ПОЛУЧЕНИЕ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ГАЗА ИЗ УВЛАЖНЕННОГО КОЛОШНИКОВОГО ГАЗА Российский патент 2022 года по МПК C21B13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу восстановления оксидов металлов до металлизованного материала посредством контакта с горячим восстановительным газом, причем образуется обеспыленный сухим способом колошниковый газ, который совместно с газообразными углеводородами подвергают каталитическому риформингу для получения восстановительного газа.

Предшествующий уровень техники

Известны способы прямого восстановления носителей оксида железа посредством восстановительного газа, полученного риформингом природного газа, например способ MIDREX^®, описанный в WO 2011/012448 и WO 2011/012452.

В реакторе риформинга протекает реакция:

CH₄+H₂O → CO+3H₂.

Соответственно этому содержание водяного пара в подвергаемой риформингу смеси исходных газов представляет собой определяющий фактор.

В реакторе риформинга протекает также следующая реакция:

CH₄+CO₂ → 2CO+2H₂.

Например, CO₂ вводят в подвергаемую риформингу смесь исходных газов за счет того‚ что к колошниковому газу, отводимому при прямом восстановлении из восстановительной шахты, после подготовки прибавляют природный газ.

Колошниковый газ, отводимый из восстановительной шахты, сильно загрязнен пылью. Поэтому обеспыливание требуется, с одной стороны, для предотвращения обусловленного пылью износа устройств, таких как компрессоры и трубопроводы, которые необходимы для рециркуляции колошникового газа в качестве компонента смеси исходных газов к реактору риформинга и далее в качестве компонента восстановительного газа к восстановительной шахте, и для предотвращения обусловленного пылью износа реактора риформинга, а с другой стороны, для предотвращения отложений пыли, а также для предотвращения помех ходу риформинга в реакторе риформинга.

Известно осуществление мокрого обеспыливания - например, в скрубберах Вентури - и сухого обеспыливания.

При мокром обеспыливании имеется недостаток, состоящий в том, что требуется большое количество технологической воды под высоким давлением, которая входит в прямой контакт с технологическими газами. Отделенная от газа пыль падает в виде влажного шлама в классификатор или сгуститель и должна подвергаться последующей обработке, что требует затрат.

При сухом обеспыливании недостаток состоит в том, что температура колошникового газа на стадии обеспыливания практически не уменьшается, а содержание водяного пара в колошниковом газе соответственно не уменьшается в отсутствие конденсации. Соответственно обеспыленный таким образом колошниковый газ содержит водяной пар в количестве, которое для последующего риформинга является неблагоприятно высоким и нестабильным. Поэтому охлаждение, осуществляемое после сухого обеспыливания, требуется для того, чтобы конденсировать часть водяного пара и удерживать его содержание при контролируемом значении.

Краткое описание изобретения

Техническая задача

Задача настоящего изобретения состоит в разработке способа, который при сухом обеспыливании обеспечивает регулирование содержания водяного пара, являющееся простым, мало затратным и быстро реагирующим на различные требования осуществления технологического процесса. Для достижения этих целей также должно быть разработано эффективное устройство.

Техническое решение

Эта задача решается благодаря способу восстановления оксидов металлов до металлизованного материала при контакте с горячим восстановительным газом, при этом образуется колошниковый газ, осуществляют сухое обеспыливание колошникового газа, а восстановительный газ получают по меньшей мере частично каталитическим риформингом смеси исходных газов, причем смесь исходных газов составляют по меньшей мере на основе:

- газообразных углеводородов, предпочтительно природного газа,

и

- по меньшей мере частичного количества обеспыленного сухим способом колошникового газа;

причем способ отличается тем, что содержание водяного пара в обеспыленном сухим способом колошниковом газе, предназначенном для составления смеси исходных газов, регулируют только в увлажнителе в противотоке с увлажняющей водой или также в увлажнителе в противотоке с увлажняющей водой, причем температуру увлажняющей воды доводят до заданного значения смешиванием холодной воды с теплой водой, которая имеет более высокую температуру, чем холодная вода, для получения увлажняющей воды.

Регулирование содержания водяного пара или доведение температуры увлажняющей воды до заданного значения может обеспечиваться управлением или регулированием.

Заданное значение температуры увлажняющей воды может представлять собой конкретную температуру или температурный интервал, называемый заданным диапазоном температуры. Регулирование содержания водяного пара также может иметь целью конкретное значение содержания водяного пара или диапазон значений, называемый заданным диапазоном содержания водяного пара.

Холодная вода означает воду, которая предназначена для введения в увлажнитель и имеет температуру ниже, чем теплая вода.

Теплая вода имеет более высокую температуру, чем холодная вода. Речь может идти о теплой - в смысле имеющей более высокую температуру, чем холодная вода - технологической воде, которая в технологическом процессе восстановления оксидов металлов образуется в ином месте - например, о воде, которую применяют для охлаждения горячих газов в пределах технологического процесса восстановления, как для охлаждения уплотняющего газа в охладителе уплотняющего газа, так и частичного количества газа после риформинга в охладителе газа, и которую в виде возвратных потоков теплой воды - часто называемой также чистой технологической водой - собирают в бассейне; отходящая из увлажнителя вода также может направляться в этот бассейн. Также можно из этого бассейна, содержащего объединенные возвратные потоки теплой воды, подавать некоторое количество воды на охлаждение - например, в теплообменниках - и после охлаждения применять в качестве холодной воды.

В увлажнителе содержание водяного пара в обеспыленном сухим способом колошниковом газе регулируют в противотоке с увлажняющей водой.

Увлажнитель представляет собой, например, насадочную колонну, через которую увлажняющая вода проходит в противотоке к обеспыленному сухим способом колошниковому газу. Такая насадочная колонна содержит, как правило, распределитель воды, расположенный над смачиваемой насадкой, которая представляет собой насадочные тела или структурированную насадку или тому подобные элементы для обеспечения хорошего тепло- и массообмена. Над распределителем воды или на выходе из насадочной колонны, как правило, встраивают каплеотбойник - каплеотделитель - для того, чтобы предотвращать унос капель с газовым потоком.

Под оксидами металлов предпочтительно понимают оксид железа или вещества, содержащие оксид железа. Кроме того, могут быть восстановлены также, согласно диаграмме Джеффа-Ричардсона, например, оксидные руды никеля, меди, свинца, кобальта.

Восстановление предпочтительно представляет собой прямое восстановление.

Металлизованный материал предпочтительно представляет собой продукт прямого восстановления.

Восстановление оксидов металлов предпочтительно осуществляют до значительной степени металлизации материала, что означает, что степень металлизации, например, обычно превышает или равна 90% и предпочтительно превышает или равна 92%, например, по губчатому железу, называемому также DRI (direct reduced iron (железо прямого восстановления)). Степень металлизации представляет собой соотношение между металлическим железом и общим железом.

Продукт прямого восстановления веществ, содержащих оксид железа, например DRI или HDRI, предпочтительно брикетируют в горячем состоянии, например, перерабатывают в HBI (hot briquetted iron (горячебрикетированное железо)). Оно может быть также выгружено в горячем состоянии из восстановительной шахты, в которой происходит прямое восстановление, и использовано непосредственно в сталеплавильном цехе, например, введением в горячем состоянии в электродуговую печь.

Сухое обеспыливание осуществляют, например, посредством тканевых фильтров, таких как, например, суконные или рукавные фильтры. Для грубого обеспыливания перед тканевыми фильтрами может быть предусмотрено также осуществление грубого обеспыливания, например, в циклоне или мешочном фильтре.

Сухому обеспыливанию может быть подвергнут весь колошниковый газ или количественно заданная доля колошникового газа.

Восстановительный газ может быть полностью получен каталитическим риформингом смеси исходных газов, но может также содержать компоненты, которые не происходят из смеси исходных газов, подвергнутых каталитическому риформингу.

Смесь исходных газов составляют по меньшей мере на основе газообразных углеводородов и по меньшей мере некоторого количества обеспыленного сухим способом колошникового газа.

Фраза "на основе газообразных углеводородов, предпочтительно природного газа" подразумевает как индивидуальный газообразный углеводород, так и газовые смеси, которые содержат один или несколько газообразных углеводородов. Такая газовая смесь представляет собой, например, природный газ.

Для составления смеси исходных газов может быть использован весь обеспыленный сухим способом колошниковый газ, но с этой целью может быть использовано также только частичное количество обеспыленного сухим способом колошникового газа.

Содержание водяного пара в обеспыленном сухим способом колошниковом газе, предназначенном для составления смеси исходных газов, регулируют в увлажнителе в противотоке с увлажняющей водой.

Положительные эффекты изобретения

При осуществлении способа по настоящему изобретению после сухого обеспыливания содержание водяного пара в колошниковом газе, предназначенном для составления смеси исходных газов, доводят до требуемого значения или требуемого диапазона значений. По настоящему изобретению с этой целью предусмотрена технологическая стадия, на которой температуру увлажняющей воды доводят до заданного значения смешиванием холодной воды с теплой водой для получения увлажняющей воды.

Как правило, обеспыленный сухим способом колошниковый газ содержит водяной пар в количестве приблизительно от 20 до 30 об.%. В случае охлаждения перед сухим обеспыливанием подачей воды через форсунки содержание водяного пара может превышать даже 30 об.%, например составлять 32 об.%.

Цель состоит в установлении содержания водяного пара, благоприятного для последующего риформинга.

Задаваемое значение температуры увлажняющей воды выбирают так, чтобы после взаимодействия с обеспыленным сухим способом колошниковым газом получить содержание водяного пара в колошниковом газе, благоприятное для последующего риформинга.

Содержание водяного пара в обеспыленном сухим способом колошниковом газе, предназначенном для составления смеси исходных газов, регулируют в увлажнителе в противотоке с увлажняющей водой.

При этом содержание водяного пара в обеспыленном сухим способом колошниковом газе, предназначенном для составления смеси исходных газов, регулируют только в увлажнителе в противотоке с увлажняющей водой или - дополнительно к другим мероприятиям - регулируют также в увлажнителе в противотоке с увлажняющей водой. Таким образом, для регулирования содержания водяного пара дополнительно могут осуществляться также другие мероприятия, такие как подача пара или впрыскивание жидкой воды, например, через однокомпонентные или двухкомпонентные форсунки. Например, такие дополнительные мероприятия могут быть полезными при пуске установки. Они также могут быть полезными для того, чтобы осуществлять точное или более быстрое - по сравнению с увлажнителем - регулирование содержания водяного пара. Это может быть, например, желательным для устранения или предотвращения проблем в работе реактора риформинга, например, для предотвращения отложений углерода на катализаторе риформинга. Посредством увлажнителя должно обеспечиваться по меньшей мере 70% содержания водяного пара.

Для регулирования температуры увлажняющей воды также могут дополнительно осуществляться другие мероприятия, такие как охлаждение или нагревание.

Вследствие воздействия по настоящему изобретению на содержание водяного пара может быть уменьшена опасность отложений углерода на катализаторе в реакторе риформинга, что увеличивает его срок службы и возможность использования. Особенно благоприятным этот эффект является при пуске установки.

По сравнению с традиционным осуществлением технологического процесса, например с мокрым обеспыливанием, при осуществлении способа по настоящему изобретению преимущество состоит в том, что в восстановительном газе могут быть установлены более высокие соотношения H₂/CO между водородом H₂ и монооксидом углерода CO. Содержание водяного пара при риформинге определяет соотношение CO и H₂ в восстановительном газе; таким образом, благодаря регулированию содержания водяного пара в обеспыленном колошниковом газе - в случае необходимости по сравнению с традиционным осуществлением технологического процесса в других областях - удается влиять на протекание восстановления. Восстановление водорода является более быстрым и преобладающим образом эндотермическим, восстановление монооксида углерода является более медленным, чем восстановление водорода, и преобладающим образом экзотермическим. Гибкое регулирование экономически облегчает осуществление способа. В случае быстро достигнутой более высокой температуры увлажняющей воды и соответственно более высокой температуры обеспыленного сухим способом колошникового газа, выходящего из увлажнителя, может быть быстро достигнуто конкретное достаточно высокое содержание водяного пара.

Существующие установки с мокрым обеспыливанием могут быть просто переналажены на сухое обеспыливание и таким образом подготовлены для осуществления способа. Замена скрубберов Вентури сухими фильтрами требует относительно малых капиталовложений. Преимущество по сравнению с работой с мокрым обеспыливанием состоит также в том, что сточные воды с высокой долей твердых веществ, поступающие с других участков технологического процесса восстановления оксидов металлов - например, от обеспыливания газов горячего брикетирования, от обеспыливания газов устройств для транспортирования в горячем состоянии, от обеспыливания защитных газов из реакторов для восстановления - не разбавляются вследствие совместной обработки со сточными водами, содержащими сравнительно малое количество твердых веществ. Это обстоятельство делает обработку таких сточных вод более простой.

По сравнению с мокрым обеспыливанием благодаря сухому обеспыливанию возникает преимущество, состоящее в том, что пыль в отличие от шлама не нужно перед дальнейшей переработкой подвергать сушке, требующей затрат.

По сравнению с мокрым обеспыливанием благодаря сухому обеспыливанию возникает преимущество, состоящее в том, что наблюдается меньшая потеря напора, что соответственно обуславливает меньшую нагрузку на компрессоры и меньшее потребление ими электроэнергии, необходимой для достижения требуемого диапазона давлений.

В предпочтительном варианте осуществления холодную воду и теплую воду смешивают при регулировании, которое осуществляют на основе:

- измерения температуры увлажняющей воды

и/или

- измерения температуры увлажненного колошникового газа

и

- заданных значений температуры и/или содержания водяного пара в увлажненном колошниковом газе и/или заданных значений температуры увлажняющей воды.

Обеспыленный сухим способом колошниковый газ, выходящий из увлажнителя, называют увлажненным колошниковым газом.

Температуру увлажняющей воды регулируют так, чтобы температура и/или содержание водяного пара в увлажненном колошниковом газе соответствовали заданному значению или заданному диапазону. Через температуру в смысле термодинамики определяют также содержание водяного пара.

В предпочтительном варианте осуществления заданное значение составляет 323-373 K и предпочтительно 338-363 K, включая граничные значения. В случае осуществления способа при давлении 1 бар изб. возможное содержание водяного пара составляет 6-51 об.%; в случае работы при 2 бар изб. возможное содержание водяного пара составляет 4-34 об.%. Желательные значения содержания водяного пара соответствуют 10-20 об.%.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере часть теплой воды, которая имеет более высокую температуру, чем холодная вода, представляет собой отходящая из увлажнителя вода, отводимая из увлажнителя.

Так как перед этим осуществляют сухое обеспыливание колошникового газа, то отходящая из увлажнителя вода является приемлемой для такого применения. Без предшествующего сухого обеспыливания пылевой балласт, выводимый в виде шлама, мешал бы или препятствовал использованию отходящей из увлажнителя воды.

В предпочтительном варианте часть отходящей из увлажнителя воды, используемую в качестве теплой воды, сразу после выхода из увлажнителя отводят для использования в качестве теплой воды. Таким образом, перед использованием в качестве теплой воды ее не подают в бассейн, и в случае необходимости не объединяют с другими возвратными потоками теплой воды, поступающими с других участков технологического процесса восстановления оксидов металлов, прежде чем подать в увлажнитель для использования в качестве теплой воды - в случае необходимости в виде смеси с другими возвратными потоками теплой воды. Вместо этого отходящую из увлажнителя воду сразу после выхода из увлажнителя отводят для использования в качестве теплой воды.

В другом варианте часть отходящей из увлажнителя воды, используемую в качестве теплой воды, подают в бассейн - и там в случае необходимости объединяют с другими возвратными потоками теплой воды, поступающими с других участков технологического процесса восстановления оксидов металлов, прежде чем подать в увлажнитель для использования в качестве теплой воды - в случае необходимости в виде смеси с другими возвратными потоками теплой воды.

В увлажнителе содержание водяного пара в обеспыленном сухим способом колошниковом газе регулируют в противотоке с увлажняющей водой. После взаимодействия в противотоке так называемую отходящую из увлажнителя воду выводят из зоны противотока, в которой происходит взаимодействие. Отходящая из увлажнителя вода вследствие более высокой температуры газов на входе в увлажнитель и происходящей там конденсации имеет более высокую температуру, чем увлажняющая вода на входе в увлажнитель.

Отходящая из увлажнителя вода выходит из увлажнителя под давлением, равным сумме гидростатического давления и давления введенного обеспыленного колошникового газа. Поэтому отводимая из увлажнителя отходящая из увлажнителя вода, которая находится под этим давлением, может быть просто смешана с холодной водой. Смешивание упрощается также благодаря тому, что оно может осуществляться в непосредственной близости от увлажнителя - без большой разницы по высоте и тем самым без необходимости преодоления гидростатического давления. Соответственно насосы, которыми отходящую из увлажнителя воду после смешивания с холодной водой рециркулируют в увлажнитель, не требуется проектировать для преодоления большой разницы по высоте и/или потери напора - они могут иметь меньшие размеры и поэтому могут потреблять меньше электроэнергии.

Эти преимущества особенно проявляются в случае, когда отходящую из увлажнителя воду сразу после выхода из увлажнителя отводят для использования в качестве теплой воды. Когда для достижения более высокой температуры холодной воды теплую воду подают из бассейна, расположенного ниже увлажнителя и находящегося под атмосферным давлением, насосы с целью подачи смеси холодной воды с теплой водой в увлажнитель или для прибавления теплой воды из бассейна к холодной воде поблизости от увлажнителя должны позволять преодолевать разность давлений.

Особенно благоприятно проявляется осуществление способа по настоящему изобретению при пуске установки, так как обеспечивается возможность быстрого повышения температуры увлажняющей воды, когда для повышения температуры к холодной воде прибавляют относительно много отходящей из увлажнителя воды в качестве теплой воды. Это позволяет избегать, например, затрат на повышение температуры холодной воды по сравнению с вариантом, в случае которого теплую воду иного происхождения отбирают из бассейна, причем прямо при пуске установки требуется некоторое время для того, чтобы воду в бассейне довести до требуемой температуры. В случае быстро достигнутой более высокой температуры увлажняющей воды и соответственно более высокой температуры обеспыленного сухим способом колошникового газа, выходящего из увлажнителя, может быть быстро достигнуто конкретное достаточно высокое содержание водяного пара.

Вследствие конденсации водяного пара в увлажнителе количество отходящей из увлажнителя воды, как правило, превышает количество вводимой увлажняющей воды; кроме того, увлажняющая вода также образуется при применении некоторого количества холодной воды. Поэтому, как правило, для получения увлажняющей воды смешивают с холодной водой не всю отходящую из увлажнителя воду; с целью получения увлажняющей воды смешивают только частичное количество холодной воды. Отходящую из увлажнителя воду, которую непосредственно не смешивают с холодной водой, можно подавать в бассейн чистой технологической воды или чистой технической воды, так как вследствие предшествующего сухого обеспыливания колошникового газа при взаимодействии в противотоке в увлажнителе практически не происходит загрязнение увлажняющей воды. При этом может быть целесообразным осуществлять охлаждение перед подачей в бассейн, так как отходящая из увлажнителя вода в случае необходимости может находиться под повышенным давлением с повышенной температурой, так что вследствие дросселирования при подаче в бассейн может наблюдаться повышенное испарение. Специализированная утилизация или очистка загрязненной отходящей из увлажнителя воды была бы существенно дороже; при ее подаче в существующие системы утилизации или очистки технологических сточных вод, образующихся иным образом, системы следует проектировать большей производительности.

После охлаждения отходящей из увлажнителя воды она может быть повторно использована в качестве холодной воды; при такой организации контура циркуляции уменьшается диффузная эмиссия CO технологического процесса восстановления оксидов металлов.

Таким образом, осуществление способа по настоящему изобретению предоставляет преимущество, состоящее в том, что теплую воду, необходимую для регулирования температуры увлажняющей воды, не требуется получать и/или подготавливать, совершая затраты, а она сама образуется в увлажнителе - в виде отходящей из увлажнителя воды - и может быть использована для смешивания без больших затрат в случае необходимости в непосредственной близости от увлажнителя.

Чем меньше количество отходящей из увлажнителя воды, отводимой в бассейн, тем меньше также количество, растворенных в ней газовых компонентов. Малое количество воды может быть просто освобождено в глубокой степени от растворенных в ней компонентов в устройствах для удаления газов и безопасно утилизировано.

При переналадке существующих установок с мокрым обеспыливанием на сухое обеспыливание рециркуляционные насосы на скрубберах Вентури, имеющиеся в случае необходимости, могут быть использованы для прибавления отходящей из увлажнителя воды к холодной воде, так как они также являются приемлемыми в случае, когда не требуется преодолевать большое гидростатическое давление.

В предпочтительном варианте реализации во время и/или после сухого обеспыливания осуществляют обессеривание колошникового газа. Например, перед сухим обеспыливанием в поток колошникового газа может быть внесено твердое адсорбирующее средство, на котором адсорбируется сероводород H₂S и отделение которого от потока колошникового газа осуществляют затем при сухом обеспыливании. Например, обессеривание после сухого обеспыливания может быть осуществлено на основе оксида цинка ZnO, что для эффективного осуществления требует температуру 473-723 K и предпочтительно 623-723 K. Колошниковый газ имеет, как правило, температуру 623-673 K.

Обессеривание после сухого обеспыливания может осуществляться также мокрым способом жидкостью для обессеривания - например, водой, содержащей реагенты для обессеривания - например, согласно следующей реакции:

H₂S+1/2O₂ → H₂O+S.

При этом одной из первых стадий можно осуществлять, например, абсорбцию сероводорода H₂S в воде H₂O.

Обессеривание мокрым способом может быть осуществлено, например, в агрегате для мокрого обессеривания перед входом в увлажнитель. При этом агрегат для мокрого обессеривания может быть выполнен отдельно от увлажнителя. Агрегат для мокрого обессеривания может быть выполнен также совместно с увлажнителем в виде общего агрегата для мокрого обессеривания и увлажнения, причем газ сначала поступает на мокрое обессеривание, а затем в увлажнитель.

Обессеривание мокрым способом может быть осуществлено также в увлажнителе подачей через форсунки соответствующей жидкости для обессеривания; например, часть или вся увлажняющая вода может содержать также реагенты для обессеривания.

В одном из вариантов осуществления отходящая из увлажнителя вода может быть использована по меньшей мере в качестве частичного количества жидкости для обессеривания.

В предпочтительном варианте осуществления перед сухим обеспыливанием температуру колошникового газа снижают, например, до температуры в интервале 423-533 K для того, чтобы избежать повреждения устройств для сухого обеспыливания, таких как, например, суконные или рукавные фильтры. Температура после сухого обеспыливания предпочтительно составляет 473-533 K, чтобы обессеривание на основе ZnO можно было осуществлять еще более эффективно.

В предпочтительном варианте осуществления температуру колошникового газа перед сухим обеспыливанием снижают косвенным теплообменом в установке рекуперации тепла. При этом отнятое тепло может быть использовано, например, для производства пара или для подогрева природного газа, или для подогрева горючего газа для реактора риформинга, или для подогрева направляемого на риформинг газа перед подачей в реактор риформинга.

В предпочтительном варианте осуществления температуру колошникового газа перед сухим обеспыливанием снижают подачей воды через форсунки или комбинацией косвенного теплообмена и подачи воды через форсунки. В аппаратурном отношении этот вариант является низкозатратным, а повышенное содержание водяного пара в отношении последующей работы увлажнителя не вызывает проблем.

В предпочтительном варианте осуществления температуру колошникового газа перед сухим обеспыливанием снижают за счет подачи охлаждающего газа. Газ, действующий в качестве охлаждающего газа и имеющий температуру ниже температуры колошникового газа, может представлять собой, например, увлажненный колошниковый газ, то есть газ, отобранный после увлажнителя.

В аппаратурном отношении также могут быть предусмотрены меры для реализации нескольких вариантов снижения температуры колошникового газа перед сухим обеспыливанием, например, благодаря байпасу, который идет между устройством подачи воды через форсунки и установкой рекуперации тепла и благодаря которому установка рекуперации тепла может быть отключена от потока колошникового газа. Благодаря этому газ, который подают в обход установки рекуперации тепла, можно еще в достаточной степени охладить за счет устройства для подачи воды через форсунки.

В предпочтительном варианте осуществления частичное количество обеспыленного сухим способом колошникового газа, в случае необходимости после обессеривания, подают в реактор для каталитического риформинга в качестве горючего газового компонента. Вследствие осуществленного ранее обеспыливания или обессеривания продукт горения в реакторе риформинга - отходящие газы риформинга - выделяет в окружающую среду мало пыли и мало SO_x. По сравнению с мокрым обеспыливанием более высокая температура обеспыленного колошникового газа способствует энергетически благоприятному горению в реакторе риформинга; кроме того, колошниковый газ вследствие более высокой температуры содержит больше водяного пара для улучшения теплопередачи излучением. В случае необходимости осуществляют охлаждение по меньшей мере частичного количества этого горючего газового компонента. Полученный таким образом охлажденный горючий газовый компонент может быть использован для подачи охлаждающего газа для снижения температуры колошникового газа. Особым преимуществом при использовании увлажнителя является дальнейшая обработка воды, отходящей из охладителя горючего газового компонента, совместно с водой, отходящей из увлажнителя.

По настоящему изобретению содержание водяного пара в обеспыленном сухим способом колошниковом газе, предназначенном для составления смеси исходных газов, регулируют в увлажнителе в противотоке с увлажняющей водой. Это можно осуществлять так, что весь обеспыленный сухим способом колошниковый газ, предназначенный для составления смеси исходных газов, для регулирования содержания в нем водяного пара подают в увлажнитель (можно подавать также в несколько увлажнителей, соединенных параллельно и/или последовательно). При этом также можно порцию обеспыленного сухим способом колошникового газа, предназначенного для составления смеси исходных газов, не подавать в увлажнитель для регулирования содержания водяного пара, а через байпас подавать в обход увлажнителя (или нескольких увлажнителей), в котором в остатке обеспыленного сухим способом колошникового газа, предназначенного для составления смеси исходных газов, то есть в обеспыленном сухим способом колошниковом газе, предназначенном для составления смеси исходных газов, без указанной ранее порции, регулируют содержание водяного пара, а далее объединяют указанную ранее порцию и остаток. В целом после объединения содержание водяного пара в обеспыленном сухим способом колошниковом газе, предназначенном для составления смеси исходных газов, соответствует значениям содержания в остатке и указанной ранее порции. Вследствие регулирования в увлажнителе содержания водяного пара в остатке также достигается требуемое содержание водяного пара в увлажнителе после объединения остатка и указанной ранее порции. При этом преимущество состоит в том, что при смешивании остатка, в котором было отрегулировано содержание водяного пара, причем происходило снижение температуры, с более горячей порцией, в которой не происходило снижение температуры вследствие регулирования содержания водяного пара, повышается температура смеси, полученной объединением, по сравнению с температурой остатка. Это повышение полезно для обеспечения превышения точки росы перед подачей газового потока обеспыленного сухим способом увлажненного колошникового газа в подключенные дальше компрессоры. Такая подача необходима для повышения давления для последующего риформинга и восстановления в агрегате для восстановления, например в восстановительной шахте. По сравнению с рециркуляцией доли обеспыленного сухим способом увлажненного колошникового газа, нагретого благодаря компрессии, в газовый поток, подаваемый на компрессию, с целью повышения температуры указанного газового потока, состоящего из частичного количества обеспыленного сухим способом увлажненного газа, решение по настоящему изобретению благодаря байпасу является энергосберегающим, так как в случае байпаса требуется сравнительно меньше затрат энергии, чем в случае рециркуляции горячего газа после компрессии.

Другим объектом настоящей заявки является устройство для восстановления оксидов металлов до металлизованного материала контактом с горячим восстановительным газом в агрегате для восстановления, оснащенное:

- реактором риформинга для каталитического риформинга смеси исходных газов, в который входит трубопровод подачи исходных газов;

- трубопроводом подачи восстановительного газа, который выходит из реактора риформинга и входит в агрегат для восстановления;

- трубопроводом отвода колошникового газа, который выходит из агрегата для восстановления и входит в устройство для сухого обеспыливания;

- трубопроводом подачи углеводородов, который входит в трубопровод подачи исходных газов;

при этом устройство отличается тем, что:

для регулирования содержания водяного пара в обеспыленном сухим способом колошниковом газе установлен увлажнитель, из которого выходит трубопровод увлажненного газа для подачи увлажненного колошникового газа, входящий в трубопровод подачи исходных газов;

трубопровод обеспыливания, выходящий из устройства для сухого обеспыливания, для подачи обеспыленного сухим способом колошникового газа имеет вход в увлажнитель;

трубопровод подачи увлажняющей воды для подачи увлажняющей воды входит в увлажнитель;

трубопровод подачи холодной воды для подачи холодной воды входит в трубопровод подачи увлажняющей воды;

трубопровод подачи теплой воды для подачи теплой воды входит в трубопровод подачи увлажняющей воды;

для регулирования температуры увлажняющей воды смешиванием теплой воды с холодной водой установлено регулировочное устройство.

Агрегат для восстановления может представлять собой, например, реактор с неподвижным слоем или реактор с псевдоожиженным слоем.

Устройство для сухого обеспыливания имеет в своей основе, например, тканевые фильтры, такие как, например, суконные или рукавные фильтры.

Увлажнитель представляет собой, например, насадочную колонну, через которую увлажняющая вода проходит в противотоке к сухому обеспыленному колошниковому газу.

По трубопроводу увлажненного газа, выходящему из увлажнителя, поступает выходящий из увлажнителя обеспыленный сухим способом колошниковый газ, который называют также увлажненным колошниковым газом. Этот трубопровод входит в трубопровод подачи исходных газов.

Регулировочное устройство может представлять собой управляющее или регулирующее устройство.

Устройство по настоящему изобретению является приемлемым для осуществления способа по настоящему изобретению.

В предпочтительном варианте осуществления регулировочное устройство представляет собой регулирующее устройство, оснащенное:

- по меньшей мере одним термочувствительным элементом для измерения температуры увлажняющей воды и/или

- по меньшей мере одним термочувствительным элементом для измерения температуры увлажненного колошникового газа.

Из увлажнителя выходит трубопровод отходящей из увлажнителя воды. Трубопровод отходящей из увлажнителя воды служит для отвода отходящей из увлажнителя воды из увлажнителя. В предпочтительном варианте осуществления трубопровод отходящей из увлажнителя воды входит в трубопровод подачи теплой воды или от трубопровода отходящей из увлажнителя воды ответвляют линию рециркуляции, которая входит в трубопровод подачи теплой воды. Ответвление и вход располагают предпочтительно с малой разницей по высоте с целью уменьшения затрат на преодоление разности давлений, возникающей вследствие расположения с разницей по высоте.

В предпочтительном варианте осуществления на трубопроводе отвода колошникового газа устанавливают устройство для обессеривания. Речь может идти, например, об устройстве для введения твердого адсорбирующего средства в поток колошникового газа.

В предпочтительном варианте осуществления устройство для обессеривания устанавливают на трубопроводе обеспыливания. Речь может идти, например, об устройстве, в случае которого в одном или нескольких параллельно расположенных сосудах содержится оксид цинка ZnO, а обеспыленный газ при прохождении и в контакте с ZnO в значительной степени освобождается от H₂S.

ZnO+H₂S → ZnS+H₂O

В дальнейшем цинковый материал, связанный с серой, время от времени заменяют новым.

В предпочтительном варианте осуществления на трубопроводе отвода колошникового газа устанавливают по меньшей мере один узел из группы, в которую входят следующие узлы:

- установка рекуперации тепла, предпочтительно оснащенная теплообменником косвенного теплообмена;

- устройство для подачи воды через форсунки;

- вход трубопровода подачи охлаждающего газа.

В предпочтительном варианте осуществления имеется трубопровод горючих газовых компонентов, который выходит из трубопровода обеспыливания, а входит в трубопровод подачи горючих газов для подачи горючих газов в реактор риформинга.

В предпочтительном варианте осуществления на трубопроводе горючих газовых компонентов или на имеющейся в случае необходимости побочной ветви трубопровода горючих газовых компонентов устанавливают устройство для охлаждения газов.

Краткое описание фигур

Приведенными в качестве примеров схематическими фигурами поясняются схематически показанные в качестве примеров варианты осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 1 показан общий вид устройства по настоящему изобретению.

На фиг. 2-6 показаны варианты осуществления отдельных областей устройства по настоящему изобретению.

На фиг. 7-10 показаны варианты осуществления, в значительной степени аналогичные варианту, представленному на фиг. 1.

На фиг. 11-13 показаны варианты осуществления с несколькими параллельно соединенными увлажнителями.

На фиг. 14 показан фрагмент устройства по настоящему изобретению.

На фиг. 15 показан фрагмент устройства по настоящему изобретению, оснащенного агрегатом для мокрого обессеривания и увлажнения.

Описание вариантов осуществления

Примеры

На фиг. 1 в качестве примера схематически показано устройство 1 по настоящему изобретению для восстановления оксидов металлов 2 до металлизованного материала 3 в агрегате для восстановления 4. Оксиды металлов 2 подают сверху в агрегат для восстановления 4, в данном случае в реактор с неподвижным слоем. Они проходят под действием силы тяжести через восстановительную шахту реактора с неподвижным слоем, где они восстанавливаются благодаря контакту в противотоке с горячим восстановительным газом, поступающим по трубопроводу 5 подачи восстановительного газа. Металлизованный материал 3 - например, губчатое железо - отбирают из нижней части агрегата для восстановления; специальные разгрузочные устройства не представлены намеренно по соображениям лучшей наглядности. Потребляемый восстановительный газ в виде так называемого колошникового газа выходит из верхней части агрегата для восстановления 4 через трубопровод отвода колошникового газа 6 и поступает в устройство для сухого обеспыливания 7. Восстановительный газ получают в реакторе риформинга 8 каталитическим риформингом смеси исходных газов по меньшей мере на основе газообразных углеводородов - в случае этого примера природного газа - и обеспыленного сухим способом колошникового газа. Смесь исходных газов поступает в реактор риформинга через трубопровод подачи исходных газов 9. По трубопроводу подачи восстановительного газа 5, выходящему из реактора риформинга 8, в агрегат для восстановления 4 поступает восстановительный газ, полученный в реакторе риформинга 8.

Из устройства для сухого обеспыливания 7 выходит трубопровод обеспыливания 10, через который обеспыленный сухим способом колошниковый газ, предназначенный для составления смеси исходных газов, подают в увлажнитель 11, в данном случае в насадочную колонну. В увлажнителе 11 содержание водяного пара в обеспыленном сухим способом колошниковом газе регулируют за счет того‚ что он противотоке вступает в массо- и теплообмен с увлажняющей водой. Увлажняющая вода поступает в увлажнитель 11 через трубопровод подачи увлажняющей воды 12. Трубопровод подачи увлажняющей воды 12 объединяет трубопровод подачи холодной воды 13 для подачи холодной воды в трубопровод подачи увлажняющей воды 12 и трубопровод подачи теплой воды 14 для подачи теплой воды в трубопровод подачи увлажняющей воды 12. Для регулирования температуры увлажняющей воды смешиванием теплой воды с холодной водой установлено регулировочное устройство 15. Теплая вода имеет более высокую температуру, чем холодная вода; температуру увлажняющей воды доводят до заданного значения смешиванием теплой воды и холодной воды.

В представленном примере смесь исходных газов получают совместной подачей природного газа по трубопроводу подачи углеводородов 16 и обеспыленного сухим способом колошникового газа, который проходит через увлажнитель 11, где становится увлажненным колошниковым газом, по трубопроводу увлажненного газа 17.

Регулировочное устройство может представлять собой регулирующее устройство, оснащенное термочувствительным элементом для измерения температуры увлажняющей воды и/или термочувствительным элементом для измерения температуры увлажненного колошникового газа. Устройство не показано намеренно по соображениям лучшей наглядности. В этом случае смешивание холодной воды и теплой воды осуществляют при регулировании на основе:

- измерения температуры увлажняющей воды

и/или

- измерения температуры увлажненного колошникового газа

и

- заданных значений температуры и/или содержания водяного пара в увлажненном колошниковом газе и/или заданных значений температуры увлажняющей воды.

Для локальной области на фиг. 1 около увлажнителя 11 на фиг. 2 с большей подробностью показан принцип отбора теплой воды из бассейна 18. Бассейн 18 может быть, например, заполнен за счет подачи возвратных потоков теплой воды, поступающих с других участков технологического процесса восстановления оксидов металлов, как обозначено тремя конечными участками трубопроводов на левом краю бассейна.

Для локальной области на фиг. 1 около увлажнителя 11 на фиг. 3 показано с большей подробностью, что теплая вода представляет собой отходящую из увлажнителя воду, отводимую из увлажнителя. На фиг. 3 показан выходящий из увлажнителя 11 трубопровод отходящей из увлажнителя воды 19, который в свою очередь входит в трубопровод подачи теплой воды 14. Трубопровод отходящей из увлажнителя воды 19 служит для отвода отходящей из увлажнителя воды из увлажнителя 11. Отходящая из увлажнителя вода в отличие от варианта, схематически показанного на фиг. 5, не поступает полностью в бассейн, прежде чем ее подают для использования в качестве теплой воды в виде смеси с другими возвратными потоками теплой воды в увлажнитель. Вместо этого отходящую из увлажнителя воду сразу после выхода из увлажнителя отводят для использования в качестве теплой воды. Частичный поток, образуемый из воды, конденсирующейся из колошникового газа, и подводимого потока холодной воды, отводят в бассейн, что на фиг. 3 не представлено намеренно.

На фиг. 4 более четко показан вариант осуществления, согласно которому варианты потоков теплой воды, показанные на фиг. 2 и 3, представлены объединенными.

На фиг. 5 отдельно и детально показано, что трубопровод отходящей из увлажнителя воды 19 входит в бассейн 18. Таким образом, часть теплой воды будет представлять собой отходящую из увлажнителя воду.

На фиг. 6 показан вариант осуществления, согласно которому объединены варианты, показанные на фиг. 4 и 5: трубопровод отходящей из увлажнителя воды имеет вход в бассейн 18, а от трубопровода отходящей из увлажнителя воды 19 отходит линия рециркуляции 20, которая входит в трубопровод подачи теплой воды 14.

Как схематически показано, ответвление и вход линии рециркуляции 20 располагают предпочтительно с малой разницей по высоте с целью уменьшения затрат на преодоление разности давлений, возникающей вследствие расположения с разницей по высоте.

Изображение имеющихся в случае необходимости дегазаторов, в которых из отходящей из увлажнителя воды удаляют газы перед поступлением в бассейн, на фиг. 5 и 6 не показано по соображениям лучшей наглядности. Аналогично показанному на фиг. 2 конечные участки трубопроводов на левом краю бассейна на фиг. 4-6 не являются обязательными; принципиально можно было бы также наполнять бассейн только водой, отходящей из увлажнителя.

На фиг. 7 показан вариант осуществления, аналогичный представленному на фиг. 1, в случае которого в ходе сухого обеспыливания дополнительно происходит обессеривание колошникового газа. С этой целью на трубопроводе отвода колошникового газа 6 устанавливают устройство для обессеривания 21; в представленном случае указанное устройство для обессеривания служит для того, чтобы вводить твердое адсорбирующее средство 22 в поток колошникового газа; речь может идти, например, о подающей трубе, через которую адсорбирующее средство 22 вводят в трубопровод отвода колошникового газа 6. В устройстве для сухого обеспыливания 7, находящемся далее в направлении потока колошникового газа, от колошникового газа отделяют адсорбирующее средство и адсорбированные им серу или соединения серы, например сероводород H₂S.

На фиг. 8 показан вариант осуществления, аналогичный представленному на фиг. 1, в случае которого после сухого обеспыливания дополнительно происходит обессеривание колошникового газа. С этой целью в трубопроводе обеспыливания 10 установлено устройство для обессеривания 23. Байпас, имеющийся в случае необходимости для вариантов режимов, в которых по меньшей мере частичное количество обеспыленного сухим способом колошникового газа не должно проходить через устройство для обессеривания 23, показан штриховой линией. Устройство для обессеривания 23 действует, например, на основе оксида цинка ZnO; через бассейн, содержащий оксид цинка, проходит обеспыленный сухим способом колошниковый газ, так что при этом удаляется сера.

На фиг. 9 показан вариант осуществления, аналогичный представленному на фиг. 1, в случае которого перед сухим обеспыливанием снижают температуру колошникового газа. Температуру колошникового газа снижают перед сухим обеспыливанием косвенным теплообменом в установке рекуперации тепла 24 - в представленном случае с теплообменником косвенного теплообмена - на трубопроводе отвода колошникового газа 6.

Альтернативно этому температуру колошникового газа перед сухим обеспыливанием можно снижать подачей воды через форсунки или комбинацией косвенного теплообмена и подачи воды через форсунки. Отдельное изображение устройства подачи воды через форсунки вместо установки рекуперации тепла 24 или дополнительно к ней не показано по соображениям наглядности.

Альтернативно этому или в комбинации с подачей воды через форсунки и/или теплообменом температуру колошникового газа перед сухим обеспыливанием можно снижать подачей охлаждающего газа в поток колошникового газа. Отдельное изображение трубопровода подачи охлаждающего газа вместо установки рекуперации тепла 24 и/или устройства для подачи воды через форсунки или дополнительно к ним не показаны по соображениям наглядности.

На фиг. 10 показан вариант осуществления, аналогичный представленному на фиг. 1, в случае которого частичное количество - в случае необходимости обеспыленного сухим способом колошникового газа - в случае необходимости после стадии обессеривания, не показанной по соображениям лучшей наглядности - подают в реактор риформинга 8 для каталитического риформинга в качестве горючего газового компонента. Например, из способа MIDREX^®, согласно заявок WO 2011/012448 и WO 2011/012452, содержание которых представляет собой часть положений, раскрытых в настоящей заявке, известно, что энергию для риформинга получают сжиганием горючих газов; изображение подробностей этих известных аспектов не показано по соображением лучшей наглядности. На фиг. 10 показан трубопровод горючих газовых компонентов 25, который выходит из трубопровода обеспыливания 10, а входит в трубопровод подачи горючих газов 26 для подачи горючих газов в реактор риформинга 8.

На трубопроводе горючих газовых компонентов 25 или на имеющейся в случае необходимости побочной ветви трубопровода горючих газовых компонентов может быть установлено устройство для охлаждения газов, не показанное по соображениям лучшей наглядности. Охлажденные горючие газовые компоненты могут быть объединены с неохлажденными горючими газовыми компонентами или введены для охлаждения в восстановительный газ. Если при охлаждении образуется теплая вода, то она может быть использована в качестве теплой воды для увлажнителя 11.

На фиг. 11 показан вариант осуществления, аналогичный представленному на фиг. 1, в случае которого параллельно соединены два увлажнителя 27a, 27b.

На фиг. 12 показано в значительной степени аналогичное фиг. 11 исполнение варианта осуществления, согласно которому в отличие от показанного на предшествующих фигурах не все частичное количество обеспыленного сухим способом колошникового газа, которое предусмотрено для составления восстановительного газа, подают для регулирования содержания водяного пара в увлажнителе; также можно соединять параллельно два увлажнителя 27a, 27b. Порцию частичного количества обеспыленного сухим способом колошникового газа, предусмотренную для составления восстановительного газа, не подают в увлажнитель на регулирование содержания водяного пара, а через байпас 28 подают в обход увлажнителей 27a, 27b. В остатке частичного количества содержание водяного пара регулируют в увлажнителях 27a, 27b. Далее осуществляют объединение порции и остатка частичного количества. Получаемое при этом повышение температуры по сравнению с температурой остатка полезно для необходимой подачи в подключенные дальше компрессоры.

На фиг. 13 показан вариант, который в значительной степени аналогичен варианту, показанному на фиг. 12, и в котором на трубопроводе увлажненного газа 17 имеется компрессор 29. Указанный ранее на фиг. 12 байпас 28 перед компрессором 29 входит в трубопровод увлажненного газа 17. Штриховой линией в качестве имеющейся в случае необходимости обозначена линия рециркуляции доли обеспыленного сухим способом увлажненного колошникового газа, нагретого благодаря компрессии, в газовый поток, подаваемый на компрессию, с целью повышения температуры указанного газового потока.

На фиг. 14 показан фрагмент устройства по настоящему изобретению, причем по соображениям лучшей наглядности агрегат для восстановления, реактор риформинга и устройство для сухого обеспыливания не показаны. Одинаковые части устройства отмечены уже использованными соответствующими номерами позиций. Обеспыленный сухим способом колошниковый газ по трубопроводу обеспыливания 10 подают в увлажнитель 11. От трубопровода обеспыливания 10 отходит байпас 28, по которому порцию подают в обход увлажнителя. Остаток по трубопроводу обеспыливания 10 подают в увлажнитель. Принципиально можно также параллельно соединять несколько увлажнителей. В увлажнителе 10 насадка в разрезе схематически отмечена знаком X. В верхней части увлажнителя имеется также каплеотделитель, схематически показанный узкой заштрихованной зоной. По трубопроводу увлажненного газа 17 из увлажнителя 10 отводят увлажненный колошниковый газ. В трубопровод увлажненного газа 17 входит байпас 28, на котором показан также регулирующий клапан. Через трубопровод отходящей из увлажнителя воды 19 из увлажнителя 11 отводят отходящую из увлажнителя воду. На трубопроводе отходящей из увлажнителя воды 19 показан имеющийся в случае необходимости дегазатор 30 с относящейся к нему подачей воздуха 31. Трубопровод отходящей из увлажнителя воды после дегазатора входит в бассейн 18, в который подают отходящую из увлажнителя воду, освобожденную от газов. Также показаны в качестве имеющихся в случае необходимости трубопровод охладителя уплотняющего газа 32 и трубопровод охладителя газа риформинга 33 (для подачи технологической воды из охладителя газа после риформинга), по которым теплая технологическая вода поступает в бассейн 18 через соответствующий дегазатор. На трубопроводе отходящей из увлажнителя воды 19 показана также часть устройства 34, которое может представлять собой регулирующий клапан или сифонный затвор. Можно видеть также, как от трубопровода отходящей из увлажнителя воды 19 отходит линия рециркуляции 20, которая после насоса соединяется с трубопроводом подачи теплой воды 14. На фиг. 14 в отходящую из увлажнителя воду по трубопроводу подачи теплой воды 14 подают теплую воду. Трубопровод подачи теплой воды 14 выходит из бассейна 18. Объединенный поток совместно с холодной водой из трубопровода подачи холодной воды 13 по трубопроводу подачи увлажняющей воды 12 подают в увлажнитель.

От трубопровода подачи теплой воды 14 отходит трубопровод подачи холодной воды 13. На нем установлен теплообменник для охлаждения теплой воды - так что получается холодная вода, которую подают в увлажнитель 11 совместно с отходящей из увлажнителя водой и теплой водой из трубопровода подачи теплой воды 13 в качестве увлажняющей воды по трубопроводу подачи увлажняющей воды 12. Кроме того на различных линиях показаны насосы и регулирующие клапаны. Распределение увлажняющей воды в увлажнителе 11 показано схематически обозначенными распределительными форсунками.

На фиг. 15 показано сечение устройства по настоящему изобретению, причем по соображениям лучшей наглядности агрегат для восстановления, реактор риформинга и устройство для сухого обеспыливания не показаны. Одинаковые части устройства отмечены уже использованными соответствующими номерами позиций. Обессеривание осуществляют после сухого обеспыливания, при этом обеспыленный сухим способом колошниковый газ по трубопроводу обеспыливания 10 подают в агрегат для мокрого обессеривания и увлажнения 35. В агрегате для мокрого обессеривания и увлажнения 35 в верхней части находится увлажнитель 36, а в нижней части находится агрегат для мокрого обессеривания 37. Газ, входящий из агрегата для мокрого обессеривания 37 в увлажнитель 36, показан пунктирными стрелками. Агрегат для мокрого обессеривания 37 содержит подающий трубопровод 38, отводящий трубопровод 39 и рециркуляционный трубопровод 40, включая насосы для подачи, отвода и рециркуляции свежих и отработавших жидкостей, используемых для обессеривания. Увлажнитель содержит трубопровод подачи увлажняющей воды 12, трубопровод отходящей из увлажнителя воды 19 и линию рециркуляции 20. По питающему трубопроводу 41 отходящая из увлажнителя вода может поступать в подающий трубопровод 38 подачи жидкости для обессеривания.

Имеющаяся в случае необходимости байпасная линия 42, выходящая из трубопровода обеспыливания 10, входит в агрегат для мокрого обессеривания и увлажнения 35 со стороны, примыкающей к увлажнителю агрегата для мокрого обессеривания 37. К тому же количество обеспыленного сухим способом колошникового газа, вводимого как в агрегат для мокрого обессеривания 37, так и в увлажнитель 36, может быть отрегулировано; в случае необходимости для риформинга может требоваться только увлажнение без обессеривания. Из верхней части агрегата для мокрого обессеривания и увлажнения 35 по трубопроводу увлажненного газа 17 отводят обессеренный увлажненный колошниковый газ.

По соображениям лучшей наглядности на фигурах в случае необходимости от изображения элементов отказываются, когда для понимания соответствующей обсуждаемой подробности это не требуется, например от изображения трубопровода подачи увлажняющей воды, трубопровода подачи холодной воды, трубопровода подачи теплой воды.

Показанные на фигурах варианты осуществления также можно комбинировать по отдельности или в совокупности.

Хотя настоящее изобретение подробно пояснено и описано предпочтительными примерами, оно не ограничивается раскрытыми примерами, при этом специалистами в данной области техники могут быть разработаны другие варианты без выхода за пределы патентной охраны настоящего изобретения.

Список литературы

Патентная литература

WO 2011/012448

WO 2011/012452

Перечень обозначений

1 Устройство для восстановления оксидов металлов 2 Оксиды металлов 3 Металлизованный материал 4 Агрегат для восстановления 5 Трубопровод подачи восстановительного газа 6 Трубопровод отвода колошникового газа 7 Устройство для сухого обеспыливания 8 Реактор риформинга 9 Трубопровод подачи исходных газов 10 Трубопровод обеспыливания 11 Увлажнитель 12 Трубопровод подачи увлажняющей воды 13 Трубопровод подачи холодной воды 14 Трубопровод подачи теплой воды 15 Регулировочное устройство 16 Трубопровод подачи углеводородов 17 Трубопровод увлажненного газа 18 Бассейн 19 Трубопровод отходящей из увлажнителя воды 20 Линия рециркуляции 21 Устройство для обессеривания 22 Адсорбирующее средство 23 Устройство для обессеривания 24 Установка рекуперации тепла 25 Трубопровод горючих газовых компонентов 26 Трубопровод подачи горючих газов 27a, 27b Увлажнитель 28 Байпас 29 Компрессор 30 Дегазатор 31 Подача воздуха 32 Трубопровод охладителя уплотняющего газа 33 Трубопровод охладителя газа риформинга 34 Часть устройства 35 Агрегат для мокрого обессеривания и увлажнения 36 Увлажнитель 37 Агрегат для мокрого обессеривания 38 Подающий трубопровод 39 Отводящий трубопровод 40 Рециркуляционный трубопровод 41 Питающий трубопровод 42 Байпасная линия

Изобретение относится к способу и устройству для восстановления оксидов металлов до металлизованного материала посредством контакта с горячим восстановительным газом. Осуществляют сухое обеспыливание колошникового газа, а восстановительный газ получают по меньшей мере частично каталитическим риформингом смеси исходных газов. Смесь исходных газов составляют по меньшей мере на основе газообразных углеводородов и по меньшей мере частичного количества обеспыленного сухим способом колошникового газа. Содержание водяного пара в обеспыленном колошниковом газе регулируют только в увлажнителе в противотоке с увлажняющей водой или также в увлажнителе в противотоке с увлажняющей водой. Температуру увлажняющей воды доводят до заданного значения смешиванием холодной воды с теплой водой, которая имеет более высокую температуру, чем холодная вода, для получения увлажняющей воды. Порцию обеспыленного колошникового газа по байпасу подают в обход увлажнителя, в котором в остатке обеспыленного колошникового газа регулируют содержание водяного пара, а далее объединяют упомянутую порцию и остаток. Изобретение обеспечивает регулирование содержания водяного пара, являющееся простым и быстро реагирующим на различные требования осуществления технологического процесса. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Способ восстановления оксидов металлов (2) до металлизованного материала (3) при контакте с горячим восстановительным газом, при котором образуется колошниковый газ, причем осуществляют сухое обеспыливание колошникового газа, а восстановительный газ получают по меньшей мере частично каталитическим риформингом смеси исходных газов, причем смесь исходных газов составляют по меньшей мере на основе:

- газообразных углеводородов, предпочтительно природного газа,

и

- по меньшей мере частичного количества обеспыленного сухим способом колошникового газа,

отличающийся тем, что

содержание водяного пара в обеспыленном сухим способом колошниковом газе, предназначенном для составления смеси исходных газов, регулируют только в увлажнителе (11) в противотоке с увлажняющей водой или также в увлажнителе в противотоке с увлажняющей водой, причем температуру увлажняющей воды доводят до заданного значения смешиванием холодной воды с теплой водой, которая имеет более высокую температуру, чем холодная вода, для получения увлажняющей воды, причем порцию обеспыленного сухим способом колошникового газа, предназначенного для составления смеси исходных газов, по байпасу (28) подают в обход увлажнителя (11), в котором в остатке обеспыленного сухим способом колошникового газа, предназначенного для составления смеси исходных газов, регулируют содержание водяного пара, а далее объединяют упомянутую порцию и остаток.

2. Способ по п. 1, в котором холодную воду и теплую воду смешивают при регулировании, которое осуществляют на основе:

- измерения температуры увлажняющей воды

и/или

- измерения температуры увлажненного колошникового газа

и

- заданных значений температуры и/или содержания водяного пара в увлажненном колошниковом газе и/или заданных значений температуры увлажняющей воды.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере часть теплой воды представляет собой отходящую из увлажнителя воду, отведенную из увлажнителя (11).

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что во время и/или после сухого обеспыливания осуществляют обессеривание колошникового газа.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что перед сухим обеспыливанием снижают температуру колошникового газа.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что частичное количество обеспыленного сухим способом колошникового газа, в случае необходимости после обессеривания, подают в реактор риформинга (8) для каталитического риформинга в качестве горючего газового компонента.

7. Устройство для восстановления оксидов металлов (2) до металлизованного материала (3) при контакте с горячим восстановительным газом в агрегате для восстановления (4), содержащее:

- реактор риформинга (8) для каталитического риформинга смеси исходных газов, в который входит трубопровод (9) подачи исходных газов;

- трубопровод подачи восстановительного газа (5), который выходит из реактора риформинга (8) и входит в агрегат для восстановления (4);

- трубопровод отвода колошникового газа (6), который выходит из агрегата для восстановления (4) и входит в устройство для сухого обеспыливания (7);

- трубопровод подачи углеводородов (16), который входит в трубопровод подачи исходных газов (9),

отличающееся тем, что

для регулирования содержания водяного пара в обеспыленном сухим способом колошниковом газе установлен увлажнитель (11), из которого выходит трубопровод увлажненного газа (17) для подачи увлажненного колошникового газа, входящий в трубопровод подачи исходных газов (9);

трубопровод обеспыливания (10), выходящий из устройства для сухого обеспыливания (7), для подачи обеспыленного сухим способом колошникового газа имеет вход в увлажнитель (11);

трубопровод подачи увлажняющей воды (12) для подачи увлажняющей воды входит в увлажнитель (11);

трубопровод подачи холодной воды (13) для подачи холодной воды входит в трубопровод подачи увлажняющей воды (12);

трубопровод подачи теплой воды (14) для подачи теплой воды входит в трубопровод подачи увлажняющей воды (12);

для регулирования температуры увлажняющей воды смешиванием теплой воды с холодной водой установлено регулировочное устройство (15), причем

предусмотрен байпас (28), выполненный для подачи обеспыленного сухим способом колошникового газа в обход увлажнителя (11), и который, при рассмотрении в направлении потока колошникового газа от агрегата для восстановления к увлажнителю, перед увлажнителем отходит от трубопровода обеспыливания (10) и после увлажнителя входит в трубопровод насыщенного газа (17).

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что регулировочное устройство (15) представляет собой регулирующее устройство, оснащенное:

- по меньшей мере одним термочувствительным элементом для измерения температуры увлажняющей воды и/или

- по меньшей мере одним термочувствительным элементом для измерения температуры увлажненного колошникового газа.

9. Устройство по п. 7 или 8, отличающееся тем, что от увлажнителя (11) выходит трубопровод отходящей из увлажнителя воды (19), при этом трубопровод отходящей из увлажнителя воды входит в трубопровод подачи теплой воды или от трубопровода отходящей из увлажнителя воды (19) отходит линия рециркуляции (20), которая входит в трубопровод подачи теплой воды (14).

10. Устройство по любому из пп. 7-9, отличающееся тем, что на трубопроводе отвода колошникового газа (6) установлено устройство для обессеривания (21).

11. Устройство по любому из пп. 7-10, отличающееся тем, что на трубопроводе обеспыливания (10) установлено устройство для обессеривания (21).

12. Устройство по любому из пп. 7-11, отличающееся тем, что имеется трубопровод горючих газовых компонентов (25), который выходит из трубопровода обеспыливания (10), а входит в трубопровод подачи горючих газов (26) для подачи горючих газов в реактор риформинга (8).

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что на трубопроводе горючих газовых компонентов (25) или на имеющейся в случае необходимости побочной ветви трубопровода горючих газовых компонентов (25) установлено устройство для охлаждения газов.