Способ восстановления железной руды до губчатого железа в шахтном реакторе

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНН ПАТЕНТУ БРЕТЕ 6/22 80 .,181(088.8 Похвиснев чение желе ргия", 196.Н, и др. Внедом а за рубежом, Мс. 34-55. Я ЖЕЛЕЗВ ШАХТ(54)(57) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИ НОЙ РУДЬ 1 ДО ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА НОМ РЕАКТОРЕ, включающий пол восстановительного газа гази твердого или жидкого топлива ющий его диформинг в смеси с противоток газов.и твердого чениеикациейпоследупаром,ери;80 И 28843 А ла, последовательную обработку в зонах нагрева, восстановления и охлаждения, рециркуляцию, охлаждение, очистку от примесей и нарев восстановительного газа, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьпаения производительности печи и экономии топлива, смесь продуктов газификации и пара нагревают до 300-600 С и осуществляют риформинг в зоне нагрева, при этом перед подачей в зо н- восстановления газ очищают от примесей углекислого газа.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что часть охлажденного восстановительного газа подают в зону охлаждения.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что газ, рециркулируемый после риформинга, охлаждают и удаляют из него воду.Изобретение относится к восстановлению железной руды до губчатого железа.Получение губчатого железа в обычном вертикальном шахтном реакторе с .подвижным слоем состоит из двух основных операций: восстановления руды спомощью подходящего горячего восстановительного газа в восстановительнойзоне реактора и последующего охлаждения образующегося губчатого железас помощью газообразного охлаждающего агента в охлаждающей зоне реактора. Восстановительным газом обычнослужит газ, состоящий главным обра= 15зом из окиси углерода и водорода, вво.-.димый в реактор при температурах в .пределах 850-1100 С, предпочтительно900-1000 С. Горячий восстановительныйгаз можно вводить в реактор в нижней части восстановительной зоны ипропускать снизу вверх через реакторпротивотоком по отношению к опускающейся сверху вниз руде,.или альтернативно, горячий восстановительный 25газ можно вводить в верхней части восстановительной зоны и направлять егов одном направлении с передвигающейсясверху вниз рудой. В технике общеизвестно охлаждение губчатого железа З 0путем ввода охлаждающегося газа приотносительно низкой температуре вохлаждающую зону реактора и пропускания охлажцающего газа снизу вверх через реактор, в результате чего температура охлаждающего газа повышается,а температура губчатого железа понижается./Наиболее близким по техническоисущности и достигаемому результату 40к изобретению является способ восстановления железной руды до губчатогожелеза в шахтном реакторе, включающий получение восстановительного газа газификацией твердого или жидкого 45топлива, последующий риформинг в сме".си с паром, противоток газов и твердо-го материала, который последовательнопроходит обработку в зонах нагрева,восстановления и охлаждения,рециркуляцию, охлаждение, очистку от примесей и нагрев восстановительного газа.Восстановительный газ, используемыйпри прямом восстановлении железныхруд, получают из ряда источников, 55например путем каталитического риформирования углеводородов и водяногопара Я ,Системы, в которых используется природный газ и водяной пар для образования восстановительного газа, требуют применения установок каталитического риформинга. В известных процессах, в которых для полученияьвосстановительного газа используются твердые или жидкие виды топлива, в отличие от тех процессов, в которых используется природный гаэ, требовалось дополнительное оборудование для обогащения газа, чтобы его можно было эффективно использовать в восстановительных целях.Целью изобретения является повышение производительности печи и экономии топлива.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановления железной руды до губчатого железа в шахтном реакторе, включающему получение восстановительного газа газификацией твердого или жидкого топлива, последующий его риформинг в смеси с паром, противоток газов и твердого материала, последовательную обработку в зонах нагрева, восстановлеция и охлаждения, рециркуляцию, охлажде-. ние, очистку от примесей и нагрев восстановительного газа, смесь продуктов газификации и пара нагревают до 300-600 С, осуществляют риформингов зоне нагрева и перед подачей в зону восстановления газ очищают от примесей углекислого газа.Часть охлажденного восстановительного газа подают в зону охлаждения.Гаэ, рециркулируемый после риформинга, охлаждают и удаляют из него воду.Характерной особенностью предлагаемого способа является создание зоны внутри реактора для риформиро вания восстановительного газа, полученного в соответствующей газификационной установке. Поскольку скорость газовой диффузии в частицы руды по существу не зависит от температуры, а зависит, главным образом, от кон-, центрации водорода, присутствующего в восстановительном газе, восстановительный газ должен иметь относительно высокое содержание водорода. Согласно изобретению восстановительный газ, который можно получить путем газификации угля с помощью кислорода и водяного пара, смешивают с водяным паром и нагревают.843 методом. 3 1128Нагретую газовую смесь вводят в реактор и риформируют в зоне нагрева, размещенной в верхней части реактора, с целью получения более высокого желательного соотношения между Н 2 и СО. В зоне риформирования соотношение между Н 2 и СО, которое обычно находится в пределах от приблизительно 0,5:1 до 1:1, возрастает до приемлемого значения для восстановления железной руды, т.е. в пределах от примерно 2,5:1 до 5:1 с помощью реакциивзаимодействия водяного пара и моноокиси углерода.Железосодержащий материал в реакторе выступает для этой реакции в роли особоэффективного катализатора. Газ, выходящий из газификационной установки жидкого ископаемого топлива содержит, об.7.: Н 46, 1, СО 46,9, СО 2 4,3, Б 1,4, СН 4 0,4", Н 20 0,9.Газ из газификационной установки твердого топлива содержит, об.Е: Н 30,4, СО 58,3; СО 10,0, Б 1,0,Более высокое соотношение между Н и СО является желательным в связи стем, что скорость восстановительной реакции с применением водорода более высокая по сравнению с реакцией с применением окиси углерода, в связи с чем уменьшается время нахождения руды в реакторе. Кроме того, поскольку большее количество СО имеет тенденцию к осаждению на руде элемен 35 тарного углерода, повышенное количество водорода сводит до минимума такое осаждение. Изменение в содержании СО . также обеспечивает лучший контроль за, науглероживанием. 40Риформированный газ, полученный в верхней части реактора удаляют из зоны риформирования реактора во внешний контур, где его охлаждают, сжимают и направляют через абсорбционную баш ню для удаления углекислого газа. Риформированный и обработанный газ затем направляют в подогреватель, в ко-, ,тором он нагревается до повышенной температуры в пределах примерно 750- 50 1000 фС, после чего его вводят в восстановителЬную зону в качестве восстановительного газа, Восстановительный газ проходит через восстановитель.ную зону реактора в контакте с метал лической рудой, благодаря чему проис- ходит восстановление руды, после чего его выводят из восстановительной зоны и охлаждают с целью удаления из него воды, Охлажденный восстановительный газ затем объединяют с потоком риформированного и обработанного газа, подлежащего возврату в восстановительную зону реактора.Согласно предложенному способу восстановительный газ, полученный в системе газификации топлива, можно более эффективно и экономично использовать для восстановления металлических руд. При этом восстановитель" ный газ риформируют внутри реактора, в результате чего ограничивается необ ходимость в отдельных установках риформинга или реактора, что приводит кэкономии энергии и капитальных затрат. На фиг. 1 изображена установка для производства губчатого железа, на фиг. 2 - технологическая схема процесса производства губчатого железа. Вертикальный шахтный реактор 1 с подвижным слоем содержит зону 2 риформирования в своей верхней части, охлаждающую зону 3 в нижней части и восстановительную зону 4, располо- женную между зонами риформирования и охлаждения. Реактор 1 теплоизолирован снаружи и изнутри облицованогнеупорным материалом известным Измельченную руду, подвергают обработке, вводят в реактор 1 через загрузочный штуцер 5. Руда, загруженная в реактор, может быть в форме либо кусков, приготовленных гранул,либо в виде их смесей, Вблизи нижнейчасти зоны 2 риформирования реакторснабжен кольцевой нагнетательной камерой 6, которая проходит по внешнейокружности реактора, с тем, чтобыобеспечить здесь устройство, с помощью которого нагретую газовую смесьвосстановительного газа и водяногопара вводят в реактор. Вертикальнаяперегородка 7 вместе со стенкой реактора ограничивает кольцевое пространство 6. Руда движется вниз через зонуриформирования, где она нагреваетсяи частично восстанавливается за счетвертикально поднимающегося риформированного газа,Железная руда, выходящая из зоныриформирования и поступающая в восстановительную зону 4, в основном состоит из окиси железа, Вблизи подавосстановительной зоны 4 имеется вторая кольцевая нагнетательная камера8, аналогичная нагнетательной камере6, через которую риформированный иобработанный восстановительный газможет быть введен в реактор. Преду- .5смотрена также имеющая форму усеченного конуса перегородка 9, котораявместе со стенкой реактора ограничивает кольцевое пространство 8,В результате восстановления, достигнутого в восстановительной зоне,руда, выходящая из этой зоны и поступающая в охлаждающую зону 3, силь-.но металлизирована и имеет низкоесодержание углерода, Вблизи пода охлаждающей зоны 3 имеется еще однакольцевая нагнетательная камера 10,через которую при желании в реактор можно ввести по существу инертный охлаждающий газ. Предусмотрена также 20 перегородка в форме усеченного конуса 11, аналогичная перегородкам 12 и 9. Так как зубчатое железо продвигается вниз через охлаждающую зону 3, оно охлаждается охлаждающим газом, 25 проходящим через него, и выходит через выходное отверстие реактора 13.Восстановительный газ получают в установке 14 газификации угля, и подают по трубопроводу 15 со скоростью, З 0 регулируемой регулятором 16 расхода, в трубопровод 17. Водяной пар, проходящий по трубопроводу 18 и регулируемый регулятором 19 расхода, смешивают с газом из установки 14 газифика- З 5 ции угля и направляют в трубопровод 20. Газообразная смесь поступает по трубопроводу 20 в нагревательный змеевик 21 подогревателя 22, где ее подогревают до температуры в пределах 40 примерно 300-600 С. Подогретая смесь выходит из подогревателя 22 по трубопроводу 23 и поступает в нагнетательную камеру 6. Газ, проходящий через нагнетательную камеру 6, поступает 45 в реактор вблизи пода зоны 2 риформирования. По, входе в зону риформирования реактора нагретую смесь риформируют с целью получения более высоко" го и более желательного соотношения 50 между водородом и окисью углерода. Риформированный газ поднимается вверх через зону риформирования и выводится вблизи верхнего днища реактора через выходной штуцер 24 и трубопровод 25. 55Часть восстановительного газа, полученного в установке 14 газификации угля вводят при низкой температуРе в охлаждающую зону реактора с целью охлаждения губчатого железа, Однако, если требуется низкое содержание углерода в губчатом железе, в качестве охлаждающего газа можно использовать практически инертный газьиз подходящего иоточника. Если весь охлаждающий газ или его часть, подава" емые в охлаждающую зону реактора, подают из системы газификации угля,то в этом случае часть охлаждающего газа, выходящую из охлаждающей эоны реактора, можно также направить в восстановительный контур.Риформированный газ, выходящий из реактора по трубопроводу 25, поступает в смесительный холодильник 26, в который по трубопроводу 27 вводят воду для охлаждения и удаления из него воды. Газ выходйт из холодильника 26 по трубопроводу 28 и поступает в .трубопровод 29, который соединен с всасывающей. стороной насоса 30. Часть газового потока, проходящая по трубопроводу 28, можно направлять по трубопроводу 31 в необходимое место применения (не показано). Трубопровод 31 снабжен регулятором 32 противодавления, имеющим регулирующий клапан 33, так что его можно регулировать для поддержания требуемого положительного и постоянного давления в системе с целью повышения эффективности реактора 1.Газовую смесь, поступающую к насосу 30, направляют через трубопровод 34, и она поступает в поглотитель 35 углекислого газа (абсорбер). Углекислый газ в потоке, поступающем в абсорбер 35, удаляют методом, известным в технике - соответствующим поглощением среды, вводимой в абсорбер 35 по трубопроводу 36. В газе, выходящем из абсорбера через трубопровод 37, содержатся лишь небольшие количества углекислого газа. Газ,протекающий по трубопроводу 37, поступает в трубопровод 38 и по трубопроводу 39 попадает в нагревательный змеевик 40 подогревателя 41. Где подогревают .в подогревателе 41 до температуры в пределах 850-1000 С и предпочтитель 0но в диапазоне 850-900 С. Подогретый газ выходит из подогревателя 41 и .направляется по трубопроводу 42 в нагнетательную камеру 8, через которую он попадает в реактор вблизи пода восстановительной зоны 4.Восстановительный газ проходит снизу вверх через восстановительную зону и поступает в нагнетательную камеру 43, через которую он попадает в реактор. Поток восстановительного газа выходит из реактора по трубопро-. воду 44 и направляется в смесительный холодильник 45, в который ввводят воду по трубопроводу 46 с целью охлаждения и повышения эффективности 1 О .удаления воды из риформированного газа. Газ выходит из холодильника 45 по трубопроводу 47, а часть его попадает по трубопроводу 48 во всасывающую сторону насоса 49. Часть газа, 15 протекающего по трубопроводу 47, попадает по трубопроводу 50 по назначению. Трубопровод 50 снабжен регулятором 51 противодавления имеющим регулируемое установленное место, так 20 что его можно отрегулировать для поддержания требуемого положительного и постоянного давления в системе с целью повышения эффективности реактора 1. 25Газ прокачивается насосом 49 в разгрузочный трубопровод 52 и смешивается с риформированным газом; выходящим из абсорбера углекислого газа по трубопроводу 37. Объединен- ЗОный газовый поток затем проходит по трубопроводам 38 и 39, через подогреватель 41 и трубопровод 42, из которого он возврвщается в нижнюю часть восстановительной зоны 4.Инертный добавочный газ, предпочтительно азот, можно подводить из соответствующего источника.(не показан) по трубопроводу 53 в количестве, . контролируемом регулятором 54 расхода 40 Инертный газ, проходящий по трубопроводу 53, затем поступает по трубопроводу 55 в нагнетательную камеру 10 и в реактор вблизи низа охлаждающей зоны 3, Имеющая форму усеченного кону са перегородка 11 вместе со стенкой реактора ограничивает кольцевую камеру 10. Добавочный инертный газ проходит снизу вверх через охлаждающую зону 3 реактора и выводится через : 50 кольцевую камеру 56. Выходящий охлаждающий газ проходит по трубопроводу 57 в смесительный холодильник 58, в который по трубопроводу 59 подают воду для охлаждения и удаления водыиз отходящего газа. Газ выходит изхолодильника 58 по трубопроводу 60и поступает в трубопровод 61, которыйсоединен с всасывающей стороной насоса 62. Часть газового потока, проходящего по трубопроводу 60 можетпроходить по.трубопроводу 63 к меступрименения (не показано). Трубопровод 63 также снабжен регулятором 64противодавления, имеющим регулиру.- емое установочное место, так что егоможно регулировать для поддержаниятребуемого положительного,и постоянного давления в системе с целью повышения эффективности реактора 1.Газ затем подается насосоме 62 потрубопроводу 65, где он может бытьсмещен с добавочным инертным газом,проходящим по трубопроводу 53, врезаемому в трубопровод. 66. Этот газо.вый поток затем возвращаетсяобратнопо трубопроводу 55 и через нагнетательную камеру 10 в охлаждающую зону3 реактора. Альтернативно часть газа,проходящего по трубопроводу 65, направляют в восстановительный контур по трубопроводу 67 в количестве,контролируемом регулятором 68 расхода,и смешивают с риформированным и обработанным газом, проходящим по трубопроводу 38.Часть газа из установки 14 газификации угля можно направить по трубопроводу 69 в количестве, контролируемым регулятором 70 расхода. Этот газзатем поступает по трубопроводу 55 внагнетательную камеру 10 в нижнюючасть охлаждающей зоны 3.В табл, 1 на примерах 1-3 показан материальный баланс процесса,осуществляемого при трех различныхтемпературах Т у входа в верхнююзону реактора, где СО взаимодействует с водой,В трех примерах все условия поддерживаются постоянными, за исключением температуры Т 1. Сравнение примеров показано в табл.2,Как видно из табл, 2 уменьшениетемпературы Т повьппает металлизацию и уменьшает количество отходящего газа, но увеличивает количествоСО 2, подлежащего абсорбированию,1128843 ректор д. Т Тираж 539 Государственног лам изобретений Москва, Ж, Ра дписное 9098/47ВНИИ комитета СС открытий303 д. 4/5 ска илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная Составитель Л. Панниковедактор В, Данко Техред 3,Палий