Способ восстановления дисперсной железной руды до губчатого железа Советский патент 1983 года по МПК C21B13/00 

в случаях, когда губчатое железо необходимо использовать в качестве части сырья для доменной печи, экономически предпочтительнее обэзединить установку по получению губча7ого железа с до-.

менной печью и коксовой установкой, т.е. расположить установку по производству губчатого железа вблизи доменных печей. Такое физическое совмещение уста- tTOBKH по производству губчатого железа и доменных печей обеспечивает ряд пре«имуществ. Таким образом, можно снизить объем погруз оразгрузочных работ с готовым губчатым железом и уменьшить необходимость в охлаждении готового губчатого железа.

V Кроме того, в такой объединенной уо тановке можно использовать побочный коксовый газ в качестве источника воостановительных составляющих для реакт1 ра газообразного восстановления руды. Сырой коксовый гаэ не является эффек- . тивным восстановлением для железной руды. Коксовый газ можно подвергнусь обработке с целью улучшения его восстановйтельной эффективности с помощью процесса каталитического риформирования, однако это существенно повышает стоимость газа. Кроме того, коксовый газ имеет высокое содержание газа.

Целью изобретения является повышение производительности печи и экономия топлива.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановления дио персной .железной руды до губчатого железа в вертикальном реакторе, включак щему противоток руды и горячего восстановительного газа, охлаждение губчатого железа в нижней части реактора, рециркуляшпо охлаждающего газа, содержащего углеводороды и подачу воды или пара, пар и углеводородсодержащий газ добавляют в нижнюю или в середнкио часть зг ны охлаждения, причем пар подают в отноше mm 1,0-1,5 к количеству углеводородов, содержащихся в добавляемом газе.

Добавляемый газ содержит по 1О30 об.% газообразных углеводородов.

Восстановительный газ, полученный в зоне охлаждения, перед вводом в зону восстановления нагревают.

В качестве добавочного газа в зоне охлаждения используют коксовый газ.

Водяной пар вводят непосредственно в зону охлаждения.

Газ, выведенный из зоны охлаждения, является единственным источником восстановительного газа зоны восстановления.

В предложенном способе охлаждающую зону используют ие только для охлажде ВИЯ и науглероживания губчатого железа, как в предыдущих системах, но также как область риформировакия смеси водяного пара и углеродсодержащего газа. Ссялаово данному способу, создан охлаждающий контур, включакшшй охлахсдающую зону реактора, а водяной пар и углеродсодержащий газ, обычно Метансодержащий газ, либо вводят в отдельные точки в этом -охпаждаклцем контуре, либо предварительно смешивают и вводят в виде смеси в охлаждающий контур. Губчатое железо внутри указанной зоны охлаждения используют в качестве катализатора с тем, чтобы обеспечить риформирование газообразного углеводорода в газопаровой смеси, И полученный газ риформинга затем иопользуют в качестве источника восстановительного газа для зоны восстановления реактора. Сырой коксовый газ не нуждается в полном десульфурировании в данном способе, поскольку осаждение серы на губчатом железе в зоне охлаждения в действительности отрицательно не влияет на его активность и при этом губчатое железо образует постоянно обновленную каталитическую массу. Количество серы, осевшей на губчатом железе, можно легко регулировать в ходе последующей операции в производстве стали. С помощью известного процесса сниже1ш себестоимость десульфирования.

В смеси газа с водяным паром содержаться йрнблизительно до 30 об.% метана или другого углеводородного газа При использовании более высоких соотношений в части содержания углеводорода может иметь место чрезмерное осаждение Гуглерода на губчатом железе.

На чертеже схематически юотражена система непосредственно газообразного восстановления.

Шахтный восстановительйлй реактор 1 с подвижным слоем, имеет в верхней своей части восстановительную зону 2 и охлаждающую зону 3, разделенную на верхнюю 4 и нижнюю 5 секции в нижней части реактора. Восстанавливаемая ж&лезная руда поступает на верх реактора через входной штуцер 6 и проходит вниз через восстановительную зону 2, где она восстанавливается за счет пропускания снизу вверх газа, а оттуда через зону охлаждения 3 выходит из реактора череЗ выгрузное отверстие 7. Восстановление руды осуществляют с помошью восстановительного газа, состряшего главным образом из окиси углерода и водорода, которялй подогревают в П1 догревателе 8до температуры примерно TSO-IOOO C и затем направляют по тру бопроводу 9 в нагнетательную камеру 1О, образованную внутренней кольцевой перегородкой 11 в смежной стенкой реактора. Из нагнетательной камеры 10 восстано вительный газ проходит вокруг нижней KpoMKBt перегородки 11, оттуда вверх через измельченную железную руду в вое- ставовнтельной зоне 2 и восстанавливает руду до губчатого железа. Газ, выходящий с верха над слоем руды в восстановительной зоне, выводится из реактора через трубопровод 12 и поступает в холодильншс-смеситель 13, где он охлаждается и обезвоживается за счет непосредственного контакта с охлаждающей водой. Охлажденный и обезвоженный восстановительный газ выходит из холодильника 13 по трубопроводу 14 и затем от него отделяется часть газа, направляемая по трубопроводу 15 в подходящее место хранения или место применения, например в качестве топливного газа. Остальная часть восстановительного газа, проходящего через трубопровод 14, поступает по трубопроводу 16 к насосу 17, с помощью которого он перекачивается по трубопроводу 18 обратно в подогреватель 8. Таким образом, значительная часть восстановительного газа циркулирует в замкнутом контуре,, включающем восстановительную зону 2, трубопровод 12, холодильник 13, трубопроводы 14 и 16, насос 17, трубопровод 18, подогреватель 8 и трубопровод 9. Трубопровод 15 снабжен регулятором противодавления 19 для продержания требуемого избыточного давneiraa внутри реактора. Полученный воо становвтельный газ подают в контур восстановительного газа из трубопровода 20 по способу, описанному ниже. I Зона 3 охлаждения, подобно восстаног внтельиой зоне 2, также составляет част контура газового потока. Охлаждающий газ входит в нижнюю часть зоны охлаждения по трубопроводу 21 и поступает в нагнетательную камеру 22, образованную стенкой реактора И внутренней перегородкой в форме усеченного конуса 23. Из области повь1щенного давления 22 камеры охлаждающий газ проходит вокруг ниж ней кромки (конуса) 23, оттуда вверх через секции 4 и 5 охлаждающей зоны в область повышенного давления 24, ограг виченную стенкой реактора и перегородкой в форме усеченного конуса 25. Из области повыщенного давления 24 охлаждающий газ проходит по трубопроводу 26 в холодильник 27, где он охлаждается в обезвоживается и затил по трубопров1 ду 28 направляется на прием циркуляш ошгого насоса 29, с помощью которого он подается по трубопроводу ЗО обратро в трубо1фовод 21. . Охлаждающий газ, направляемый по трубопроводу 21 в нижнюю часть охлаждающей зоны, является также восстановительным газом, который имеет сходство с газом, вводимым в восстановив тельную зону 2тем, что в нем содержатся существенные количества окиси у лерода и водорода. Охлаждающий контур заполнен метансодержащим газом, который вводится в контур из подходящего источника по трубопроводу 31 под контролем автоматического регулятора расхода 32. Полученный газ содержит существенное количество углеводородного газа, например газ, содержащий приме1 ио до ЗО об.% метана, или коксовый газ, который содержит меньщее количество метана. В любом случае в газе, поступающем в нижнюю часть охлаждающей зоны из трубопровода 21, содержится значательное количество углеводорода. Холодный восстановительный газ, поднимающийся снизу вверх через зону.З выполняет, по меньщей мере, три различные функции. Две из этих функций осуществляются в охлаждающих зонах ранее известных реакторов с подвижным слоем, а именно охлаждение восстановленной ж&лезной руды и науглероживание губчатого железа. В условиях, существующих в охлаждающей зоне, большая часть углерода, полученного при реакции науглероживания, вступает в реакцию с губчатым железом с образованием карбида железа, который распределен среди частиц губчатого железа, выходящего из реактора через выпускное отверстие 7. В выгруженном губчатом железе содерж ггся относительно небольщое количество элементарного углерода. Охлаждающая зона выполняет и третью функцию, заключающуюся в том, что эта зона служит для превращения углеводородных компонентов проходящего снизу вверх газа и окись углерода и водород. Для образо ватю воды, которая может вызвать протекание этой реакции, в реактор вводят водяной пар, предпочтительно менсду верхней секций 4 и нижней секхдаей 5 охлаждающей зоны. Водяной пар под водят из подходящего нсточникй по трубо проводу 33, на которстл установлен регулятор расхода 34, и затем по трубопроводу 35, на KOTopt установлен отсечной клапан 36, в область повышенного давления 37, откуда он проходит через ряд расположенных по периметру отверотий 38 внутрь охлаждающей зоны. Водяной пар смешивается с поднимающимся снизу вверх углеводород содержащим газом и взаимодействует с ним в соответствии с вышеуказанньп уравнением. Реакцию между водяным паром и углеводо родом катализируют с помощью горячего губчатого железа в секции 4 охлаждающей зоны, таким образом, увеличивая содержание окиси углерода и водорода в циркулирующем охлаждающем газе. Стехисадетрический избыток водяного пара используют для замедления нежелательногт) осаждения углерода на реакторе. Молярное соотношение между водяным парсяи и метаном или другим углеводородом может находиться в диапазоне 1,О: : 1-1,5:1. Поскольку реакция риформирования является эндогермической, тепло этой реакции отбирают от горячего губ- i чатого железа, способствуя его охлажде-( ншо. Как указано на чертеже, водяйой пар, лодаваемь1й по трубопроводу 33, можно также направить по трубопроводу 39, на котором имеется отсечный клапан 40, в рециркулйруемый газ, проходящий по трубопроводу 21. Таким образом, водяной пар можно направлять либо в рециркулйруемый газ, либо в точку между секциями 4 и 5 охлаждающей зоны, либо в оба места. Поскольку газ, проходящий снизу ввер через охлаждающую зону, обогащен окись угпероа и водородом, он полезен в кач эстве восстановительного газа в восстановительной зоне. Соответственно, часть рециркулируемого газа, проходящего через контур охлаждения, ылводят из него НО трубопроводу, на котором установлен регулятор расхода, а оттуда он подается по трубопроводу 20 в качестве добавочно го газа в контур восстановительного газа Пример. Устройство питается свежим газом (например коксовым), содержащим 25% углеводорода (в данном примере СН4). Общий поток в трубе-31составляет 697,7 мЗ/Т железа (NCM/т Ре). Таким образом поток СН4 составляет 174,4 NCM/T Fe (т.е. 25% от 697,7). Количество газа, инжектируемого в среднюю, часть зоны охлаждения, составляет 251,7 NCM/T Ре. Таким образом, отнощение пар/углерод составляет 1,44. При рабочем давлении 4 атм и температуре газа на входе 9 50°С получаемый конечный продукт представляет собой губчатое железо со степенью металлизации 87% и содержа11ием углерода 2,3%. Изобретение предоставляет собой новый и исключительно эффективный способ риформирования газа, состоящего из соде| жащего существенное количество углеводородных составляющих, например коксового или другого газа, содержащего до 30 об.% углеводорода, с целью повыщения восстановительной эффективности такого газа. Кроме того, обогащение газа достигается без использования отдельной печи для каталитического риформинга, который требует значительных капитальных затрат. Таким образом, создана ис1 лючительно эффективная восстановительная система. Формула изобретения 1.Способ восстановления дисперсной железной руды до губчатого железа в вертикальном реакторе, включающий противоток руды и горячего восстановитель ного газа, охлаждение губчатого железа в нижней части ре)актора, рециркуляцию охлаящающего газа, содержащего углеводороды, подачу воды или пара, отличающийся тем, что, с целью повыщения производительности печи и экономии топлива, пар и углеводородсодержащий газ добавляют в нижнюю или в среднюю часть зоны оклаждения, причем пар подают в отношении 1,О-1,5к количеству углеводородов, содержащихся в добавляемом газе. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что добавляемый газ содержит 1О-ЗО об.% газообразных углеводородов. 3.Способ по пп. 1 и 2, отличающий с я тем, что восстановительный газ, полученный в зоне охлаждения, п&ред вводом в зону восстановления нагревают. 4.Способ по пп. 1-3, о т л и ч а ющ и и с я тем, что в качестве добавоч9 ©9570610

кого газа в зоне охлаждеквя используютточнвкс восстановительвого газа зоны

кокс(шый газ.восставовпеввя.

5.Способ по Ш. 1-4, ОТЛИЧИ ю-Источншсн внформапвв,

ш в и с я тем, что водявой пар вводятпринятые во BBtiMaBBe прв эксперткзе

IB зону охлаждения. 51. Патент США N 3769872,

6.Способ по пп. 1-5, отличаю-кл. С 21 В 13/ОО, опублик. 1976. щ и и с я тем, что выведенный из зоны2. Патент США № 4150972, охлаждения газ сйужит единственным ио-(кл. С 21 В 13/О2,опублик. 24.04.79.