Способ восстановления измельченной железной руды до губчатого железа

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК З 511 С 21 В 13/00 НИ ПАТЕН и этом г мо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ НИЕ ИЗОБР(54)(57) 1. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ ДО ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА, включающий противоток материала, загружаемого сверху шахтной печи, с газом в зонах восстановления, промежуточной и зоне охлаждения, рециркуляцию, охлаждение и очист ку отходящего газа в контуре восстановления, а также риформинг смеси водного пара и метана, о т л и ч а ю - щ и й с я тем,что,с цельюуменьшения затрат нариформинг,риформинг осуществляют путемподачи предварительно нагретой до 700-900"С смеси пара и газа 801 авз 42 А в промежуточную зону, пр аз содержит 20-307 метана.2, Способ по п. 1 о т л и ч а ющ и й с я тем, что газ, содержащий 20-307 метана, добавляют в зону охлаждения, и охлаждающий газ удаляют с контролируемой скоростью.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в зону охлаждения добавляют часть охлажденного газа, рециркулируемого из контура восстановления.4. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве метан- содержащего газа используют коксовый газ.ф.Я5. Способ по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в зону охлаждения Я вводят смесь коксового газа из конту. ра восстановления,6. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в зону охлаждения вводят добавочный газ в количест Ьф ве, достаточном для подъема газа в. Фюить промежуточную зону. Ю7. Способ по п. 1, о т л и ч а ю- Я) щ и й с.я тек, что соотношение объе- Я)в пара и метана в подаваемой смеси д составляет (1, 0-1, 5): 1. Щ42 1 1 11288Чзобретение относится к газообраз. ному восстановлению железной руды в вертикальной шахтной печи с подвижным слоем с целью получения губчатого железа.Известны газообразные восстано вительные системы, включающие вертикальные шахтные реакторы с подвижным слоем,Восстановление руды достигается с помощью восстановительного газа,. состоящего фв основном из окиси углерода и водорода, полученного путем каталитического реформирования смеси природного газа и водяного нара. Такие системы содержат вертикальный шахтный реактор, имеющий восстановительную зону в верхней части и охлаждающую зону - в нижней части. Вос. танавливаемую руду вводят в верхнюю часть реактора и она проходит сверху вниз, сначала через восстановительную зону, где ее приводят в контакт с подогретым восстановительным газом из печи рефЬрминга, а затем через охлаждающую зону, где ее охлаждают газообразным охлаждающим агентом перед тем, как выводят из нижней части реактора.Выходящий из восстановительной30 зоны газ охлаждают, с целью удаления из него воды и в большинстве случаев большую часть охлажденного отходящего газа подогревают и возвра. щают в восстановительную зону. Часть охлаждающего газа, выведенного из З 5 охлаждающей зоны, также охлаждают и возвращают в охлаждающую зону. В нижнем конце реактор снабжен средствами для регулирования выпуска охлажденного губчатого железа из ре-, 40 актора, например вращающимся разгру-. .зочным клапаном, вибрационным желобом, ленточным транспортером и т.п.Использование полученного в реак- торе губчатого железа в качестве частичного сырья для доменной печи может увеличить производительность печи и снизить потребность печи в коксе 1 . щего газа, а также риформинг смесиводяного пара и метана 2,Недостатком известных способов является необходимость создания мощной установки для риформинга метанас целью получения восстановительногогаза,Цель изобретения - уменьшение затрат на риформинг .Поставленная цель достигается тей,что согласно способу восстановленияизмельченной железной руды до губчатого железа, включающему противоток материала, загружаемого сверхушахтной печи, с газом в зонах восстановления, промежуточной и в зоне охлаждения, рециркуляцию, охлаждение и очистку отходящего газа, а также риформинг смеси водяного пара иметана,риформинг осуществляют путем предвао рительно нагретой до 700-900 С смеси пара и газа в промежуточную зону, при этом газ содержит 20-ЗОХ метана.При этом газ, содержащий 20-ЗОХ метана, добавляют в зону охлаждения, и охлаждающий газ удаляют с контроли. руемой скоростью.Причем в зону охлаждения добавляют часть охлажденного газа, рециркулируемого из контура восстановления.Кроме того, в качестве метансодер жащего газа используют коксовый газ, ФВ зону охлаждения вводят смесь коксового газа из контура восстановления.В зону охлаждения вводят добавочный газ в количестве, достаточном для подъема газа в промежуточную зону .Соотношение объемов пара и метана; в подаваемой смеси составляет (1,0" 1,5): 1.На фиг. 1 изображена установка для осуществления способа на фиг. 2 - т упрощенная технологическая схема про. цесса.Вертикальный шахтный реактор 1 с подвижным слоем содержит восстановительную зону 2, зону 3 риформирования и охлаждающую зону 4. Восстанав Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления измельченной железной руды, включающий противоток материала, загружаемого сверху шахтной печи, с Ы газом в зонах восстановления, промежуточной и в зоне охлаждения, рецирку. ляцию, охлаждение и очистку отходяливаемую железную руду загружают через верх реактора 1 через входнойштуцер 5, а губчатое железо выгружают снизу реактора через выходноеотверстие 6.Коксовый газ поступает в систему по трубопроводу 7, на котором установлен регулятор 8 расхода, и смешивается с водяным паром, подаваемым по трубопроводу 9 с находящимся42 4пает в замкнутый контур, включающий холодильник 15, насос 17, перегреватель 19 и восстановительную зону реактора, в которую из эоны 3 риформирования подводится свежий восстано вительный газ.Определенное количество рециркулируемого восстановительного газа отбирается из контура восстановитель ного газа по трубопроводу 23, содержащему регулятор 24 расходанаправляется в охлаждающий контур, Таким образом, охлажденный газ из трубопро вода 23 поступает в трубопровод 25 и оттуда в нижнюю часть охлаждающей .зоны реактора. Гаэ, протекающий по трубопроводу 25, поступает в кольцевоепространство 26 образованное имеющей форму усеченного конуса перегородкой 27 и примыкающей частью боковых стенок реактора, Охлаждающий .газзатем проходит под нижней кромкойперегородки 27 и направляется вверх сквозь слой губчатого железа внутриохлаждающей зоны. После прохождениячерез охлаждающую зону гаэ поступаетв кольцевое пространство, образованное перегородкой, имеющей форму усе.ченного конуса, и примыкающей боковойстенкой реактора, а оттуда выходитиз реактора по трубопроводу 28 через смесительный холодильник 29, где охлаждается и обезвоживается.Иэ холодильника 29 охлажденный гаэпоступает по трубопроводам 30 и 31на прием к насосу 32, откуда сбрасывается в трубопровод 25 и возвращается в охлаждающую зону. Часть циркуляционного охлаждающего газа отбираютиэ охлаждающего контура по трубопроводу 33, на котором установлен регулятор 34 расхода, направляют в пункт хранения или используют в качестветоплива. Газ можно отвести из трубо. провода 7 по трубопроводу 35 на котором установлен регулятор 36 расхода и подгести к трубопроводу 2 э с целью обеспечения подвода свежегогаза в охлаждающий контур.Изобретение обеспечивает эффективный способ получения и использования риформированного коксового газа при непосредственном восстановлении же- лезной руды для получения губчатого железа, Губчатое железо можно смешивать со слоем железной руды в доменной печи для повышения ее производительности. Кроме того, доменные , печи обычно размещают в местах, где 3 11288на нем регулятором 10 расхода. Водяной пар вводят в достаточном количестве для взаимодействия с метаном,содержащимся в коксовом газе, с цельюпревращения его в окись углерода иводород.5Для ингибирования нежелательногоосаждения углерода внутри реактораиспользуют стехиометрическое количество водяного пара. Обычно молярное соотношение между водяным пароми метаном может быть в пределах 1: 11.5:1,Смесь коксового газа и водяногопара поступает в подогреватель 11,огде ее подогревают до 700-900 С и оттуда поступает по трубопроводу в реактор. Реактор снабжен внутренней пере"городкой 12 в форме усеченного конусакоторая со стенкой реактора образуеткольцевое пространство 13, в котороепоступает газовая смесь. Из простран.ства 13 газ проходит вокруг нижнейкромки перегородки 12 в зону 3 риформинга, где вступает в контакт сопускающимся книзу слоем железосодержащего материала, который на этомуровне в реакторе в значительной.степени восстанавливается до .губчатого железа. Губчатое железо катали 30,зирует реакцию между водяным паром иметаном с образованием окиси углерода и водорода, которые являютсяактивными восстанови елями для железной руды, и риформированный газ затемподнимается снизу вверх в восстанови- З 5тельную зону, где он восстанавливает поступающую железную руду.Для повышения эффективности исполь"зования восстановительного газа частьего подвергают рециркуляции. Таким40образом, газ, выходящий сверху железосодержащего слоя в реакторе, отводится по трубопроводу 14 и проходит через смесительный холодильник15,где он охлаждается с удалением из него воды. Охлажденный газ затем поступает по трубопроводу 16 через насос17 и по трубопроводу 18 в подогреватель 19, где он подогревается до 7501000 С. Из подогревателя 19 подогретый газ поступает по трубопроводу 20в кольцевое пространство 21, образованное внутренней перегородкой 22и смежной боковой стенкой реакторй,и оттуда двигаясь вокруг нижней кромки перегородки 22 поступает обратнов восстановительную зону 2. Такимобразом, восстановительный газ постуможно использовать побочный коксовыйгаз. Такой коксовый газ используетсяв качестве топлива, его значение в настоящем процессе значительно повышается в связи с тем, что его используют в качестве одного из сырьевыхматериалов в химической восстанови. тельной реакции. Кроме того, благодаря проведению ка 1 алитической конверсии смеси водяного пара и метана 10внутри зоны риформирования реактора,Ъограничивается потребность в отдельной печи для каталитического рйформинга и обеспечивается исключительноэкономическая стадия газового риформирования,В случаях применения коксовогогаза повышенная эффективность способачастично связана с тем, что побочныйкоксовый газ, который также можно.использовать в качестве топлива, используют в качестве химического сырья, ичастично с тем, что реакцию риформирования проводят в восстановительном реакторе, а не в отдельной печи 25каталитического риформинга. Кроме того, предлагаемый способ облегчаеткомбинирование установки но производству губчатого железа с существующимидоменными печами и коксовыми установ- Зпками с целью обеспечения общего увеличения производительности доменнойпечи и улучшения экономии тепла.В случаях, когда в газе, циркулирующем через охлаждающую зону, содер- Зжатся восстановительные примеси, может оказаться желательным так построить работу охлаждающей зоны, чтобы направить часть циркуляционного газаснизу вверх в восстановительную зону. 40Составы газовых потоков приведеныв таблице 1.П р и м е р 1, Температура на вхо-де промежуточной зоны равна 850 С,а на входе зоны восстановления 950 С.4ОВосстановленный продукт, имеет степеньметаллизации 877. и содержание углерода 2,247. Коксовый газ содержит 253 .метана. Соотношение пар/метан равно1,231.0П р и м е р 2. Процесс осуществляют,при Т, = 700 С, отношение объемаопара к объему метана составляет 1,5:1( и используется газ, содержащий 20%метана. Полученный продукт имеет степень металлизации 80,5 Е и содержаниеуглерода 3,367.П р и м е р 3, Способ осуществля,ют при температуре на входе в промежуточную зону Т = 900 С, отношениеобъема пара к объему метана составляет 1,0:1, а питающий газ содержит307 метана, Полученный продукт имеетстепень металлизации,94,37 и содер-жание углерода 1,1 Х.При температуре ниже 700 С реакОция взаимодействия СН 4 с Н О имееточень низкую скорость превращенияи равновесие смещается в сторону образования СН 4 вместо жедательногоразложения на Н 2 и СО. Если смесьпара и газа нагревают до температуры,ниже 700 С, необходимо увеличить коОличество рециркулированного газа дляподдержания адекватной высокой температуры для осуществления восстановления. Сравнение значения Р (409 б,.7ИСК/То и Ре) в примере 2 со значениемР(2120,4 НСМ/То и Ре) в примере 1показывает, что размеры компрессораи нагревателя также удвайваются.,Притемпературе ниже 700 С будет получендпродукт с низкой металлизацией и оченьвысоким содержанием углерода. Еслиемесь пара и метана нагревают до темфопературы выше 900 С, метан может расщепляться путем пиролиза, образуя сажу. Образование сажи может вызватьсерьезные проблемы в процеесе высокого давления и неравномерное распределение газов, протекающих через восстановительную зону, Сажа также представляет опасность для нагревающихтрубок нагревателя, Температура выше900 С может также вызывать проблемыспекания и агломерации в восстановительном реакторе. Пар и метан смешивается с горячим восстановительным газом внутри реактора,Из приведенных примеров очевиднотакже ухудшение качества губчатогожелеза, получаемого при граничныхзначениях соотношения пара и метана,равных (1,0-1,5):1 и их необходимость в пределах заявленных температур.. 4/5 Фин Редактор А Заказ 9098 Составитель Л. ПанниковаТехред Т.Фанта Корректор О. Тигор 47 Тираж 539 ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб