EA016472B1 - Способ восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа, и установка для его осуществления - Google Patents

Способ восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа, и установка для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
EA016472B1
EA016472B1 EA201000189A EA201000189A EA016472B1 EA 016472 B1 EA016472 B1 EA 016472B1 EA 201000189 A EA201000189 A EA 201000189A EA 201000189 A EA201000189 A EA 201000189A EA 016472 B1 EA016472 B1 EA 016472B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
reactor
solids
fluidized bed
gas
water vapor
Prior art date
Application number
EA201000189A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201000189A1 (ru
Inventor
Лотар Форманек
Жан-Клод Хайн
Original Assignee
Оутотек Ойй
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Оутотек Ойй filed Critical Оутотек Ойй
Publication of EA201000189A1 publication Critical patent/EA201000189A1/ru
Publication of EA016472B1 publication Critical patent/EA016472B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/02—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B15/10—Arrangements of air or gas supply devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B11/00—Making pig-iron other than in blast furnaces
    • C21B11/06—Making pig-iron other than in blast furnaces in rotary kilns
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0033—In fluidised bed furnaces or apparatus containing a dispersion of the material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/20—Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
    • F27B7/36—Arrangements of air or gas supply devices
    • F27B7/362—Introducing gas into the drum axially or through the wall
    • 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)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)

Abstract

При восстановлении твёрдых веществ, содержащих оксид железа, в частности титансодержащих железных руд, таких как ильменит, твёрдые вещества вводят в реактор, в котором они восстанавливаются в присутствии углеродсодержащего восстановителя при температуре от 800 до 1200°С. Для повышения эффективности восстановления в реактор вводят дополнительное количество водяного пара.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к восстановлению твёрдых веществ, содержащих оксид железа, в частности титансодержащих руд, таких как, например, ильменит, где твёрдые вещества вводят в реактор, в котором они восстанавливаются в присутствии углеродсодержащего восстановителя при температуре от 800 до 1200°С.
Уровень техники
Восстановление твёрдых веществ, содержащих оксид железа, традиционно выполняют во вращающихся печах или в реакторах с псевдоожиженным слоем с использованием углеродсодержащих восстановителей, таких как, например, уголь. Например, из патента И8 №5403379 известен способ обработки титансодержащих руд, согласно которому титансодержащую руду, в частности ильменит (РеТ1О3), вводят во вращающуюся печь вместе с углеродсодержащим материалом, в частности углем. Восстановление оксида железа главным образом осуществляют под действием оксида углерода (СО), который образуется во вращающейся печи при повышенных значениях температуры приблизительно от 950°С в соответствии с реакцией Будара:
СО2 + С—>2СО
С помощью СО, образовавшегося из угля, ильменит восстанавливают с получением рутила (Т1О2) и металлического железа, согласно следующему уравнению:
РеТЮз + СО —► ΤίΟ2 + Ре + СО2; причем СО окисляется до СО2. Для восстановления титансодержащих руд требуются весьма жесткие условия реакции, то есть, высокое соотношение СО:СО2. Предпочтительно для этого требуется использовать такие типы угля, которые обладают повышенной реакционной способностью по отношению к СО2, для того, чтобы в результате реакции Будара получалось достаточное количество СО и газа с высоким соотношением СО:СО2.
Также известно, что при восстановлении оксидов железа водородом (Н2) химические реакции проистекают быстрее по сравнению с восстановлением под действием СО при тех же самых значениях температуры и давления. Более того, при использовании Н2 в качестве восстанавливающего газа, образование металлического железа происходит уже при температуре приблизительно от 500°С. При традиционном восстановлении углем необходимые восстанавливающие газы СО и Н2 образуются, с одной стороны, как это описано выше, в соответствии с реакцией Будара, а, с другой стороны, за счет реакции углеродно-паровой газификации:
Н2О + С —> Н2 + СО
Образовавшееся количество Н2 зависит от степени выделения Н2 углем или углеродсодержащим материалом, введенным в реактор, а также от содержания воды во введенных твёрдых веществах. В то же время, теми же самыми факторами определяется степень восстановления под действием водорода. Содержание воды в твёрдых веществах играет второстепенную роль для восстановления, поскольку наибольшая её часть уже была удалена в том диапазоне температур, в котором происходит восстановление, и вода уже не доступна для реакции.
Из документа ОТО 2006/076801 А1 известен способ парового риформинга углеродсодержащего материала, в частности отходов производства, с превращением углеродсодержащего материала в синтезгаз, который по существу состоит из водорода и монооксида углерода, причём указанный способ реализуется во вращающейся печи при температуре от 650 до 1100°С. В отличие от сжигания, паровой риформинг представляют собой эндотермический способ, в котором углеродсодержащий материал нагревают вместе с водой, за счёт чего осуществляется реакция получения синтез-газа. Этот синтез-газ выводят из процесса как продукт, тогда как углеродсодержащие твёрдые вещества отделяют от твёрдого материала и используют повторно.
Из патента ϋδ № 6698365 известна установка для термической обработки отходов производства перегретым паром, в которой отходы вводят в первую вращающуюся печь, где их сушат под действием перегретого пара. Впоследствии, твёрдые вещества вводят во вторую вращающуюся печь, где эти твёрдые вещества, в свою очередь, карбонизируются под действием перегретого пара.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы повысить эффективность восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа.
Эта цель по существу достигается в настоящем изобретении за счет введения пара в реактор. Благодаря инжекции дополнительного количества пара водород образуется уже при температуре приблизительно от 400°С за счёт реакции углеродно-паровой газификации. Получаемое таким образом дополнительное количество водорода является доступным для восстановления руд, содержащих оксид железа, причём такой процесс восстановления происходит гораздо быстрее, чем процесс восстановления с помощью СО, и начинается уже при пониженной температуре. В результате сокращается требуемое время пребываний в реакторе восстановления, что обеспечивает повышенную производительность при одинаковых габаритах печи. Кроме того, качество продукта улучшается благодаря ускоренному процессу восстановления, поскольку достигается повышенная степень металлизации.
В качестве сырья можно использовать все руды, концентраты руд и материалы отходов производ
- 1 016472 ства, поддающиеся восстановлению с помощью СО и/или Н2, например, никелевую руду, отходы с оксидом цинка. Предпочтительно используются мелкозернистые материалы, содержащие железо. Эти материалы могут подвергаться предварительной обработке, например предварительному окислению, предварительному восстановлению или пройти обработку иным способом, например используют спечённые руды. В частности, предпочтительными являются руды или смеси руд, содержащие оксиды титана или железа, как, например, ильменит или окисленный ильменит Ее2О3-2Т1О2. В типичном случае сырьём могут служить куски руды или гранулы с размером зерен менее 25 мм, предпочтительно менее 18 мм, либо микрогранулы размером менее 6 мм, предпочтительно 2-4 мм, или рудные концентраты. Предпочтительно, чтобы эти концентраты были мелко измельченными. Предпочтительно концентраты имеют размер зерен менее 6 мм, более предпочтительно менее 1 мм. В случае, если руда является ильменитом, предпочтительный размер зерен составляет менее 400 мкм, причем величина ά50 составляет приблизительно 100-250 мм.
В качестве восстановителя можно использовать все вещества, которые образуют водород под действием водяного пара. Предпочтительными являются углеродсодержащие восстановители, в особенности твёрдые углеродсодержащие восстанавливающие агенты, например, биомассы или полученные из них продукты (например, пиролитический кокс или древесный уголь), либо обычный уголь и продукты его переработки (такие как, например, продукты низкотемпературной карбонизации или кокс). Предпочтительно, чтобы размер зерен восстанавливающего агента был меньше 40 мм, предпочтительно меньше 20 мм, в зависимости от разложения восстанавливающего агента в ходе реакции. Если требуются углеродсодержащие восстановители с более мелким размером зерен, например, для использования в псевдоожиженных слоях, то предпочтительно выбирают зернистость менее 10 мм, но более предпочтительно меньше 6 мм.
В соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения водяной пар вводят в реактор при температуре 100-150°С, предпочтительно 120-140°С и, в частности, приблизительно 130°С. Отсутствует необходимость употреблять перегретый пар, так что лишние энергетические затраты сводятся к минимуму. Во многих случаях температура подаваемого водяного пара преимущественно соответствует температуре подаваемого одного газа или дополнительных газов.
В соответствии с настоящим изобретением, водяной пар вводят в реактор под давлением от 0 до 5 бар, предпочтительно от 1 до 2 бар выше внутреннего давления реактора. В частности, предпочтительным является абсолютное значение давления 2-3 бар, когда реактор эксплуатируют при атмосферном давлении. Для этой цели особенно пригоден водяной пар из системы пароснабжения. Здесь применим водяной пар низкого давления, например, забираемый после турбины, вырабатывающей электроэнергию. Во многих случаях водяной пар получают за счёт использования тепла от сжигания производственных отходов в данном процессе. За счет дополнительного введения водяного пара температуру восстановления в печи, которая обычно составляет 1000-1150°С, можно снизить приблизительно на 50-150°С, таким образом, печь согласно настоящему изобретению можно эксплуатировать при температуре приблизительно от 900 до 1000°С.
В соответствии с настоящим изобретением предпочтительно, чтобы масса материала, состоящего предпочтительно из смешанных твёрдых веществ, содержащих железо, и твёрдого углеродсодержащего восстановителя, представляла собой движущуюся массу. Предпочтительно чтобы движение этой массы вызывалось внешними силами, например, мешалками, текучими средами или использованием вращающегося реактора. Это движение также интенсифицирует перемешивание материала, так что внутри реактора не остаётся каких-либо отдельных слоёв руды, а также твёрдого углеродсодержащего восстановителя. Дополнительным предпочтительным фактором является то, что такое перемешивание твёрдых веществ производится на протяжении всей реакции до того момента, пока твёрдые вещества не покинут реактор.
В соответствии с одним аспектом изобретения реактор представляет собой вращающуюся печь, в которой перемещаются твёрдые вещества в слое материала. В соответствии с настоящим изобретением водяной пар вводят в этот движущийся слой материала.
В соответствии с усовершенствованием настоящего изобретения водяной пар вводят в слой материала в нескольких точках, распределённых по длине печи.
Однако если в реакторе имеется стационарный псевдоожиженный слой, то водяной пар предпочтительно можно вводить непосредственно в этот псевдоожиженный слой.
В случае циркулирующего псевдоожиженного слоя, когда введенные в реактор твёрдые вещества флюидизируют путём подачи флюидизирующего газа, восстановленные твёрдые вещества выгружают из реактора вместе с флюидизирующим газом и отделяют от флюидизирующего газа в блоке сепарации, причем отделённые твёрдые вещества, по меньшей мере, частично рециркулируют в реактор, и водяной пар предпочтительно инжектируют в реактор восстановления.
При использовании кольцеобразного псевдоожиженного слоя, когда реактор имеет трубу для подачи газа, которая в нижней полости реактора проходит вертикально вверх в камеру турбулентного перемешивания и окружена стационарным кольцеобразным псевдоожиженным слоем, водяной пар направляют, согласно настоящему изобретению, в эту трубу.
- 2 016472
Разумеется, в реакторе с псевдоожиженным слоем водяной пар также можно вводить в реактор в нескольких точках, либо пар является частью флюидизирующего газа.
Настоящее изобретение также распространяется на установку для восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа, которая пригодна для реализации способа, предложенного настоящим изобретением, и включает в себя реактор, в котором твёрдые вещества, содержащие оксид железа, восстанавливаются в присутствии углеродсодержащего восстановителя при температуре от 800 до 1200°С. В соответствии с настоящим изобретением, такой реактор включает в себя трубопровод, подающий водяной пар для обеспечения дополнительного количества пара.
В предпочтительном варианте изобретения в реакторе имеется устройство для перемещения твёрдых веществ внутри реактора, например, путем вращения реактора или введения текучих сред в реактор через решетку.
Если реактор представляет собой вращающуюся печь, то канал для подачи водяного пара имеет выход в слое материала, причем предпочтительно предусмотрено множество каналов для подачи водяного пара, которые распределены по длине печи.
В случае циркулирующего псевдоожиженного слоя канал для подачи водяного пара открывается в реакторе восстановления, тогда как в случае стационарного псевдоожиженного слоя канал имеет выход в псевдоожиженном слое.
При использовании кольцеобразного псевдоожиженного слоя канал для подачи водяного пара предпочтительно имеет выход в трубопроводе для подачи газа. Однако водяной пар также можно вводить в стационарный кольцеобразный псевдоожиженный слой или сбоку в камеру турбулентного перемешивания.
Последующие разработки, преимущества и возможные применения также рассмотрены в нижеследующем описании вариантов осуществления изобретения и на прилагаемых чертежах. Все отличительные признаки, изложенные в описании и/или проиллюстрированные как таковые, либо приведенные в любой комбинации, составляют предмет изобретения, независимо от того, включены ли они в пункты формулы изобретения или в прежние ссылки.
Фиг. 1 схематично изображает установку для реализации способа настоящего изобретения в соответствии с первым вариантом его осуществления путём использования вращающейся печи для восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа;
фиг. 2 изображает установку в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения с использованием стационарного псевдоожиженного слоя для восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа;
фиг. 3 изображает установку в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения с использованием циркулирующего псевдоожиженного слоя для восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа, и фиг. 4 изображает установку в соответствии с четвёртым вариантом осуществления настоящего изобретения с использованием кольцеобразного псевдоожиженного слоя для восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа.
Осуществление изобретения
В установке, выполненной в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, как это показано на фиг. 1, вращающаяся печь 1 выполнена как реактор восстановления, в который мелкозернистые твёрдые вещества, содержащие оксид железа, в частности ильменит, вводят через трубопровод 2 для подачи твёрдых веществ. Углеродсодержащий восстановитель, например, уголь или предварительно карбонизованный уголь, вводят во вращающуюся печь 1 через подающий трубопровод
3. Во вращающейся печи 1 смешанные твёрдые вещества и восстановитель образуют слой материала 4, который медленно перемещается внутри вращающейся печи 1 и выводится в торце печи через выпускной трубопровод 5. Что касается нескольких точек ввода пара, то на чертеже показаны три трубопровода 6 для подачи пара, распределённых по длине вращающейся печи 1, причём водяной пар вводят во вращающуюся печь 1 при температуре около 130°С. Воздух для горения также добавляют в нескольких точках, через трубопроводы 7 для подачи газа, распределённые по длине вращающейся печи 1. В качестве воздуха для горения можно использовать атмосферный воздух, воздух, обогащенный кислородом, какойлибо газ, содержащий кислород, или, например, технический кислород. Отработавший газ можно выводить через выпускной трубопровод 8.
Во втором варианте осуществления настоящего изобретения, как это показано на фиг. 2, реактор восстановления 10 содержит стационарный псевдоожиженный слой 11, в который мелкозернистые твёрдые вещества, содержащие оксид железа, в частности ильменит, поступают через трубопровод 12, предназначенный для подачи твёрдых веществ, а подходящий восстановитель, в частности уголь, поступает через подающий трубопровод 13. Флюидизирующий газ, например воздух, подают через трубопровод 14 для подачи газа с целью псевдоожижения твёрдых веществ в стационарном псевдоожиженном слое. Трубопровод 15 для подачи пара имеет выход в газоподающий трубопровод 14, чтобы доставить дополнительное количество пара в псевдоожиженный слой 11 вместе с флюидизирующим воздухом. В качестве альтернативы водяной пар можно также инжектировать сбоку в псевдоожиженный слой 11 через один
- 3 016472 или несколько пароподающих трубопроводов 14. Восстановленные твёрдые вещества выводят из псевдоожиженного слоя 11 через выпускной трубопровод 16.
В третьем варианте осуществления настоящего изобретения, как это показано на фиг. 3, создается циркулирующий псевдоожиженный слой. В реактор восстановления 20 подают мелкозернистые твёрдые вещества, содержащие оксид железа, в частности ильменит, через трубопровод 21, предназначенный для подачи твёрдых веществ, и туда же поступает подходящий восстановитель, в частности уголь, который вводят через подающий трубопровод 22. Твёрдые вещества флюидизируют путём подачи флюидизирующего газа, который вводится через трубопровод 23 для подачи газа. Псевдоожиженные и восстановленные твёрдые вещества выгружают из реактора восстановления 20 через канал 24 и отделяют от флюидизирующего газа в сепараторе 25, в частности в сепараторе циклонного типа. Отделённые твёрдые вещества, по меньшей мере, частично рециркулируют в реактор восстановления 20 через возвратный трубопровод 26. Остальную часть выводят через выпускной трубопровод 27. По меньшей мере через один трубопровод 28 для подачи пара в реактор восстановления 20 вводят водяной пар. В качестве альтернативы, водяной пар также можно направлять целиком или частично через подающий трубопровод 23.
В четвёртом варианте осуществления настоящего изобретения, отображённом на фиг. 4, в реакторе восстановления 30 образуется кольцеобразный псевдоожиженный слой, как это подробно изложено, например, в документе ΌΕ 102 60 733 А1. Через трубопровод 31, предусмотренный для подачи твёрдых веществ, мелкозернистые твёрдые вещества, содержащие оксид железа, в частности ильменит, поступают в реактор восстановления 30 и псевдоожижаются посредством флюидизирующего газа, который вводят через трубопровод 32 для подачи газа, так что они образуют стационарный псевдоожиженный слой 33. Кроме того, подходящий восстановитель, в частности уголь, вводят в стационарный псевдоожиженный слой 33 через подающий трубопровод 34. В нижней зоне реактора восстановления 30 имеется вертикальная, предпочтительно расположенная в центре труба 35 для подачи газа, вокруг которой расположен кольцеобразный стационарный псевдоожиженный слой 33. Через центральную трубу 35 подают поток газа, который, проходя через область верхнего отверстия центральной трубы 35, увлекает за собой твёрдые вещества из верхней краевой зоны стационарного псевдоожиженного слоя 33, перенося их в камеру турбулентного перемешивания 36, образованную над стационарным псевдоожиженным слоем 33 и центральной трубой 35. Вследствие того, что псевдоожиженный слой в кольцеобразном псевдоожиженном слое расположен выше верхнего торца центральной трубы 35, флюидизированные твёрдые вещества перетекают через этот торец в центральную трубку 35, благодаря чему образуется интенсивно перемешанная суспензия. Вследствие уменьшения скорости потока за счет расширения газовой струи и/или соударения с одной из стенок реактора, подхваченные потоком твёрдые вещества быстро теряют скорость и падают обратно в кольцеобразный псевдоожиженный слой 33. Лишь малая доля неосаждённых твёрдых веществ выводится из реактора восстановления 30 вместе с потоком газа через канал 37. Таким образом, между зонами реактора со стационарным кольцеобразным псевдоожиженным слоем 33 и камерой турбулентного перемешивания 36, формируется круговой поток твёрдых веществ, который обеспечивает хорошую теплопередачу. Твёрдые вещества, отделённые в сепараторе 38, в частности в сепараторе циклонного типа, рециркулируют в реактор восстановления 30 через возвратный трубопровод 39, тогда как ещё горячий отработанный газ выводят и утилизируют иным способом. Поток продукта в виде восстановленных твёрдых веществ выводят из процесса через выпускной трубопровод 40 после циклонного сепаратора 38 или в какой-либо другой удобной точке. Трубопровод 41 для подачи пара имеет выход в центральный газоподающий трубопровод 35, так что дополнительное количество пара вместе с газом вводят в реактор восстановления 30 через центральную трубку 35. В качестве альтернативы, дополнительное количество пара можно инжектировать в кольцеобразный псевдоожиженный слой 33 или в камеру турбулентного перемешивания 36. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением можно отдельно подавать в центральную трубу 35 газ и флюидизирующий газ 32 и иметь независимую подачу газа, например, от внешнего источника.
В принципе, для псевдоожиженных слоёв можно использовать всевозможные флюидизирующие газы или химически активные газы. Например, можно использовать воздух, технический кислород, инертные газы (такие как азот), рецикловые газы различных композиций (которые содержат, например, СО, СО2, Н2 или воду), как и любые смеси упомянутых газов друг с другом, а также с водой или водяным паром.
Во всех вышеописанных установках для осуществления способа настоящего изобретения мелкозернистые твёрдые вещества, содержащие оксид железа, например, титансодержащие железные руды, такие как ильменит, вводят в соответствующий реактор восстановления вместе с углеродсодержащим восстановителем, таким как уголь. В принципе, можно также использовать и другие восстановители, которые вместе с водой образуют водород. Через трубопровод для подачи пара вводят дополнительное количество пара в реактор при температуре приблизительно 130°С и избыточном давлении 0-5 бар (при абсолютном давлении обычно в пределах от 1 до 6 бар). Этот пар образует водород (Н2), который вместе с восстановительными газами СО и Н2, полученными из угля, могут быть использованы для восстановления железных руд. В результате химические реакции протекают при более низкой температуре и с бо
- 4 016472 лее высокой скоростью, так что может быть сокращено время пребывания при тех же самых габаритах установки. В то же время температуру в реакторе можно снизить на 50-150°С по сравнению с традиционными установками, что приводит к значительной экономии энергии. Существующие установки могут быть легко модифицированы для применения в способе согласно изобретению за счет соответствующего трубопровода для подачи пара. В случае новых установок можно использовать реактор меньшего размера при той же самой производительности.
Как правило, максимальное значение температуры слоя во вращающейся печи составляет приблизительно 1050-1150°С, максимальное значение температуры газового пространства над слоем составляет 1200-1250°С. В связи с этим необходимо, чтобы уголь, который используется для восстановления, имел значение температуры размягчения золы на 50°С выше максимальной температуры для того, чтобы избежать накопления золы во вращающейся печи. Многие австралийские виды угля (например, уголь Со1йе) имеют значение температуры размягчения золы выше 1300°С и поэтому могут использоваться в процессе с использованием вращающейся печи. Поскольку снижение температуры в реакторе возможно только до значения приблизительно 900-1000°С, благодаря добавлению водяного пара, можно также использовать виды угля с более низкой температурой размягчения золы, которые до сих пор не могли использоваться из-за повышенных температур в пределах 1000-1150°С, например, индонезийские угли.
Пример
Во вращающуюся печь вместе с углем загружают мелкозернистую титансодержащую и железосодержащую руду. Благодаря условиям эксплуатации вращающейся печи, происходит металлизация железа до 81% в конце вращающейся печи.
За счёт добавления 250 кг/ч водяного пара при абсолютном значении давления 2 бар в пяти точках ввода, распределённых по вращающейся трубе (начиная с температуры печи приблизительно 500°С), степень металлизации железа достигла 92% в результате изменённых условий эксплуатации с тем же самым сырьём.
При увеличении подаваемого количества руды и угля на 20-25% аналогичным образом может быть достигнута степень металлизации железа приблизительно 80% за счет добавления 250 кг/ч водяного пара при абсолютном давлении 2 бара в пяти точках ввода, распределённых по вращающейся трубе. Таким образом, пропускную способность вращающейся печи можно увеличить на 20-25% при минимальных затратах.
Перечень позиций, указанных на чертежах:
- вращающаяся печь;
- трубопровод для подачи твёрдых веществ;
- подающий трубопровод;
- слой материала;
- выпускной трубопровод;
- трубопроводы для подачи пара;
- трубопроводы для подачи газа;
- трубопровод для отработанного газа;
- реактор восстановления;
- стационарный псевдоожиженный слой;
- трубопровод для подачи твёрдых веществ;
- подающий трубопровод;
- трубопровод для подачи газа;
- трубопровод для подачи пара;
- выпускной трубопровод;
- реактор восстановления;
- трубопровод для подачи твёрдых веществ;
- подающий трубопровод;
- трубопровод для подачи газа;
- проходной канал;
- сепаратор;
- возвратный трубопровод;
- выпускной трубопровод;
- трубопровод для подачи пара;
- реактор восстановления;
- трубопровод для подачи твёрдых веществ;
- трубопровод для подачи газа;
- стационарный кольцеобразный псевдоожиженный слой;
- подающий трубопровод;
- центральная труба (труба для подачи газа);
- камера турбулентного перемешивания;
- проходной канал;
- 5 016472
- сепаратор;
- возвратный трубопровод;
- выпускной трубопровод;
- трубопровод для подачи пара.

Claims (17)

1. Способ восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа, в частности титансодержащей руды, такой как ильменит, в котором в реактор вводят твёрдые вещества и углеродсодержащий восстановитель, восстановление твёрдых веществ в печи выполняют при температуре от 800 до 1200°С, отличающийся тем, что в реактор вводят водяной пар под избыточным давлением, не превышающим 5 бар.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углеродсодержащий восстановитель представляет собой твёрдый углеродсодержащий восстановитель.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что водяной пар вводят в реактор при температуре в пределах от 100 до 150°С, предпочтительно от 120 до 140°С.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что масса твёрдых веществ в реакторе представляет собой массу, движущуюся предпочтительно под действием внешних сил.
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что реактор представляет собой вращающуюся печь, в которой твёрдые вещества перемещаются в слое материала, и водяной пар вводят в слой материала.
6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что реактор имеет стационарный псевдоожиженный слой и водяной пар вводят в псевдоожиженный слой.
7. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что твёрдые вещества, введенные в реактор, флюидизируют путём подачи флюидизирующего газа, восстановленные твёрдые вещества выгружают из реактора с флюидизирующим газом, отделяют от флюидизирующего газа в разделительном устройстве и отделённые твёрдые вещества, по меньшей мере, частично рециркулируют в реактор.
8. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что первый газ или газовую смесь вводят в камеру турбулентного перемешивания реактора снизу по меньшей мере через одну трубу для подачи газа, причем труба для подачи газа, по меньшей мере, частично окружена стационарным кольцеобразным псевдоожиженным слоем, который флюидизируют путём подачи флюидизирующего газа, и водяной пар вводят в трубу для подачи газа.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что водяной пар вводят в реактор в нескольких точках.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что водяной пар вводят в реактор под избыточным давлением от 1 до 2 бар.
11. Установка для восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа, в частности для осуществления способа по любому из предшествующих пунктов, содержащая реактор (1, 10, 20, 30), в котором твёрдые вещества, содержащие оксид железа, восстанавливают в присутствии углеродсодержащего восстановителя при температуре от 800 до 1200°С, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одним трубопроводом (4, 15, 28, 41) для введения в реактор (1, 10, 20, 30) водяного пара с избыточным давлением, не превышающим 5 бар.
12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что реактор представляет собой вращающуюся печь (1), в которой твёрдые вещества образуют слой материала (4), и трубопровод (7) для подачи пара имеет выход в слое материала (4).
13. Установка по п.11 или 12, отличающаяся тем, что она содержит множество трубопроводов (7) для подачи пара, которые распределены по длине печи.
14. Установка по п.11, отличающаяся тем, что реактор (10) содержит стационарный псевдоожиженный слой (11) и трубопровод (15) для подачи пара имеет выход в псевдоожиженном слое (11).
15. Установка по п.11, отличающаяся тем, что реактор представляет собой реактор с псевдоожиженным слоем (20, 30), в котором твёрдые вещества, содержащие оксид железа, флюидизируют путём подачи флюидизирующего газа, после реактора (20, 30) установлено разделительное устройство (25, 38) для отделения твёрдых веществ от флюидизирующего газа, разделительное устройство (25, 38) соединено с реактором с псевдоожиженным слоем (20, 30) с помощью возвратного трубопровода (26, 39), по меньшей мере, для частичной рециркуляции твёрдых веществ, отделённых от флюидизирующего газа, в реактор с псевдоожиженным слоем (20, 30), и трубопровод (28, 41) для подачи пара имеет выход в реакторе с псевдоожиженным слоем (20, 30).
16. Установка по п.11 или 15, отличающаяся тем, что реактор (30) содержит по меньшей мере одну трубу (35) для подачи газа, которая в нижней части реактора (30) простирается по существу вертикально вверх в камеру турбулентного перемешивания (36) и охвачена стационарным кольцеобразным псевдоожиженным слоем (33), который, по меньшей мере, частично расположен кольцеобразно вокруг трубы (35) для подачи газа, и трубопровод (41) для подачи пара имеет выход в трубе (35) для подачи газа.
17. Установка по п.11, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одним трубопрово
- 6 016472 дом (4, 15, 28, 41) для введения в реактор (1, 10, 20, 30) водяного пара с избыточным давлением от 1 до 2 бар.
EA201000189A 2007-07-10 2008-06-25 Способ восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа, и установка для его осуществления EA016472B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007032419A DE102007032419B4 (de) 2007-07-10 2007-07-10 Verfahren und Anlage zur Reduktion von eisenoxidhaltigen Feststoffen
PCT/EP2008/005133 WO2009007007A1 (en) 2007-07-10 2008-06-25 Process and plant for reducing solids containing iron oxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201000189A1 EA201000189A1 (ru) 2010-06-30
EA016472B1 true EA016472B1 (ru) 2012-05-30

Family

ID=39708882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201000189A EA016472B1 (ru) 2007-07-10 2008-06-25 Способ восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа, и установка для его осуществления

Country Status (11)

Country Link
EP (1) EP2176614B1 (ru)
CN (1) CN101688757B (ru)
AU (1) AU2008274647B2 (ru)
BR (1) BRPI0814561B1 (ru)
CA (1) CA2692943C (ru)
DE (1) DE102007032419B4 (ru)
EA (1) EA016472B1 (ru)
NZ (1) NZ582320A (ru)
UA (1) UA100987C2 (ru)
WO (1) WO2009007007A1 (ru)
ZA (1) ZA200909193B (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2720788C2 (ru) * 2015-11-18 2020-05-13 Минтек Усовершенствованный способ плавки ильменита

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005530480A (ja) * 2001-11-30 2005-10-13 インヴィトロジェン コーポレーション 脂質を含む粉末細胞培養製品およびその製造法
NL1038927C2 (nl) 2011-07-06 2013-01-08 Lely Patent Nv Voertuig voor het verplaatsen van voer.
BR112020018943A2 (pt) * 2018-03-27 2020-12-29 Midrex Technologies, Inc. Sistema e método de injeção de oxigênio para um processo de redução direta
WO2021184078A1 (en) * 2020-03-20 2021-09-23 Technological Resources Pty. Limited Biomass direct reduced iron
CN111961785B (zh) * 2020-08-27 2021-12-24 山东墨龙石油机械股份有限公司 一种铁浴熔融还原法生产超高纯生铁的方法
CN111733336B (zh) * 2020-08-28 2020-11-24 湖南碳谷装备制造有限公司 一种利用钛铁矿生产高品位富钛料的制备工艺及系统
CN113832280A (zh) * 2021-09-01 2021-12-24 新奥科技发展有限公司 还原钛铁矿的制备方法和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3562780A (en) * 1967-09-05 1971-02-09 Exxon Research Engineering Co Temperature control of iron ore reducing fluidized beds
JPS57188607A (en) * 1981-05-14 1982-11-19 Kawasaki Steel Corp Fluidized-bed reducing method for iron ore for manufacturing reduced iron and fuel gas simultaneously
US5403379A (en) * 1992-05-15 1995-04-04 Rgc Mineral Sands Limited Reduction of titaniferous ores and apparatus
JPH11209811A (ja) * 1998-01-28 1999-08-03 Kawasaki Heavy Ind Ltd 流動層炉
WO2004057039A1 (en) * 2002-12-23 2004-07-08 Outokumpu Technology Oy Method and plant for the heat treatment of solids containing iron oxide using a fluidized bed reactor

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE91602C (ru) *
DE974860C (de) * 1951-08-25 1961-05-18 Bergwerksverband Gmbh Verfahren zum Betrieb von Schachtoeffen zum Reduzieren von Erzen
US4261734A (en) * 1979-09-04 1981-04-14 Hylsa, S.A. Method of making sponge iron
US4260412A (en) * 1980-01-16 1981-04-07 Midrex Corporation Method of producing direct reduced iron with fluid bed coal gasification
CA1336359C (en) * 1987-11-02 1995-07-25 Corporacion Venezolana De Guayana (Cvg) Method and apparatus for the direct reduction of iron
JP3602504B2 (ja) * 2002-01-23 2004-12-15 勝美 柴田 過熱蒸気を用いた熱処理設備
CN1733943A (zh) * 2004-08-10 2006-02-15 孔凡逸 一种微波流化床制取还原铁的方法及装置
ZA200706523B (en) * 2005-01-18 2009-02-25 Enquest Power Corp Method for steam reforming carbonaceous material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3562780A (en) * 1967-09-05 1971-02-09 Exxon Research Engineering Co Temperature control of iron ore reducing fluidized beds
JPS57188607A (en) * 1981-05-14 1982-11-19 Kawasaki Steel Corp Fluidized-bed reducing method for iron ore for manufacturing reduced iron and fuel gas simultaneously
US5403379A (en) * 1992-05-15 1995-04-04 Rgc Mineral Sands Limited Reduction of titaniferous ores and apparatus
JPH11209811A (ja) * 1998-01-28 1999-08-03 Kawasaki Heavy Ind Ltd 流動層炉
WO2004057039A1 (en) * 2002-12-23 2004-07-08 Outokumpu Technology Oy Method and plant for the heat treatment of solids containing iron oxide using a fluidized bed reactor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2720788C2 (ru) * 2015-11-18 2020-05-13 Минтек Усовершенствованный способ плавки ильменита

Also Published As

Publication number Publication date
EA201000189A1 (ru) 2010-06-30
EP2176614A1 (en) 2010-04-21
NZ582320A (en) 2012-03-30
WO2009007007A1 (en) 2009-01-15
CN101688757A (zh) 2010-03-31
UA100987C2 (ru) 2013-02-25
CA2692943C (en) 2015-08-04
AU2008274647B2 (en) 2013-05-02
AU2008274647A1 (en) 2009-01-15
ZA200909193B (en) 2011-02-23
BRPI0814561A2 (pt) 2015-01-06
CN101688757B (zh) 2012-02-08
WO2009007007A9 (en) 2009-03-12
EP2176614B1 (en) 2014-10-08
DE102007032419B4 (de) 2013-02-21
BRPI0814561B1 (pt) 2016-10-25
CA2692943A1 (en) 2009-01-15
DE102007032419A1 (de) 2009-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6088502B2 (ja) 水素及び炭素含有生成物を並列的に製造方法
EA016472B1 (ru) Способ восстановления твёрдых веществ, содержащих оксид железа, и установка для его осуществления
EP2430127B1 (en) Two stage dry feed gasification system and process
AU2006201957B2 (en) Process and plant for producing char and fuel gas
US3619142A (en) Continuous steam-iron process
CN106590761B (zh) 煤催化气化制富甲烷合成气的流化床反应装置及反应方法
WO2014159956A1 (en) Distributing secondary solids in packed moving bed reactors
US9175226B2 (en) Process and plant for producing char and fuel gas
MX2009000735A (es) Metodo y aparato para reducir material metalifero a un producto de reduccion.
US5647887A (en) Fluidizable bed co-processing fines in a direct reduction system
JP4785839B2 (ja) 直接還元装置および工程
CN107118807B (zh) 一种褐煤双床气化制备还原气的系统及方法
RU2192476C2 (ru) Способ получения горячего восстановительного газа для восстановления руды металла и установка для его осуществления
EP0015261B1 (en) Means and procedure for gasification of solid fuels
EA009672B1 (ru) Способ прямого восстановления металлоносного материала с использованием псевдоожиженного слоя
RU2471000C1 (ru) Способ получения восстановительных газов
CN110452740B (zh) 一种强化双组分固体颗粒混合的快速流化反应系统
CA1155300A (en) Means and procedure for gasification of solid fuels
CN104995286A (zh) 改善的煤气化
MXPA01001127A (es) Proceso para la preparacion de arrabio fluido

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): KZ RU