CZ306094A3 - Process and apparatus for producing iron - Google Patents
Process and apparatus for producing iron Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306094A3 CZ306094A3 CZ943060A CZ306094A CZ306094A3 CZ 306094 A3 CZ306094 A3 CZ 306094A3 CZ 943060 A CZ943060 A CZ 943060A CZ 306094 A CZ306094 A CZ 306094A CZ 306094 A3 CZ306094 A3 CZ 306094A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- reactor
- coal
- stage
- iron
- reducing gas
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 106
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 28
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 74
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 65
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 19
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 19
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 6
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052977 alkali metal sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 abstract description 15
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 9
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 4
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 4
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 4
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 4
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 3
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 3
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000010883 coal ash Substances 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 125000001183 hydrocarbyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000011064 split stream procedure Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
- C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
- C21B13/002—Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
- C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
- Manufacture Of Iron (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu a zařízení pro výrobu železa, při kterém se v prvním stupni redukuje železná ruda reakcí s redukujícím plynem na železo a ve druhém stupni se taví železo a zplynuje se pevný uhlíkatý materiál, přičemž se při zplynování pevného uhlíkatého materiálu vytváří redukující plyn pro použití v prvním stupni.
Dosavadní stav techniky
Většina železa na světe se vyrábí ve vysokých pecích. Primární funkce vysokých pecí je redukovat železnou rudu na železo. Vsázka obsahující železnou rudu, koks a taviči přísady se zavádějí do pece svrchu a vytvářejí vsázkové lože. Vháněný proud předehřátého vzduchu se používá pro spalování koksu pro vytváření oxidu uhelnatého. Oxid uhelnatý redukuje železnou rudu na železo. Teplo uvolněné spalováním koksu se používá pro tavení vyráběného železa. Železo a struska se odebírají zespodu pece jako roztavené produkty.
Jednou nevýhodo popsaného způsobu je to, že se nejprve musí převést uhlí na koks. Tento pochod se vyrábí v koksové peci v redukční atmosféře. Koksové pece jsou jak provozně nákladné, tak i vytvářejí zbytky, které přinášejí problémy, když je nutné je likvidovat ekologicky přijatelným způsobem.
Bylo navrženo vyrábět železnou rudu při přímém použití uhlí. V typickém případě se používá dvoustupňová pec. V horním stupni se železná ruda redukuje na železo reakcí s redukujícím plynem. Výsledné železo se dopravuje do druhého stupně, kde se taví. Druhý stupeň také slouží pro zplynování uhlí částečnými oxidačními reakcemi tak, že se vytváří redukující plyn pro použití v prvním stupni. Takové přímé redukční postupy nyní nacházejí průmyslové použití.
-2Aby se vytvořily potřebné vysoké teploty pro to, aby se železo vytvořené v prvním stupni ve druhém stupni tavilo, se používá jako zdroj kyslíku pro přeměnu uhlí na redukující plyn průmyslově čistý kyslík nebo vzduch obohacený kyslíkem. I tak jsou některá uhlí s vysokým obsahem těkavých složek nevhodná pro použití v přímých redukčních procesech, protože s nimi nemohou být vyvinuty ve druhém stupni přiměřeně vysoké teploty. Kromě toho i u uhlí, která mají nižší obsah těkavých složek a která jsou proto vhodná pro použití v přímém redukčním procesu, může být potřeba kyslíku vysoká.
Vynález si klade za úkol vytvořit způsob přímé redukce železné rudy, který by měl zlepšenou tepelnou účinnost ve srovnání s výše popsanými přímými redukčními způsoby. Zlepšená tepelná účinnost může být například využitkována tím, že se použije uhlí mající relativně vysoké podíly těkavých složek nebo že se sníží spotřeba uhlí a kyslíku.
Podstata vynálezu
Vynález přináší způsob výroby železa, při kterém se v prvním stupni redukuje železná ruda reakcí s redukujícím plynem na železo a ve druhém stupni se taví železo a zplynuje se pevný uhlíkatý materiál, přičemž se při zplynování pevného uhlíkatého materiálu vytváří redukující plyn pro použití v prvním stupni, jehož podstatou je že nejméně 25 % hmotnosti uhlíkatého materiálu je tvořeno částicovým uhelným produktem (coal char), vytvořeným částečnou oxidací uhlí v reaktoru odděleném od prvního a druhého stupně. S výhodou je tvořeno uvedeným uhelným produktem nejméně 75% hmotnosti uvedeného uhlíkatého materiálu a nejvýhodněji tímto částicovým uhelným produktem tvořen veškerý uhlíkatý materiál.
Vynález se také vztahuje na zařízení pro výrobu železa, obsahující první pecní stupeň pro redukování železné rudy na železo reakcí s redukujícím plynem, druhý pecní stupeň
-3pro tavení železa a zplynování pevného uhlíkatého materiálu tak, že se vytváří redukující plyn, které se vyznačuje tím, že zařízení dále obsahuje reaktor oddělený od prvního a druhého stupně pro částečné oxidování částicového uhlí pro vytváření uhelného produktu, a prostředky pro přivádění uhelného produktu do uvedeného druhého pecního stupně, přičemž reaktor je uzpůsoben pro dodávání nejméně 25% hmotnosti pevného uhlíkatého materiálu do druhého pecního stupně.
V běžném dvoustupňovém postupu redukce železné rudy je veškeré uhlí vedeno přímo do druhého nebo tavícího a zplynovacího stupně procesu. Tento stupeň pracuje v typickém případě při teplotě zplynování 1000 až 1300°C a teplotě tavení 1600 až 1700°C. Redukující plyn se vytváří ve druhém stupni a je používán v prvním stupni pro redukování oxidu železa. Redukující plyn se v typickém případě chladí na teplotu pod 1000°C mezi prvním a druhým stupněm. Reakce, které probíhají ve druhém stupni, zahrnují zbavováni uhlí tekavých složek. Reakce mohou potom probíhat při teplotě pod 1000°C. Tepelná energie je tak vyplýtvána v běžném dvoustupňovém postupu při zbavování uhlí těkavých složek, zahříváni produktů zbavování těkavých složek na teplotu mezi 1000 a 1700°C a po té jejich opětným ochlazováním pod 1000°C. Tento nedostatek vynález odstraňuje.
Způsob a zařízení podle vynálezu umožňují pracovat při zlepšené tepelné účinnosti tím, že se nejméně 25% hmotnosti uhlí zbavuje těkavých složek v reaktoru, ve kterém může být udržována teplota podstatně nižší, než ve druhém stupni. Důsledkem toho je, že je možné zajistit snížení spotřeby uhlí a kyslíku při celém způsobu (ve srovnání se známým procesem). Je třejmé, že čím větší podíl uhlí je před druhým stupněm veden do reaktoru, tím větší jsou úspory uhlí a kyslíku. Z tohoto důvodu je dávána přednost tomu, aby v ustáleném stavu bylo při způsobu podle vynálezu přiváděno do reaktoru veškeré uhlí.
-4Další výhodou poskytovanou způsobem a zařízení podle vynálezu je to, že umožňuje dosáhnout snížené míry drobení uhlí na menší částice ve srovnání s běžným stavem techniky a tedy i snížení míry, v níž se vytvářejí jemné částice uhlí (alespoň částečně tím, že se zmenší tepelný šok, jemuž jsou uhelné částice vystaveny). Jemné částice negativně ovlivňují účinnost prvního stupně a také kvalitu železa, použije-li se pěchované uhelné lože na dně druhého stupně. Kromě toho snižuje tvorba jemných částic zatížení jakéhokoli systému, spojeného s druhým stupněm.
Částicové uhlí může být částečně oxidováno v reaktoru při teplotě v rozmezí od 400 do 1200°C. Extrémní hodnoty tohoto rozmezí nejsou výhodné. Teplota částečné oxidace je s výhodou v rozmezí od 500 do 1000°C.
Do reaktoru může být přiváděn vzduch, kyslíkem obohacený vzduch nebo kyslík, aby se zúčastnil částečné oxidace uhlí. Částečná oxidace uhlí v reaktoru vytváří topný (výhřevný) plyn. Topný plyn může být použit jako reaktant v prvním stupni způsobu podle vynálezu. Alternativně může být vynášen pro použití vně prvního stupně. Je-li topný plyn použit jako reaktant v prvním stupni, je vhodné zavádět do reaktoru kyslík, s výhodou vzduch obohacený kyslíkem a vzduch, aby se zúčastnil při částečné oxidaci uhlí. Je-li topný plyn vynášen, je typicky větší volnost pokud jde o volbu provoznách podmínek reaktoru. Pro určité účely použití vynášeného topného plynu je žádoucí používat jako reaktant při částečné oxidaci uhlí vzduch přednostně před kyslíkem. V důsledku může být celková míra spotřeby (čistého) kyslíku při způsobu podle vynálezu dále snížena.
Vynášený topný plyn může být například používán jako přívodní plyn do zařízení pro přímou redukci železné rudy nebo pro vývin páry nebo pro výrobu elektřiny. V některých
-5případech použitá vynášeného topného plynu je možné ho spalovat pro vytváření horkých spalin, nechat horké spaliny se rozpínat v turbině s vytvářením vnější práce, která může zahrnovat práci pro pohon kompresoru, který přivádí vzduch do reaktoru.
j V případě potřeby může být výstupní plyn z prvního stupně způsobu podle vynálezu veden do reaktoru. Tento krok může být použit pro řízení přeměny uhlíku a teploty reaktoru. Jelikož je má však výstupní plyn redukční povahu, buou muset být přívody uhlí a kyslíku do reaktoru vyšší se zvyšující se mírou recyklaci výstupního plynu do reaktoru. Je proto dávána přednost tomu, aby se nechalo vstipovat do reaktoru méně než 20% hmotnosti výstupního plynu z prvního stupně.
V případě potřeby může být přidávána do reaktoru vodní pára, aby se zabránilo tvorbě sazí.
Jestliže se má topný plyn vytvářený v prvním reaktoru vynášet pro použití vně tohoto stupně, zavádí se s výhodou do reaktoru oxid nebo uhličitan kovu alkalických zemin nebo alkalického kovu, pro převádění sirovodíku na odpovídající sulfid kovu alkalických zemin nebo alkalického kovu během částečné oxidace uhlí. S výhodou se používá pro tento účel vápník (vápno).
Má-li se topný plyn, vytvořený v reaktoru, použít jako reaktant v prvním stupni, s výhodou se mísí v oblasti mezi prvním a druhým stupněm s alespoň části redukčního plynu vytvořeného ve druhém stupni. V případě potřeby může být topný plyn předhlazován, například vodou nebo vodní parou. Určitý částicový materiál se s výhodou odděluje od směsi topného plynu a redukujícího plynu, například v cyklónu pracujícím s výhodou při teplotě 800 až 900°C. Jedna část výstupního plynu se s výhodou vede přímo do prvního stupně ja
-6ko redukující plyn a druhá část se s výhodou prudce ochlazuje přímým stykem s vodou pro odstraňování dalších částic a alespoň její díl se recykluje na protiproudovou stranu cyklónu. V případě potřeby může být vodní píra oddělována od plynné směsi v kondenzátoru mezi chladicí oblastí a cyklónem.
Částečná oxidace částicového uhlí se s výhodou provádí ve fluidním loži. Fluidní lože může mít rovnoměrnou průtočnou rychlost plynu. S výhodou je však fluidní lože vřídlového nebo kráterového typu nebo je jinak opatřeno jednou nebo více cirkulačními oblastmi.
Částicový uhelný produkt se s výhodou zavádí horký (např. při teplotě nad 400°C) a s výhodou kontinuálně do druhého stupně. Může být použit šnekový plnič pro kontinuální plnění uhelného produktu z reaktoru do prvního pecního stupně. Přívod uhelného produktu se s výhodou provádí tak, aby se minimalizovala doba pobytu vně jedno nebo druhého z reaktorů a druhého stupně a tím se minimalizovala ztráta teploty, když je uhelný produkt mezi reaktorem a druhým stupněm.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr.l zjednodušené provozní schéma prvního provedeni zařízení pro výrobu železa z železné rudy a obr.2 zjednodušené provozní schéma prvního provedení zařízení pro výrobu železa z železné rudy.
Příklady provedení vynálezu
Na obr.l je znázorněná dvoustupňová pec pro práci v postupu COREX. Pec obsahuje horní svislou šachtovou pec 2, která tvoři první stupeň způsobu podle vynálezu, a dolní tavící a zplynovací pec 4, která tvoří druhý stupeň způsobu podle
-Ίvynálezu. Postup práce šachtové pece 2 a taviči a zplynovací pece 4 je ve stručnosti následující. Odměřená množství kusové nebo peletizované rudy nebo ve formě slinutých oxidů železa, vápna a dolomitu se vsazují přímo do horní části pece 2. vstupem 2· Současně se do pece vefukuje redukující plyn o vysoké teplotě, obsahující oxid uhelnatý a vodík, a to v její výškově mezilehlé oblasti. Redukující plyn se pohybuje vzhůru proti sestupujícímu proudu rudy k vrchu pece 2, kde je odtahován. Při sestupování horkým plynem se vápno a dolomit vypalují a ruda se převádí na houbovité železo. K odvádění houbovitého železa jsou použity šnekové dopravníky 8, které odebírají houbovité železo požadovanou rychlostí, a odebírané houbovité železo se nechává padat gravitačně přímo do zplynovací a tavící pece 4.
Zplynovací a taviči pece 4 je typu mající ve své spodní části neznázorněnou nístěj, neznázornéné pěchované lože upraveného uhelného produktu, neznázornéné fluidní lože na pěchovaným ložem a nejhořejší volné pásmo. Potrubím 5 se neznázorněnými výfučnami vhání do oblasti fluidního lože zplynovací a tavící pece 4 kyslík nebo kyslíkem obohacený plyn, a uhlí je tím zplynováno. Výsledný redukující plyn je odváděn, nechá se procházet cyklónem 10 za účelem oddělování unášených částic a dělí se. Část rozděleného proudu poskytuje redukující plyn pro hlavní pec. Houbovité železo, spadávající vlastní tíží do oblasti fluidního lože zplynovací a taviči pece 4_ z pece 2 se taví. Tekuté železo a struska, kde struska obsahuje uhelný popel, vápno a dolomit, klesají do nístěje a oddělují se přirozeně do dvou vrstev vzhledem k rozdílu hustoty mezi těžším železem a lehčí struskou. Tekuté železo se tak odebírá ze spodní části zplynovací a tavící pece 4 výstupem 7 a struska výstupem 9.
Podle vynálezu se veškeré uhlí použité ve zplynovací a tavící peci 4 zpracovává v předřazeném reaktoru 6 na předupravený uhelný produkt.
-8Za chodu znázorněného zařízení podle vynálezu jsou do reaktoru 6 přiváděny částicové uhlí, průmyslově čistý kyslík a recyklovaný redukující plyn. Částicové uhlí, v typickém případě mající průměrnou velikost částic v rozmezí 12 až 50 mm a vytvořené v typickém případě běžným způsobem mletí uhlí na hrubo, se vede do reaktoru 6 vstupem 12. Uhlí může být vedeno do vstupu 12 jakýmkoli vhodným prostředkem, zahrnujícím v typickém případě pnematickou dopravu v neutrální nebo redukující atmosféře nebo dokonce vzduchu. Uhlí se mísí v reaktoru 6 s proudem kyslíku přiváděným vstupem 14. Není nutné, aby proud kyslíku byl čistý. S výhodou je však molárni podíl nejméně 0,85. Uhlí se také mísí v reaktoru 6 s proudem redukujícího plynu, sestávajícího v podstatě z oxidu uhelnatého, oxidu uhličitého a vodní páry, který se zavádí do reaktoru 2 vstupem 16,. V případě potřeby může být přídavná pára přiváděna vstupem 17, aby se zabránělo tvorbě sazí v reaktoru 6.
Reaktor 6 je udržován při takové teplotě, zejména v rozmezí od 600 do 1000°C a relativní rychlosti přívodu uhlí, kyslíku a redukujícího plynu do reaktoru jsou zvoleny tak, že dochází k částečné oxidaci uhlí. V reaktoru dochází v několika rozdílným chemickým reakcím. Hlavní reakce zahrnují vyvíjení těkavých uhlovodíků, oxidaci pevného uhlí na oxid uhličitý, oxidaci vytékaných uhlovodíků na oxid uhličitý a vodní páru, redukci oxidu uhličitého uhlíkem na oxid uhelnatý, a reakci vodní páry s uhlíkem pro vytvořeni oxidu uhelnatého a vodíku. Dále dochází k vratné reakci mezi oxidem uhelnatým a vodní parou pro vytváření oxidu uhličitého a vodíku. Tyto reakce jsou vyjádřitelné následujícími rovnicemi :
C (pevný) + 02 -> C02
Cn Hy (pevný) -> Cn Hy (plyn) [Cn Hy = uhlovodík] Cn Hy (plyn) + (4n + y)/2 02 -> nC02 + y/2 H20
-9C02 + C -> 2C0
C + h2o -> CO + h2
CO + h2o -> co2 + h2 <Reakce, v nichž se účastni elementární uhlík, probíhají mnohem pomaleji než ostatní reakce. Převládající reakce jsou vývin uhlovodíků a oxidace těchto uhlovodíků pro tvorbu vodíku, oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého. Mohou se vytvářet malá množství různých plynných nečistot, jako je sirovodík nebo amoniak. Typické složení suchých složek je následuj íci:
| Složka | Procent.pod.hmotnosti |
| H2 CO | 31,8 63,0 |
| co2 N2 nh3 | 0,5 3,7 1,0 |
Složení toho proudu však nemá rozhodující význam.
Reaktor 6 může mít jakýkoli z řady různých tvarů nebo forem. S výhodou se částečná oxidace přicházejícího uhlí provádí v loži. V typickém případě plynné produkty částečné oxidace, vystupující z lože, vynášejí nejjemnější částice výsledného předupraveného uhelného proudktu. Takové částice mají v typickém případě velikost méně než 0,1 mm (jak bude uvedeno níže, jsou tyto částice udržovány mimo redukční šachtovou pec). Zbytková frakce relativně hrubých částic uhelného produktu tak zůstává v loži a může z něj být kontinálné odebírána.
Lože částicového uhelného produktu, vytvářené v reaktoru 6, je s výhodou fluidní lože. Reaktor 6 má s výhodou takový tvar, že podporuje relativně krátkou dobu pobytu
-10uhelného produktu v loži pro udržování míry zplynování samotného uhelného produktu, k němuž dochází v reaktoru 6, na minimu. Fluidní lože má s výhodou rozepnutí pouze 10 až 40% objemu nefluidizovaného lože a může se jednat o lože vřídlovitého nebo kráterovítého typu nebo lože jakéhokoli jiného provedení umožňující recirkulaci plynu a částic v loži.
Z vrchu reaktoru 6 se odebírá proud topného plynu výstupem 18 při teplotě přibližně 750°, který se mísí se dvěma dalšími plynnými proudy. První z těchto plynných proudů je redukující plynný proud, který opouští vrch tavící a zplynovací pece 4 výstupem 22. Proud redukujícího plynu sestává v podstatě z oxidu uhelnatého a vodíku a obsahuje malé podíly oxidu uhličitého, amoniaku, dusíku a sirovodíku. Proud redukujícího plynu je také silně plněn částicemi a v typickém případě opouští taviči a zplynovací pec 4 při teplotě typicky v rozmezí 1000 až 1300°C. Pro přípravu takového plynu pro použití jako redukčního činidla v šachtové peci 2 je zapotřebí nejprve zbavit plyn většiny nebo všech jeho částic. Odstraňování částic z redukujícího plynu se provádí v cyklónu 10., s výhodou při teplotě v rozmezí od 800 do 900°C. Mícháni redukujícího plynu z taviči a zplynovací pece 4. s topným plynem napomáhá snižovat teplotu redukujícího plynu. Tato teplota se však primárně snižuje jeho mícháním se zchlazovacím plynem, jehož vytváření je popsáno níže.
Plynná směs, sestávající v podstatě z oxidu uhelnatého a vodíku, vstupuje do cyklónu 10 při teplotě v rozmezí od 800 do 900°C vstupem 24.. Částicový materiál je odebírán z plynné směsi v cyklónu 10 a výsledné částice jsou vedeny zpět na vrch taviči a zplynovací pece potrubím 26. Redukující plynný proud, v podstatě prostý částic, opouští cyklón 10 výstupem 28 a je dělen na dvě části. Jedna část se zavádí do redukční šachtové pece 2 vstupem 30 a redukuje oxid železa na železo, jak bylo popsáno výše. Zbytek redukujícího
-11plynu se vede do chladicí věže 32 pro prudké ochlazení, a to vstupem 34.· Tato část redukujícího plynu se prudce zchlazuje přímým stykem s vodou ve váži 32. Ochlazená část redukujícího plynu opouští věž 32 výstupem 36 na jejím vrchu. Plyn proudí kondenzátorem 37 , který odděluje kondenzací vodní páru od ochlazeného plynu. Část výsledné plynné směsi, zbavená vodní páry, tvoří chladicí plyn, který se míchá s horkým redukujícím plynem mezi výstupem 22 z taviči a chladicí pece 4 a cyklónem 10.. Zbytek plynné směsi z kondenzátoru 37 se použije pro dopravu jemných částic z cyklónu 10 do taviči a zplynovací pece ,4. Voda se vypouští ze dna pračky 3 2 výstupem 38.
Jak bylo popsáno výše, redukující plyn vstupující do pece 2 vstupem 30 redukuje železnou rudu na houbovité železo. Reakce mezi vodíkem a oxidy železa má za následek tvorbu vodní páry a reakce mezi oxidem uhelnatým a oxidy železa vede k tvorbě oxidu uhličitého. Horký plyn opouštějící redukční šachtovou pec 2 výstupem 40 navrchu je v typickém případě bohatší na oxid uhličitý a vodní páru, než odpovídající plyn vstupující do pece vstupem (30. Horký plyn typicky opouští pec 2 výstupem 40 při teplotě v rozmezí od 300 až 350°C. Chladí se ve druhé pračce 42 stykem s vodou. Pračka 42 také slouží k odnímání částic z plynu opouštějící redukční pec 2. Výsledný praný plyn o téplotě okolo 130°C opouští vrch pračky 42 výstupem 44. Vodní pára se v typickém případě odebírá z plynu kondenzací v neznázorněném kondenzátoru. Část výsledného plynu, zbavená vodní páry, se vynáší ze zařízení znázorněného na výkrese výstupem 46 a může být použita jako palivový plyn. Druhá část tvoří redukující plyn, zaváděný do reaktoru 6 vstupem 16,. Vodná suspenze částic se vypouští ze dna pračky 42 výstupem 48 a míchá se s vodou vypouštěnou ze dna chladicí věže.
Způsob a zařízení, výše popsané s odvoláním na obr.l, poskytují řadu výhod ve srovnání s běžným postupem
-12Corex. Především mohou být celkové míry spotřeby uhlí podstatně sníženy. Dále je také snížena celková spotřeba průmyslově čistého kyslíku. Konečně se předpokládá, že se míra dělení uhlí na menší části, k němuž dochází k taviči a zplynovací peci 4, se zmenšuje, takže se snižuje zatížení zařízení prachem a zvětšuje se velikost částic lože v taviči a zplynovací peci 4, čímž se dosahuje výše popsaných provoz- * nich podmínek.
Zařízení znázorněné na obr.2 a jeho provoz jsou v podstatě stejné, jako u zařízení podle obr.l, až na dva rozdíly. První rozdíl spočívá v tom, že topný plyn, vyvíjený reaktorem 6, se vynáší ze zařízení znázorněného na obr.2 a není míchán s redukujícím plynem mezi taviči a zplynovací pecí 4 a pecí 2 (jako u zařízení dle obr.l). Druhý rozdíl spočívá v tom, že přívod ze vstupu 14 do reaktoru 6 na uhelný produkt, může být při provozu zařízení podle obr.2 v případě potřeby vzduchem nebo kyslíkem obohacený vzduch másto kyslíku, používaného u zařízení z obr.l. Mohou být přitom dosaženy všechny výše uvedené výhody, vysvětlené v souvislosti s obr.l. Kromě toho je možná zvýšená redukce spotřeby kyslíku, když se použije vzduch jako reakčni složka v reaktoru 6.
V dalším alternativním provedení zařízení z obr.l, neznázorněném na výkresech, může být veškerý topný plyn 6 vyráběný v reaktoru veden s horkým uhelným produktem do horní části taviči a zplynovací pece 4. Topný plyn je tak oddělován od uhelného produktu v samotné zavicí a zplynovací peci 4. Tento postup přináší výhodu v tom, že zlepšuje převáděni těkavých složek, které se vyvinuly z uhlí, na oxid uhelnatý a vodík, a to v důsledku toho, že těkavé složky byly vystaveny po značnou dobu pobytu v horní části taviči a zplynovací pece 4 teplotě okolo 1000°C.
Claims (11)
1. Způsob výroby železa, při kterém se v prvním s ni redukuje železná ruda reakcí s redukujícím plynem na lezo a ve druhém stupni se taví železo a zplynuje se p uhlíkatý materiál, přičemž se při zplynování pevného uhlíkatého materiálu vytváří redukující plyn pro použití v prvním stupni, vyznačený tím, že nejméně 25 % hmotnosti uhlíkatého materiálu je tvořeno částicovým uhelným produktem, vytvořeným částečnou oxidací uhlí v reaktoru odděleném od prvního a druhého stupně.
2. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že nejméně 75% hmotnosti uvedeného uhlíkatého materiálu je tvořeno uvedeným uhelným produktem.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2 vyznačený tím, že uhelný produkt se přivádí v horkém stavu z reaktoru do druhého stupně.
4. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 3 vyznačený tím, že uhlí se částečné oxiduje při teplotě v rozmezí od 500 do 1000°C.
5. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 4 vyznačený tím, že se redukující plyn z prvního stupně vede do reaktoru za účelem tlumení teploty v tomto reaktoru.
6. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 5 vyznačený tím, že se do reaktoru zavádí oxid nebo uhličitan kovu alkalických zemin nebo alkalického kovu, pro převádění sirovodíku na odpovídající sulfid kovu alkalických zemin nebo alkalického kovu.
7. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 6 vyznačený tím, že se do reaktoru zavádí vodní pára pro bránění tvorbě sazí v reaktoru.
8. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 7 vyznačený tím, že se jako reaktant použije čistý kyslík nebo kyslíkem obohacený vzduch nebo vzduch, pro částečnou oxidaci částicového uhlí v reaktoru.
9. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 8 vyznačený tím, že se topný plyn, vytvářený v reaktoru, míchá v oblasti mezi prvním a druhým stupněm s alespoň částí redukujícího plynu, vytvořeného ve druhém stupni, nebo se odebírá jako produkt.
10. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 9 vyznačený tím, že se částečná oxidace částicového uhlí provádí ve fluidním loži.
11. Zařízení pro výrobu železa, obsahující první pecní stupeň pro redukování železné rudy na železo reakcí s redukujícím plynem, druhý pecní stupeň pro tavení železa a zplynování pevného uhlíkatého materiálu tak, že se vytváří redukující plyn, vyznačené tím, že zařízení dále obsahuje reaktor oddělený od prvního a druhého stupně pro částečné oxidování částicového uhlí pro vytváření uhelného produktu, a prostředky pro přivádění uhelného produktu do uvedeného druhého pecního stupně, přičemž reaktor je uzpůsoben pro dodávání nejméně 25% hmotnosti pevného uhníkatého materiálu do druhého pecního stupně.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB939325418A GB9325418D0 (en) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | Method and apparatus for producing iron |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ306094A3 true CZ306094A3 (en) | 1996-01-17 |
Family
ID=10746495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ943060A CZ306094A3 (en) | 1993-12-13 | 1994-12-06 | Process and apparatus for producing iron |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0657550A1 (cs) |
| JP (1) | JPH07228910A (cs) |
| CN (1) | CN1042347C (cs) |
| AU (1) | AU8024694A (cs) |
| CA (1) | CA2136692A1 (cs) |
| CZ (1) | CZ306094A3 (cs) |
| GB (1) | GB9325418D0 (cs) |
| PL (1) | PL306256A1 (cs) |
| SK (1) | SK154594A3 (cs) |
| TW (1) | TW304982B (cs) |
| ZA (1) | ZA949844B (cs) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5542963A (en) * | 1994-09-21 | 1996-08-06 | Sherwood; William L. | Direct iron and steelmaking |
| US6193781B1 (en) * | 1997-12-09 | 2001-02-27 | The Boc Group, Inc. | Method of smelting iron ore |
| DE19800418C2 (de) | 1998-01-08 | 2001-01-25 | Bodo Wolf | Verfahren zur Erzeugung von Roheisen |
| AUPP483898A0 (en) * | 1998-07-24 | 1998-08-13 | Technological Resources Pty Limited | A direct smelting process & apparatus |
| KR100758434B1 (ko) * | 2001-08-28 | 2007-09-14 | 주식회사 포스코 | Ｃｄｑ로 환원가스를 보상하는 일반탄을 이용한용철제조방법 |
| WO2005116273A1 (en) * | 2004-05-31 | 2005-12-08 | Outokumpu Technology Oyj | A direct reduction process and apparatus |
| WO2017185178A1 (en) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of Natural Resources | System and method of high pressure oxy-fired (hiprox) flash metallization |
| CN109852424B (zh) * | 2019-01-02 | 2021-04-27 | 新奥科技发展有限公司 | 一种煤气化炼铁方法和煤气化炼铁气化炉 |
| TWI699504B (zh) * | 2019-09-20 | 2020-07-21 | 中國鋼鐵股份有限公司 | 經由熱碳還原反應製作直接還原鐵的設備 |
| CN114480769B (zh) * | 2022-01-28 | 2023-02-10 | 新疆八一钢铁股份有限公司 | 欧冶炉炉体内有害气体的处置方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1167368B (de) * | 1955-02-14 | 1964-04-09 | Demag Elektrometallurgie Gmbh | Betrieb einer Niederschachtofenanlage zum Verhuetten von Erzen |
| DE3273996D1 (en) * | 1981-04-28 | 1986-12-04 | Kawasaki Steel Co | Methods for melting and refining a powdery ore containing metal oxides and apparatuses for melt-refining said ore |
| AT380697B (de) * | 1984-11-07 | 1986-06-25 | Voest Alpine Ag | Verfahren zum schmelzen von zumindest teilweise reduziertem eisenerz und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens |
| SE458688B (sv) * | 1985-07-23 | 1989-04-24 | Ips Interproject Service Ab | Foerfarande och anlaeggning foer framstaellning av raajaern ur jaernbaerande oxidiskt material |
| JPS6227813A (ja) * | 1985-07-29 | 1987-02-05 | Hitachi Ltd | 位相同期方式 |
| DE3642683A1 (de) * | 1986-12-13 | 1988-06-16 | Bodenseewerk Geraetetech | Kryostat zur kuehlung eines detektors |
| DE3644775A1 (de) * | 1986-12-23 | 1988-07-14 | Korf Engineering Gmbh | Verfahren zur herstellung von roheisen |
| EP0377636A1 (en) * | 1987-08-31 | 1990-07-18 | Northern States Power Company | Congeneration process for production of energy and iron materials, including steel |
-
1993
- 1993-12-13 GB GB939325418A patent/GB9325418D0/en active Pending
-
1994
- 1994-11-21 TW TW083110815A patent/TW304982B/zh active
- 1994-11-22 EP EP94308617A patent/EP0657550A1/en not_active Withdrawn
- 1994-11-25 CA CA002136692A patent/CA2136692A1/en not_active Abandoned
- 1994-12-06 CZ CZ943060A patent/CZ306094A3/cs unknown
- 1994-12-06 AU AU80246/94A patent/AU8024694A/en not_active Abandoned
- 1994-12-09 ZA ZA949844A patent/ZA949844B/xx unknown
- 1994-12-12 JP JP6307444A patent/JPH07228910A/ja active Pending
- 1994-12-13 PL PL94306256A patent/PL306256A1/xx unknown
- 1994-12-13 SK SK1545-94A patent/SK154594A3/sk unknown
- 1994-12-13 CN CN94119321A patent/CN1042347C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07228910A (ja) | 1995-08-29 |
| TW304982B (cs) | 1997-05-11 |
| SK154594A3 (en) | 1995-08-09 |
| AU8024694A (en) | 1995-06-22 |
| ZA949844B (en) | 1995-08-21 |
| CN1108307A (zh) | 1995-09-13 |
| GB9325418D0 (en) | 1994-02-16 |
| CA2136692A1 (en) | 1995-06-14 |
| EP0657550A1 (en) | 1995-06-14 |
| CN1042347C (zh) | 1999-03-03 |
| PL306256A1 (en) | 1995-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101663343B1 (ko) | 환원 가스와 함께 주철 또는 세미 스틸을 생산하기 위한 방법 | |
| AU2009272944B2 (en) | Method and system for energy-optimized and CO2 emission-optimized iron production | |
| US5397376A (en) | Method of providing fuel for an iron making process | |
| KR940004897B1 (ko) | 직접환원 영역으로 부터 나오는 상부가스를 이용하여 전기에너지를 얻기 위한 방법 및 장치 | |
| US4913733A (en) | Process for producing pig iron | |
| US5338336A (en) | Method of processing electric arc furnace dust and providing fuel for an iron making process | |
| US5613997A (en) | Metallurgical process | |
| US5259864A (en) | Method of disposing of environmentally undesirable material and providing fuel for an iron making process e.g. petroleum coke | |
| US9371487B2 (en) | Process and plant for producing char and fuel gas | |
| CZ306094A3 (en) | Process and apparatus for producing iron | |
| US5259865A (en) | Very low slag iron making process | |
| US6051048A (en) | Production of fuel gas | |
| US5542963A (en) | Direct iron and steelmaking | |
| US5380352A (en) | Method of using rubber tires in an iron making process | |
| CN110172362B (zh) | 一种煤催化气化方法 | |
| US5320676A (en) | Low slag iron making process with injecting coolant | |
| CN111218535A (zh) | 熔铁浴煤制气加热循环还原气生产直接还原铁的方法 | |
| CN1042141C (zh) | 冶金方法和设备 | |
| EA009504B1 (ru) | Способ прямого восстановления металлоносного сырьевого материала | |
| EP0840807B1 (en) | Direct iron and steelmaking | |
| JPS58171537A (ja) | 石炭類の接触ガス化法と組み合せたスズおよび鉛精錬法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD00 | Pending as of 2000-06-30 in czech republic |