CZ284766B6

CZ284766B6 - Způsob výroby železné houby a zařízení k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ284766B6
Application number: CZ971629A
Authority: CZ
Inventors: Jörg Diehl; Gerald Rosenfellner
Original assignee: Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 1999-02-17
Also published as: SK68397A3; RU2127319C1; AU701539B2; EP0796349A1; ZA9510168B; CZ162997A3; ATA223294A; EP0796349B1; US5997609A; AU3863495A; CN1167506A; UA32602C2; SK282341B6; CA2206583A1; BR9509844A; ATE173026T1; AT405187B; KR100247451B1; DE59504170D1; JP2001511846A

Abstract

Při výrobě železné houby z materiálu ve formě částeček, obsahujícího oxid železa, se materiál obsahující oxid železa redukuje na železnou houbu redukčním plynem v redukční zoně (4) a plyn vyrobený během redukce se odvádí jako kychtový plyn, přičemž se z důvodu efektivního využití kychtového plynu, vyrobeného během redukce rudy, odstraňuje oxid uhličitý CO.sub.2.n., obsažený v tomto kychtovém plynu a takto získaný odpadní plyn, obsahující oxid uhličitý CO.sub.2.n. se směšuje s odpadním plynem, obsahujícím kyslík, spaluje se a tímto způsobem vyrobená tepelná energie se dodává ke spotřebiteli. ŕ

Description

Způsob výroby železné houby a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká jednak způsobu výroby železné houby z materiálu ve formě částeček, který obsahuje oxid železa, přičemž se tento materiál, obsahující oxid železa, redukuje v redukční zóně s redukčním plynem na železnou houbu a plyn, vznikající při redukci, se odvádí jako kychtový plyn, a jednak také zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

U jednoho způsobu tohoto typu, známého například z EP-B-0 010 627, DE-C-40 37 977 a ATB-376.241, se železná houba, která byla vytvořená přímou redukcí, taví za přívodu kusových nosičů uhlíku a plynu, obsahujícího kyslík, v zóně tavícího zplynování, přičemž se z kusových nosičů uhlíku a dmýcháním plynu, obsahujícího kyslík, tvoří v zóně tavícího zplynování fluidní lože, ve kterém se zabrzdí a roztaví částice železné houby, přiváděné do zóny tavícího zplynování shora. Přitom se vyrábí redukční plyn, obsahující CO a H₂, který se zavádí do redukční zóny a tam se přeměňuje.

Při této přeměně vzniká velké množství kychtového plynu, který vykazuje ještě značný obsah oxidu uhelnatého a vodíku. Kdyby se mohl tento kychtový plyn hospodářsky využít, byly by výrobní náklady na železnou houbu, případně z ní vytavené surové železo nebo z ní vyrobené ocelové polotovary velmi nízké.

Je známé (viz DE-CN0 37 977), že se kychtový plyn, unikající z redukční zóny, přivádí do další redukční zóny pro redukci přídavného materiálu, obsahujícího oxid železa, a sice poté, co se podrobil čištění. Úprava kychtového plynu probíhá všeobecně tak, že se čistí nejprve v pračce od pevných částeček, přičemž se silně ochlazuje. Potom se oddělí CO₂, obsažený v kychtovém plynu, protože je nebezpečný pro další použití kychtového plynu jako redukčního plynu. Pro čištění kychtového plynu od CO₂jsou známé různé způsoby, například způsobem kolísání tlaku nebo chemickým vypíráním CO₂.

Podle DE-C-40 37 977 se daří značné využití energie, vázané chemicky v kychtovém plynu. Problém však představuje odpadní plyn, obsahující CO₂, který vzniká při čištění kychtového plynu a který musí být vzhledem k životnímu prostředí zneškodněn.

Tento odpadní plyn obsahuje kromě jiného CO, H₂, CH4 a také H₂S a nemůže se proto v tomto stavu z důvodů ochrany životního prostředí odvádět do okolí. Z tohoto důvodu je také pro případné další zpracování vhodný pouze podmínečně. Proto se obvykle oddělují z odpadního plynu sloučeniny síry. Toto odsíření se dosud provádí s pomocí různých způsobů, jako například takzvaným stredfordovým vypíráním nebo katalytickou oxidací na aktivním uhlí atd. Z DE-B37 16 511 je známé oddělovat H₂S z odpadního plynu, obsahujícího CO₂, v odsiřovacím reaktoru za pomoci železné houby. Veškeré tyto postupy jsou nákladné a vyžadují přídavné materiály, jako aktivní uhlí nebo absorpční prostředky, které musí být skladovány odděleně a zneškodňovány.

Je důvěrně známé, že lze odpadní plyn, obsahující CO₂, spalovat. Toto spalování však vyžaduje přidání hořlavého ochranného plynu jako zápalného a nauhliČujícího plynu, protože výhřevnost odpadního plynu, obsahujícího CO₂, je jen nízká.

Z EP-A-0 571 358 je známé podrobit kychtový plyn, vznikající při přímé redukci jemné rudy, za pomoci redukčního plynu, vytvořeného z přeměněného zemního plynu, vyprání CO₂ a takto

-1 CZ 284766 B6 vyčištěný kychtový plyn přimíchat k čerstvému redukčnímu plynu, získanému přeměnou ze zemního plynu a tuto směs plynů zavádět do redukční zóny. Také zde se vyskytuje problém zneškodňování odpadního plynu, obsahujícího CO₂, který vzniká při čištění kychtového plynu, jestliže také tento odpadní plyn vykazuje na základě výroby redukčního plynu z přeměněného zemního plynu nižší obsah H₂S než odpadní plyn, který vzniká při čištění kychtového plynu, vznikajícího z redukčního plynu, získávaného z kusových nosičů uhlíku.

Vynález směřuje k zamezení těchto nevýhod a obtíží a stanovuje si úkol vytvořit efektivní možnost zhodnocení kychtového plynu, vznikajícího při redukci rudy, jako přímé redukci při výrobě železné houby, a vyhnout se tak obtížím, které jsou s tím spojené u známého stavu techniky. Zejména se má odpadní plyn, obsahující CO₂, nejen ekologicky zpracovat a tak zneškodnit, nýbrž i co možná nejvíce energeticky využít. Dále mají být rovněž ekologicky vyřešeny problémy, které souvisí s odlučováním H₂S, které probíhá současně s odlučováním CO₂.

Podstata vynálezu

Tento úkol se podle vynálezu řeší u způsobu v úvodu popsaného typu tou kombinací následujících znaků, že:

- kychtový plyn se podrobí čištění od CO₂;

- odpadní plyn, obsahující CO₂ a oddělený při čištění CO₂, se směšuje s plynem, obsahujícím kyslík;

- spaluje se; a

- jeho tepelná energie se přivádí k nějakému spotřebiči.

Podle vynálezu se daří zcela využít tepelný obsah odpadního plynu, obsahujícího CO₂, i když jeho energetický obsah není příliš velký, aniž by se tím zatěžovalo životní prostředí.

S výhodou se odpadní plyn, obsahující CO₂, spaluje alespoň částečně za nepřímého odběru tepelné energie na redukční plyn, načež se tímto ohřátým redukčním plynem redukuje materiál ve formě částeček, obsahující oxid železa.

Zvláštní výhody vynálezu je třeba spatřovat v tom, že odpadní plyn, obsahující CO₂ a oddělený z kychtového plynu z redukčního procesu, přispívá alespoň zvětší části opět energeticky k redukčnímu procesu, přičemž tento redukční proces může být přídavný redukční proces k redukčnímu procesu, při kterém se tvoří kychtový plyn, neboje s ním identický, to znamená, že se alespoň část kychtového plynu, vyčištěného od CO₂, přivádí opět jako redukční plyn nebo příměs k redukčnímu plynu do redukčního procesu, při kterém vzniká jako kychtový plyn (známé například z DE-B-37 16 511).

Podle jedné výhodné formy provedení se odpadní plyn, obsahující CO₂ a oddělený při čištění CO₂, dodatečně směšuje s hořlavým plynem.

S výhodou se jako hořlavý plyn použije alespoň část kychtového plynu, který vzniká při redukci, jako například při přímé redukci materiálu ve formě částeček, obsahujícího oxid železa, s redukčním plynem. Tím se daří zajistit ohřívání redukčního plynu na redukční teplotu bez dodávky cizího plynu (kromě přívodu plynu, obsahujícího O₂, jako vzduchu).

-2 CZ 284766 B6

S výhodou se kychtový plyn podrobený čištění CO₂ tvoří v první redukční zóně a tento kychtový plyn vyčištěný od CO₂ se používá po ohřátí jako redukční plyn v alespoň jedné další redukční zóně pro redukci dalšího materiálu ve formě částeček, obsahujícího oxid železa, a tam se přeměňuje. Tímto opatřením je možné redukční plyn, tvořený v zóně tavícího zplynování z kusových nosičů uhlíku ve velkém množství po přeměně v redukční zóně, po které ještě vykazuje značný obsah oxidu uhelnatého a vodíku, optimálně využít k výrobě co možná největších množství železné houby.

Přitom se výhodně mísí kychtový plyn, vytvářený ve druhé redukční zóně, alespoň částečně jako hořlavý plyn s odpadním plynem, obsahujícím CO₂ a odděleným při čištění CO₂, a za nepřímého odvodu tepla se spaluje na redukční plyn, přiváděný do druhé redukční zóny.

S výhodou se snížení, popřípadě odstranění CO₂, provádí adsorpcí se střídáním tlaku. Tento způsob je výhodný zejména tam, kde se vyskytuje kychtový plyn jen o nepatrném tlaku, protože při nízkém tlaku enormně vzrůstá spotřeba páry pro chemické praní. Při výrobě redukčního plynu z přeměněného zemního plynu se spíše doporučuje pro odstranění CO₂ chemické praní.

Železná houba, vytvořená v první redukční zóně, se s výhodou taví v zóně tavícího zplynování za přívodu pevných nosičů uhlíku a plynu, obsahujícího kyslík, přičemž se tvoří redukční plyn, obsahující CO a H₂, který se přivádí do první redukční zóny a tam se přeměňuje.

Zařízení k provádění tohoto způsobu s jednou redukční šachtovou pecí pro materiál ve formě částeček, obsahující oxid železa, která vykazuje přívod redukčního plynu a také odvod kychtového plynu, se vyznačuje tím, že odvod kychtového plynu ústí do čisticího zařízení CO₂, ze kterého vychází přívod redukčního plynu, vedoucí kychtový plyn, vyčištěný od CO₂, k redukční šachtové peci přes ohřívací zařízení pro kychtový plyn, vyčištěný od CO₂, a že od čisticího zařízení CO₂ vychází potrubí odpadního plynu, které vede oddělený odpadní plyn, obsahující CO₂, k ohřívacímu zařízení a do kterého ústí potrubí, které vede plyn, obsahující kyslík, k ohřívacímu zařízení.

Jedna výhodná forma provedení se vyznačuje tím, že z čisticího zařízení CO₂ vychází potrubí odpadního plynu, které vede alespoň část odděleného odpadního plynu, obsahujícího CO₂, k ohřívacímu zařízení a do kterého ústí přívod hořlavého plynu, vedoucí hořlavý plyn k ohřívacímu zařízení.

Pro využití energie obsažené v odpadním plynu, obsahujícím CO₂, pro redukční proces je s výhodou ohřívací zařízení, do kterého ústí potrubí odpadního plynu, vedoucí odpadní plyn, obsahující CO₂, vytvořené jako nepřímé ohřívací zařízení pro ohřívání kychtového plynu, vyčištěného od CO₂, a do tohoto ohřívacího zařízení ústí přívod redukčního plynu, vedoucí tento kychtový plyn.

Aby se umožnilo spalování odpadního plynu, obsahujícího CO₂, bez cizího plynu, vychází s výhodou potrubí hořlavého plynu z redukční šachtové pece a zachycuje alespoň částečně kychtový plyn, vznikající v redukční šachtové peci.

Podle jedné výhodné formy provedení jsou navržené dvě redukční šachtové pece, které jsou vzájemně potrubně spojené přes odvod kychtového plynu první redukční šachtové pece, přes čisticí zařízení CO₂ a přívod redukčního plynu, který z něho vychází a vede přes ohřívací zařízení.

Potrubí hořlavého plynu přitom s výhodou vychází z druhé redukční šachtové pece.

Jedna výhodná forma provedení se vyznačuje tavícím zplynovačem, do kterého ústí dopravní potrubí, vedoucí železnou houbu z první redukční šachtové pece, a který vykazuje přívody pro

-3 CZ 284766 B6 plyny, obsahující kyslík, a pro pevné nosiče uhlíku a také odpichy pro surové železo a strusku a z kterého vychází přívod pro redukční plyn, vytvářený v tavícím zplynovači, který ústí do první redukční šachtové pece.

Zařízení na čištění plynuje s výhodou vytvořené jako adsorpční zařízení se střídáním tlaku.

Potrubí odpadního plynu, které odvádí oddělený odpadní plyn, obsahující CO₂, ústí účelně do ohřívacího zařízení, vytvořeného jako vyvíječ páry.

S výhodou ústí potrubí odpadního plynu, které odvádí oddělený odpadní plyn, obsahující CO₂, do ohřívacího zařízení, jehož spaliny se odvádějí přes odpadní potrubí spalin, které vykazuje výměník tepla, přičemž ohřívaný materiál, jako uhlí, ruda, atd., se v tomto výměníku tepla uvádějí do přímého kontaktu se spalinami.

Jedna další výhodná forma provedení se vyznačuje tím, že potrubí odpadního plynu, které odvádí oddělený odpadní plyn, obsahující CO₂, je vedené přes výměník tepla, navržený v odvodu kychtového plynu jedné redukční šachtové pece, a následně ústí do ohřívacího zařízení.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je následně blíže vysvětlen za pomoci několika způsobů, znázorněných vždy jako blokové schéma na obrázcích 1 až 3 výkresu.

Příklady provedení vynálezu

Do první redukční šachtové pece j. se podle obrázků 1 až 3 přivádí známým způsobem přes vedení 2 materiál ve formě částeček, který' obsahuje oxid železa, s výhodou kusová železná ruda, a vhodné přísady. Přívodem 3 se dmýchá do redukční šachtové pece redukční plyn, který vystupuje vzhůru proti proudu dolů klesající železné rudy a způsobuje redukci vsázky v redukční zóně 4. Po průchodu šachtovou pecí 1 se tento plyn odvádí jako kychtový plyn odvodem 5 kychtového plynu.

Dopravními potrubími, vytvořenými výhodně jako spádové trubky 6, se redukovaná vsázka, která obsahuje železo ve formě železné houby, dostává do tavícího zplynovače 7. Do tavícího zplynovače 7 se známým způsobem přivádí přes vedení 8 kusový nosič uhlíku, například ve formě vysoce temperovaného koksu z hnědého uhlí nebo také případně uhlí, a dále potrubím 9 plyn, obsahující kyslík.

Vsázka, případně železná houba, přitom padá shora do zóny 10 tavícího zplynování na fluidní, případně vířivé lože, vytvořené z kusových nosičů uhlíku, které se udržuje prostřednictvím dmýchaného plynu, obsahujícího kyslík. Spalováním koksu a případně také uhlí za působení plynu, obsahujícího kyslík, se ve fluidním, případně vířivém, loži vytváří tolik tepla, že se železná houba taví. V roztaveném stavu se houba redukuje uhlíkem nahotovo, takže se na dně tavícího zplynovače 7 shromažďuje roztavené surové železo. Nad roztaveným surovým železem se vytváří roztavená struska. Obě tyto taveniny se odvádějí v předem zvolených časových intervalech příslušně uspořádanými odpichy 11,12.

Při spalování koksu a popřípadě uhlí v tavícím zplynovači se vytváří redukční plyn, sestávající v podstatě z CO a H₂, který se z tavícího zplynovače 7 odvádí přívodem 3 a přivádí se do redukční šachtové pece 1. Čištění a ochlazení redukčního plynu, vytvářeného v tavícím zplynovači, na teplotu požadovanou pro redukci se provádí známým způsobem, což však není na výkresech blíže znázorněno.

-4CZ 284766 B6

Kychtový plyn, odváděný přes odvod 5 kychtového plynu, se nejprve podrobuje čištění, například v cyklonu 13 nebo v pračce, aby se zbavil částic prachu. Následně se kychtový plyn dostává s pomocí kompresoru 14 do čisticího zařízení 15 CO₂, ve kterém se zbavuje CO₂a současně H₂S. Toto čisticí zařízení 15 je vytvořené jako adsorpční zařízení se střídáním tlaku. V tomto případě se odstraňuje také H₂O. Takto vyčištěný kychtový plyn se přivádí přes přívod 16 redukčního plynu do druhé redukční šachtové pece 17. která pracuje jako první redukční šachtová pec 1 rovněž na protisměrném principu. V této šachtové peci 17 se redukuje přímo ruda ve formě částeček.

Protože kychtový plyn doznal čištěním silné ochlazení, podrobuje se před zavedením do druhé redukční šachtové pece 17 ohřátí. Ohřátí se provádí ve dvou stupních. Nejprve se vyčištěný kychtový plyn podrobí v prvním stupni nepřímému ohřátí, přičemž je ohřívací zařízení 18, které zde k tomu slouží, vytvořené jako výměník tepla. Výměník tepla 18 (rekuperátor) se provozuje se směsí odpadního plynu, obsahujícího CO₂ a odloučeného v čisticím zařízení 15 CO₂, a vyčištěného kychtového plynu, který se odvádí z druhé redukční šachtové pece 17. Dodatečně se ještě k hořáku výměníku tepla 18 přivádí přes potrubí 19 plyn, obsahující kyslík (kyslík je k dispozici v molekulární formě), jako vzduch. Následně se ohřátý vyčištěný kychtový plyn podrobí dodatečnému spalování, a sice v zařízení 20 dodatečného spalování, ve kterém se spaluje část vyčištěného kychtového plynu za přívodu kyslíku. Tak dosáhne vyčištěný kychtový plyn teplotu potřebnou pro redukci v druhé redukční šachtové peci, která leží v rozsahu teplot mezi 700 a 900 °C.

Kychtový plyn, odváděný z redukční šachtové pece 17, se rovněž podrobuje čištění a ochlazování (pračka 21 kychtového plynu), aby se vyčistil od prachových částic a snížil se obsah vodní páry. Následně se část vyčištěného kychtového plynu přivádí přes potrubí 22 hořlavého plynu do výměníku tepla 18, přičemž toto potrubí hořlavého plynu ústí společně s potrubím 23 odpadního plynu, odvádějícím odpadní plyn, obsahující CO₂, z čisticího zařízení CO₂. Další část kychtového plynu, vznikajícího ve druhé redukční šachtové peci 17, se přes kompresor 24 přivádí rovněž do čisticího zařízení 15 CO₂ přes dopravní potrubí 25, které ústí do odvodu 5 kychtového plynu, a je pak rovněž k dispozici odlučovacímu zařízení 15 CO₂, z kterého následně vychází jako recyklovaný redukční plyn. Část kychtového plynu z redukční šachtové pece 17, která není pro způsob podle vynálezu potřebná, se přivádí jako výstupní plyn potrubím 26 výstupního plynu kjiným účelům použití. Do tohoto potrubí 26 výstupního plynu může také ústit odbočka, odbočující z potrubí 23 odpadního plynu, kterou se přimíchává k výstupnímu plynu část odpadního plynu, obsahujícího CO₂, pokud není nutný ve výměníku tepla 18.

Podstatnou výhodu vynálezu je třeba vidět v tom, že hořlavý plyn smísený z odpadního plynu, obsahujícího CO₂, a z kychtového plynu druhé redukční šachtové pece 17 vykazuje nízkou adiabatickou spalovací teplotu. Teplota spalin před teplosměmými svazky výměníku tepla 18 se nastavuje objemovým poměrem odpadního plynu, obsahujícího CO₂, a kychtového plynu a/nebo plynu, obsahujícího kyslík. Zpětné vedení spalin, které by bylo potřebné pro nastavení teploty, může odpadnout, když se jako palivo pro výměník tepla 18 použije pouze kychtový plyn. Spaliny vytvořené ve výměníku tepla 18 se odvádějí vyčištěné obvyklým způsobem přes odvod 28 spalin. Když není potřebná veškerá energie odpadního plynu, obsahujícího CO₂, popřípadě směsi tohoto plynu s kychtovým plynem, na ohřívání redukčního plynu, je účelné přimíchávat nepotřebnou část odpadního plynu, popřípadě směsi z odpadního plynu a kychtového plynu, k výstupnímu plynu.

Hořlavý plyn přiváděný do ohřívacího zařízení 18 se může také vytvořit z odpadního plynu, obsahujícího CO₂, a topného plynu, jako například zemního plynu apod., nebo z odpadního plynu, obsahujícího CO₂, a kychtového plynu, pocházejícího z první redukční zóny 4, který se pak přivádí přes potrubí 22', které je na obrázku 1 znázorněno čárkovaně.

-5CZ 284766 B6

Použitím odpadního plynu, obsahujícího CO2, ve výměníku tepla 18 se ještě využije energetický obsah tohoto odpadního plynu. Odpadní plyn, obsahující CO₂, tedy nahrazuje část kychtového plynu a tato část se může použít pro jiné účely. Výhodu lze dále ještě spatřovat v tom, že pro SO2, vytvořený spalováním odpadního plynu, obsahujícího CO₂, jsou dovolené vyšší mezní hodnoty než pro H₂S, který je v nespáleném odpadním plynu, obsahujícím CO₂. Toto použití odpadního plynu, obsahujícího CO₂, lze proto uskutečnit bez škodlivého zatěžování životního prostředí. Jestliže je obsah SO₂ ještě příliš vysoký, doporučuje se podle stavu techniky odsíření spalin. Složky CO, H₂ a CH4 jsou však zcela přeměněné do té míry, že eventuální zbytkový obsah leží daleko pod dovolenými mezními hodnotami.

Podle příkladu provedení, objasněného blíže za pomoci následujících tabulek 1 až 4, se směšuje odpadní plyn, obsahující CO₂ a vznikající při čištění CO₂, s kychtovým plynem, pocházejícím z druhé redukční zóny 27.

V následující tabulce 1 je udáno chemické složení odpadního plynu, obsahujícího CO2, který se tvoří při čištění CO₂ kychtového plynu, vznikajícího v první redukční zóně 4:

Tabulka 1

CO

CO₂

H₂

H₂O

N₂ ch₄

H₂S max.

kJ/Nm³

11,8 obj.%

80,3 obj. %

1,5 obj. %

5,3 obj. %

0,7 obj. %

0,4 obj.%

0,03 obj. % 1795

Tabulka 2 obsahuje chemické složení vyčištěného a ochlazeného kychtového plynu, pocházejícího z druhé redukční zóny 27 druhé redukční šachtové pece 17 před tím, než se smísí s odpadním plynem, obsahujícím CO₂:

Tabulka 2

CO

CO₂

H₂

H₂O n₂

CFL,

H₂S max. kJ/Nm³

43,2 obj. %

25,4 obj. %

18,0 obj.%

5,7 obj. %

6,2 obj. %

1,5 obj.%

0,00 obj. % 7945

Tabulka 3 udává chemické složení směsi kychtového plynu a odpadního plynu, obsahujícího

CO₂, která se spaluje ve výměníku tepla £8:

-6CZ 284766 B6

Tabulka 3

CO

CO₂

H₂ h₂o n₂ ch₄

H₂S max.

kJ/Nm³

16,6 obj.%

72,0 obj. %

4,0 obj. %

5,3 obj. %

1,5 obj. %

0,6 obj. %

0,02 obj. % 2725

Chemické složení spalin, vytvořených při spalování tohoto směsného plynu ve výměníku tepla

18, je opět udáno v následující tabulce 4:

Tabulka 4

co₂	60,1 obj.%
h₂o	7,9 obj. %
0₂	0,4 obj. %
n₂	31,6 obj.%
so₂	0,02 obj. °/

Adiabatická spalovací teplota leží okolo 984 °C.

V následujících tabulkách 5 a 6 je udán příklad provedení, podle kterého se odpadní plyn, obsahující CO₂ (tabulka 5) a vytvořený při čištění CO₂ kychtového plynu, vznikajícího v první redukční zóně 4, směšuje pouze s kyslíkem a spaluje se. Protože se v tomto případě plyn přiváděný do výměníku tepla 18 skládá pouze z odpadního plynu, obsahujícího CO₂, a kyslíku (nebo plynu obsahujícího kyslík), může být žádoucí, aby se zapalovací hořák výměníku tepla 18 (tzv. pilotní hořák) napájel odděleně kychtovým plynem, zemním plynem nebo jiným hořlavým plynem, což ovšem nepřipadá v úvahu vzhledem k malým množstvím, která jsou zde potřebná. Toto a také výhřevnost směsného plynu pro výměník tepla 18 závisí kromě jiného na způsobu provozu čisticího zařízení CO₂, to znamená na množství redukčních činidel, která vznikají ve větší míře, když se v čisticím zařízení CO₂ neprovádí příliš silné odlučování CO₂.

Tabulka 5

CO

CO₂

H₂

H₂O n₂

CH4

H₂S max. kJ/Nm³

11,8 obj.%

80,3 obj. %

1,5 obj.%

5,3 obj. %

0,7 obj.%

0,4 obj. %

0,03 obj. %

1795

Chemické složení spalin je uvedené v tabulce 6:

Tabulka 6

CO₂

H₂O n₂

O₂ só₂

91,2 obj.%

7,6 obj. %

0,7 obj. %

0,4 obj.%

0,03 obj.%

Adiabatická spalovací teplota leží okolo 867 °C.

Podle varianty způsobu, znázorněné na obrázku 2, se část odpadního plynu, obsahujícího CO₂, vede potrubím 29 odpadního plynu, které odbočuje z potrubí 23 odpadního plynu, přes výměník tepla 30, ve kterém se odpadní plyn, obsahující CO₂, ohřívá s pomocí kychtového plynu, který opouští druhou redukční šachtovou pec 17, do ohřívacího zařízení 31, ve kterém se spaluje za přívodu kyslíku z plynu obsahujícího kyslík, popřípadě vzduchu jako nosného plynu kyslíku. V tomto ohřívacím zařízení 31 se může rekuperativně vyrábět například pára. Přívod vody je označený 32 a odvod páry 33. Potrubím 29' odpadního plynu, které je na obrázku 2 znázorněné čárkovaně, se může část odpadního plynu, obsahujícího CO₂, nebo také celé množství tohoto odpadního plynu, přivádět přímo bez odbočky přes výměník tepla 30 do ohřívacího zařízení 31.

Podle obrázku 3 se odpadní plyn, obsahující CO₂, spaluje v ohřívacím zařízení 31 a s pomocí odpadního plynu, který přitom vzniká, se v předehřívací komoře 34 ohřívá přímo uhlí nebo ruda, které se přivádějí a odvádějí přes dopravní zařízení 36. Ochlazené spaliny se odvádějí přes odvod 35 spalin.

Jak lze zjistit z obrázků 2 a 3, může se energie příslušející odpadnímu plynu, obsahujícímu CO₂, využít různě, přičemž se mohou také vzájemně kombinovat různé druhy využití, takže se může využití energie uskutečňovat optimálně podle způsobu provozu redukčních šachtových pecí 1 a Γ7 a vždy podle použití výstupního plynu, přiváděného ke spotřebičům přes potrubí 26. Například se může i upustit od ohřívání redukčního plynu, přiváděného přes přívod 16 redukčního plynu do redukční šachtové pece 17, jestliže se může docílit požadované teploty redukčního plynu samotným dodatečným spalováním.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby železné houby z materiálu ve formě částeček, obsahujícího oxid železa, přičemž se tento materiál, obsahující oxidy železa, redukuje redukčním plynem na železnou houbu v redukční zóně (4) a plyn, který při redukci vzniká, se odvádí jako kychtový plyn, vyznačující se tím, že se kychtový plyn podrobuje čištění od CO₂, odpadní plyn, obsahující CO₂ a oddělený při čištění CO₂, se směšuje s plynem, obsahujícím kyslík a spaluje se a jeho tepelná energie se přivádí ke spotřebiči.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se odpadní plyn, obsahující CO₂, alespoň z části spaluje za nepřímého odvodu tepla na redukční plyn, načež se ohřátým redukčním plynem redukuje materiál ve formě částeček, obsahující oxidy železa.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se odpadní plyn, obsahující CO₂ a oddělovaný pří čištění CO₂, dodatečně směšuje s hořlavým plynem.

-8CZ 284766 B6
4. Způsob podle jednoho nebo několika z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že se jako hořlavý plyn používá alespoň část kychtového plynu, který vzniká při redukci, jako je přímá redukce materiálu ve formě částeček, obsahujícího oxid železa, redukčním plynem.
5. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že se kychtový plyn, podrobený čištění od CO2, vytváří v první redukční zóně (4) a kychtový plyn, vyčištěný od CO₂, se používá po ohřátí jako redukční plyn v alespoň jedné další redukční zóně (27) pro redukci dalšího materiálu ve formě Částeček, obsahujícího oxid železa, a tam se přeměňuje.
6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že se kychtový plyn, vytvořený v druhé redukční zóně (27), alespoň částečně směšuje jako hořlavý plyn s odpadním plynem, obsahujícím CO₂, který se odděluje při čištění CO₂, a za nepřímého odvodu tepla se spaluje na redukční plyn, přiváděný do druhé redukční zóny (27).
7. Způsob podle jednoho nebo více z nároků laž6, vyznačující se tím, že se čištění od CO₂ kychtového plynu provádí adsorpcí se střídáním tlaku.
8. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že se železná houba, vytvořená v první redukční zóně (4), taví za přívodu pevných nosičů uhlíku a plynu, obsahujícího kyslík, v zóně tavícího zplynování (10), přičemž se tvoří redukční plyn, obsahující CO a H₂, který se zavádí do první redukční zóny (4) a tam se přeměňuje.
9. Zařízení k provádění způsobu podle jednoho nebo několika z nároků 1 až 7, s redukční šachtovou pecí (1) pro materiál ve formě částeček, obsahující oxid železa, která vykazuje přívod (3) pro redukční plyn a také odvod (5) kychtového plynu, vyznačující se tím, že odvod (5) kychtového plynu ústí do čisticího zařízení (15) od CO₂, ze kterého vychází přívod (16) redukčního plynu, vedoucí kychtový plyn, vyčištěný od CO₂, přes ohřívací zařízení (18, 20) pro kychtový plyn, vyčištěný od CO₂, k redukční šachtové peci (17), a že z čisticího zařízení (15) CO₂ vychází potrubí (13, 29, 29') odpadního plynu, vedoucí oddělený odpadní plyn, obsahující CO₂, k ohřívacímu zařízení (18, 31), do kterého ústí potrubí (19, 19'), vedoucí plyn, obsahující kyslík, k ohřívacímu zařízení (18, 31).
10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že z čisticího zařízení (15) CO₂vychází potrubí (23) odpadního plynu, vedoucí alespoň část odděleného odpadního plynu, obsahujícího CO₂, k ohřívacímu zařízení (18), do kterého ústí potrubí (22) hořlavého plynu, vedoucí hořlavý plyn do ohřívacího zařízení (18).
11. Zařízení podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že ohřívací zařízení (18), do kterého ústí potrubí (23) odpadního plynu, vedoucí odpadní plyn, obsahující CO₂, je vytvořené jako nepřímé ohřívací zařízení (18) pro ohřívání kychtového plynu, vyčištěného od CO₂, a že přívod (16) redukčního plynu, vedoucí tento kychtový plyn, ústí do tohoto ohřívacího zařízení (18).
12. Zařízení podle nároku 10 nebo 11, vyznačující se tím, že potrubí (22) hořlavého plynu vychází z redukční šachtové pece (17) a zachycuje alespoň částečně kychtový plyn, vznikající v redukční šachtové peci (17).
13. Zařízení podle jednoho nebo několika z nároků 9 až 12, vyznačující se tím, že jsou navržené dvě redukční šachtové pece (1, 17), které jsou navzájem potrubně spojené odvodem (5) kychtového plynu první redukční šachtové pece (1), čisticím zařízením (15) od CO₂a přívodem (16) redukčního plynu, který z něho vychází a vede přes ohřívací zařízení (18).

-9CZ 284766 B6
14. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že potrubí (22) hořlavého plynu vychází z druhé redukční šachtové pece (17).
15. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tavícím zplynovačem (7), do kterého 5 ústí dopravní vedení (6) vedoucí železnou houbu z první redukční šachtové pece, který vykazuje přívody (8, 9) pro plyny, obsahující kyslík, a pro pevné nosiče paliva a také odpichy (11, 12) pro surové železo a strusku, a ze kterého vychází přívod (3) redukčního plynu, tvořeného v tavícím zplynovací (7), který ústí do první redukční šachtové pece (1).

10
16. Zařízení podle jednoho nebo několika z nároků 9 až 15, vyznačující se tím, že čisticí zařízení (15) plynuje vytvořené jako absorpční zařízení se střídáním tlaku.
17. Zařízení podle jednoho nebo několika z nároků 9 až 16, vyznačující se tím, že potrubí (29, 29') odpadního plynu odvádějící oddělený odpadní plyn, obsahující CO2, ústí do

15 ohřívacího zařízení (31), vytvořeného jako vyvíječ páry.
18. Zařízení podle jednoho nebo několika z nároků 9 až 17, vyznačující se tím, že potrubí (29, 29') odpadního plynu odvádějící oddělený odpadní plyn, obsahující CO₂, ústí do ohřívacího zařízení (3Γ), jehož spaliny jsou odveditelné odvodem (35) spalin vykazujícím

20 výměník tepla (34), přičemž ohřívaný materiál, jako uhlí, ruda, apod., je v tomto výměníku tepla (34) přiveditelný do přímého kontaktu se spalinami.
19. Zařízení podle jednoho nebo několika z nároků 9ažl8, vyznačující se tím, že potrubí (29) odpadního plynu odvádějící oddělený odpadní plyn, obsahující CO₂, je vedené

25 přes výměník tepla (30), uspořádaný v odvodu kychtového plynu redukční šachtové pece (17) a následně ústí do ohřívacího zařízení (31).