EA041394B1

EA041394B1 - METHOD OF OPERATION OF BLAST FURNACE

Info

Publication number: EA041394B1
Application number: EA202193148
Authority: EA
Inventors: Клаус Петер КИНЦЕЛЬ; Ананд Кумар Агравал; Жиль Касс
Original assignee: Пауль Вюрт С.А.
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2022-10-19

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к способу эксплуатации доменной печи.The invention relates to a method for operating a blast furnace.

Уровень техникиState of the art

Несмотря на альтернативные способы, такие как плавка скрапа или прямое восстановление железа внутри электродуговой печи, плавка в доменной печи на сегодня все еще представляет собой наиболее широко используемый техпроцесс для производства стали. Одной из проблем установки доменной печи является доменный газ, выходящий из доменной печи. Поскольку этот газ выходит из доменной печи на ее колошнике, то его обычно обозначают также как колошниковый газ. При том, что на первых порах этот доменный газ позволительно было просто сбрасывать в атмосферу, это уже давно считается непроизводительным расходованием ресурсов и чрезмерной нагрузкой на окружающую среду. Одним из компонентов в составе доменного газа является диоксид углерода СО2, который вреден для окружающей среды и в большинстве случаев не пригоден для промышленного использования. Фактически, в отходящем от доменной печи доменном газе, как правило, содержится концентрация СО2 порядка от 20% до 50%. Кроме этого, в доменном газе обычно содержатся значительные количества N2, СО, Н₂О и Н₂. При этом содержание N2 в значительной мере зависит от того, используют ли во время плавки в доменной печи горячий воздух или (чистый) кислород.Despite alternative methods such as scrap smelting or direct iron reduction inside an electric arc furnace, blast furnace smelting is still the most widely used process for steel production today. One of the problems of installing a blast furnace is the blast furnace gas leaving the blast furnace. Since this gas exits the blast furnace at its top, it is also commonly referred to as top gas. While at first this blast-furnace gas could simply be dumped into the atmosphere, this has long been considered a waste of resources and an excessive burden on the environment. One of the components in the composition of blast-furnace gas is carbon dioxide CO2, which is harmful to the environment and in most cases is not suitable for industrial use. In fact, the blast furnace off-gas typically contains a CO2 concentration in the order of 20% to 50%. In addition, blast-furnace gas usually contains significant amounts of N2, CO, H ₂ O and H ₂ . The N2 content here depends to a large extent on whether hot air or (pure) oxygen is used during smelting in the blast furnace.

Главным образом для того, чтобы уменьшить количество используемого кокса, было предложено рекуперировать доменный газ из доменной печи, подвергать его обработке для улучшения его восстановительного потенциала и снова вдувать в доменную печь для поддержания техпроцесса восстановления (железа). Одним из способов для осуществления этого является уменьшение содержания СО₂ в доменном газе путем адсорбции при переменном давлении (PSA) или вакуумной короткоцикловой безнагревной адсорбции (VPSA), сущность которой раскрыта в патентной заявке ЕР 2886666 А1. В установках адсорбции при переменном давлении/вакуумной короткоцикловой безнагревной адсорбции получают первый поток газа с высоким содержанием СО и Н2 и второй поток газа с высоким содержанием СО2 и Н2О. Первый поток газа может использоваться в качестве восстановительного газа и подаваться обратно в доменную печь. Одним из примеров осуществления этого подхода является техпроцесс ULCOS (производство стали с крайне низкими выбросами СО₂), по которому кроме направленного на повторный цикл первого потока газа в доменную печь подают пылеугольное топливо и холодный кислород. Этот тип печи также обозначают как доменная печь на кислородном дутье с повторным циклом использования колошникового газа.Mainly in order to reduce the amount of coke used, it has been proposed to recover blast furnace gas from the blast furnace, treat it to improve its reduction potential, and blow it back into the blast furnace to maintain the reduction (iron) process. One way to do this is to reduce the content of CO ₂ in the blast-furnace gas by pressure swing adsorption (PSA) or vacuum pressure swing adsorption (VPSA), the essence of which is disclosed in patent application EP 2886666 A1. The pressure swing adsorption/vacuum swing adsorption units produce a first gas stream rich in CO and H2 and a second gas stream rich in CO2 and H2O. The first gas stream may be used as a reducing gas and fed back to the blast furnace. One example of this approach is the ULCOS (Ultra Low _CO2 Steel) process, which feeds pulverized coal and cold oxygen in addition to the first gas stream recycled into the blast furnace. This type of furnace is also referred to as an oxygen blast furnace with top gas recycle.

Второй поток газа может отводиться из установки и направляться на утилизацию после отбора остаточной теплотворной способности газа. Эта утилизация, обоснованность которой не бесспорна, заключается в перекачке газа с высоким содержанием СО2 в подземные вместилища на хранение. Кроме того, хотя установки для адсорбции при переменном давлении/вакуумной короткоцикловой безнагревной адсорбции и обеспечивают значительное уменьшение содержания СО₂ в доменном газе примерно с 35% до примерно 5%, однако они очень дорогие в приобретении, техническом обслуживании и эксплуатации и требуют много места для размещения.The second gas stream can be removed from the plant and sent for disposal after the removal of the residual calorific value of the gas. This utilization, the validity of which is not indisputable, consists in pumping gas with a high content of CO2 into underground containers for storage. In addition, although pressure swing adsorption/vacuum swing adsorption plants provide a significant reduction in the CO ₂ content of blast furnace gas from about 35% to about 5%, they are very expensive to purchase, maintain and operate and require a lot of space for accommodation.

Также было предложено осуществлять конверсию доменного газа, чтобы получать синтез-газ (также обозначаемый как сингаз), который может использоваться для различных промышленных целей. В соответствии с наиболее распространенным процессом риформинга, таким как техпроцесс, сущность которого раскрыта в WO 2019/057930 А1, доменный газ смешивают с топливным газом, который содержит по меньшей мере один углеводород (например, CH₄ и, возможно, углеводороды с большим молекулярным весом). По ходу реакции так называемой сухой конверсии углеводороды из состава топливного газа вступают в реакцию с СО2 в составе доменного газа с получением Н2 и СО. По ходу реакции так называемого мокрой конверсии углеводороды вступают в реакцию с Н₂О в составе доменного газа с получением также Н2 и СО. И в том и в другом случае получают синтез-газ, который имеет существенно повышенную концентрацию Н2 и СО. Также было предложено использовать этот синтез-газ в качестве восстановительного газа, который можно направлять на повторный цикл, то есть повторно вводить в доменную печь. В соответствии с одним техпроцессом, сингаз подают в доменную печь вместе с горячим дутьем (то есть, горячим воздухом) и пылеугольным топливом. Этот тип печи также может быть обозначен как доменная печь на сингазе.It has also been proposed to perform blast furnace gas conversion to produce synthesis gas (also referred to as syngas) which can be used for various industrial purposes. In accordance with the most common reforming process, such as the process disclosed in WO 2019/057930 A1, blast-furnace gas is mixed with a fuel gas that contains at least one hydrocarbon (for example, CH ₄ and possibly hydrocarbons with a higher molecular weight ). In the course of the so-called dry shift reaction, hydrocarbons from the fuel gas composition react with CO2 in the blast-furnace gas composition to produce H2 and CO. In the course of the so-called wet shift reaction, hydrocarbons react with H ₂ O in the blast-furnace gas to also produce H 2 and CO. In both cases, synthesis gas is obtained, which has a significantly increased concentration of H2 and CO. It has also been proposed to use this synthesis gas as a reducing gas which can be recycled, ie reintroduced into the blast furnace. In one process, syngas is fed into the blast furnace along with hot blast (i.e., hot air) and pulverized coal. This type of furnace may also be referred to as a syngas blast furnace.

Техническая задачаTechnical task

В связи с этим, цель настоящего изобретения заключается в обеспечении оптимизированной эксплуатации доменной печи. Эта цель достигнута с помощью способа в соответствии с п.1 формулы изобретения.In this regard, the aim of the present invention is to provide an optimized operation of the blast furnace. This goal is achieved using the method in accordance with claim 1 of the claims.

Общее описание изобретенияGeneral description of the invention

Изобретением предусмотрен способ эксплуатации доменной печи. В рамках первого шага способ включает в себя сбор доменного газа из доменной печи, причем доменный газ является СО2-содержащим газом. Прежде всего, доменный газ может иметь концентрацию СО₂ от 20% до 50%. Доменный газ (или ДГ) также может обозначаться как колошниковый газ, поскольку его отбирают из колошника доменной печи. Кроме СО₂, доменный газ может содержать другие компоненты, такие как СО, Н₂О, Н₂ или другие. Прежде всего, он может быть Н₂О-содержащим газом. Как будет пояснено далее по тексту, доменныйThe invention provides a method for operating a blast furnace. As part of the first step, the method includes collecting blast furnace gas from a blast furnace, the blast furnace gas being a CO2-containing gas. First of all, the blast furnace gas may have a CO ₂ concentration of 20% to 50%. Blast furnace gas (or FG) can also be referred to as top gas because it is taken from the top of a blast furnace. In addition to CO ₂ blast-furnace gas may contain other components such as CO, H ₂ O, H ₂ or others. First of all, it may be an H ₂ O-containing gas. As will be explained later in the text, domain

- 1 041394 газ, предпочтительно, имеет очень низкую концентрацию N2, например, менее 20%, менее 10% или менее 5 %. При этом, в целом, концентрация N2 может приходиться на диапазон от 0% до 50%. Как правило, доменный газ необходимо очищать, чтобы уменьшить содержание в нем пыли. Содержание в нем Н₂О также, предпочтительно резко, понижают посредством конденсации. Это может осуществляться, например, в установке газоочистки, в которой температуру газа понижают, и вода может конденсироваться.- 1 041394 the gas preferably has a very low N2 concentration, for example less than 20%, less than 10% or less than 5%. In this case, in general, the concentration of N2 can fall in the range from 0% to 50%. As a rule, blast-furnace gas must be cleaned in order to reduce its dust content. Its H ₂ O content is also, preferably abruptly, lowered by condensation. This can be carried out, for example, in a gas cleaning plant in which the temperature of the gas is lowered and water can condense.

Собранный доменный газ (который, как правило, был подвергнут очистке) смешивают затем с топливным газом для получения газовой смеси, причем топливный газ является содержащим углеводороды газом. Топливным газом может быть, например, коксовый газ (КГ), природный газ, биогаз или смесь из любых этих газов. Как правило, он имеет высокую концентрацию низкомолекулярных углеводородов, прежде всего СН₄. В составе газовой смеси доменный газ и топливный газ могут быть смешаны между собой более или менее хорошо. Объединение доменного газа с топливным газом обозначают, в целом, как обеспечение смешивания доменного газа с топливным газом. Этот процесс может включать в себя (активное) смешивание доменного газа с топливным газом, то есть приложение механического усилия для смешивания газов. При этом в некоторых случаях достаточным может оказаться, например, вдувание двух газов в резервуар таким образом, что смешивание происходит более или менее пассивно за счет конвекционного течения и/или диффузии. При этом вполне понятно, что химическая реакция будет усиливаться в результате большей степени смешивания. Представляется возможным, что два газа смешивают в специальном резервуаре, который может обозначаться как смесительный резервуар или смесительная камера. Когда собранный доменный газ смешивают с топливным газом, представляется возможным и это в любом случае вписывается в объем настоящего изобретения, что в газовую смесь добавляют вспомогательный газ, причем вспомогательным газом, предпочтительно, является СО2- и/или Н2Осодержащий газ, такой как газ от кислородного конвертера (КК), чистый пар или чистый СО₂. Для корректировки состава доменного газа может добавляться вспомогательный газ.The collected blast-furnace gas (which has generally been purified) is then mixed with fuel gas to form a gas mixture, the fuel gas being a hydrocarbon-containing gas. The fuel gas may be, for example, coke oven gas (COG), natural gas, biogas, or a mixture of any of these gases. As a rule, it has a high concentration of low molecular weight hydrocarbons, primarily CH ₄ . In the composition of the gas mixture, blast-furnace gas and fuel gas can be mixed with each other more or less well. Combining blast furnace gas with fuel gas is generally referred to as ensuring mixing of blast furnace gas with fuel gas. This process may include (active) mixing of blast furnace gas with fuel gas, i.e. applying mechanical force to mix the gases. In some cases, it may be sufficient, for example, to blow the two gases into the reservoir in such a way that the mixing takes place more or less passively by means of convection flow and/or diffusion. In this case, it is quite clear that the chemical reaction will increase as a result of a greater degree of mixing. It is possible that the two gases are mixed in a special tank, which may be referred to as a mixing tank or a mixing chamber. When the collected blast-furnace gas is mixed with fuel gas, it is possible, and in any case within the scope of the present invention, that an auxiliary gas is added to the gas mixture, the auxiliary gas being preferably a CO2- and/or H2O-containing gas, such as gas from an oxygen converter (CC), pure steam or pure CO ₂ . Auxiliary gas may be added to adjust the composition of the blast-furnace gas.

Газовую смесь подвергают процессу риформинга, получая тем самым синтез-газ, содержащий СО и Н₂. Химический механизм процесса риформинга не ограничен объемом изобретения, а, как правило, предполагает, по меньшей мере, что содержащийся в доменном газе диоксид углерода СО₂ вступает в реакцию с углеводородом в составе топливного газа, например, в соответствии со следующей схемой реакции: СО₂ + СН₄ ^ 2Н2 + 2 СО. Этот процесс, следовательно, может быть обозначен как сухая конверсия. Также и содержащаяся в доменном газе вода Н₂О может вступать в реакцию с углеводородом в составе топливного газа, например, в соответствии со следующей схемой реакции: Н₂О + СН₄ ^ 3Н₂ + СО. Этот процесс, следовательно, может быть обозначен как мокрая конверсия. Как правило, по условиям процесса риформинга требуются повышенные температуры, например, более 700°С. Он может осуществляться в том же самом резервуаре, что и для объединения (или смешивания) газов или в специальном резервуаре для риформинга. Прежде всего, может использоваться тепловой аккумулятор (например, такой, как описано в WO 2010/049536 или US 4,005,986). Каждый из газов - топливный газ и доменный газ - можно нагревать по отдельности перед тем, как будет получена газовая смесь. Альтернативно или дополнительно, можно нагревать полученную газовую смесь, чтобы получать или поддерживать температуру, необходимую для процесса риформинга. Процесс риформинга может также осуществляться в условиях повышенного давления. В этом случае можно подвергать сжатию газовую смесь или можно подвергать сжатию доменный газ и топливный газ по отдельности, а затем смешивать их. Осуществлению процесса риформинга, альтернативно, может способствовать катализатор, который обычно вводят в резервуар для риформинга. Необходимо отметить, что при том, что, по меньшей мере, определенное количество доменного газа нужно смешивать с определенным количеством топливного газа, чтобы запустить процесс риформинга, смешивание и конверсия могут, по меньшей мере, частично происходить одновременно.The gas mixture is subjected to a reforming process, thereby obtaining a synthesis gas containing CO and H ₂ . The chemical mechanism of the reforming process is not limited by the scope of the invention, but, as a rule, assumes at least that the carbon dioxide CO ₂ contained in the blast-furnace gas reacts with a hydrocarbon in the composition of the fuel gas, for example, in accordance with the following reaction scheme: CO ₂ + CH ₄ ^ 2H2 + 2 CO. This process can therefore be referred to as dry conversion. Also, the water H ₂ O contained in the blast-furnace gas can react with hydrocarbons in the composition of the fuel gas, for example, in accordance with the following reaction scheme: H ₂ O + CH ₄ ^ 3H ₂ + CO. This process can therefore be referred to as wet conversion. As a rule, the conditions of the reforming process require elevated temperatures, for example, more than 700°C. It can be carried out in the same tank as for combining (or mixing) gases or in a dedicated reforming tank. First of all, a heat accumulator (eg as described in WO 2010/049536 or US 4,005,986) can be used. Each of the gases - fuel gas and blast furnace gas - can be heated separately before a gas mixture is obtained. Alternatively, or additionally, the resulting gas mixture may be heated to obtain or maintain the temperature required for the reforming process. The reforming process can also be carried out under pressurized conditions. In this case, it is possible to compress the gas mixture, or it is possible to compress blast-furnace gas and fuel gas separately and then mix them. The reforming process may alternatively be assisted by a catalyst, which is typically introduced into the reforming vessel. It should be noted that while at least a certain amount of blast furnace gas must be mixed with a certain amount of fuel gas in order to start the reforming process, mixing and conversion can at least partially occur simultaneously.

На другом шаге по меньшей мере часть синтез-газа и обогащенный кислородом газ подают в доменную печь. Обогащенным кислородом газом является, как правило, газ, концентрация О₂ в котором значительно больше, чем в воздухе. Обычно обогащенный кислородом газ состоит, главным образом, из О₂, то есть он имеет концентрацию О₂ более чем в 50%. Предпочтительно, он содержит по меньшей мере 60%, более предпочтительно по меньшей мере 80%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 90%, О₂. В некоторых случаях обогащенный кислородом газ даже может обозначаться как кислород, хотя вполне понятно, что вряд ли можно избежать незначительных концентраций (например, <5%) других компонентов, таких как N₂. Как правило, синтез-газ и обогащенный кислородом газ подают на уровне фурменного пояса доменной печи или по меньшей мере через одну фурму.In another step, at least a portion of the synthesis gas and the oxygen-enriched gas are fed into the blast furnace. An oxygen-enriched gas is, as a rule, a gas in which the concentration of O ₂ is much higher than in air. Typically, the oxygen-enriched gas consists mainly of O ₂ , that is, it has an O ₂ concentration of more than 50%. Preferably, it contains at least 60%, more preferably at least 80%, most preferably at least 90%, O ₂ . In some cases, the oxygen-enriched gas may even be referred to as oxygen, although it is understood that small concentrations (eg, <5%) of other components, such as N ₂ , can hardly be avoided. As a rule, synthesis gas and oxygen-enriched gas are supplied at the level of the tuyere belt of the blast furnace or through at least one tuyere.

В способе согласно изобретению синтез-газ повторно вводят в доменную печь в качестве восстановительного газа вместе с обогащенным кислородом газом. Вполне понятно, что благодаря направлению на повторный цикл, то есть благодаря конверсии и повторному введению доменного газа выбросы СО₂из доменной печи могут быть значительно уменьшены. При этом по способу согласно изобретению не требуется адсорбция при переменном давлении (PSA) или вакуумная короткоцикловая безнагревная адсорбция (VPSA). Наоборот, доменный газ может использоваться во время процесса риформинга в не обIn the process according to the invention, synthesis gas is reintroduced into the blast furnace as a reducing gas together with an oxygen-enriched gas. It is quite clear that by means of recycling, ie by reforming and reintroducing blast-furnace gas, CO ₂ emissions from the blast furnace can be significantly reduced. However, the process according to the invention does not require pressure swing adsorption (PSA) or vacuum pressure swing adsorption (VPSA). Conversely, blast-furnace gas can be used during the reforming process without

- 2 041394 работанном или не измененном состоянии. Это означает, что химический состав доменного газа не должен подвергаться изменению на стадии между улавливанием из доменной печи и процессом риформинга. Выражаясь другими словами и в отличие от способа, сущность которого раскрыта в ЕР 2886666 А1, предложенный согласно изобретению способ не требует предварительной декарбонизации доменного газа. Иными словами, доменный газ смешивают с топливным газом, при содержании (доменным газом прим. переводчика), по существу, того же самого количества СО₂, что и при выходе из доменной печи. Вместе с тем, поскольку обогащенный кислородом газ содержит значительно меньше N2, чем воздух, то концентрация восстановительных газов, таких как СО и Н₂, является более высокой, что помогает увеличить производительность доменной печи.- 2 041394 in working or unaltered condition. This means that the chemical composition of the blast furnace gas should not be subject to change in the step between blast furnace capture and the reforming process. In other words, and in contrast to the method, the essence of which is disclosed in EP 2886666 A1, proposed according to the invention the method does not require prior decarbonization of blast-furnace gas. In other words, blast-furnace gas is mixed with fuel gas, at a content (by blast-furnace gas approx. translator), essentially the same amount of CO ₂ as when leaving the blast furnace. However, since the oxygen-enriched gas contains significantly less N2 than air, the concentration of reducing gases such as CO and _H2 is higher, which helps to increase the productivity of the blast furnace.

Несмотря на вышеупомянутые преимущества способа согласно изобретению, использование обогащенного кислородом газа потенциально могло бы привести к определенным трудностям. С одной стороны, температура пламени может увеличиваться по сравнению с использованием воздуха, поскольку содержащийся в воздухе азот охлаждает пламя в зоне горения перед фурмами (то есть, в зоне непосредственно за точкой вдувания газа в доменную печь). С другой стороны, температура колошникового газа может понижаться вследствие уменьшенного количества азота, поскольку азот в значительной степени способствует теплопередаче в пределах доменной печи. Следовательно, надлежащее нагревание и высушивание холодной шихты в печи оказываются затрудненными или невозможными, что в результате приводит к значительным эксплуатационным проблемам. Остроту обеих этих проблем смягчают в соответствии с изобретением путем того, что доменный газ смешивают с топливным газом в сверхстехиометрическом соотношении таким образом, что синтез-газ содержит в себе избыточную часть доменного газа. Выражаясь другими словами, смешивание доменного газа и топливного газа в сверхстехиометрическом соотношении смягчает остроту проблем как с надлежащим нагреванием, так и высушиванием холодной шихты в печи.Despite the aforementioned advantages of the process according to the invention, the use of an oxygen-enriched gas could potentially lead to certain difficulties. On the one hand, the temperature of the flame can be increased compared to using air, since the nitrogen in the air cools the flame in the combustion zone ahead of the tuyeres (ie, in the zone immediately after the gas injection point into the blast furnace). On the other hand, the temperature of the top gas may decrease due to the reduced amount of nitrogen, since nitrogen contributes greatly to heat transfer within the blast furnace. Consequently, proper heating and drying of the cold charge in the furnace is difficult or impossible, resulting in significant operational problems. Both of these problems are mitigated according to the invention by mixing the blast-furnace gas with the fuel gas in a superstoichiometric ratio in such a way that the synthesis gas contains an excess part of the blast-furnace gas. In other words, mixing blast furnace gas and fuel gas in a superstoichiometric ratio alleviates the problems with both proper heating and drying of the cold charge in the furnace.

В случае с реакцией при стехиометрическом соотношении количество окислителя, главным образом, СО₂ и/или Н₂О (поступающих из доменного газа и топливного газа) в газовой смеси (смеси доменного газа с топливным газом) перед конверсией является таким, что его содержание (содержание окислителя -прим. переводчика) полностью расходуют при реагировании с углеводородом, содержащимся в топливном газе. Например, если поток топливного газа обеспечивает расход в 1 моль/с метана СН₄, то и поток газовой смеси должен обеспечивать расход точно в 1 моль/с окислителя (СО₂ и/или Н₂О), чтобы весь метан смог конверсироваться в Н₂ и СО. В зависимости от типа углеводорода, содержащегося в топливном газе, это соотношение между углеводородом и окислителем может быть различным. В случае со сверхстехиометрическим соотношением, с другой стороны, расход окислителя (СО2 и/или Н2О) в газовой смеси будет больше, чем его расход в случае со стехиометрическим соотношением. Например, если поток топливного газа обеспечивает расход в 1 моль/с метана СН₄, то поток газовой смеси должен обеспечивать расход в 1,2 моль/с окислителя (СО2 и/или Н2О), чтобы после полной реакции с углеводородом, содержащимся в топливном газе, в составе синтез-газа все еще был бы остающийся окислитель.In the case of a reaction at a stoichiometric ratio, the amount of oxidizing agent, mainly CO ₂ and/or H ₂ O (coming from blast furnace gas and fuel gas) in the gas mixture (mixture of blast furnace gas with fuel gas) before conversion is such that its content ( oxidant content - translator's note) is completely consumed when reacting with the hydrocarbon contained in the fuel gas. For example, if the fuel gas stream provides a flow rate of 1 mol / s of methane CH ₄ , then the gas mixture flow must also provide a flow rate of exactly 1 mol / s of the oxidizer (CO ₂ and / or H ₂ O) so that all methane can be converted to H ₂ and CO. Depending on the type of hydrocarbon contained in the fuel gas, this ratio between hydrocarbon and oxidizer may be different. In the case of an overstoichiometric ratio, on the other hand, the consumption of the oxidant (CO2 and/or H2O) in the gas mixture will be greater than its consumption in the case of a stoichiometric ratio. For example, if the fuel gas stream provides a flow rate of 1 mol/s of methane CH ₄ , then the gas mixture flow must provide a flow rate of 1.2 mol/s of the oxidizer (CO2 and/or H2O) so that after complete reaction with the hydrocarbon contained in the fuel gas, there would still be a remaining oxidant in the synthesis gas composition.

Смешивание доменного газа с топливным газом в сверхстехиометрическом соотношении, как это предложено настоящим изобретением и в отличие от того, что известно из уровня техники, например, из WO 2019/057930 А1, имеет несколько преимуществ. С одной стороны, избыточная часть доменного газа имеет ту же самую температуру, что и другие компоненты синтез-газа, привнося тем самым дополнительную скрытую теплоту в доменную печь, что позволяет уменьшить расход топлива в доменной печи. Выражаясь другими словами, количество доменного газа, выходящее за пределы стехиометрического соотношения, действует как теплоноситель внутри доменной печи, уменьшая потребление ею топлива. С другой стороны, это помогает увеличению температуры колошникового газа, поскольку присутствует теплонесущая среда внутри доменной печи. Выражаясь другими словами, количество доменного газа, выходящее за пределы стехиометрического соотношения, действует как теплоноситель внутри доменной печи. Избыточная часть доменного газа, таким образом, позволяет регулировать температуру колошникового газа доменной печи. Более того, избыточная часть доменного газа, действующая как теплоноситель, обеспечивает отработку процесса риформинга при более низкой температуре, чем температура, которая обычно требуется при использовании конверсионного реактора или конверсионного резервуара соответствующего размера. Альтернативно, при той же самой температуре реакции можно оставить неизменным размер реактора, обеспечивая существенное уменьшение капитальных затрат на производственную установку синтез-газа. Кроме того, СО₂ и/или Н₂О, содержащиеся в синтез-газе вследствие наличия избыточной части доменного газа (то есть, вследствие того факта, что доменный газ смешивают с топливным газом в сверхстехиометрическом соотношении), могут вступать в реакцию с С с получением СО и/или Н2 по ходу эндотермической реакции, что понижает температуру пламени.Mixing blast furnace gas with fuel gas in a superstoichiometric ratio, as proposed by the present invention and in contrast to what is known from the prior art, for example from WO 2019/057930 A1, has several advantages. On the one hand, the excess part of the blast-furnace gas has the same temperature as the other components of the synthesis gas, thereby introducing additional latent heat into the blast furnace, which makes it possible to reduce the fuel consumption in the blast furnace. In other words, an amount of blast furnace gas that goes beyond the stoichiometric ratio acts as a coolant inside the blast furnace, reducing its fuel consumption. On the other hand, it helps to increase the temperature of the top gas, since there is a heat-carrying medium inside the blast furnace. In other words, an amount of blast-furnace gas that goes beyond the stoichiometric ratio acts as a heat transfer medium inside the blast furnace. The excess portion of the blast furnace gas thus makes it possible to control the temperature of the top gas of the blast furnace. Moreover, the excess portion of the blast furnace gas acting as a heat transfer fluid allows the reforming process to run at a lower temperature than would normally be required when using an appropriately sized conversion reactor or conversion vessel. Alternatively, at the same reaction temperature, the reactor size can be left unchanged, providing a significant reduction in the capital cost of the synthesis gas production plant. In addition, CO ₂ and/or H ₂ O contained in the synthesis gas due to the presence of an excess part of the blast furnace gas (that is, due to the fact that the blast furnace gas is mixed with the fuel gas in a superstoichiometric ratio) can react with C with production of CO and/or H2 during the endothermic reaction, which lowers the temperature of the flame.

Нелишним также будет упомянуть, что сверхстехиометрическое соотношение может применяться, чтобы сократить нежелательные реакции, такие как, например, отложение нагара во время процесса риформинга. Посредством регулирования сверхстехиометрического соотношения можно также контролировать реакцию конверсии.It is also worth mentioning that a superstoichiometric ratio can be used to reduce undesirable reactions such as, for example, carbon deposits during the reforming process. By adjusting the overstoichiometric ratio, the conversion reaction can also be controlled.

При том, что доменный газ, предпочтительно, смешивают с топливным газом в сверхстехиометрическом соотношении перед процессом риформинга, не исключено и это в любом случае вписывается вWhile blast-furnace gas is preferably mixed with fuel gas in a superstoichiometric ratio before the reforming process, it is possible and in any case fits into

- 3 041394 объем настоящего изобретения, что доменный газ смешивают с топливным газом в стехиометрическом соотношении перед процессом риформинга и добавляют дополнительный доменный газ после процесса риформинга. В любом случае, полученный синтез-газ, подаваемый в доменную печь, может содержать значительное количество не вступившего в реакцию доменного газа.- 3 041394 scope of the present invention that blast furnace gas is mixed with fuel gas in a stoichiometric ratio before the reforming process and additional blast furnace gas is added after the reforming process. In any case, the resulting synthesis gas fed to the blast furnace may contain a significant amount of unreacted blast furnace gas.

С помощью способа согласно изобретению также представляется возможным полное исключение необходимости во вдувании горячего дутья в доменную печь. Но даже если вдувание горячего дутья и применяют (в уменьшенной степени), то обогащенный кислородом газ не смешивают с горячим дутьем за пределами доменной печи, а вдувают его отдельно. Например, его можно было бы вдувать с использованием отдельного копья вдувания или через отдельное отверстие в зоне фурмы.With the method according to the invention, it is also possible to completely eliminate the need for blowing hot blast into the blast furnace. But even if hot blast injection is used (to a lesser extent), the oxygen-enriched gas is not mixed with the hot blast outside the blast furnace, but is injected separately. For example, it could be injected using a separate injection lance or through a separate hole in the lance area.

Предпочтительно, синтез-газ подают в доменную печь с температурой, составляющей по меньшей мере 800°С, предпочтительно по меньшей мере 1000°С. Выражаясь другими словами, синтез-газ подают как горячий газ. При этом может потребоваться нагрев синтез-газа после процесса риформинга. В других случаях синтез-газ может иметь настолько достаточно высокую температуру после процесса риформинга, что он может вводиться в доменную печь без дополнительного нагрева. Синтез-газ может вдуваться в доменную печь на уровне фурменного пояса или, альтернативно, также на уровне нижней части шахты доменной печи.Preferably, the synthesis gas is fed into the blast furnace at a temperature of at least 800°C, preferably at least 1000°C. In other words, the synthesis gas is supplied as a hot gas. This may require heating the synthesis gas after the reforming process. In other cases, the synthesis gas may be at such a high enough temperature after the reforming process that it can be introduced into the blast furnace without additional heating. The synthesis gas can be blown into the blast furnace at the level of the tuyere belt or, alternatively, also at the level of the lower part of the blast furnace shaft.

В то же самое время, обогащенный кислородом газ может иметь температуру меньше 100°С. Прежде всего, обогащенный кислородом газ может иметь температуру окружающей среды, то есть от 15°С до 40°С. При этом альтернативно, обогащенный кислородом газ может иметь температуру, составляющую по меньшей мере 100°С. Такая повышенная температура может быть обусловлена, например, процессом производства обогащенного кислородом газа.At the same time, the oxygen-enriched gas may have a temperature of less than 100°C. First of all, the oxygen-enriched gas may have an ambient temperature, ie from 15°C to 40°C. In this case, alternatively, the oxygen-enriched gas may have a temperature of at least 100°C. Such an elevated temperature may be due, for example, to the production process of the oxygen-enriched gas.

Согласно одному варианту осуществления сверхстехиометрическое соотношение корректируют, чтобы контролировать температуру колошникового газа доменной печи. Выражаясь другими словами, соотношение (или стехиометрический коэффициент) используют как средство контроля температуры колошникового газа. Предпочтительно температуру колошникового газа измеряют непосредственно или опосредованно и регулируют путем динамической адаптации соотношения. Выражаясь другими словами, используют замкнутый контур для ограничения более значительных отклонений температуры.In one embodiment, the overstoichiometric ratio is adjusted to control the temperature of the blast furnace top gas. In other words, the ratio (or stoichiometric ratio) is used as a means of controlling the top gas temperature. Preferably, the top gas temperature is measured directly or indirectly and controlled by dynamic ratio adaptation. In other words, a closed loop is used to limit larger temperature deviations.

Согласно другому варианту осуществления, который может комбинироваться с вышеприведенным вариантом осуществления, сверхстехиометрическое соотношение корректируют, чтобы контролировать температуру пламени в доменной печи. В этом случае соотношение используют как средство контроля температуры пламени. Это основано, главным образом, на эндотермической реакции СО2 и/или Н2О с компонентами, такими как кокс или вспомогательное топливо, которые могут подаваться или вдуваться в доменную печь. В свою очередь, температура пламени может измеряться непосредственно или опосредованно, а (сверхстехиометрическое) соотношение может корректироваться, чтобы регулировать температуру пламени.According to another embodiment, which can be combined with the above embodiment, the overstoichiometric ratio is adjusted to control the temperature of the flame in the blast furnace. In this case, the ratio is used as a means of controlling the flame temperature. This is based primarily on the endothermic reaction of CO2 and/or H2O with components such as coke or auxiliary fuel that may be fed or blown into the blast furnace. In turn, the flame temperature can be measured directly or indirectly, and the (superstoichiometric) ratio can be adjusted to control the flame temperature.

Предпочтительно, вспомогательное топливо, такое как пылеугольное топливо (ПУГ), которое, как известно, вдувают, или газ, такой как природный газ или коксовый газ - этим, однако, не ограничиваясь подают в доменную печь вместе с синтез-газом и обогащенным кислородом газом. Эта разновидность техпроцесса, в принципе, известна из уровня техники. В этом варианте осуществления сверхстехиометрическое количество доменного газа действует как теплоноситель внутри доменной печи, предпочтительно позволяя увеличивать количество вспомогательного топлива, подаваемого в доменную печь.Preferably, an auxiliary fuel such as pulverized coal (PCF) which is known to be blown in, or a gas such as natural gas or coke oven gas - this, however, is not limited to being fed into the blast furnace together with synthesis gas and oxygen enriched gas . This kind of process technology is, in principle, known from the prior art. In this embodiment, the superstoichiometric amount of blast furnace gas acts as a heat transfer medium within the blast furnace, preferably allowing an increase in the amount of auxiliary fuel supplied to the blast furnace.

Существуют различные возможности, как различные компоненты могут подаваться в доменную печь. Как было упомянуто выше, синтез-газ может подаваться либо на уровне фурменного пояса, либо на уровне шахты печи. Например, синтез-газ может подаваться через фурму, в то время как обогащенный кислородом газ и вспомогательное топливо подают через специальные копья вдувания, расположенные внутри фурмы. Альтернативно, вспомогательное топливо и обогащенный кислородом газ могут вдуваться через одно копье вдувания, которое концентрично расположено внутри фурмы, причем вспомогательное топливо проходит через внутреннюю трубку, а холодный кислород - через внешнюю трубку.There are various possibilities for how different components can be fed into the blast furnace. As mentioned above, synthesis gas can be supplied either at the level of the tuyere belt or at the level of the furnace shaft. For example, synthesis gas may be supplied through a lance, while oxygen-enriched gas and auxiliary fuel are supplied through special injection lances located inside the lance. Alternatively, pilot fuel and oxygen-enriched gas can be injected through a single injection lance that is concentric within the lance, with pilot fuel through the inner tube and cold oxygen through the outer tube.

Не весь доменный газ, который улавливают из доменной печи, обязательно должен смешиваться с топливным газом. Согласно одному варианту осуществления часть доменного газа сжигают вместе с кислородом для создания отработанного газа. При этом не обязательно, хотя, возможно, и предпочтительно было бы использовать кислород (О2) очень высокой чистоты. Скорее наоборот, можно использовать любой газ или газовую смесь с достаточной концентрацией О2, возможно, даже воздух. В качестве примера, доменный газ может иметь концентрацию N2 менее 5 %, концентрацию СО и СО2 - примерно по 40% каждый, и примерно 15% водорода Н2. Когда этот газ сжигают вместе с кислородом, отработанный газ может иметь приблизительный состав из 80% СО2, 15% Н2О и 5% N2. Если брать шире, то доменный газ может иметь концентрацию N2 в 0-50%, концентрацию СО и СО2 - по 20-50% каждый и концентрацию Н₂ в 2-25%. Само собой разумеется, что состав отработанного газа зависит от фактического состава доменного газа.Not all blast-furnace gas that is captured from the blast furnace needs to be mixed with the fuel gas. In one embodiment, a portion of the blast furnace gas is combusted with oxygen to create waste gas. It is not necessary, although it would be possible and preferable, to use very high purity oxygen (O2). On the contrary, any gas or gas mixture with a sufficient concentration of O2 can be used, possibly even air. As an example, a blast furnace gas may have an N2 concentration of less than 5%, a CO and CO2 concentration of about 40% each, and about 15% H2 hydrogen. When this gas is combusted with oxygen, the exhaust gas may have an approximate composition of 80% CO2, 15% H2O and 5% N2. More broadly, blast-furnace gas can have an N2 concentration of 0-50%, a CO and CO2 concentration of 20-50% each, and an _H2 concentration of 2-25%. It goes without saying that the composition of the waste gas depends on the actual composition of the blast furnace gas.

Отработанный газ или отходящий газ, предпочтительно, можно конденсировать и охлаждать. В результате этого концентрация СО₂ может быть дополнительно увеличена, например, до 95%.The exhaust gas or exhaust gas can preferably be condensed and cooled. As a result, the CO ₂ concentration can be further increased, for example up to 95%.

- 4 041394- 4 041394

Предпочтительно, часть доменного газа сжигают в нагревательном устройстве. Такое нагревательное устройство, которое может включать в себя одну или несколько горелок, может использоваться для различных целей. Например, нагревательное устройство может использоваться для нагрева доменного газа, топливного газа, газовой смеси и/или синтез-газа. Оно также может использоваться для обеспечения подачи энергии для реакции конверсии. Если его используют для нагрева синтез-газа, то делают это, главным образом, для того, чтобы увеличить количество скрытой теплоты, вводимой в доменную печь с помощью синтез-газа.Preferably, part of the blast-furnace gas is burned in a heating device. Such a heating device, which may include one or more burners, may be used for a variety of purposes. For example, the heating device may be used to heat blast furnace gas, fuel gas, gas mixture and/or synthesis gas. It can also be used to provide energy for the conversion reaction. If it is used to heat the synthesis gas, this is done mainly in order to increase the amount of latent heat introduced into the blast furnace by the synthesis gas.

Прежде всего, после вышеупомянутой конденсации и охлаждения концентрация СО2 в отработанном газе является чрезвычайно высокой. Поэтому, по меньшей мере, часть отработанного газа может быть использована для улавливания и хранения углерода. Альтернативно или дополнительно, по меньшей мере, часть отработанного газа может быть использована для улавливания и утилизации углерода.First of all, after the aforementioned condensation and cooling, the concentration of CO2 in the exhaust gas is extremely high. Therefore, at least part of the exhaust gas can be used for carbon capture and storage. Alternatively or additionally, at least a portion of the exhaust gas may be used to capture and utilize carbon.

Альтернативно или дополнительно по меньшей мере часть отработанного газа может быть использована для производства синтез-газа. Производство синтез-газа может включать в себя техпроцесс, аналогичный или идентичный процессу риформинга, как описано выше. Например, это может быть сухая конверсия, при котором СО₂ вступает в реакцию с углеводородами с получением СО₂ и Н₂О.Alternatively or additionally, at least a portion of the exhaust gas may be used to produce synthesis gas. The production of synthesis gas may involve a process similar or identical to the reforming process as described above. For example, it can be a dry shift, in which CO ₂ reacts with hydrocarbons to produce CO ₂ and H ₂ O.

Другой возможностью является то, что по меньшей мере часть доменного газа подают по меньшей мере на одну внешнюю установку. Эта внешняя установка не является частью доменной печи или не связана с нею непосредственно. Это может быть некая другая установка в сталеплавильном цехе или даже за пределами сталеплавильного цеха. На этой внешней установке или внешнем оборудовании доменный газ может использоваться в качестве топлива для сгорания или для других химических целей. Также представляется возможным попросту использовать остаточную скрытую теплоту доменного газа.Another possibility is that at least part of the blast-furnace gas is supplied to at least one external plant. This external installation is not part of the blast furnace or is not directly connected to it. It may be some other plant in the steel shop or even outside the steel shop. In this external plant or equipment, blast-furnace gas can be used as a fuel for combustion or for other chemical purposes. It is also possible to simply use the residual latent heat of the blast-furnace gas.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Ниже в качестве примера приведено описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображен схематичный вид установки доменной печи для осуществления способа эксплуатации доменной печи согласно настоящему изобретению.The following is a description of the preferred embodiments of the invention by way of example with reference to the accompanying drawing, which shows a schematic view of a blast furnace installation for carrying out the method of operating a blast furnace according to the present invention.

Описание предпочтительных вариантов осуществленияDescription of Preferred Embodiments

На чертеже показана установка 10 доменной печи, включающая в себя доменную печь 12. На верхнем конце 16 доменной печи 12, в целом, принимают завалку кокса 18 и завалку руды 20, в то время как на нижнем конце 22 доменной печи 12, в целом, принимают пылеугольное топливо 24 и обогащенный кислородом газ 26. Обогащенный кислородом газ, например, может иметь концентрацию О₂ в 95% и концентрацию N2 в 5%. На нижнем конце 22 из доменной печи 12 выпускают чушковый чугун 28 и шлак 30. Принцип работы доменной печи как таковой хорошо известен и дополнительно здесь не будет описан.The drawing shows a blast furnace plant 10 including a blast furnace 12. At the upper end 16 of the blast furnace 12, a coke charge 18 and an ore charge 20 are generally received, while at the lower end 22 of the blast furnace 12, in general, the pulverized coal fuel 24 and the oxygen-enriched gas 26 are received. The oxygen-rich gas, for example, may have an O ₂ concentration of 95% and an N 2 concentration of 5%. At the lower end 22, pig iron 28 and slag 30 are discharged from blast furnace 12. The operating principle of a blast furnace as such is well known and will not be further described here.

Установка 10 доменной печи также включает в себя газорекуперационные трубы 40 для рекуперации доменного газа из доменной печи 12. В качестве примера, рекуперированный доменный газ может иметь концентрацию N2 менее 5%, концентрацию СО и СО2 - примерно по 40% каждый и примерно 15% водорода Н2. Если брать шире, то доменный газ может иметь концентрацию N2 в 0-50%, концентрацию СО и СО₂ - по 20-50% каждый и концентрацию Н₂ в 2-25%. Его подают в рекуперационный газопровод 42, снабженный распределительным клапаном 44. Установка 10 доменной печи может включать в себя установку газоочистки 43, расположенную между газорекуперационными трубами 40 и распределительным клапаном 44, предусмотренную для очистки рекуперированного из доменной печи 12 газа, главным образом, чтобы удалить твердые частицы из газа и, по возможности, конденсировать часть пара, содержащегося в доменном газе. Необходимо отметить, что вышеприведенные концентрации даны с учетом состава доменного газа в сухом состоянии. При этом доменный газ также может быть и влажным, то есть он может содержать влагу.The blast furnace plant 10 also includes gas recovery tubes 40 for recovering blast furnace gas from blast furnace 12. As an example, recovered blast furnace gas may have an N2 concentration of less than 5%, a CO and CO2 concentration of about 40% each, and about 15% hydrogen. H2. More broadly, blast-furnace gas can have an N2 concentration of 0-50%, a CO and CO ₂ concentration of 20-50% each, and an H ₂ concentration of 2-25%. It is fed into a gas recovery pipeline 42 provided with a distribution valve 44. The blast furnace plant 10 may include a gas cleaning plant 43 located between the gas recovery pipes 40 and the distribution valve 44, provided for cleaning the gas recovered from the blast furnace 12, mainly to remove solid particles from the gas and, if possible, condense some of the steam contained in the blast-furnace gas. It should be noted that the above concentrations are given taking into account the composition of blast-furnace gas in the dry state. In this case, blast-furnace gas can also be wet, that is, it can contain moisture.

На участке распределительного клапана 44 по меньшей мере часть рекуперированного доменного газа направляют через первую питающую трубу 46 в смесительную камеру 48. Смесительная камера 48 снабжена второй питающей трубой 50 для подачи содержащего углеводороды газа, например коксового газа и/или природного газа и/или биогаза, в смесительную камеру 48. Внутри смесительной камеры 48 доменный газ и содержащий углеводороды газ смешивают друг с другом, чтобы сформировать газовую смесь. Эту газовую смесь подают затем через третью питающую трубу 52, которая может включать в себя воздуходувку 54, в реактор 56. В реактор 56 может вводиться энергия 53, чтобы поддерживать реакцию и нагревать газовую смесь. Энергия 53 может подводиться в реактор непосредственно или опосредованно. Энергией может быть любая разновидность энергии, такая как, например, электроэнергия, для чего используют электрическую дугу, плазменный факел или электрическое сопротивление, но, предпочтительно, она может получаться в результате процесса сжигания топливного газа в горелке 57. Газовую смесь, как правило, подвергают компрессии. Альтернативно, оба газа могут подвергаться компрессии по отдельности, и после этого их смешивают. В реакторе 56 газовую смесь нагревают до высокой температуры, тем самым подвергая газовую смесь процессу риформинга, который в данном случае является, главным образом, сухим процессом риформинга в соответствии со следующей схемой реакции:At the control valve section 44, at least part of the recovered blast-furnace gas is directed through the first feed pipe 46 to the mixing chamber 48. The mixing chamber 48 is provided with a second feed pipe 50 for supplying a hydrocarbon-containing gas, for example coke oven gas and/or natural gas and/or biogas, into the mixing chamber 48. Inside the mixing chamber 48, blast-furnace gas and hydrocarbon-containing gas are mixed with each other to form a gas mixture. This gas mixture is then fed through a third feed pipe 52, which may include a blower 54, to the reactor 56. Energy 53 may be introduced into the reactor 56 to support the reaction and heat the gas mixture. Energy 53 may be supplied to the reactor directly or indirectly. The energy may be any form of energy, such as electrical energy using an electric arc, plasma torch, or electrical resistance, but it may preferably be obtained from the combustion process of fuel gas in the burner 57. The gas mixture is typically subjected to compression. Alternatively, both gases can be separately compressed and then mixed. In the reactor 56, the gas mixture is heated to a high temperature, thereby subjecting the gas mixture to a reforming process, which in this case is mainly a dry reforming process according to the following reaction scheme:

СО2 + СН4 ^ 2 Н₂ + 2 СО.CO2 + CH4 ^ 2 H ₂ + 2 CO.

В этом примере сухой процесс риформинга осуществляют внутри реактора 56 при температуре отIn this example, the dry reforming process is carried out inside the reactor 56 at temperatures ranging from

- 5 041394- 5 041394

800 до 1500°С без необходимости в использовании катализатора. Альтернативно можно было бы использовать и катализатор, например, снабдить реактор 56 катализатором.800 to 1500°C without the need for a catalyst. Alternatively, a catalyst could also be used, for example by providing the reactor 56 with a catalyst.

Полученный синтез-газ затем подают через четвертую питающую трубу 58 - в качестве восстановительного газа - обратно в доменную печь 12 либо на уровне фурменного пояса, либо на уровне нижней части шахты печи.The resulting synthesis gas is then fed through the fourth feed pipe 58 - as a reducing gas - back to the blast furnace 12 either at the level of the tuyere belt or at the level of the lower part of the furnace shaft.

В случае с вдуванием синтез-газа на уровне фурменного пояса синтез-газ вдувают вместе со вспомогательным топливом 24 и обогащенным кислородом газом 26. При том, что синтез-газ подают при температуре по меньшей мере в 800°С, обогащенный кислородом газ 26 имеет, как правило, температуру окружающей среды, хотя он также может иметь и более высокую температуру.In the case of synthesis gas injection at the level of the tuyere belt, synthesis gas is injected together with auxiliary fuel 24 and oxygen-enriched gas 26. While the synthesis gas is supplied at a temperature of at least 800° C., oxygen-enriched gas 26 has, as a rule, the ambient temperature, although it can also have a higher temperature.

При том, что использование обогащенного кислородом газа 26 увеличивает производительность доменной печи 12, это потенциально могло бы привести к определенным трудностям. С одной стороны, это могло бы привести к увеличению температуры пламени в доменной печи 12 в зоне горения перед фурмами, поскольку пламя не будет охлаждаться азотом, с другой стороны, температура колошникового газа могла бы понизиться вследствие того, что стимулируемая азотом теплопередача, а следовательно и нагрев холодной шихты в печи, будут в значительной степени уменьшенными. Для противодействия этим проблемам в первой питающей трубе 46 расположен клапан 47 для регулирования расхода, с помощью которого можно корректировать соотношение доменного газа и топливного газа. В целом, применяют такое сверхстехиометрическое соотношение, что синтез-газ может содержать не вступивший в реакцию доменный газ. Прежде всего, увеличивают концентрацию СО₂ и/или концентрацию Н₂О в синтезгазе. С одной стороны, этот дополнительный доменный газ привносит дополнительную скрытую теплоту в доменную печь 12, что помогает увеличить температуру колошникового газа. С другой стороны, СО₂и/или Н2О, содержащиеся в синтез-газе, могут вступать в реакцию с С в доменной печи 12 с получением СО и/или Н₂ по ходу эндотермической реакции, что понижает температуру пламени. Прежде всего, можно отслеживать температуру колошникового газа и/или температуру пламени и можно корректировать соотношение для контроля по меньшей мере одной из этих температур и поддержания ее в пределах нужного диапазона.While the use of oxygen-enriched gas 26 increases the productivity of blast furnace 12, this could potentially lead to certain difficulties. On the one hand, this could lead to an increase in the temperature of the flame in the blast furnace 12 in the combustion zone upstream of the tuyeres, since the flame would not be cooled by nitrogen, on the other hand, the temperature of the top gas could decrease due to the fact that the heat transfer stimulated by nitrogen, and therefore heating of the cold charge in the furnace will be greatly reduced. To counteract these problems, a flow control valve 47 is located in the first feed pipe 46, with which the ratio of blast furnace gas to fuel gas can be adjusted. In general, a superstoichiometric ratio is used such that the synthesis gas may contain unreacted blast furnace gas. First of all, the concentration of CO ₂ and/or the concentration of H ₂ O in the synthesis gas is increased. On the one hand, this additional blast furnace gas introduces additional latent heat into the blast furnace 12, which helps to increase the temperature of the top gas. On the other hand, CO ₂ and/or H 2 O contained in the synthesis gas may react with C in the blast furnace 12 to produce CO and/or H ₂ in an endothermic reaction, which lowers the flame temperature. First of all, the top gas temperature and/or the flame temperature can be monitored and the ratio can be adjusted to control at least one of these temperatures and keep it within the desired range.

На участке распределительного клапана 44, по меньшей мере, часть рекуперированного доменного газа может направляться через пятую питающую трубу 60 к горелке 57 реактора 56 в расчете на подвод энергии 53, необходимой для подогрева газовой смеси и поддержания реакции конверсии. Альтернативно или дополнительно, она (часть рекуперированного доменного газа - прим. переводчика) также могла бы использоваться для работы горелки для нагрева доменного газа в первой питающей трубе 46, коксового газа во второй питающей трубе 50 или синтез-газа в четвертой питающей трубе 58. В горелке 57 доменный газ сжигают, предпочтительно, вместе с кислородом 64, получая в результате отработанный газ 66 с высоким содержанием СО₂. Отработанный газ 66 может иметь, например, следующий состав: 80% СО₂, 15% Н₂О и 5% N₂. Он может быть собран и подан в охладитель 68, где его конденсируют и охлаждают, в результате чего концентрация СО₂ может быть увеличена дополнительно, например, до 95%. Следовательно, он может быть использован для улавливания и хранения углерода (технология УХУ) на участке хранения 70 или может быть использован, например, в химической установке 72 для производства синтез-газа.At the location of the control valve 44, at least part of the recovered blast-furnace gas can be directed through the fifth supply pipe 60 to the burner 57 of the reactor 56, based on the energy input 53 necessary to heat the gas mixture and maintain the conversion reaction. Alternatively or additionally, it could also be used to operate a burner to heat blast furnace gas in the first feed pipe 46, coke oven gas in the second feed pipe 50, or synthesis gas in the fourth feed pipe 58. B In the burner 57, the blast-furnace gas is combusted, preferably together with oxygen 64, resulting in an exhaust gas 66 with a high CO ₂ content. The exhaust gas 66 may have, for example, the following composition: 80% CO ₂ , 15% H ₂ O and 5% N ₂ . It can be collected and fed to a cooler 68 where it is condensed and cooled, whereby the CO ₂ concentration can be increased further, for example up to 95%. Therefore, it can be used for carbon capture and storage (CCS technology) in storage area 70 or can be used, for example, in chemical plant 72 to produce synthesis gas.

Еще одну часть доменного газа пускают через шестую питающую трубу 62 на внешнюю установку 74, которая не является частью доменной печи или не связана с нею непосредственно. Это может быть некая другая установка в сталеплавильном цехе или даже за пределами сталеплавильного цеха. На этой внешней установке 74 доменный газ может использоваться, например, в качестве топлива для горелки или для других химических целей.Another part of the blast-furnace gas is passed through the sixth supply pipe 62 to an external installation 74, which is not part of the blast furnace or is not directly connected to it. It may be some other plant in the steel shop or even outside the steel shop. In this external plant 74, blast-furnace gas can be used, for example, as a fuel for a burner or for other chemical purposes.

Перечень ссылочных обозначенийList of reference symbols

10 10 установка доменной печи blast furnace installation 48 48 смесительная камера mixing chamber 12 12 доменная печь blast furnace 50 50 вторая питающая труба second supply pipe 16 16 верхний конец upper end 52 52 третья питающая труба third supply pipe 18 18 завалка кокса coke filling 53 53 энергия energy 20 20 завалка руды ore filling 54 54 воздуходувка blower 22 22 нижний конец lower end 56 56 реактор reactor 24 24 вспомогательное топливо auxiliary fuel 57 57 горелка burner 26 26 обогащенный кислородом газ oxygen enriched gas 58 58 четвертая питающая труба fourth supply pipe 28 28 чушковый чугун pig iron 60 60 пятая питающая труба fifth supply pipe 30 thirty шлак slag 62 62 шестая питающая труба sixth supply pipe 40 40 газорекуперационная труба gas recovery pipe 64 64 кислород oxygen 42 42 рекуперационный газопровод recovery gas pipeline 66 66 отработанный газ waste gas 43 43 установка газоочистки gas cleaning plant 68 68 охладитель cooler 44 44 распределительный клапан control valve 70 70 участок хранения storage area 46 46 первая питающая труба first supply pipe 72 72 химическая установка chemical plant 47 47 клапан для регулирования расхода flow control valve 74 74 внешняя установка external installation

- 6 041394- 6 041394

Claims

1. A method for operating a blast furnace, the method comprising: collecting blast furnace gas from the blast furnace (12), wherein the blast furnace gas is a CO ₂ -containing gas, mixing blast furnace gas with fuel gas to obtain a gas mixture, wherein the fuel gas is hydrocarbon-containing gas, performing a process of reforming the gas mixture, thereby obtaining a synthesis gas containing CO and H ₂ , and supplying at least a portion of the synthesis gas and oxygen-enriched gas (26) to the blast furnace, the blast furnace gas being mixed with the fuel gas, not being subjected to pre-calcination after exiting the blast furnace, and wherein the blast furnace gas is mixed with the fuel gas in a superstoichiometric ratio such that the synthesis gas contains an excess portion of the blast furnace gas.

2. Process according to claim 1, characterized in that blast-furnace gas is mixed with fuel gas in a superstoichiometric ratio before the reforming process.

3. Process according to claim 1, characterized in that blast furnace gas is mixed with fuel gas in a stoichiometric ratio before the reforming process, while additional blast furnace gas is mixed with synthesis gas after the reforming process.

4. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen-enriched gas (26) contains at least 60%, preferably at least 80%, more preferably at least 90% O ₂ .

5. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen-enriched gas has a temperature of less than 100°C.

6. The method according to one of the preceding claims, characterized in that the synthesis gas is fed into the blast furnace (12) at the level of the tuyere belt and/or at the level of the lower part of the furnace shaft with a temperature of at least 800°C, preferably at least measure 1000°C.

7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the superstoichiometric ratio is corrected in order to control the temperature of the top gas of the blast furnace (12).

8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the superstoichiometric ratio is corrected in order to control the temperature of the flame in the blast furnace (12).

9. Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in addition to the synthesis gas and the oxygen-enriched gas (26), an auxiliary fuel (24) is supplied to the blast furnace.

10. Method according to one of the preceding claims, characterized in that part of the blast-furnace gas is combusted with oxygen (64) to create waste gas (66).

11. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas (66) is condensed and cooled.

12. Method according to one of the preceding claims, characterized in that part of the blast-furnace gas is burned in a heating device (57).

13. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device (57) is used to heat blast furnace gas, fuel gas, gas mixture and/or synthesis gas.

14. The method according to one of the preceding claims, characterized in that at least part of the exhaust gas (66) is used for carbon capture and storage and/or for carbon capture and utilization.

15. Process according to one of the preceding claims, characterized in that at least part of the waste gas (66) is used to produce synthesis gas.