего элемента. Газовый продукт после возвратной продувки смешивается с технологическим газом и оттуда или через рециркуляцию газа вновь вводится в процесс и/или используется с выходящим газом (например, эксплуатация тепла в электростанциях, и т.д.). Газовый продукт может быть охарактеризован следующим составом:

Компонент газа Типичная доля: Типичная область: СО 52 об. % 45-60 об. % CO₂ 3 об. % 2-3 об. % H₂ 25 об. % 20-35 об. % H₂O 0 об. % 0 об. % CH₄ 2 об. % 1-2 об. % N₂ 18 об. % 5-25 об. %

Специальный вариант выполнения способа согласно изобретению состоит в том, что, по меньшей мере, одну часть очищенного газового продукта вновь подают в установку прямого восстановления или установку восстановления плавлением и/или в дополнительную установку восстановления, работающую в комплексе с, по меньшей мере, одной из указанных установок или установкой газификации угля в качестве восстанавливающего газа. Очищенный и сухой газовый продукт, который был использован для продувки сухого фильтра, пригоден для эксплуатации в установке прямого восстановления, в установке восстановления плавлением или также для использования в дополнительных установках восстановления, эксплуатируемых в комплексе с установкой прямого восстановления или установкой восстановления плавлением. Эксплуатация установки прямого восстановления совместно с доменной печью является предпочтительным вариантом выполнения. Например, очищенный газовый продукт может быть подведен также к выходящему газу из установки прямого восстановления.

Альтернативный вариант выполнения способа согласно изобретению состоит в том, что, по меньшей мере, одну часть газового продукта после его использования в сухом фильтре вновь подводят в установку прямого восстановления или установку восстановления плавлением и/или в дополнительную установку восстановления, работающую в комплексе с, по меньшей мере, одной из указанных установок или установкой газификации угля в качестве восстанавливающего газа. Благодаря использованию газового продукта может быть повышена эффективность процесса, причем это также может происходить в комплексе из установки прямого восстановления с дополнительной установкой восстановления.

Согласно одному специальному варианту выполнения способа согласно изобретению для возвратной продувки сухого фильтра во время начала и/или окончания рабочего режима альтернативно газовому продукту используют азот.

Один пригодный вариант выполнения способа согласно изобретению состоит в том, что установка восстановления плавлением эксплуатируется по способу типа COREX^® или FINEX^® или является доменной печью. COREX^® и FINEX^® являются известными способами восстановления плавлением для восстановления дисперсной или высокодисперсной шихты. Колошниковый газ из COREX^® - способа или отходящий газ из FINEX^® - способа или доменный газ из доменной печи могут быть использованы согласно изобретению, причем газовый продукт далее снова может быть использован, при этом не причиняя вреда технологическому газу или выходящему газу. Поэтому он может, например, вместе с выходящим газом использоваться далее. Например, возможно термическое использование выходящего газа для производства энергии в присоединенной электростанции, например в газовой и паровой электростанции.

По одному специальному варианту выполнения способа согласно изобретению в качестве дисперсной шихты используют оксидные, железосодержащие твердые вещества, в частности железную руду и, возможно, добавки.

По следующему специальному варианту выполнения способа согласно изобретению фильтровальный осадок для дальнейшего использования подают в прессующее устройство, в частности агломерирующее устройство, или металлургический агрегат, в частности плавильный агрегат, для переработки дисперсных твердых веществ. Тем самым помимо газового продукта для возвратной продувки сухого фильтра также находит применение фильтровальный осадок. Кроме того, возможны другие применения фильтровального осадка.

Вследствие больших количеств пыли и высокодисперсных твердых веществ, имеющихся в технологических газах восстановительной металлургии, нужно определять параметры очищающих устройств для технологических газов таким образом, чтобы они могли надежно перерабатывать их большие количества. Для того чтобы обеспечить надежную работу сухого фильтра, сухой фильтр имеет устройство возвратной продувки для отделения фильтровального осадка от сухого фильтра. В большинстве случаев сухой фильтр снабжен емкостью, которая характеризуется нижней конусообразной частью, в соединении таким образом, что фильтровальный осадок при возвратной продувке попадает в нижнюю часть емкости. Посредством возвратной продувки фильтрующего устройства фильтр очищают и опять приводят в первоначальное рабочее состояние. Твердые вещества, откладывающиеся в качестве фильтровального осадка на фильтре, отделяются от сухого фильтра и помещаются в емкость. Из емкости фильтровальный осадок может, например, подаваться в агломерирующее устройство или для прочей дальнейшей переработки.

При эксплуатации обычных установок, работающих по способу COREX^®, получается около 380000 Нм³/час колошникового газа с температурой около 300°C, которые должны быть очищены перед использованием колошникового газа. Это происходит посредством сухого фильтрования. Для надежной эксплуатации сухого фильтра необходимо к тому же около 300 Нм³/час продувочного газа, конкретно газового продукта. Соответственно посредством изобретения можно сэкономить эти количества азота, которые используются в качестве продувочного газа. При эксплуатации установок, работающих по способу FINEX^®, получается выходящий газ с температурой около 450°C, причем посредством сухого фильтра нужно очистить около 330000 Нм³/час. Обычные количества продувочного газа при этом составляют около 500 Нм³/час. Продувочный газ подают с давлением от 4 до 8 бар (по манометру), в частности с давлением около 5,5 бар (по манометру). Обычная продолжительность продувки на группу фильтрующих элементов составляет долю секунд, причем отдельные группы фильтрующих элементов или также отдельные фильтры циклически (например, вследствие предельного значения перепада давления или после истечения интервала времени) очищаются один за другим.

В качестве сухих фильтров могут использоваться агломерированные пористые металлические фильтры, керамические фильтры или также мешочные или рукавные фильтры. Фильтры подобного рода характеризуются высокой температурой эксплуатации. Для мешочных или рукавных фильтров может потребоваться предварительно охладить газ.

Фиг. 1: Пример сухого фильтра с устройством возвратной продувки для колошникового газа или отходящего газа.

На фиг. 1 показан возможный вариант выполнения сухого фильтра с фильтрующими элементами 1, расположенными в кожухе 2. Под кожухом 2 расположена конусообразная емкость 3. Конусообразная емкость 3 может быть связана, например, с не представленным на фигуре агломерирующим устройством и/или также с не представленным плавильным агрегатом, так что фильтровальный осадок может быть отведен из конусообразной емкости 3. Через транспортный трубопровод 4 газовый поток 5 из колошникового газа и/или выходящего газа из установки прямого восстановления, нагруженный пылью и/или высокодисперсными твердыми веществами, направляют в кожух 2.

Направленный газовый поток 5 и дисперсные твердые вещества частично разделяются в кожухе 2, причем часть высокодисперсных твердых веществ 6а и 6b благодаря силе тяжести оседают в емкость 3. Пыль и остаточные высокодисперсные твердые вещества транспортируются с газовым потоком 7а, 7b в сухой фильтр и осаждаются на фильтрующих элементах 1. Очищенный газовый поток отводят через трубы 8 одного или нескольких отводящих трубопроводов 9 из сухого фильтра и подают в одно не изображенное (на фигуре) устройство для отделения CO₂, причем образуется в значительной степени освобожденный от CO₂ и осушенный газовый продукт и обогащенный CO₂ остаточный газ. Альтернативно также часть очищенного газового потока может быть выведена перед устройством для отделения CO₂.

Сухой фильтр характеризуется устройствами для возвратной продувки 10а, с помощью которых в зависимости от потребности часть газового продукта в качестве продувочного газа под избыточным давлением около 6,5 бар может быть введена в сухой фильтр против направления потока газа, причем отделенная пыль и высокодисперсные твердые вещества, которые образуют фильтровальный осадок FK, вновь отделяются от фильтрующих элементов 1 и могут вноситься в емкость 3. Альтернативно через устройство для возвратной продувки 10b также может подаваться азот.

Устройство для возвратной продувки может быть сделано в виде кольцевого трубопровода с большим числом входов и соответствующими запорными клапанами. Обычно подачу газового потока 5, нагруженного пылью и/или высокодисперсными твердыми веществами, в сухой фильтр в течение продувки газовым продуктом распределяют посредством клапанов.

Сухой фильтр при использовании керамических фильтрующих элементов может перерабатывать непосредственно горячий колошниковый газ. При использовании мешочных или рукавных фильтров необходимо охлаждать колошниковый газ перед фильтрацией. В любом случае отходы тепла горячего колошникового газа перед или после сухой фильтрации могут использоваться для производства пара, и очищенный колошниковый газ разряжают в турбинах и используют для внешних нужд.

Перечень обозначений

1 Фильтрующие элементы

2 Кожух

3 Конусообразная емкость

4 Транспортный трубопровод

5 Газовый поток

6а, 6b Высокодисперсные твердые вещества

7а, 7b Пыль и остаточные высокодисперсные твердые вещества

8 Трубы

9 Напорный трубопровод

10а, 10b Устройства для возвратной продувки

11 Трубы

Изобретение предназначено для очистки газового потока. Способ очистки нагруженного пылью и/или высокодисперсными твердыми веществами газового потока из колошникового газа, и/или отходящего газа, и/или выходящего газа из установки прямого восстановления или установки восстановления плавлением, характеризуется тем, что газовый поток сначала посредством, по меньшей мере, одного сухого фильтра подвергают сухой очистке, при этом пыль и/или высокодисперсные вещества отделяют из газового потока, и этот очищенный поток газа, по меньшей мере, частично подают на отделяющее СO₂ устройство для отделения СO₂, причем отделяют СO₂ и при необходимости воду, с образованием газового продукта, по существу не содержащего СO₂, и остаточного газа, обогащенного СO₂. По меньшей мере одну часть газового продукта вводят в сухой фильтр под давлением, в частности, 1,5-12 бар по манометру, особенно предпочтительно 2-6 бар по манометру, для возвратной продувки, по меньшей мере, одного сухого фильтра и для удаления фильтровального осадка. Технический результат: надежность и экономичность способа. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ очистки нагруженного пылью и/или высокодисперсными твердыми веществами газового потока из колошникового газа, и/или отходящего газа, и/или выходящего газа из установки прямого восстановления или установки восстановления плавлением для восстановления и при необходимости плавки кусковых или дисперсных, в частности высокодисперсных, твердых веществ, причем газовый поток сначала посредством, по меньшей мере, одного сухого фильтра подвергают сухой очистке, причем пыль и/или высокодисперсные загруженные вещества отделяют из газового потока, и этот очищенный поток газа, по меньшей мере, частично подают на отделяющее СO₂ устройство для отделения СO₂, причем отделяют СO₂ и при необходимости воду, с образованием газового продукта, по существу не содержащего СO₂, и остаточного газа, обогащенного СO₂, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одну часть газового продукта вводят в сухой фильтр под давлением, в частности, 1,5-12 бар по манометру, особенно предпочтительно 2-6 бар по манометру, для возвратной продувки, по меньшей мере, одного сухого фильтра и для удаления фильтровального осадка.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовый продукт, используемый для возвратной продувки, после возвратной продувки вновь проводят через сухой фильтр и при этом очищают.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одну часть очищенного газового продукта вновь подводят в установку прямого восстановления или установку восстановления плавлением и/или в дополнительную установку восстановления, работающую в комплексе с, по меньшей мере, одной из указанных установок или установкой газификации угля, в качестве восстанавливающего газа.

4. Способ по любому пп.1-3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одну часть газового продукта после его использования в сухом фильтре вновь подводят в установку прямого восстановления или установку восстановления плавлением и/или в дополнительную установку восстановления, работающую в комплексе с, по меньшей мере, одной из указанных установок или установкой газификации угля в качестве восстанавливающего газа.

5. Способ по любому пп.1-3, отличающийся тем, что установка прямого восстановления или установка восстановления плавлением, из которой исходит газовый поток, подлежащий очищению, имеет состояние начала рабочего режима и состояние окончания рабочего режима, при этом для возвратной продувки сухого фильтра во время состояния начала рабочего режима и/или состояния окончания рабочего режима альтернативно газовому продукту используют азот, причем после состояния начала рабочего режима и перед состоянием окончания рабочего режима осуществляют указанный этап ввода, по меньшей мере, одной части газового продукта в сухой фильтр.

6. Способ по любому пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве дисперсной шихты используют оксидные, железосодержащие твердые вещества, в частности железную руду и возможно добавки.

7. Способ по любому пп.1-3, отличающийся тем, что фильтровальный осадок для дальнейшего использования подают в прессующее устройство, в частности агломерирующее устройство, или металлургический агрегат, в частности плавильный агрегат, для переработки дисперсных твердых веществ.