CZ285427B6

CZ285427B6 - Způsob výroby tekutého surového železa nebo ocelového polotovaru a železné houby a zařízení pro provádění způsobu

Info

Publication number: CZ285427B6
Application number: CZ971181A
Authority: CZ
Inventors: Jörg Diehl; Gerald Rosenfellner; Leopold Werner Kepplinger; Konstantin Milionis; Dieter Siuka; Horst Wiesinger
Original assignee: Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh
Priority date: 1994-10-17
Filing date: 1995-10-12
Publication date: 1999-08-11
Also published as: DE59503199D1; JPH10506678A; KR970707306A; UA41419C2; KR100250348B1; AU704141B2; BR9509364A; ATE169686T1; RU2135597C1; CA2202918A1; CZ118197A3; TW303389B; CA2202918C; EP0787215A1; JP3366009B2; WO1996012044A1; CN1046961C; SK48097A3; CN1161061A; SK282937B6

Abstract

Způsob výroby tekutého surového železa nebo ocelového polotovaru a železné houby ze vsázky sestávající ze železné rudy a případných přísad, spočívající v přímé redukci na železnou houbu v redukční oblasti (12) v pevném loži a následném tavení železné houby v tavicí zplyňovací oblasti (8) za přidání nosiče uhlíku a plynu obsahujícího kyslík za vyvíjení redukčního plynu obsahujícího oxid uhelnatý Co a vodík H.sub.2.n., který se vede do redukční oblasti (12), kde reaguje a odtahuje se jako výstupní plyn, z výstupního plynu se extrahuje oxid uhličitý Co.sub.2.n. a výstupní plyn se zavádí jako redukční plyn, alespoň do značné míry zbavený oxidu uhličitého Co.sub.2.n., spolu s částí redukčního plynu vznikajícího v tavicí zplyňovací oblasti (8) do další redukční oblasti (21) pro přímou redukci železné rudy, přičemž je charakteristický tím, že se část redukčního plynu vyvíjeného v tavící zplyňovací oblasti (8) odděluje a obtokem kolem stupně odstraňování oxidu uhličitého Co.sub.2.n. se vede doŕ

Description

Způsob výroby tekutého surového železa nebo ocelového polotovaru a železné houby a zařízení k provádění způsobu (57) Anotace:

U způsobu se od části redukčního plynu, vyvíjeného v tavící zplyňovací oblasti (8), vedeného výlučně do další redukční oblasti (21), část odvětvuje a vede se do další redukční oblasti (21) obtokem kolem stupně odstraňování oxidu uhličitého, přičemž se výstupní plyn po zbavení oxidu uhličitého ohřívá. U zařízení vede přívod (19) redukčního plynu přídavného redukčního reaktoru (20, 36, 37) přes ohřívací zařízení (22, 25) pro výstupní plyn, zbavený oxidu uhličitého, a ústí do přídavného redukčního reaktoru (20, 36, 37), přičemž z přívodu (4) redukčního plynu, spojujícího tavící generátor (3) s redukční pecí (1), vychází odbočovací vedení (31), které obchází obtokem zařízení (17) pro odstraňování oxidu uhličitého a ústí do přívodu (19) redukčního plynu přídavného redukčního reaktoru (20, 36, 37).

Způsob výroby tekutého surového železa nebo ocelového polotovaru a železné houby a zařízení k provádění způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby tekutého železa nebo tekutého ocelového polotovaru a železné houby ze vsázky, tvořené železnou rudou, zejména v kusové formě a/nebo ve formě pelet, a popřípadě přísadami, přičemž se vsázka v první redukční oblasti přímo redukuje na železnou houbu, železná houba se taví v taviči zplyňovací oblasti za přívodu nosiče uhlíku a plynu obsahujícího kyslík, a vyrábí se redukční plyn, obsahující oxid uhelnatý a vodík, který se zavádí do první redukční oblasti, kde se přeměňuje a odtahuje se jako výstupní plyn, a přičemž se odtahovaný výstupní plyn podrobuje odstraňování oxidu uhličitého, načež se jako redukční plyn, alespoň z převážné části zbavený oxidu uhličitého, spolu s částí redukčního plynu, vznikajícího v taviči zplyňovací oblasti pro výrobu železné houby, zavádí výlučně do další redukční oblasti k přímé redukci železné rudy. Vynález se dále týká i zařízení k provádění způsobu, obsahujícího redukční pec pro železnou rudu, výhodně kusovou nebo ve formě pelet, taviči generátor, přívod redukčního plynu, spojující taviči generátor s redukční pecí, dopravní vedení pro produkt redukce, vytvářený v redukční peci, spojující redukční pec stavícím generátorem, odvod výstupního plynu, vycházející z redukční pece a ústící do zařízení pro odstraňování oxidu uhličitého, přívody plynu obsahujícího kyslík a nosiče uhlíku, ústící do tavícího generátoru, výpust surového železa a strusky, uspořádanou na tavícím generátoru, a alespoň jeden přídavný redukční reaktor pro příjem železné rudy, přívod redukčního plynu k tomuto přídavnému redukčnímu reaktoru, vycházející od zařízení pro odstraňování oxidu uhličitého, přičemž zařízení pro odstraňování oxidu uhličitého je napojeno výlučně na tento přídavný redukční reaktor, odvod odplynu z tohoto přídavného redukčního reaktoru, a vynášecí zařízení pro redukční produkt, vytvářený v tomto přídavném redukčním reaktoru.

Dosavadní stav techniky

V rakouské patentové přihlášce A 1958/94, na které je předkládané řešení založené a na jejíž právo přednosti se odvolává je popsán způsob, při kterém se kusová železná ruda redukuje na železnou houbu v oblasti přímé redukce způsobem pevného lože, železná houba se taví v taviči zplyňovací oblasti za přívodu nosiče uhlíku a plynu obsahujícího kyslík, přičemž se vyvíjí redukční plyn, obsahující CO a H₂, který se zavádí do oblasti přímé redukce v pevném loži, kde se plyn přeměňuje a odkud se odtahuje jako odplyn, a jemná ruda se v oblasti přímé redukce ve vířivém loži způsobem vířivého lože redukuje na železnou houbu, přičemž se do oblasti přímé redukce ve vířivém loži přivádí odtahovaný odplyn z oblasti přímé redukce v pevném loži a/nebo redukční plyn, vyvíjený v taviči zplyňovací oblasti, které se podrobují odstraňování CO₂ a ohřátí, načež se plyn, vznikající v oblasti přímé redukce ve vířivém loži, odtahuje jako odplyn. Přitom se může redukční plyn, vyvíjený v tavící zplyňovací oblasti, přivádět do oblasti přímé redukce ve vířivém loži obtokem kolem odstraňování CO₂.

Z EP A 487 856 je znám způsob výroby surového železa, popřípadě železné houby, při kterém se v taviči zplyňovací oblasti vytváří redukční plyn, který se přivádí jak do první, tak také do další redukční oblasti, které jsou uspořádány v paralelním řazení. Odplyn, odtahovaný z obou redukčních oblastí, se podrobuje vypírání CO₂, a odplyn zbavený CO₂ se zavádí do tavícího generátoru, jakož i opětovně do první i do další redukční oblasti.

Způsob výroby tohoto typuje znám z AT B 396255. Při tomto způsobu se část redukčního plynu, vytvářeného v tavící zplyňovací oblasti, který se vyskytuje jako přebytečný plyn a přivádí do další redukční oblasti, pere v pračce, návazně se mísí s výstupním plynem a spolu s výstupním plynem se podrobuje odstraňování CO₂. Přimíšení této části redukčního plynu k výstupnímu

- 1 CZ 285427 B6 plynu se tedy provádí před odstraňováním CO₂, takže jsou oba redukční procesy - které představují každý o sobě systém, podléhající kolísání - navzájem spojeny v místě, které leží, ve směru proudu plynu, bezprostředně za prvním redukčním procesem a daleko od druhého redukčního procesu. Tak je možné udržet účinky přenosu kolísání, rezonancí a zpětných vazeb mezi systémy, pokud jde o prosazení, složení a teplotu plynu, malé nebo jim zamezit, a to vyrovnáním, popřípadě tlumením výchylek od předem stanovených žádaných hodnot. Například vzniká-li na vstupu kolísání objemu a průtoku plynu, udržuje se v systému tavícího generátoru za účelem výroby redukčního plynu stejnoměrné kvality konstantní tlak. Jakmile se, tlak v generátoru stane příliš vysokým, provede se jeho uvolnění pomocí zvýšeného zavádění redukčního plynu do vedení výstupního plynu.

Dimenzování zařízení pro odstraňování CO₂ se řídí, vedle jiných kritérií, v podstatě podle objemového průtoku, přiváděného do zařízení, přičemž podle AT B 396255 musí vyhovovat maximálnímu proudu redukčního plynu, se kterým se musí počítat. Protože zařízení pro odstraňování CO₂ představuje podstatnou část celkových investičních nákladů na zařízení k provádění výše popsaného způsobu, jsou investiční náklady na zařízení podle AT B 396255 velmi vysoké.

Cílem předloženého vynálezu je zdokonalení způsobu, známého z AT B 396255, a zařízení, známého rovněž z tohoto spisu, pro účely dosažení podstatné úspory investičních nákladů. Zejména má být také možné snížení spotřeby energie pro výrobu.

Podstata vynálezu

Tohoto cíle vynálezu je dosahováno u způsobu výše popsaného typu tím, že se od části redukčního plynu, vyvíjeného v taviči zplyňovací oblasti, vedeného výlučně do další redukční oblasti, část odvětvuje a vede se do další redukční oblasti obtokem kolem stupně odstraňování CO₂, a že se výstupní plyn, po odstranění CO₂, ohřívá.

Podle vynálezu tak může být zařízení pro odstraňování CO₂ dimenzováno pro značně menší kapacitu, čímž se značně sníží investiční náklady. Překvapivě se ukazuje, že přeložení místa propojení obou redukčních procesů blíže k další redukční oblasti nejeví žádné následky, narušující proces. Pro případ, že je třeba počítat se značnými výchylkami objemu, popřípadě průtoku plynu, je možné tlumit jejich kolísání pomocí zabezpečovacích opatření, jako tlumiče, takže i v tomto se dosáhne plného užitku z výhod, dosažených podle vynálezu.

Výhodná varianta podle vynálezu je charakteristická tím, že v další redukční oblasti se železná houba vyrábí ze železné rudy, s výhodou kusové nebo ve formě pelet, způsobem pevného lože.

S výhodou se podle vynálezu odvětvený díl redukčního plynu před zaváděním do další redukční oblasti přímé redukce způsobem pevného lože mísí s odváděným plynem, který se předtím podrobuje odstraňování CO₂, za vzniku směsného redukčního plynu.

Klade-li se důraz na zvláštní bezprašnost redukčního plynu, přiváděného do oblasti přímé redukce v pevném loži, je výhodné odvětvenou část redukčního plynu podrobit odprašování a praní, a směsný redukční plyn ohřát.

Dalších podstatných úspor investičních nákladů a nákladů na energie pro výrobu surového železa, popřípadě ocelového polotovaru, lze dosáhnout tak, že se ohřívá jen výstupní plyn, který byl podroben odstraňování CO₂ a po ohřátí se mísí s odvětvenou částí redukčního plynu, která se obtokem vyhnula jak odstraňování CO₂, tak také ohřevu, přičemž odvětvená část redukčního plynu se s výhodou podrobuje odprašování, nikoliv však praní.

-2CZ 285427 B6

Přitom se tedy odvětvená část redukčního plynu podrobuje pouze hrubému čištění a ve velmi horkém stavu se mísí s ohřátým výstupním plynem. Proto může být zařízení pro ohřev dimenzováno jako podstatně menší, neboť je pro ohřev určen podstatně menší objemový tok plynu. Také ještě horký odvětvený redukční plyn přispívá k tomu, že je výstupní plyn nutné ohřát jen na nízkou teplotu.

Zbytkový obsah prachu, zbývající v odvětveném redukčním plynu, se přimíšením ohřátého výstupního plynu zředí natolik, že nedochází k žádnému ovlivnění redukce v oblasti přímé redukce způsobem pevného lože.

Výhodné provedení se vyznačuje tím, že se odvětvená část redukčního plynu podrobuje odprašování a praní, a výstupní plyn, který prošel odstraňováním CO₂, se ohřívá na teplotu o něco vyšší než je požadovaná teplota redukčního plynu pro další redukci. Tak je možné přimíchávat k výstupnímu plynu, zbavenému CO₂, odvětvenou část redukčního plynu ve velmi čistém, avšak chladném stavu, přičemž však investiční náklady na ohřívací zařízení jsou proti stavu techniky nižší. Způsob je jednoduše proveditelný, neboť odvětvený redukční plyn v chladném stavu je snadněji manipulovatelný a proto také vyžaduje jen malé investice do zařízení.

Odvětvená část redukčního plynu se za účelem udržení konstantního tlaku a objemového toku v systému s výhodou, je-li v přebytku, před zavedením do další redukční oblasti skladuje.

Pro minimalizaci přenosu kolísání z jednoho redukčního procesu na druhý se kolísání tlaku v taviči zplyňovací oblasti vyrovnává přimícháváním jedné části reakčního plynu, vyvíjeného v taviči zplyňovací zóně, k výstupnímu plynu, odtahovanému z redukční zóny, před prováděním odstraňování CO₂.

S výhodou se v další redukční oblasti redukuje jemná železná ruda způsobem vířivého lože, a odvětvený redukční plyn se přivádí do další redukční zóny obtokem ohřevu výstupního plynu, přičemž se účelně provádí přímá redukce způsobem vířivého lože dvou nebo vícestupňovým způsobem.

Zařízení k provádění způsobu obsahuje redukční pec pro železnou rudu, výhodně kusovou nebo ve formě pelet, taviči generátor, přívod redukčního plynu, spojující tavící generátor s redukční pecí, dopravní vedení pro produkt redukce vytvářený v redukční peci, spojující redukční pec s tavícím generátorem, odvod výstupního plynu, vycházející z redukční pece a ústící do zařízení pro odstraňování oxidu uhličitého, přívody plynu obsahujícího kyslík a nosiče uhlíku, ústící do tavícího generátoru, výpust surového železa a strusky, uspořádanou na tavícím generátoru, a alespoň jeden přídavný redukční reaktor pro příjem železné rudy, přívod redukčního plynu k tomuto přídavnému redukčnímu reaktoru, vycházející od zařízení pro odstraňování oxidu uhličitého, přičemž zařízení pro odstraňování oxidu uhličitého je napojeno výlučně na tento přídavný redukční reaktor, odvod odplynu z tohoto přídavného redukčního reaktoru, a vynášecí zařízení pro redukční produkt, vytvářený v tomto přídavném redukčním reaktoru. Podle vynálezu se přívod redukčního plynu přídavného redukčního reaktoru vede přes ohřívací zařízení pro výstupní plyn, zbavený oxidu uhličitého, a ústí do přídavného redukčního reaktoru, a z přívodu redukčního plynu, spojujícího taviči generátor s redukční pecí, vychází odbočovací vedení, které obchází obtokem zařízení pro odstraňování oxidu uhličitého a ústí do přívodu redukčního plynu přídavného redukčního reaktoru.

Přídavný redukční reaktor je s výhodou vytvořen jako reaktor s pevným ložem, zejména jako šachtová redukční pec.

Podle jednoho výhodného provedení vede odbočka vedení obtokem jak kolem zařízení pro odstraňování CO₂, tak kolem ohřívacího zařízení, které popřípadě zahrnuje zařízení pro

-3 CZ 285427 B6 dodatečné spalování, a ústí do přívodu redukčního plynu do přídavného reaktoru s pevným ložem.

Podle jednoho výhodného provedení je přídavný redukční reaktor vytvořen jako reaktor s vířivým ložem, přičemž s výhodou jsou uspořádány dva nebo více reaktorů s vířivým ložem, zapojené v sérii.

Na odbočce vedení je s výhodou uspořádán tlumicí zásobník, který je účelně přemostitelný obtokovým vedením.

Pro minimalizaci přenosu kolísání mezi oběma redukčními procesy je odbočka vedení s výhodou propojitelná přes vyrovnávací vedení s odvodem výstupního plynu před jeho zaústěním do zařízení pro odstraňování CO₂.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím tří příkladů provedení, schematicky znázorněných na výkresech, na kterých představují obr. 1 až 3 vždy jedno provedení vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Do první šachtové redukční pece 1, tvořící reaktor s pevným ložem, se zaváží shora přes dopravní zařízení 2 kusová železná ruda a/nebo železná ruda ve formě pelet, popřípadě s přísadami, přes neznázoměnou propust. Redukční pec 1 je ve spojení s tavícím generátorem 3, ve kterém se vyrábí z uhlí a plynu obsahujícího kyslík redukční plyn, který se přivádí přes přívod 4 do redukční pece J, přičemž v přívodu 4 je popřípadě uspořádáno zařízení 4' pro čištění plynu, výhodně pro suché odprašování.

Taviči generátor 3 má přívod 5 pevného nosiče uhlíku, přívod 6 plynu obsahujícího kyslík, jakož i popřípadě přívody 7 pro nosič uhlíku, kapalný nebo plynný při teplotě okolí, jako jsou uhlovodíky, jakož i pro přísady. V tavícím generátoru 3 se pod taviči zplyňovací oblastí 8 shromažďuje roztavené tekuté surové železo 9 a roztavená tekutá struska 10, které se odpichují výpustí U.

V šachtové redukční peci 1 v první redukční oblasti 12 přímé redukce v pevném loži, tedy redukcí způsobem pevného lože, se železná ruda redukovaná na železnou houbu přivádí spolu s přísadami, spalovanými v první redukční oblasti 12 přímé redukce, dopravním vedením 13, spojujícím redukční pec 1 s tavícím generátorem 3, například pomocí vynášecího šneku. Na homí část redukční pece i navazuje odvod 14 výstupního plynu pro odplyn, vznikající z redukčního plynu v první redukční oblasti 12 přímé redukce.

Odplyn, odtahovaný přes odvod 14 výstupního plynu, se nejprve podrobuje čištění v pračce 15, aby byl zbaven co možná nejdokonaleji prachových částic a aby byl snížen obsah vodní páry, takže je jako výstupní plyn k dispozici pro další použití. Návazně se výstupní plyn dostává pomocí kompresoru 16 do zařízení 17 pro odstraňování, popřípadě oddělování CO₂, (například do CO₂ pračky nebo absorpčního expanzního zařízení), ve kterém se co možná nejúplněji zbaví CO₂ - to znamená alespoň z větší části, výhodně pak zcela. Ze zařízení 17 pro odstraňování CO₂vystupující plyn se popřípadě vede do odsiřovacího zařízení. Výstupní plyn, zbavený CO₂, se přes přívod 9 redukčního plynu vede do druhého reaktoru s pevným ložem, vytvořeného jako šachtová pec, která stejně jako první redukční pec 1 pracuje protiproudově. V této druhé šachtové peci, tvořící první přídavný redukční reaktor 20, se železná ruda v kusové formě nebo

-4CZ 285427 B6 ve formě pelet rovněž redukuje v další redukční oblasti 21 způsobem pevného lože. Je zde vytvořen i odpovídající přívod rudy 20' a vynášecí zařízení 20 železné houby.

Protože se výstupní plyn čištěním silně ochladí, podrobuje se před zavedením do prvního přídavného redukčního reaktoru 20 ohřevu. Ohřev se provádí ve dvou stupních: vyčištěný výstupní plyn se nejprve v prvním stupni podrobuje nepřímému ohřevu, pro který slouží první ohřívací zařízení 22. vytvořené jako tepelný výměník. Tepelný výměník (rekuperátor) využívá tepla vyčištěného výstupního plynu, který se vedením 23 výstupního plynu odtahuje ze druhé redukční pece, tvořící zde první přídavný redukční reaktor 20. Přídavně se ještě přes vedení 24 přivádí plyn, obsahující kyslík (kyslík je přítomen v molekulární formě), jako vzduch, do hořáku v prvním ohřívacím zařízení 22. Návazně se ohřátý výstupní plyn podrobuje dodatečnému spalování, a to ve druhém ohřívacím zařízení 25 pro dodatečné spalování, ve kterém se spaluje část vyčištěného výstupního plynu za pomoci přívodu 26 kyslíku. Tím dosáhne vyčištěný výstupní plyn teploty, potřebné pro redukci v prvním přídavném redukčním reaktoru 20, která leží v oblasti teplot mezi 600 a 900 °C.

Odplyn, odtahovaný z prvního přídavného redukčního reaktoru 20 ,se rovněž podrobuje čištění a chlazení v pračce 27 výstupního plynu, aby se vyčistil od prachových částic a aby se snížil obsah vodní páry, načež se může jako výstupní plyn odvést pro další využití. Část výstupního plynu se vedením 23 výstupního plynu přivádí k prvnímu ohřívacímu zařízení 22. Další část výstupního plynu, vyskytujícího se v prvním přídavném redukčním reaktoru 20, se pomocí kompresoru 28 přivádí rovněž do zařízení 17 pro odstraňování CO₂, a to buď přímo, nebo podle znázorněného příkladu provedení přes dopravní vedení 29, které ústí do odvodu 14 výstupního plynu, a je tak, po odstranění CO₂, jako recyklovaný redukční plyn k dispozici pro první přídavný redukční reaktor 20. Část výstupního plynu z prvního přídavného redukčního reaktoru 20 se přes odvod 30 výstupního plynu vede pro účely jiného využití.

Část redukčního plynu, vznikajícího v tavícím generátoru 3, se pomocí odbočovacího vedení 31, které odbočuje z přívodu 4, přivádí podle obr. 1 do mokré pračky 32 a po provedení čištění se zaústěním odbočovacího vedení 31 do přívodu 19 redukčního plynu mísí s výstupním plynem zbaveným CO₂, vystupujícím ze zařízení 17 pro odstraňování CO₂. Míšení se provádí před zaústěním vedení 19 redukčního plynu do prvního ohřívacího zařízení 22. takže část redukčního plynu, vytvořeného v tavícím generátoru 3, ochlazená v mokré pračce 32, se rovněž uvede prvním ohřívacím zařízením 22 a následujícím druhým ohřívacím zařízením 25 pro dodatečné spalování na teplotu, potřebnou pro přímou redukci. V odbočovacím vedení 31 je uspořádán tlumicí zásobník 3Γ, pomocí kterého se může objemový průtok redukčního plynu, přimíchávaného k výstupnímu plynu, zbavenému CO₂ (s recyklovaným redukčním plynem), odbočovacím vedením 31 udržovat do značné míry konstantní. Tlumicí zásobník 31' může být vytvořen jako vysokotlaký nebo jako nízkotlaký zásobník. Tlumicí zásobník 31'je přemostitelný obtokem 31.

Část redukčního plynu, opouštějícího mokrou pračku 32, se přes vedení 33 s kompresorem 34 zavádí opět do přívodu 4, čímž se redukční plyn, vystupující z tavícího generátoru 3 ve velmi horkém stavu, před vstupem do zařízení 4' pro čištění plynu kondicionuje, zejména pro ochlazení na teplotu vhodnou pro proces přímé redukce v redukční peci 1. Přes čárkovaně znázorněné vyrovnávací vedení 35 se popřípadě může redukční plyn přimísit k výstupnímu plynu, vystupujícímu z redukční pece 1, za účelem udržení konstantního tlaku v systému rozdělením tlakových rázů do vyrovnávacího vedení 35 a odbočovacího vedení 31.

Protože podle vynálezu se nikoliv nepodstatný podíl objemového toku redukčního plynu, přiváděného do prvního přídavného redukčního reaktoru 20, nevede do zařízení 17 pro odstraňování CO₂, nýbrž se mísí ve směru proudu redukčního plynu teprve za ním s částí redukčního plynu, přicházející ze zařízení 17 pro odstraňování CO₂, je možné podstatné zmenšení velikosti zařízení 17 pro odstraňování CO₂.

-5CZ 285427 B6

Podle vynálezu se získá úspora až asi 30 % (za zvláštních okolností i více) investičních nákladů na zařízení 17 pro odstraňování CO₂. Další podstatná výhoda vynálezu spočívá vtom, že se vyskytuje malý objemový tok odplynu, vystupujícího ze zařízení 17 pro odstraňování CO₂ a tím je dána také úspora investic na odsiřovací zařízení J8.

K. tomu přistupuje zvýšení využití redukujících látek redukčního plynu, přiváděného do prvního přídavného redukčního reaktoru 20, neboť z redukčního plynu, který se přivádí do tohoto prvního přídavného redukčního reaktoru 20 obtokem kolem zařízení 7 pro odstraňování CO₂, se žádné redukující látky nemohou ztrácet odplynem zařízení 17 pro odstraňování CO₂. Tím je umožněn také vyšší zbytkový obsah CO₂ ve výstupním plynu po odstranění CO₂, což přináší další úspory při dimenzování a také při provozu zařízení 17 pro odstraňování CO₂, a umožňuje větší tolerance pro kolísání obsahu CO₂ výstupního plynu, zbaveného CO₂. Tím se zjednodušuje řízení procesu.

Celkově se získá lepší kvalita redukčního plynu, přiváděného do prvního přídavného redukčního reaktoru 20, a tím vyšší produktivita.

Podle provedení, znázorněného na obr. 2, se část redukčního plynu, vytvářeného v tavícím generátoru 3 po průchodu zařízením 4' pro čištění plynu, zde výhodně odprašovacím cyklonem, přimíchává bez praní, to znamená aniž by procházela pračkou, v horkém stavu pomocí odbočovacího vedeni 31 do směsi redukčního plynu, tvořené recyklovaným redukčním plynem a výstupním plynem, zbaveným CO₂, a to poté, co směs redukčního plynu prošla prvním ohřívacím zařízením 22 a druhým ohřívacím zařízením 25 pro dodatečné spalování. Tím může být, navíc k výhodám provedení, znázorněného na obr. 1, přivedeno do procesu přímé redukce v prvním přídavném redukčním reaktoru 20 a tím účinně využito také zjevné teplo redukčního plynu, vytvářeného v tavícím generátoru 3. Tím je možné dosáhnout úspor nejen u zařízení 17 pro odstraňování CO₂ a při dimenzování prvního ohřívacího zařízení 22, zde tepelného výměníku, a druhého ohřívacího zařízení 25 pro dodatečné spalování, ale během provozu vznikají také úspory energie.

Horký odvětvený redukční plyn má sice po průchodu zařízením 4' pro čištění plynu, zde odprašovacím cyklonem, ještě zbytkový obsah prachu, který však v systému nevadí, neboť smísením tohoto horkého odvětveného redukčního plynu s recyklovaným redukčním plynem a výstupním plynem, zbaveným CO₂, se obsah prachu velmi zředí. Není proto třeba se obávat vlivu prachu na proces přímé redukce ve druhé redukční peci 20.

V provedení, znázorněném na obr. 3, jsou jako další, popřípadě přídavné uspořádány dva do série za sebou zařazené přídavné redukční reaktory 36, 37 s vířivým ložem, přičemž jemná ruda se vede pomocí přívodu 38 jemné rudy do druhého přídavného redukčního reaktoru 36 s vířivým ložem a z něho pomocí dopravního vedení 39 ke třetímu přídavnému redukčnímu reaktoru 37 s vířivým ložem, zařazenému za ním. Materiál (železná houba), vyredukovaný v přídavných redukčních reaktorech 36, 37 vždy v oblasti 40 přímé redukce způsobem vířivého lože, se po úplné redukci vede ze třetího přídavného redukčního reaktoru 37 s vířivým ložem do briketovacího zařízení 41, kde se za tepla nebo za studená briketuje. Jemná ruda se před zavedením do druhého přídavného redukčního reaktoru 36 s vířivým ložem upravuje, například sušením, což však není blíže znázorněno..

Redukční plyn, přiváděný do třetího přídavného redukčního reaktoru 37 s vířivým ložem pomocí přívodu 19 redukčního plynu, se vede pomocí vedení 42 plynu v protiproudu k postupu rudy od třetího přídavného redukčního reaktoru 37 s vířivým ložem ke druhému přídavnému redukčnímu reaktoru 36 s vířivým ložem, tzn. oblastmi 40 přímé redukce způsobem vířivého lože, a jako odplyn, popřípadě po čištění jako výstupní plyn, se odvodem 30 výstupního plynu odvádí ze druhého přídavného redukčního reaktoru 36 s vířivým ložem, který je ve směru postupu rudy zařazen jako první.

-6CZ 285427 B6

Vynález se neomezuje na příklady provedení, znázorněné na výkresech, nýbrž může být v různých ohledech modifikován. Například je možné místo šachtové redukční pece 1, pracující způsobem pevného lože, provádět redukci jemné rudy způsobem vířivého lože, nahradit tedy šachtovou redukční pec 1 jedním nebo více reaktory s vířivým ložem.

Dále je také možné podrobit odvětvenou část redukčního plynu, vytvářeného v tavícím generátoru 3, nejen suchému odprašování, ale také praní, ave studeném stavu přimísit k výstupnímu plynu z redukční pece 1, zbavenému CO₂ a ohřátému, za ohřívacím zařízením 22, 25. V tomto případě se tento výstupní plyn ohřeje na poněkud vyšší teplotu, takže se vyrovnává přimíšení odvětvené studené části redukčního plynu. Topné zařízení při tomto způsobu se však rovněž dimenzuje podle objemového toku výstupního plynu, takže je rovněž možné proti stavu techniky uspořit investiční náklady.

V případě, že je k dispozici zemní plyn, by místo zařízení 17 pro odstraňování CO₂ mohl být uspořádán reformér, přičemž v tomto případě může odpadnout zvláštní ohřívací zařízení 22, 25.

Dále bude způsob podle vynálezu blíže objasněn proti způsobu podle stavu techniky pomocí dvou příkladů.

Příklad podle stavu techniky (hodnoty v tabulce jsou zaokrouhleny) :

Ze šachtové redukční pece J zařízení, vytvořeného například podle AT B 396 255, se odtahuje výstupní plyn, pere se a v množství 167 411 Nm³/h je k dispozici o chemickém složení, uvedeném v tabulce.

Tabulka I

CO

CO₂

H₂h₂o h₂s

CH4

N₂, Ar

47%

25% 22°%

2%

100 ppm %

3%

Tento plyn se po stlačení kompresorem podrobuje v zařízení pro odstraňování CO₂ odstranění CO₂, a to konkrétně vyprání.

Ze zařízení pro odstraňování CO₂ se uvolňuje odplyn, obsahující CO₂, který jde k likvidaci, a to v množství 50 811 Nm³/h, o chemickém složení, uvedeném v tabulce II.

Tabulka II

CO

CO₂

H₂h₂o h₂s

CH4

N₂, Ar

14%

77%

3%

5%

317 ppm %

%

Výstupní plyn, co nejdokonaleji zbavený CO₂, který je nyní k dispozici jako redukční plyn pro další redukční proces v množství 115 643 Nm³/h, má chemické složení, uvedené v tabulce III.

Tabulka ΠΙ

CO

CO₂

H₂h₂o h₂s

CH4

N₂, Ar

62%

3%

30%

0% ppm %

4%

Tento redukční plyn se ještě musí ohřát na teplotu, potřebnou pro přímou redukci. Po ohřátí je k dispozici v množství 116 585 Nm³/h o chemickém složení, uvedeném v tabulce TV.

Tabulka IV
CO	59%
CO₂	5 %
h₂	28%
h₂o	2%
h₂s	6 ppm
CH,	1 %
N₂, Ar	4%

V tomto příkladu se výstupní plyn, vznikající v dalším redukčním procesu, nerecykluje, tzn. nepřivádí se do zařízení pro odstraňování CO₂, takže nepřichází znovu jako redukční plyn do dalšího procesu přímé redukce.

Příklad podle vynálezu (hodnoty v tabulce jsou zaokrouhleny):

Z redukční pece 1 vystupuje výstupní plyn, který je po vyprání k dispozici pro další využití v množství 127 458 Nm³/h o chemickém složení, uvedeném v tabulce V.

Tabulka V

CO

CO₂

H₂h₂o h₂s

CH4

N₂, Ar

42%

32%

20%

2%

100 ppm %

%

Tento vypraný výstupní plyn se stlačuje pomocí kompresoru 16 a podrobuje se odstraňování CO₂, například v adsorpčním expanzním zařízení, tvořícím tak zařízení 17 pro odstraňování CO₂. Ze zařízení 17 pro odstraňování CO₂ vystupuje odplyn v množství od 47 011 Nm³/h, o chemickém složení, uvedeném v tabulce VI.

Tabulka VI

CO	10%
co₂	82%
h₂	2%
h₂o	4%
h₂s	261 ppm

-8CZ 285427 B6

CH4 N₂, Ar

Výstupní plyn, vystupující ze zařízení 17 pro odstraňování CO₂, přiváděný pomocí přívodu 19 redukčního plynu do další redukční oblasti 21 dalšího procesu přímé redukce, přichází v množství 79 718 Nm³/h a o chemickém složení, uvedeném v tabulce VII.

Tabulka VII

C

CO₂

H₂h₂o h₂s

CH4

N₂, Ar %

3% 30%

0% ppm %

4%

Podle vynálezu se redukční plyn, vystupující z tavícího generátoru 3, odvětvuje pomocí odbočovacího vedení 31, a to v množství 39 952 Nm³/h, o chemickém složení, uvedeném v tabulce VIII.

Tabulka VIII

CO	63%
co₂	3 %
h₂	29 %
h₂o	2%
h₂s	200 ppm
CH4	1 %
N₂,Ar	2%

Tento odvětvený redukční plyn se mísí s výstupním plynem, zbaveným CO₂, vystupujícím ze zařízení 7 pro odstraňování CO₂, a tvoří tak redukční plyn pro další redukční oblast 21 přímé redukce. Je k dispozici v množství 119 670 Nm³/h a má chemické složení, uvedené v tabulce IX.

Tabulka IX

CO

62%

CO₂h₂h₂o h₂s

CH4

N₂,Ar

3% 30°° %

ppm %

4%

Tento směsný plyn se nyní musí ohřát v prvním ohřívacím zařízení 22, popřípadě ve druhém ohřívacím zařízení 25 pro dodatečné spalování. Po ohřátí v množství 120 622 Nm³/h a o chemickém složení, uvedeném v tabulce X, se zavádí do prvního přídavného redukčního reaktoru 20, kde slouží k přímé redukci v další redukční oblasti 21.

Tabulka X

CO 59 %

CO₂ 5 %

-9CZ 285427 B6

H₂h₂o h₂s

CH4

N₂, Ar

28%

2% ppm %

4%

Také při tomto příkladu provedení vynálezu je redukční plyn, přiváděný do další redukční oblasti 21, bez recyklovaného redukčního plynu, což znamená, že výstupní plyn, vystupující z další redukční oblasti 21, se nepřivádí dopravním vedením 29 do zařízení 17 pro odstraňování CO₂, nýbrž slouží výlučně pro vnější spotřebitele.

Jak je zřejmé z porovnání obou příkladů, výhody způsobu podle vynálezu proti stavu techniky jsou následující:

- Kompresor 16 výstupního plynu může být dimenzován na 3/4 kapacity.

Oddělené vedení výstupního plynu, odtahovaného z redukční pece 1, a redukčního plynu, odvětveného z tavícího generátoru 3, působí zmenšení regulačního kolísání, takže:

- kompresor 16 může pracovat rovnoměrněji,

- kompresor 16 může být dimenzován s menší rezervou, regulace kompresoru 16 se zjednoduší,

- snadněji se v důsledku menšího kolísání objemu, který se zpracovává, udržuje konstantní ztráta tlaku v zařízení 17 pro odstraňování CO₂, a

- provoz zařízení 17 pro odstraňování CO₂ se stává klidnějším, takže se zařízení může snadněji provozovat.

- Spotřeba elektrického proudu na tunu produktu je asi o 15 % nižší, neboť:

- motor pro kompresor 16 může být dimenzován o více než 25 % menší a může být zatížen rovnoměrněji.

- Využití redukujících látek v redukčním, plynu, přiváděném odbočovacím vedením 31, je 100 %, čímž je dosaženo o asi 3 až 4 % vyšší výroby.

- Zásobníky redukčního plynu, přiváděného pro další redukční oblast 21, se využijí pro lepší napájení ohřívacího zařízení 22, 25.

- Zařízení 17 pro odstraňování CO₂ se může dimenzovat podstatně menší.

- Do zařízení 7 pro odstraňování CO₂ se přivádí výstupní plyn s vyšším parciálním tlakem CO₂.

- Zbytkový obsah CO₂ ve výstupním plynu, zbavovaném CO₂, se nemusí dodržovat tak přesně, kolísání se zřeďuje, tj. vyrovnává redukčním plynem, přiváděným pomocí odbočovacího vedení 3L

- V odplynu zařízení 17 pro odstraňování CO₂ je nepatrný obsah H₂S, a odpadá méně odplynu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob výroby tekutého železa nebo tekutého ocelového polotovaru a železné houby ze vsázky, tvořené železnou rudou, zejména v kusové formě a/nebo ve formě pelet, a popřípadě přísadami, přičemž se vsázka v první redukční oblasti (12) přímo redukuje na železnou houbu, železná houba se taví v taviči zplyňovací oblasti (8) za přívodu nosiče uhlíku a plynu obsahujícího kyslík, a vyrábí se redukční plyn obsahující oxid uhelnatý a vodík, který se zavádí do první redukční oblasti (12), kde se přeměňuje a odtahuje jako výstupní plyn, a přičemž se odtahovaný výstupní plyn podrobuje odstraňování oxidu uhličitého, načež se jako redukční plyn, alespoň z převážné části zbavený oxidu uhličitého, spolu s Částí redukčního plynu, vznikajícího

- 10CZ 285427 B6 v tavící zplyňovací oblasti (8) pro výrobu železné houby, zavádí výlučně do další redukční oblasti (21) k přímé redukci železné rudy, vyznačující se tím, že od části redukčního plynu, vyvíjeného v taviči zplyňovací oblasti (8), vedeného výlučně do další redukční oblasti (21), se část odvětvuje a vede se do další redukční oblasti (21) obtokem kolem stupně odstraňování oxidu uhličitého, a že se výstupní plyn po zbavení oxidu uhličitého ohřívá.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že v další redukční oblasti (21) se železná houba vyrábí ze železné rudy, s výhodou kusové nebo ve formě pelet, způsobem pevného lože.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že odvětvená část redukčního plynu se před zaváděním do další redukční oblasti (21) přímé redukce v pevném loži mísí s odváděným plynem, který se předtím podrobuje odstraňování oxidu uhličitého, za vzniku směsného redukčního plynu.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že odvětvená část redukčního plynu se podrobuje odprašování a praní, a že se směsný redukční plyn ohřívá.

5. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se ohřívá jen výstupní plyn, který byl podroben odstraňování oxidu uhličitého, a po ohřátí se smísí s odvětvenou částí redukčního plynu, která se obtokem vyhnula jak odstraňování oxidu uhličitého, tak také ohřevu.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že odvětvená část redukčního plynu se podrobuje odprašování, nikoliv však praní.

7. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že odvětvená část redukčního plynu se podrobuje odprašování a praní, a že výstupní plyn, kteiý byl podroben odstraňování oxidu uhličitého, se ohřívá na teplotu nad požadovanou teplotou redukčního plynu pro další redukční oblast (21).

8. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že odvětvená část redukčního plynu se, je-li v přebytku, před zaváděním do další redukční oblasti (21) skladuje.

9. Způsob podle jednoho nebo více z nároků laž8, vyznačující se tím, že kolísání tlaku v tavící zplyňovací oblasti (8) se vyrovnává přimícháváním části redukčního plynu, vyvíjeného v taviči zplyňovací oblasti (8), k výstupnímu plynu, odtahovanému z první redukční oblasti (12) před prováděním odstraňování oxidu uhličitého.

10. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1, 5, 6, 7, 8, 9, vyznačující se tím, že se v další redukční oblasti (21) redukuje jemná ruda způsobem vířivého lože, a že odvětvený redukční plyn se přivádí do další redukční oblasti (21) obtokem kolem ohřevu výstupního plynu.

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že se přímá redukce způsobem vířivého lože provádí ve dvou nebo více stupních.

12. Zařízení k provádění způsobu podle jednoho nebo více z nároků 1 až 11, obsahující redukční pec (1) pro železnou rudu, výhodně kusovou nebo ve formě pelet; tavící generátor (3); přívod (4) redukčního plynu, spojující tavící generátor (3) s redukční pecí (1); dopravní vedení (13) pro produkt redukce vytvářený v redukční peci (1), spojující redukční pec (1) stavícím generátorem (3); odvod (14) výstupního plynu, vycházející z redukční pece (1) a ústící do zařízení (17) pro odstraňování oxidu uhličitého; přívody (6, 7) plynu obsahujícího kyslík a nosiče uhlíku, ústící do tavícího generátoru (3); výpust (11) surového železa (9) a strusky (10),

-11 CZ 285427 B6 uspořádanou na tavícím generátoru (3); a alespoň jeden přídavný redukční reaktor (20, 36, 37) pro příjem železné rudy; přívod (19) redukčního plynu k tomuto přídavnému redukčnímu reaktoru (20, 36, 37), vycházející od zařízení (17) pro odstraňování oxidu uhličitého, přičemž zařízení (17) pro odstraňování oxidu uhličitého je napojeno výlučně na tento přídavný redukční reaktor (20, 36, 37); odvod (30) výstupního plynu z tohoto přídavného redukčního reaktoru (20, 36, 37); a vynášecí zařízení pro redukční produkt, vytvářený v tomto přídavném redukčním reaktoru (20, 36, 37), vyznačující se tím, že přívod (19) redukčního plynu přídavného redukčního reaktoru (20, 36, 37) vede přes ohřívací zařízení (22, 25) pro výstupní plyn, zbavený oxidu uhličitého, a ústí do přídavného redukčního reaktoru (20, 36, 37), a že z přívodu (4) redukčního plynu, spojujícího taviči generátor (3) s redukční pecí (1), vychází odbočovací vedení (31), které obchází obtokem zařízení (17) pro odstraňování oxidu uhličitého a ústí do přívodu (19) redukčního plynu přídavného redukčního reaktoru (20, 36, 37).

13. Zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že přídavný redukční reaktor (20) je vytvořen jako reaktor s pevným ložem, zejména jako šachtová pec, s výhodou pro železnou rudu v kusové formě nebo ve formě pelet.

14. Zařízení podle nároku 12 nebo 13, vyznačující se tím, že odbočovací vedení (31) vede obtokem jak kolem zařízení (17) pro odstraňování oxidu uhličitého, tak kolem ohřívacího zařízení (22), které popřípadě zahrnuje zařízení pro dodatečné spalování, a ústí do přívodu (19) redukčního plynu do přídavného redukčního reaktoru (20, 36, 37).

15. Zařízení podle nároku 12 nebo 14, vyznačující se tím, že přídavný redukční reaktor (36, 37) je vytvořen jako reaktor s vířivým ložem.

16. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že jsou uspořádány dva nebo více přídavných redukčních reaktorů (36, 37) s vířivým ložem, uspořádaných v sérii.

17. Zařízení podle jednoho nebo více z nároků 12 až 16, vyznačující se tím, že v odbočovacím vedení (31) je uspořádán tlumicí zásobník (3Γ).

18. Zařízení podle nároku 17, vyznačující se tím, že tlumicí zásobník (3Γ) je přemostitelný obtokem (31).

19. Zařízení podle jednoho nebo více z nároků 12 až 18, vyznačující se tím, že odbočovací vedení (31) je propojitelné přes vyrovnávací vedení (35) s odvodem (14) výstupního plynu před jeho zaústěním do zařízení (17) pro odstraňování oxidu uhličitého.

3 výkresy

- 12CZ 285427 B6