Способ получения восстановительного газа для восстановления окислов железа в шахтной печи Советский патент 1985 года по МПК C21B13/00 

«1 Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при прямом восстановлении железной руды и гранулированной окиси железа высокотемпературным восстановительным газом, полученным из природного газа и рецнркулированного отработанного колошникового газа, Примейяют три типа газификации .угля; процесс с увеличенным слоем, кроцесс с неподвижным слоем и процесс с псевдоожнженным слоем, В результате процесса с увеличениьм слоем получается восстановительный газ с температурой около 1500 С и с атмосферным давлением путем кон,курирующей реакции кислорода и пара с увлеченной угольной пылью. Получакщийся в результате такого процесса газ имеет восстановительньй коэффициент около 5, но должен быть охлажден .прежде, чем он может быть сжат до (приблизительно 2 атм) давления, необходимого для прямого восстановле ния, а также чтобы дать возможность удалить двуокись углерода, воду и газообразную серу перед нагревом и использованием в прямом восстановлении. Такое охлаждение, очистка и , последуюищй повторный нагрев дороги, потери энергии высокие, Промьшшенный процесс с псевдоожиженным слоем осуществляется при атмосферном давлении и дает газ, которьй содержит высокие концентрации окисляилцих компонентов, пара и двуокиси углерода. Перед тем, как такой газ может &ыть использован для прямого восстановления, он должен быть очищен от ПЫЛИ, сжат и затем очищен от двуокиси углерода и серосодержа1цих компонентов. Процесс газификации не является подходящим для использования крупной фракции углерода, подведенного к газификатору. При этом получается обояэкенный уголь в виде побочного продукта; Наиболее близким к изобретению по технической и достига емому результату является способ получения восстановительного газа для восстановления О15ислов железа в яахтиой печи, включающий газификацмо твердого топлива в газификаторе охлаждение, очистку и рециркуляцию отходящих колошниковых газов, разделение их на часть, подаваемую в газификатор, и часть, идущую на сме4шивание с газом, полученным в газификаторе, и подачу в зону восстановления til. Процесс осуществляет газификацию под давлением, при этом процессе имеется горячая зона в пределах псевдоожиженного слоя, где зола агломерируется и может выпадать из слоя. Обожженный уголь и зола, удаленные из выходящего газа в циклонной установке, возвращаются к горячей зоне, чтобы добиться полного использования обояженного угля и удалить золу в агломерированном виде. Назначением установки является наиболее полная конверсия угля с получением газа при минимальном выводе обожженного угля из установки. Благодаря возвращакщейся циклонной установке процесс обеспечивает возможность принимать мелкие частицы в угле. Однако даже при наилучших условиях качество газа таково, что восстановительный коэффициент не превьшает 2 главным образом из-за необходимости подводить в газификатор избыточный пар, чтобы охладить обожженный уголь в псевдоожиженном слое для предотвращения агломерации. Вследствие этого газ не может быть использован без охлаждения, очистки и пойторного нагрева. Эти процессы не желательны с точки зрения дорого- визны и по энергетическим причинам. Качество горячего восстановительного газа, В1зеденного в печь, должно характеризоваться восстановительным коэффициентом, по крайней мере, 8, Цель изобретения - повьшение эффективности процесса. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу пол1гчения восстановительного газа для восстановления окислов железа в шахтной печи, включающему газификацию твердого топлива в газификаторе, охлаждение, очистку и рециркуляцию отходящих колошниковых газов, разделение их на часть, подаваемую в газификатор, и частьj идущую на смешивание с га зом, полученным в газификаторе, и подачу в зону восстановления, гази фикацию угля осуществляют а кишщем слое с регулированием температуры кипящего слоя путем подачи части рециркулируемого газа под газораспределительную решетку, при этом отходящий от газификатора газ очищают от пыли перед смешиванием с остальной частью рециркулируемого газа.

Нагретый газ, идущий на восстановление, смешивают с ненагретым рециркулируемым газом перед образованием восстановительной смеси.

Измельченный акцептор серы вводят в камеру с газифицируемым углем

В качествхе акцептора серы исполь зуют известняк.

Измельченный уголь имеет размеры 6,35-10,0 мм.

Отходящий на рециркуляцию колошниковый газ дополнительно очищают и охлаждают.

На чертеже показана схема потоко в установке газификации угля, соединенной с печью прямого восстановления в соответствии с настоящим изобретением.

Благодаря использованию рециркулированного газа из процесса прямого восстановления в качестве охла1дителя в газификационной камере с псевдоожиженньм слоем подвод необходимого для газификатора пара может быть значительно уменьшен, а в некоторых случаях ликвидирован. В результате сопутствующего снижения процентного содержания окислителей в получаемом газификационном газе, в результате увеличения времени нахождення угля в газификаторе, использования высоко реактивных углей и рёциркулированного газа в качестве охладителя ползгчается высокое качество восстановительного газа, подходящее для прямого восстановления железа без какого-либо дальнейшего повыщения его качества, т.е. нет необходимости в дальнейшем уменьшений содержания окислителей. Известь или какие-либо другие акцепторы серы такие какобожженный доломит, могут быть измельчены и введены в псевдоожиженный слой вместе ё измельченным углем- для обессеривания газов полученных 6 псевдоожиженном слое. Такой газ охлаждают ниже восстановительной температуры, необходимой для печи прямого восстановления. Это снижает затраты знергии, а также капиталовложения в случае такой установки,

. V .

Способ осуществляют след5тощим обКак видно из чертежа уголь, который измельчен до размера частиц достаточно малого, чтобы получить хорошее псевдоожижение, подводится из бункера 1 в газификационную камеру 2 с псевдоожиженным слоем через питательную трубу 3. Вес угля должен быть меньше 6,35-10 мм, чтобы получить хорошее псевдоожижение. Измельченный известняк или другой акцептор серы подводится из бункера 4 через питательную трубку 3 к газификационной камере 2. Наличие извести в слое уменьшает тенденцию к слипанию частиц в слое, допуская использование более высокой температуры, что приводит к лучшему использованию углерода и более высокому качеству получаемого восстановительного газа, Жислород, смягченный паром, подводится от источника 5 в днище камеры 2 и поднимается в псевдоожиженный слой с целью псевдоожижения и газификации материала в камере 2, Газ,- полученный в газификаторе, вьшодится через внутренний циклон 6, Увеличенные этим газом частицы удаляются с помощью циклона и возвращаются к нижнему участку газификатора с помощью возвращающей трубы 7. Газ из газификатора удаляется из циклона 6 с помощью трубы 8 и подвергается дальнейшей очистке в любом требуемом количестве газоочистителей 9. Состояв(ие из частиц материала из газоочистителей 9 возвращаются к горячей зоне 10 у основания псевдоожиженного слоя с помощью возвращаняцей системы 11. Очищенн1й газификационный газ поступает в трубу 12, где он перемешивается с нагретым рецирку- лированным газом из печи прямого восстановления для образования восстановительного газа с подходящей температурой для восстановления окиси железа. Восстановительная газовая смесь вводится в шахтную печь прямого восстановления 13 через входное отверстие 14. Шахтная печь имеет подводящую окись железа трубу

15в своем верхнем конце и средства

16для удаления металлизированного продукта в своем нижнем конце. Работа зтих средств основана на самоте,ке подведенного материала или шихты через печь. Восстановительный газ перемещается противотоком по отношению к шихте в печи,причем восотановители, окись углерода и водорода реагируют с кислородом в окиси железа для химического восстановления железа до полностью металлизированного продукта и образуется колошниковый газ, содержащий COjjHjO, СНц и СО Колошниковьй газ вьшодится из печи через выходное отверстие 17, подвергается удалению пьши и существенно;му удалетоэ ВО|ДЫ в холодильном скруббере t8, откуда боль;шая часть свободного от пыли охлажденного колошниковогр Гйзй ааяравляется через трубопровод t9 в агрегат 20 для удаления окислительного газа, в котором происходит очистка с целью удаления существенной части eOjj, Пар 21 или какой-либо другой источник тепловой энергии проходит через агрегат 20 дли регенерации проьйшающей жидкости. Вьшускаенью окислительные газы, такие ак COj к , удаляются из установки через трубу 22, Процесс удаления окислительного газа дает рециркулйрованный газ, богатей водородом и окисью углерода, от которого отделяется часть, вдущая в трубу 23, KOTofiaH возвращается к днищу газификацдонной камеры для регулирования температуры слоя путем поглощения экзотермического тепла реакции между кислородом и углем в слое. Оставшаяся часть охлажденного рециркулированного газа поступает в трубопровод 24 для перемешивания с газификационш &4 газом в трубе 12 с образованием восстайовительного газа. Часть рециркули овднного газа нагревается в нагревателе;25 тогда как оставшагяся часть обходит нагреватель по тр бе 26 и затем снова соединяется с ГОРЯЧ.ИМ рециркулированвым газом для регулирования температуры восстановительного газа, температура газа измеряется термопарой 27, которая связана с клапаном 28 для регулирования количес -ва газа в 26, который смешивается е датоком восстановителоьного газа. Нагреватель 25 отапливается горелкой 29, которая использует часть свободного от пьши отработанного восстановительного га за из трубопровода Зб ъ качестве горепочйого Топлива, В газификационной Камере 2 текуп(нй вверХ; кислород от источника 5 реагирует с углем с получением восстановительного газа Кислород, 11 46 смягченный паром, от источника 31 вдувается в удаляющую золу систему и реагирует с обожженным углем, получе1|ным из горячего угля, с образованием горячей зоны 10, где частицы золы агломерируются в регулируемЬк условиях. По мере того, как продолжается агломерация, частицы образуют агломераты- такого размера, который достаточен чтобы они выпали из слоя в выходящую систему 32, В Противоположность возврату мелких частиц- из циклонов 9 к горячей зоне 10, как зто было описано, все мелкие частицы или их часть из трубы 11 могут быть направлены через трубу 33 в поднимающийся вверх поток окислителей от источника 31. Расположение места ввода мелких частиц регулируетсячклапанами 34 и 35, Данньй способ получения восстановительного газа газификацией угля в псевдоожиженном слое для прямого восстановления железа имеет значительные преимущества перед известным процессом газификации в псевдоожиженноМ слое, где газификационные газы охлаждаются, очищаются от двуокиси углерода, пара и сероводорода, затем вторично нагреваются вместе с очищенным, охлажденным, отработанным колошниковьв4 газом для получения восстановительного газа для прямого Восстановления, В предлагаемом способе значительная часть.рециркулированного газа вторично нагревается, действуя как охладитель для реакции газификации в псевдоожиженном слое в газифика1 онной камере, По данному процессу можно достичь 95% использования угля, как зто было установлено по потерям углерода с золой и с уходящи из циклонной установки газами. Поскольку нет необходимости в охлаждении газа, полученного в газификаторе, или в очистке газификационного газа .для удаления двуокиси углерода, сероводорода или вода, то не требуется охлаждакяцее или очищающее оборудование. При зтом нет необходимости в оборудова11ии для вторичного нагрева гази Мкащюнных газов. Двумя источниками тепла для доведения восстановительного газа до температуры восстановления являются сама газификационная камера и нагреватель 25 рещфкулированного газа. Нагреватель рециркулированного газа много меньше, чем нагреватели, используемые в обычных промышленных процессазс, поскольку в процессе требуется нагревать значительно меньшее количество.газа. В щ)едлагаёмом способе могут быть также использованы мелкие частицы в подведенном угле, поскольку псевдоожиженный слой и циклонная. устано вка могут легко управляться. Обычно мелкие частицы уда ляются из установок газификации угля П р и и е р 1. В качестве примера в табл. 1 сравнивается процесс, использующий очищенный рециркулированный колошниковый газ из трубы 23 в качестве охладителя в газификаторе с псевдоожйженным слоем (случай А), с использованием парА как охладителя (случай В) для ползгчения одной тонны железа с металлизацией 92% прямым восстановлением. В обоих случаях условия процесса почти одинаковы. Сырой газ в трубопроводу 12 которьй получен из газификатора 2, имеет температуру Горячий газ используется без удаления двуокиси углерода. Колошнйковьй газ может быть использован в качестве топлива для получения 1шра 21 для удаления СО, 1 48 Экономия угля, рециркулированного газа и кислорода очевидна. В примере сьфой газ получается из угля, имеющего по элементному анализу, %: С 72,2; Н 4,5} N 1,3; О 6,8; S 3,1 и 12,1 3ec,t золы по сухой йассе. Высшая теплотворная способность составляет 6943 ккал/кг. Сырой газ, полученный в газификаторе, имеет состав, представленный в табл. 2. Качества сдоого газа в трубе 12, получаемого в случае А, по сравнёниюсо случаем В значительно улучшено. Содержание Nj + АГ в подводимся к газификатору кислороде составляет 2%. Температура сырого газа в трубе 12 1010°С в обоих случаях, а температура смешанноГ-о газа во входном отверстии 14 устанавливается равной 815С с помощью нагревателя 25 и холодного газа в трубе 26. Таким образом, в предлагае1«ом способе получения железа прямьм вос становлением с использованием установки газификации угля в псевдоо.«иенном слое может быть легко использован мелко измельченный уголь и более эффективно используется тепло.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ГАЗА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКИСЛОВ ЖЕЛЕЗА В ШАХТНОЙ ПЕЧИ, включающий газификацию твёрдого топлива в гази4мйкаторе охлазкдение, очистку и. рециркуляцию отходящих колошниковых газов, разделение их на часть, подаваемую в газификатор, и часть, идущую на смешивание с газом, полученным в газификаторе, и подачу в зону восстановления, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса, газификацию угля осуществляют в кипящем слое с регулированием температуры кипящего слоя путем подачи части рециркулируемого газа под газораспределительную решетку, при этом отходящий от газификатора газ очищают от пыли перед смешиванием с остальной частью рецйркул фуемого газа. 2.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что нагретый газ, идущий на восстановление, смешивают с ненагретым рециркулируемым газом перед образованием восстановительной смеси. 3.способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что измельченный . акцептор серы вводят в камеру с газифицируемым углем. 4.Способ по п. 3, о т л и ч а(А ю щ и и с я тем, что в качестве акцептора серы используют известняк. 5.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что измельченный уголь имеет раэмеры 6,35-10,00 мм. .(ib СП 6.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что отходящий на рециркуляцию колошниковый газ дополф нительно очищают и охлаждают. со 4

Подведенный уголь кг (теплотворная способность 6943 ккал/кг)

Пар, ИМ Кислород, нм Рециркуляция, нм Полученный сьфой газ, im Техн6погкческ1й газ Смешанный газ (14), roi

Колошниковый газ йз 17) влажный, им

Очищенный колошниковый газ 15), им

540 432 289,3 130,0

i

1337;6

3126,6 3166,9 2795,4

СО СО,

н.

HjO CHu

Nj Ar

Сумнарно

,, (восстановители), „ , „

Качество r-T----r 3,9 1,9

(окислители)

Продолжение табл.

33,41

14,97

29,86

17,61

3,30

0,86

TOO