Способ восстановления окиси железа Советский патент 1983 года по МПК C21B13/00 

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что часть холодного рециркулируемого газа добавляют перед смешиванием с подогретой частью.

3. Способ по п. 1, от л и ч аю щ и и с я тем, что часть холодного рециркулируемого газа подают в зону охлаждения реактора для десульфурирования газа.

1. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКИСИ ЖЕЛЕЗА, включающий восстанов т J р ,,., «s/v ej fi . ление в шахтной печи противотоком загружаемого сверху материала и горячего восстановительного газа, состоящего из смеси рециркулируемого и десульфурированного газа от газификации твердого топлива с показателем качества не ниже 6,5, о т л ич ающий с я тем, что, с целью сокращения тепловых затрат, часть рециркулируемого восстановительного газа добавляют к полученному газификацией на выходе из газификатора перед десульфуратором, а другую часть подогревают до 760-900°С и смешивают с потоком, идущим из десульфуратора, перед подачей в зону , восстановления. СП to а: О1

1 :.

Изобретение относится к прямому получению железа в шахтной печи.

Большинство установок для прямого получения восстаковленногр железа используют в качестве йсточника восстановителя природный газ. Природный газ риформируют для того, чтобы получить восстановители GO и Н2. ;.,., ; , :. . .

Известны установки, использукицие уголь в качестве источника восстановителя в ротационных обжиговых процессах, н.апример процесс SL/RN, в соответствии с уголь восстанайливается прямо на Mecte в печя без отдельной газификации угля для получения СО и .

Ротационные обжиговые процесЬы . имеют недостаточную эффективности, связанную с использованием,угля/ ; так, как две трети сжигается в ; печи для того, чтобы .обеспечить нагрев и только одна треть; использу.ется для получения восстандвливгиспего газа для-прямого востстанов ециял Это приводит к тому,; чтр требуется большое количество угля, чтобы получить 5,0-6,0 гкал на метричес-; кую тонну прямо восстановленного железа, в противоположность этому . в более эффективных процессах с йсПОЛЬзованиал природного газа из расчета 3-3,5 гкал на 1 т губчатого железа. :. .. : : ; , у ... .,

Наиболее близким к предлагаемому по технической С1вдности и достигавмому результату является спЬсрб г восстановления окиси железа в шахт- : ной печи противотоком загружаемого сверху материала и горячего восстановительного газа, состоящего из смеси рециркулируемого и десульфурированного газа от газификации твердого топлива с показателем качества не ниже 6,5 С2.

Однако способ является сложным и

недостаточно практичным для промышленного освоения, так как горячий газ из газификатора угля содержит низкое отношение восстановителей {СО И Н2) к окислителям.( паров) ин может эффективно испОльэоваться в прямом восстановлении железа.

Цель изобретения - сокращение тепловых затрат.

Поставленная цель достигается те что согласно способу восстановления окиси железа, включгцсшему восстановление в шахтной п чипротйвотокрм загружаемого сверху материала и гор Чего восстановительного газа, состоящего из смеси рециркулируемого и десульфурированного газа от газификации твэРДого топлива с покаэателем качасгтва не ниже 6,5, часть 1Р циркулируемого восстановительного ,газа добавляют к- полученному газификацией на выходе из газификатора перед десульфатором, а доугую часть пддогрева№ г до 60-900 е и смешивайте поток «, идуиим из Десульфуратopa перед прдачей в зону восстановления... .;,.-, . .,;. . .

Часть холодного рециркулируемогР газа добавляют перед смешиванием сггюдогретой частью. ,

Часть холодного рециркулируемого газа подают в .зону рхлажцёния ре ктора для Аесульфурйрования газа.

На чертеже изображена схема реализации способа.

На схеме обозначена пеЧь 1с огнеурпорным покрытием шахтного типа с противотоксм материала и восстановителя. Подаккцийся материал 2 (окись в виде Окатышей окиси и/или крупнокускрврй руды с номинальным размером в, пределах 530 мм прдается в питательйый бункер 3 ив печь через питательную магистраль 4 для создания шихты в печи. Врсстанрвленные железные окатыши и/или кусковой продукт отводятся из нижней aoHta печи через выпускную Магистраль 5 к разгрузочному транспортеру 6, скорость которого контролирует скорость спуска шихты через .печь 1.- ....

Свежий гррячий восстановительный газ вводится в печь 1 через входную магистраль 7 для горячего восртановитёльногр газа и газовые вхРдные отверстия 8, расположённые в огнеупорной стенке в средней зоне печи. Гоячйй восстановительный газ протекает внутрь, затем вверх в ростоянии противотока по бтнсшению к спускющейся шихте. Отработанный восстановительныЯ газ (верхний газ), содержащий СО; / выходит через шихту в верхней части печи на уровне загрузки образованном углом естественного откоса подачи окиси железа через питательную магистраль 4 и уходит из печи через отводящую магистраль 9. ,

Нижняя зона печи 1 снабжается циркуляцией охлаждающего газа для охлаждения восстановленного железа О перед его выгрузкой из печи. Охлаждающая печь включает входное отверстие 10/ через которое газ поступает в распределительный элемент 11 охлаждающего газа внутри печи 1/ сборный элемент 12 для оклаждакяаего газа ра1Сположенный над распределительным элемен сми в печи г выходной элемент 13 для охлаждакяцего газа и внешнюю систему для рециркуляции газа, имеющую скруббер-холодильник 14 и рециркуляционную воздуходувку 15.

Газификатор 16 природного топлйба/ использующий кислород или кислород и НвО/ко;горыэ впускаются через инжектор 17, используется для газификации размельченного природного топлива, иапршлер каменного угля, бурого-угля или древесного угля, введенного через топливный инжектор 18, для того., чтобы получить горячий газ,который выходит из газификатора через трубопровод 19. Остающаяся после газификации топлива зола удаляется из газовой плиты через выброс 20 золы.

Верчений газ, выходящий из печи через отводящую магистраль 9(, охлаждается и очищается от пыли в скруббер-холодильнике 21, после чего поступает в трубопровод 22. Часть охлажденного верхнего газа удаляется из системы через дренажную трубг ку 23 и используется в качестве топливного газа для получения пара. Вторая частьохлажденного газа удаляется через трубопровод 24 и используется в качестве.топлива для горелки. Третья часть охлажденного верхнего газа сжимается газовым компрессором 25 и затем впускается через трубопровод 26 в обычный регенеративный узел 27 удаления СО2. В этом узле основная часть СО2 удаляется из газа для того, чтобы получить обогащенный восстановителем газ, который удаляется через трубопровод 28. Часть обогащенного восстановителем газа подается в смешивающцй трубопровод 29 для перемешивания с горячим газом от газифика- тора в трубопроводе 19 до температуры .ниже температуры застывания золы. Этот перемешивающий газ может быть введен попеременно в зону отвода газа из газификатора 16, где он не будет оказывать вредного воздействия на температуру газификации;..

Горячий газ газификатора в трубопроводе 19 после перемешивания с газом из смешивающего 29 трубопровода, частично охлаждается и вводится в газовый десульфуратор 30 через газовую входную трубку 31. Десульфуратор 30 представляет собой печь шахтного типа с огнеупорным покрытием, в верхней части которого через подающий бункер и подающую 32 трубку вводится в виде частиц известняк для образования шихты в десульфураторе.

Перемешанный горячий газ из газовой входной трубки 31 вводится в десульфуратор через газовые входные отверстия 33, размещенные в огнеупорной стенке в средней зоне Печи. Эгот газ течет внутрь через шихту .противотоком по отношению к опускающейся шихте. Горячий десульфурированный газ выводится из шихТы на уровень 34 загрузки и затем через выводную магистраль 35. Введенная в реакцию известь, содержгицая серу и остаток не вступившего в реакцию известняка, удаляется из десульфуратора через разгрузочную магистраль 36 к разгрузочному транспортеру 37. Удаление частиц оставшегося после реакции материала к разгрузочному 37 транспортеру черэз разгрузочную 36 магистраль создает гравитационный поток и контролирует скорость прохождения шихты через газовый 30 десульфуратор. Небольшое количество очищенного восстановительного газа, в качестве охлаждающего газа для охлаждения шихты йеред ее выгрузкой иэ узла 27 вводится через трубог провод в охлаждающий газовый распределительный элемент 39, находящиЧт ся в нижней зоне десульфатора 30. Этот охлаяодакщнй газ течет вверх ;через десульфатор и подогревается горячей падающей шихтой до тех пор, пока газ достигает средней зоны..

Газовый подогреватель 40 служит для нагревания обогащенного- эосотановителем г.аза, поступающего из трубопровода 41, до температуры, которая необходима для использования . его в качествевосстанавливающего газа в восстановительной печи 1.Подогреватель включав нагревающие . трубки 42, одну или более горелок 43 и трубопровод 44 для выпуска газ Горячие газы, выходящие из выпускного трубопровода 44, предпочтительно используются в теплообменнике (не показан) для подогрева горячего воздуха источника 45 для- горелок 43 Топливр для горелки 43 представляет собой верхний газ, введенный через трубопровод 24. Подогретый, обогащенный восстановителем газ выходит из газового подогревателя 40 через трубопровод 46, перемешивается с ГОрячим деоульфурированным газом, который поступает из десульфуратора 30 и перемешивается с холодным обогащенным восстановителем газом, поступающим через трубопровод 47, и приобретает температуру, которую должен иметь газ при входе в печь. Эта конечная газовая смесь становится грячим восстановительным газоМ, введенным в восстановительную печь 1 через газовую входную Магистраль 7.

В прямом восстановлении железа восстановительная печь шахтного типа с противотоком обеспечивает получение наивысшей термической эф- . фективности, в которой восстанавливающий газ и руда находятся в состоянии противотока,друг относительно друга. При таком относительном движении газа и пород горячий восстановительный газ служит не только для того, чтобы восстанавливать окись железа в металлическое железо, а также для того, чтобы нагревать окись железа до температуры восстановления.

.Шахтная печь с противотоком также имеет наивысшую химическую эффективность из всех восстановительных печей любого типа при условии, что горячий восстановительный газ, подаваемый в печь, имеет досточно высокий показатель качества, который выражается как отношение восстановителей (СО- и Н) к окислителям (СО и.)в газовой смеси. Опыт промышленного использования установок на природном газе показал, для получения полной химической эффективности шахтной восстановительной печи с противотоком показатель качества восстанавливающего газа должен быть по крайней мере равен восьми.

При газификации измельченного твердого ископаемого топлива, такого как каменный или, бурый уголь, в газификаторе с частичным-окислением, таким каким является газовый подогреватель 40, образуется газ, преимущественно содержащий СО, Н, СОз и %0..

Изобретение основано на газифи;кации типичного подбитуминозного каТЗенного угля с использованием кислорода, Н2О и измельченного угля в газификаторе слоистого типа, который производит горячий газ, содержащий главным образом СО, Нч, COg и . Температура газификации в таком газификаторе обычно равна . При такой температуре зола каменно.го угля становится жидкой, заливает ся водой и удаляется со дна газификатора как шлак.

При м е р. Горячий восстановительный газ, показатель качества которого равен 10, при типичной предпочтительной температуре 815с вводится в восстановительную печь 1 через газовую входную магистраль 7, СО и Н, содержащиеся в газе, вступают в реакцию с окисью железа, в результате чего образуется СО,

5 и металлическое железо. При восстановлении окиси железа в металлическое железо используется только часть восстановителей {СО и Н), которая снова может быть введена в реакцию после удаления окислителей. Эта термодинамическая ситуация приводит к тому, что отработанный восстановительный газ, выходящий из печи через отводящую магистраль 9, имеет показатель качества равный 1,5. В га5зовом скруббер-холодильнике 21 конденсируется большое количество вбдяного пара и удаляется из газа, что приводит к тому, что показатель качества охлажденного верхнего газа

0 равен 2. Такой газ является хорошим горючим для сжигания, но не обладает восстановительным потенциалом для прямого восстановления железа.

Часть верхнего газа с показателем

5 качества, равным 2, используется как горючее для горелки 43 газового подогревателя 40. Другая часть газа удаляется из системы через дренажную трубку 23 и используется в ка0честве топлива для обогрева испарителя (не показан),-создания пара, необходимого при работе узла 27 удаления СО2 Основная часть колошникового газа рециркулируется через узел 27 удаления СО2, что приводит к обогащению газа, отводимого че- рез т убопровод 28. Восстановительный газ, показатель качества которого высок (23), используется в четырех направлениях.

Горячий газ, выходящий из газификатора 16 природного топливачерез трубопровод 19, имеет температуру 1370°С и показатель качества 6,5. Газ содержит HgS и COS из серы в угле, некоторое количество невступийшего в реакцию древесного угли и некоторое количество капель остатка золы. Для того, чтобы вызвать затвердевание жидких капель золы в горячем газе и осуществить передачу . по трубопроводам поток в смешивающем трубопроводе 29 холодного обо гащенного восстановителем газа перемешивается с горячим газом так, чтобьг довести температуру смеси до 950°С во входной трубке 31 в десульфуратор 30. Это приводит к тому, что показатель качества во входной трубке 31 становится равным 9..

К десульфуратору 30 подается известняк в виде частиц. Для того., чтобы шихта имела хорошую газовую проницаемость размер частиц предпочтительно равен 3-20 мм. Скорость потока массы горячего газа, введенного в десульфуратор, очень высока по отношению к сцоростк потока массы хо лрдного известняка, поданного к де сульфуратору. Это приводит к тому, что известняк очень быстро приобретает температуру газа при поднятии непосредственно под уровень 34 за грузки. Это приводит к очень быстрому кальцинированию известняка сполучением обожженной извести, кото рая вступает в реакцию с HgS и, COS и удаляет эти составляющие из газифицированного газа. Обожженная известь может подаваться вместо известняка, но это экономически невыгодно. Горячий газифицированный газ за счет перемешивания с холодным, обогащенным восстановителем газом доводится до перед подачей в десульфуратор 30. Понижение содержания окислителя в горячем газе посредством перемеши вания с высококачественным газом, обогащенный, восстановителем, способ ствует удалению серы. Содержание се ры горячего газифицированного газа для специально подобранного угля составляет 3900 ч объемных частей HjS и COS на миллион. При темпер.атуре реакции и с пониженным содержанием СО2И Н-О прсле перемеши вания количество серы в газе, выходящем из десульфуратора, составляет около 120 ч. иа миллион частей объема. Этот уровень серы ниже максимального и может быть допущен в пря мом восстановлении железа, поэтому он дополнительно уменьшается путем перемешивания с горячим или холодны восстановительным газом, не содержащим серу, из трубопровода 46 или 47. Количество требуемого известняка зависит от содержания серы каменного угля. Количество СОлИ , образованного в десульфураторе в результате реакции серы с известью составляет небольшую фракцию всего газового объема и имеет только побочное воздействие на качество газа выходящего из десульфуратора из выводной магистрали 35. СО, выделенный в десульфураторе посредством кальцинирования известняка, также оказывает только побочное воздействие на качество газа. Побочные добавления HgO вкл чены.в приведенные таблицы. В десульфураторе 30 шнхта покидает реакционную зойу и охлаждается перед выгрузкой путем ввода относительно небольшого потока газа, обогащенного восстановителем, из трубопровода 38 к газовому охлаждаюг- (Щему распределительному элементу 39. Охлажденный газ высокого качест.на Течет вверх и продавливается по направлению к центру реакционной зоны к поступающему из отверстий 33 газу и подогревается горячей спускающейся в- охлажденную зону шихтой. Часть газа, обогащенного восстановителем, выходящего из узла 27 для удаления СО через трубопровод 28, Lводится в газовый подогреватель 40 чере: трубопровод 41. В нагревателе, который содержит нагревающие трубки 42 из теплостойкого сплава, газ нагревается до температуры около 815с, которая является предпочтительной для прямог о восстановления большинства типов окиси железа, используемого в качестве питающего материала. Эта температура может находиться в пределах между 7бО-900°С без отступления от настоящего изобретения. В примере газ, выходящий из десульфуратора 30 через выводную магистраль 35 после нагрева и обжига поступающего холодного известняка с получением обожженной извести имеет температуру 915°С и охлаждается до путем подвода и перемешивания с относительно небольшим потоком газа, обогащенного восстановителем, из трубопровода 47. Добавление газа, обогащенного восстановителем, через трубопровод 47 может быть исключе„-но посредством простого нагревания в нагревателе 40 до температуры меньше чем для то го, чтобы получить температуру газовой восстановительной смеси около 815°С во входной магистрали 7 для входа восстановительного газа. С помощью дополнительного перемешивающего газа, поступающего через трубопровод 47, легче контролировать температуру горячего восстановительного газа, который вводится во входную магистраль 7. Таблицы основаны на выработке одной ме.трической тоннй прямо восстаг нрвленного железа, имеющего степень , металлизации 92% и содержание углерода 1,5%. В табл. 1 приведены скорость газового потока и качество газа (отношение восстановителя к окислителю) ri различных местах устройства.

Газовая смесь к десуль31фуратору

Газ, выходящий из Примечание.

Потребность в сырье газификатор5а 16 каменного угля составляет, кг: Сухой уголь488

93

Н2О

Кислород,(нм 98% 02) 235 Потребность в сырье и готовый продукт десульфуратора 30 составляет, кг:

Известняк (вход) 32,6 сао .(выпуск)9,1

CaS(выпуск)Ilf7

. Энергетические затраты осуществления предлагаемого способа, кал:

Газификация угля 3,1

Получение кислорода

для газификации угля 0,4

Приблизительно 140 кВ« ч при ; 30%-ной эффективности преобразования.бО

В табл. 2 приведена температура газа в указанных местах схемы..

Таблица

1463

9,0

Результаты газового анализа, при аявны в табл. 3. Поток 6тра ботанного газа на быходе 9 меньше, чем поток восстанавливакадего газа в трубопроводе 7, так как к прямо восртановленному железу добавляет.ся 1,5% углерода в результате реакции с СО из восстанавливающего газа. Израсходован ный йосстанавлива32.024,1 27,0 ющий газ 9 35.126,5 29,6 Верхний газ Газ,обогаще нный., восстановителем 29 49,9 2/0 42,1

. Расход потока газифицированного газа в трубопроводе 19, как показано в примюре, составляет 931 нм на , : метрическую тонну прямо -восстанов-... Чл ейного железа. Этот: газ содержит 85,5% или 796 им восстановителей (ССМ-Н) .Расход потока горячего вос станавливакщего газа во входной магист рбши 7 составляет 19,9 нм, из которых 88,6% или 1,44 нм составляют восстановители СО-ЬН. Таким обраэсм, только 4% (), потребных для прямого восстановления в печи 1, снабжаетсягазификатором 16. Остальные 54% потребности йосстанав:ливающего газа обеспечиваютiся рециркуляцией отработанного газа из печи прямого восстановления.

ТаблицаЗ

Хотя в предлагаемом способе для Десульфурации газа использован де5 сульфуратор шахтного Типа с противотоком, следует иметь в виду, что может быть исйользован и десульфу-;. ;ратор другого типа,такого,например, как псевдосжиженнЕА слоем частиц извести. того, вместо извести может использоваться любой другой десульфурирукодий агент, например любой другой подходящий серный поглотитель, такой как окисть магния.

В изобретении представлен.энергои термо-экономичный способ для получения прямого восстановления железа, в котором используется угольный газифицированный газ как источник восстановителя дли прямого восстановления. 14,4 0,2 2,3 О 6,0 0,2 2,6 О 2,0 0,3 3,6 О