EA045892B1 - METHOD OF OPERATING A METALLURGICAL PLANT FOR THE PRODUCTION OF IRON PRODUCTS - Google Patents

METHOD OF OPERATING A METALLURGICAL PLANT FOR THE PRODUCTION OF IRON PRODUCTS Download PDF

Info

Publication number
EA045892B1
EA045892B1 EA202390422 EA045892B1 EA 045892 B1 EA045892 B1 EA 045892B1 EA 202390422 EA202390422 EA 202390422 EA 045892 B1 EA045892 B1 EA 045892B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
plant
unit
stream
iron
gas
Prior art date
Application number
EA202390422
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ян Крулль
Кристиано КАСТАНЬОЛА
Стефано Маньяни
Original Assignee
Пауль Вюрт С.А.
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 Пауль Вюрт С.А. filed Critical Пауль Вюрт С.А.
Publication of EA045892B1 publication Critical patent/EA045892B1/en

Links

Description

Изобретение, в общем, относится к области металлургии железа и, прежде всего, к металлургической установке и способу производства железных продуктов. Более конкретно изобретение относится к металлургии железа, основанной на процессе прямого восстановления железной руды.The invention generally relates to the field of iron metallurgy and, above all, to a metallurgical plant and method for the production of iron products. More particularly, the invention relates to iron metallurgy based on the direct reduction process of iron ore.

Производственные процессы вносят значительный вклад в общие выбросы СО2, и современный процесс изготовления чугуна и стали является очень энергоемким и углеродоемким.Manufacturing processes contribute significantly to overall CO2 emissions, and the modern iron and steel manufacturing process is very energy and carbon intensive.

С учетом Парижского соглашения и почти всемирного согласия о необходимости действий в отношении выбросов является необходимым, чтобы каждая отрасль промышленности обращала внимание на разработку решений, направленных на улучшение энергетической эффективности и уменьшения выбросов СО2. Одной технологией, разработанной для уменьшения углеродного следа во время производства стали, является процесс прямого восстановления железной руды. Хотя годовое производство железа прямым восстановлением остается небольшим по сравнению с производством передельного чугуна в доменных печах, оно является действительно очень привлекательным из-за его сравнительно низких выбросов СО2, которые на 40-60% ниже для технологического маршрута прямого восстановления в электродуговой печи (EAF) по сравнению с доменной печью, кислородно-конверторным маршрутом.With the Paris Agreement and near global agreement on the need for action on emissions, it is imperative that every industry looks at developing solutions to improve energy efficiency and reduce CO2 emissions. One technology developed to reduce the carbon footprint during steel production is the direct iron ore reduction process. Although the annual production of direct reduced iron remains small compared to blast furnace pig iron production, it is indeed very attractive due to its comparatively low CO2 emissions, which are 40-60% lower for the direct reduced electric arc furnace (EAF) process route. compared to the blast furnace, oxygen-converter route.

В шахтной печи прямого восстановления шихта из гранулированной или кусковой железной руды загружается в верхнюю часть печи и опускается под действие силы тяжести через восстанавливающий газ. Восстановительный газ, состоящий из водорода и монооксида углерода (сингаз) течет вверх через слой руды. Восстановление оксидов железа происходит в верхней части печи, обычно при температурах до 950°С или даже выше. Твердый продукт, называемый железом прямого восстановления (DRI), обычно загружается в горячем состоянии в электродуговые печи или брикетируется в горячем состоянии, с образованием горячебрикетированного железа (HBI).In a direct reduction shaft furnace, a charge of granular or lump iron ore is loaded into the top of the furnace and lowered by gravity through a reducing gas. Reducing gas consisting of hydrogen and carbon monoxide (syngas) flows upward through the ore layer. The reduction of iron oxides occurs at the top of the furnace, usually at temperatures up to 950°C or even higher. The solid product, called direct reduced iron (DRI), is typically hot charged into electric arc furnaces or hot briquetted to form hot briquetted iron (HBI).

В большинстве существующих применений DRI вышеупомянутый сингаз вырабатывается посредством реформирования природного газа. В некоторых случаях подходящий газ уже имеется, в силу чего природный газ не требуется. Как известно из уровня техники, DRI и похожие продукты загружаются в доменную печь или вырабатывающую чугун установку или в плавильную печь, такую как EAF, для выработки передельного чугуна или стали.In most existing DRI applications, the aforementioned syngas is produced by reforming natural gas. In some cases, suitable gas is already available, so natural gas is not required. As is known in the art, DRI and similar products are charged to a blast furnace or iron making plant or to a smelting furnace such as an EAF to produce pig iron or steel.

WO2017/046653 раскрывает способ и устройство для прямого восстановления железных руд с использованием полученного из угля газа. Способ производства DRI использует синтетический газ, содержащий относительно высокую долю СО с отношением Н2/СО ниже, чем примерно 0,5, в системе восстановления, включающей в себя реактор восстановления, из которого горячий поток восстановительного газа отводится в виде верхнего газа, теплообменник, в котором тепло отбирается из горячего верхнего газа и передается к потоку жидкой воды, и увлажнитель газа. Плавильная печь-газификатор используется для получения шлака и передельного чугуна из железной руды, вырабатывая посредством этого содержащий СО и СО2 отходящий газ. Выходящий из плавильной печи-газификатора отходящий газ подвергается обработке (очистке, сжатию...), прежде чем он подается в две следующие друг за другом установки для конверсии СО для увеличения количество Н2 и СО2 в потоке газа. Этот поток затем подается в установку удаления СО2, образуя посредством этого богатый СО2 поток и богатый водородом поток. Богатый водородом поток подается в реактор восстановления. Богатый СО2 поток удаляется.WO2017/046653 discloses a method and apparatus for the direct reduction of iron ores using coal-derived gas. The DRI production method uses syngas containing a relatively high proportion of CO with an H2/CO ratio of less than about 0.5 in a reduction system including a reduction reactor from which the hot reduction gas stream is removed as an overhead gas, a heat exchanger, in which heat is removed from the hot overhead gas and transferred to the liquid water stream, and a gas humidifier. The smelter-gasifier is used to produce slag and pig iron from iron ore, thereby producing CO and CO2-containing off-gas. The off-gas leaving the melter-gasifier is treated (cleaned, compressed...) before it is fed into two successive CO conversion units to increase the amount of H 2 and CO 2 in the gas stream. This stream is then fed to a CO2 removal unit, thereby forming a CO2-rich stream and a hydrogen-rich stream. The hydrogen-rich stream is fed into the reduction reactor. The CO2-rich stream is removed.

ЕР 0997 693 относится к способу объединения доменной печи и реактора прямого восстановления с использованием криогенной ректификации. Очищенный доменный газ подается к реактору сдвига водагаз. Затем содержащий главным образом Н2 и СО2 результирующий поток газа подается к установке для удаления кислого газа и к установке метанизации. Для отделения азота от водорода используется криогенная установка. Диоксид углерода удаляется из системы в системе горячего карбоната калия или в системе адсорбции с перепадом давления.EP 0997 693 relates to a process for combining a blast furnace and a direct reduction reactor using cryogenic distillation. The purified blast furnace gas is supplied to the water-gas shift reactor. The resulting gas stream, containing mainly H 2 and CO 2 , is then supplied to an acid gas removal unit and to a methanization unit. A cryogenic unit is used to separate nitrogen from hydrogen. Carbon dioxide is removed from the system in a hot potassium carbonate system or pressure swing adsorption system.

Целью настоящего изобретения является обеспечение улучшенного подхода для производства железных продуктов прямого восстановления, который, прежде всего, является более экологически чистым.The purpose of the present invention is to provide an improved approach for the production of direct reduced iron products, which is primarily more environmentally friendly.

Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention

Эта цель достигнута посредством способа по п. 1 формулы изобретения.This goal is achieved by the method according to claim 1 of the claims.

Настоящее изобретение относится к способу эксплуатации металлургической установки для производства железных продуктов, включающему в себя:The present invention relates to a method for operating a metallurgical plant for producing iron products, comprising:

подачу шихты железной руды в установку прямого восстановления для получения железного продуктов прямого восстановления, эксплуатацию производящей чугун установки для выработки передельного чугуна, причем в качестве восстановительного агента в производящую чугун установку вводится биоуголь, и посредством этого производящая чугун установка генерирует содержащий СО и СО2 отходящий газ, обработку отходящего газа из производящей чугун установки в установке обогащения водородом для образования богатого водородом потока и богатого СО2 потока, причем по меньшей мере часть (то есть, доля или до 100%) богатого водородом потока подается к установке прямого восстановления, а богатый СО2 поток по меньшей мере частично конвертируют для переработки в установке прямого восстановления, прежде всего конвертируют в сингаз или природный газ.supplying an iron ore charge to a direct reduction plant to produce direct reduced iron products, operating an iron producing plant to produce pig iron, wherein biochar is introduced into the pig iron production plant as a reducing agent, and thereby the pig iron production plant generates an exhaust gas containing CO and CO 2 , treating waste gas from an iron producing plant in a hydrogen enrichment plant to produce a hydrogen-rich stream and a CO2-rich stream, wherein at least a portion (i.e., a fraction or up to 100%) of the hydrogen-rich stream is supplied to a direct reduction unit and the CO2-rich stream at least partially converted for processing in a direct reduction unit, primarily converted to syngas or natural gas.

Настоящее изобретение обеспечивает оптимальную конфигурацию установки прямого восстановThe present invention provides an optimal configuration for a direct recovery plant

- 1 045892 ления и производящей чугун установки, когда они расположены в одном месте и основаны на источниках зеленой энергии, прежде всего биомассе. Предпочтительно, биоуголь производят на месте посредством установки пиролиза биомассы из материала биомассы.- 1 045892 production and iron production plants, when they are located in one place and are based on green energy sources, especially biomass. Preferably, biochar is produced on site through a biomass pyrolysis plant from biomass material.

Согласно изобретению биоуголь используют в качестве восстановительного агента в производящей чугун установке, и отходящий газ производящей чугун установки (частично или полностью) затем перерабатывают в газовый поток, который используют в установке прямого восстановления.According to the invention, biochar is used as a reducing agent in an iron producing plant, and the off-gas from the iron producing plant (partially or completely) is then processed into a gas stream which is used in a direct reduction plant.

Производящая чугун установка получает шихту из материала - носителя железа, которая, как будет объяснено далее, может иметь разное происхождение и, прежде всего, происходить из установки DR.The iron producing plant receives a charge from the iron carrier material, which, as will be explained below, can have different origins and, above all, originate from the DR plant.

В разных вариантах осуществления достигнута синергия газов, а также твердых материалов: установка прямого восстановления использует отходящие газы от производящей чугун установки, производящая чугун установка может извлекать пользу от использования пыли и остатка из установки DR. Так, следует признать, что отходы из установки DR могут быть повторно использованы в производящей чугун установке, производящая чугун установка может также/альтернативно извлекать пользу от использования DRI (прямовосстановленного железа)/HDRI (горячего прямовосстановленного железа)/HBI (горячебрикетированного железа), полученного посредством установки прямого восстановления.In various embodiments, a synergy of gases as well as solids is achieved: the direct reduction plant uses off-gases from the iron production plant, the iron production plant can benefit from the use of dust and residue from the DR plant. Thus, it is recognized that the waste from the DR plant can be reused in the iron producing plant, the iron producing plant can also/alternatively benefit from the use of DRI (directly reduced iron)/HDRI (hot straight reduced iron)/HBI (hot briquetted iron) obtained by installing direct recovery.

Преимуществом изобретения является оптимизированная и сбалансированная связь между установкой прямого восстановления и производящей чугун установкой, а также факт, что они обе основаны на зеленой энергии/зеленом топливе.The advantage of the invention is the optimized and balanced connection between the direct reduction plant and the iron production plant, and the fact that they are both based on green energy/green fuel.

Соответственно, произведенные посредством установки прямого восстановления железные продукты, можно называть зелеными металлическими продуктами.Accordingly, iron products produced by the direct reduction plant can be called green metal products.

В настоящем тексте DR означает прямое восстановление или прямовосстановленный в зависимости от контекста.In this text, DR means direct recovery or directly restored depending on the context.

По меньшей мере часть выработанного установкой обогащения водородом богатого водородом потока может быть непосредственно отправлено к установке прямого восстановления, где он может быть использован в качестве газа или топлива для металлургических целей и/или для целей отопления. Следовательно, богатый водородом поток может быть частью потока восстановительного газа и/или потоком газообразного топлива.At least a portion of the hydrogen enrichment plant's hydrogen-rich stream may be sent directly to a direct reduction plant where it may be used as a gas or fuel for metallurgical and/or heating purposes. Therefore, the hydrogen-rich stream may be part of a reducing gas stream and/or a gaseous fuel stream.

Как отмечено выше, предпочтительно, по меньшей мере часть (то есть, доля или до 100%) богатого СО2 потока конвертируют для переработки в установке прямого восстановления. В зависимости от вариантов осуществления богатый СО2 поток может быть, прежде всего, конвертирован для образования сингаза или природного газа (газовый поток, образованный главным образом из метана). Это особо предпочтительно, поскольку предлагаемая металлургическая установка таким образом способна повторно использовать СО2 с пользой для установки прямого восстановления. Следовательно, СО2 не выбрасывается или перерабатывается где-то в другом месте, а используется непосредственно на месте.As noted above, preferably at least a portion (ie, a fraction or up to 100%) of the CO2-rich stream is converted for processing in a direct reduction unit. Depending on embodiments, the CO 2 -rich stream may be primarily converted to form syngas or natural gas (a gas stream formed primarily from methane). This is particularly advantageous since the proposed metallurgical plant is thus able to recycle CO2 to the benefit of the direct reduction plant. Consequently, the CO2 is not emitted or recycled elsewhere, but is used directly on site.

Напротив, в предлагаемых WO2017/046653 и ЕР 0997 693 способах диоксид углерода удаляется из системы и не конвертируется для переработки в установке прямого восстановления.In contrast, in the methods proposed by WO2017/046653 and EP 0997 693, carbon dioxide is removed from the system and is not converted for processing in a direct reduction plant.

Предпочтительно, богатый СО2 поток может подаваться в установку электролиза воды, предпочтительно, дополнительно питаемую потоком пара для образования потока сингаза, который доставляется к установке прямого восстановления. Этот поток сингаза типичным образом содержит главным образом водород и монооксид углерода, и, следовательно, может быть переработан в установке прямого восстановления в качестве восстановительного газа или газообразного топлива. Общее содержание Н2 и СО в потоке сингаза может составлять по меньшей мере 60 об.%, предпочтительно 70 или 80 об.%.Preferably, the CO 2 -rich stream may be fed to a water electrolysis unit, preferably further fed with a steam stream to produce a syngas stream which is supplied to the direct reduction unit. This syngas stream typically contains primarily hydrogen and carbon monoxide, and therefore can be processed in a direct reduction plant as a reducing gas or gaseous fuel. The total H 2 and CO content in the syngas stream may be at least 60 vol.%, preferably 70 or 80 vol.%.

В вариантах осуществления по меньшей мере часть богатого водородом потока направляют к установке прямого восстановления опосредованно. Термин опосредованно здесь подразумевает, что богатый водородом поток преобразуют/конвертируют на его пути к установке прямого восстановления в газовый поток, который может перерабатываться в установке прямого восстановления. Например, богатый водородом поток и богатый СО2 поток может направляться от установки обогащения водородом к установке метанизации для образования потока метана. Этот поток направляют к установке прямого восстановления для использования в качестве части потока восстановительного газа и/или в качестве части потока газового топлива.In embodiments, at least a portion of the hydrogen-rich stream is routed indirectly to the direct reduction unit. The term here indirectly implies that the hydrogen-rich stream is converted/converted on its way to the direct reduction unit into a gas stream that can be processed in the direct reduction unit. For example, a hydrogen-rich stream and a CO2-rich stream may be sent from a hydrogen enrichment unit to a methanization unit to produce a methane stream. This stream is sent to a direct reduction unit for use as part of the reducing gas stream and/or as part of the gas fuel stream.

В вариантах осуществления богатый водородом газ, непосредственно или опосредованно, перерабатывается в установке прямого восстановления для использования в качестве технологического газа. При этом восстановительный газ вводится в установку DR для уменьшения содержания носителей железа в окатышах/агломератах. В контексте изобретения окатыши/агломераты обычно включают в себя только носители железа (например, железнорудные частицы/мелочь). Окатыши/агломераты обычно не содержат добавленный твердый восстановительный материал (древесный/каменный уголь или содержащие углерод материалы), за исключением следов или неизбежных количеств.In embodiments, the hydrogen-rich gas is processed, directly or indirectly, in a direct reduction unit for use as a process gas. In this case, reducing gas is introduced into the DR unit to reduce the content of iron carriers in the pellets/agglomerates. In the context of the invention, the pellets/agglomerates typically include only iron carriers (eg iron ore particles/fines). Pellets/agglomerates generally do not contain added solid reducing material (charcoal/coal or carbon containing materials) except in trace or unavoidable quantities.

В вариантах осуществления установка DR может включать в себя печь прямого восстановления или реактор и дополнительное оборудования в зависимости от технологии прямого восстановления, которая реализуется. Например, установка DR может включать в себя в дополнение к печи DR печь реформинга и систему рекуперации тепла. В таком случае поток метана может использоваться частично в качествеIn embodiments, the DR plant may include a direct reduction furnace or reactor and additional equipment depending on the direct reduction technology that is being implemented. For example, a DR plant may include a reformer furnace and a heat recovery system in addition to the DR furnace. In this case, the methane stream can be used partially as

- 2 045892 газообразного топлива для нагревания печи реформинга и/или частично в качестве технологического газа посредством реформинга и/или посредством прямого ввода в печь DR.- 2 045892 gaseous fuel for heating the reforming furnace and/or partly as process gas by reforming and/or by direct injection into the DR furnace.

В вариантах осуществления установка электролиза воды связана с установкой метанизации, посредством чего выходящий из установки метанизации поток пара подают в установку электролиза для образования вспомогательного потока водорода, который возвращают в установку метанизации. Это обеспечивает удобный способ переработки водяного пара из процесса метанизации. Факультативно, в установку электролиза воды может быть введен дополнительный поток пара, предпочтительно, из зеленого источника энергии.In embodiments, the water electrolysis unit is coupled to the methanization unit, whereby the steam stream exiting the methanization unit is supplied to the electrolysis unit to generate an auxiliary hydrogen stream, which is returned to the methanization unit. This provides a convenient way to recycle water vapor from the methanization process. Optionally, an additional steam stream, preferably from a green energy source, can be introduced into the water electrolysis unit.

Когда предполагается переработка потока отходящего газа производящей чугун установки в качестве металлургического газа (восстановительный газ) в шахтной печи прямого восстановления, является желательным удаление азота. С этой целью часть потока отходящего газа из производящей чугун установки может быть обработана в отделяющей азот установке перед направлением к установке обогащения водородом. В вариантах осуществления установка удаления азота может быть расположена на выходном потоке установки обогащения водородом вместо ее входного потока.When the waste gas stream from an iron production plant is to be processed as metallurgical gas (reducing gas) in a direct reduction shaft furnace, nitrogen removal is desirable. To this end, a portion of the off-gas stream from the iron production plant may be treated in a nitrogen separating plant before being sent to the hydrogen enrichment plant. In embodiments, the nitrogen removal unit may be located at the outlet stream of the hydrogen enrichment plant instead of the inlet stream thereof.

Настоящее изобретение может быть реализовано с существующим хорошо известным в металлургической промышленности оборудованием. Например, установка прямого восстановления, производящая чугун установка, установка пиролиза биомассы могут быть основаны на подходящей технологии. Используемые в изобретении системы обработки газа также хорошо известны, поскольку они используются в металлургической промышленности и более обще в химической промышленности.The present invention can be implemented with existing equipment well known in the metallurgical industry. For example, a direct reduction plant, an iron producing plant, a biomass pyrolysis plant can be based on suitable technology. The gas treatment systems used in the invention are also well known, as they are used in the metallurgical industry and more generally in the chemical industry.

Например, установка обогащения водородом может быть основана на множестве технологий. Прежде всего, установка обогащения водородом может включать в себя реактор сдвига вода-газ.For example, a hydrogen enrichment plant can be based on a variety of technologies. First of all, the hydrogen enrichment plant may include a water-gas shift reactor.

Установки пиролиза биомассы используются во многих отраслях. При эксплуатации в режиме так называемого медленного пиролиза они производят биоуголь и биогаз, которые могут быть использованы в качестве углеродистого материала для нагревания и других целей, прежде всего для металлургических применений. В контексте настоящего изобретения термин биоуголь используется для обозначения твердых продуктов пиролиза, которые могут быть использованы в качестве восстановительного агента в производящей чугун установке и которые обычно называются биоуглем или биококсом.Biomass pyrolysis plants are used in many industries. When operated in what is known as slow pyrolysis, they produce biochar and biogas, which can be used as a carbonaceous material for heating and other purposes, primarily for metallurgical applications. In the context of the present invention, the term biochar is used to refer to solid pyrolysis products that can be used as a reducing agent in an iron production plant and which are commonly referred to as biochar or biocoke.

Производящая чугун установка питается биоуглем в качестве восстановительного агента. В этом контексте биоуголь представляет главную часть восстановительного агента, а именно по меньшей мере 70%, 80%, 90% (по массе), а предпочтительно до 100%.The iron production plant is fed with biochar as a reducing agent. In this context, biochar represents the main part of the reducing agent, namely at least 70%, 80%, 90% (by weight), and preferably up to 100%.

Установки удаления азота обычно используются в области производства природного газа.Nitrogen removal plants are commonly used in natural gas production.

Установки электролиза воды также являются общепринятыми и используются для преобразования воды в водород.Water electrolysis plants are also common and are used to convert water into hydrogen.

Установка DR может обеспечивать реализацию разных технологий. В вариантах осуществления она включает в себя шахтную печь, печь реформинга и систему рекуперации тепла. В других вариантах осуществления она включает в себя шахтную печь, нагреватель и установку удаления СО2 (то есть, без дополнительной печи реформинга). Такие установки DR могут эксплуатироваться с природным газом и/или с восстановительными потоками. Они являются только примерами, и специалист будет знать, как выбрать подходящие процессы восстановления.A DR installation can support the implementation of different technologies. In embodiments, it includes a shaft furnace, a reforming furnace, and a heat recovery system. In other embodiments, it includes a shaft furnace, a heater, and a CO2 removal unit (ie, without an additional reformer furnace). Such DR plants can be operated with natural gas and/or reduction streams. These are examples only and the specialist will know how to select the appropriate recovery processes.

Также производящая чугун установка может обеспечивать реализацию разных технологий.Also, a cast iron production plant can support the implementation of different technologies.

Обычно вырабатывающая чугун установка может включать в себя доменную печь или плавильновосстановительный реактор, причем оба питаются биоуголем в качестве восстановительного агента. Плавильно-восстановительный реактор типичным образом включает в себя противоточный реактор, питаемый смесью носителей железа (несущих железо материалов) и твердых восстановительных агентов. Типичным образом носители железа часто могут присутствовать в виде кусковой руды, окатышей или мелочи (мелких частиц). Твердые восстановительные агенты обычно включают в себя уголь или углерод, однако в контексте изобретения в качестве восстановительного агента используется биоуголь. Как известно, восстановительная плавка используется для производства жидкого горячего металла подобно доменной печи, но без зависимости от кокса. Она требует небольшой подготовки подаваемого материала и использует уголь (или углерод), кислород и/или электрическую энергию.Typically, an iron-producing plant may include a blast furnace or a smelter, both fed with biochar as the reducing agent. The smelter and reduction reactor typically includes a countercurrent reactor fed with a mixture of iron carriers (iron-bearing materials) and solid reducing agents. Typically, iron carriers may often be present in the form of lumps, pellets or fines (small particles). Solid reducing agents typically include coal or carbon, however, in the context of the invention, biochar is used as the reducing agent. As is known, reduction smelting is used to produce liquid hot metal similar to a blast furnace, but without the dependence on coke. It requires little preparation of the feed material and uses coal (or carbon), oxygen and/or electrical energy.

В вариантах осуществления производящая чугун установка включает в себя обычно низкий противоточный реактор, питаемый смесью носителей железа (несущих железо материалов) и твердых восстановительных агентов. Носители железа типичным образом являются агломерированными исходя из мелкозернистых руд с добавлением к ним части восстановительных агентов для облегчения реакций получения железа. Материалы загружают в реактор сверху через специальные каналы. Воздух, зачастую обогащенный кислородом, а также газообразные восстановительные агенты вдувают с нижней части реактора. Передельный чугун и шлак выпускают из нижней части. Такой вид восстановительно-плавильного реактора с вертикальными штабелями материалов раскрыт, например, в WO 2019/110748 и включен в данный документ по ссылке. Как понятно специалисту в данной области техники, такой низкий реактор основан на восстановлении при низком давлении с подвижным слоем, является гибким в отношении несущих железо и несущих углерод сырьевых материалов, которые он может перерабатывать. Способность способа расплавлять или окатыши или брикеты или даже смешанные загрузки из них обеспечивает средствоIn embodiments, the iron producing plant typically includes a low countercurrent reactor fed by a mixture of iron carriers (iron-bearing materials) and solid reducing agents. Iron carriers are typically agglomerated from fine-grained ores with a portion of reducing agents added thereto to facilitate iron production reactions. Materials are loaded into the reactor from above through special channels. Air, often enriched with oxygen, as well as gaseous reducing agents are blown in from the bottom of the reactor. Pig iron and slag are discharged from the bottom. This type of smelting reduction reactor with vertical stacks of materials is disclosed, for example, in WO 2019/110748 and is incorporated herein by reference. As one skilled in the art will appreciate, such a low reactor is based on low pressure moving bed reduction and is flexible in the iron-bearing and carbon-bearing feedstocks it can process. The ability of the process to melt either pellets or briquettes or even mixed loads of them provides a means

- 3 045892 для использования широкого диапазона альтернативных питающих материалов.- 3 045892 for the use of a wide range of alternative feed materials.

Здесь можно отметить, что такой вид низкого восстановительно-плавильного реактора обычно вырабатывает значительные количества отходящего газа, сравнительно больше, чем другие технологии восстановительной плавки, делая его особо пригодным для использования в контексте изобретения, то есть для использования отходящего газа в установке прямого восстановления. Другими словами, плавильно-восстановительный реактор обеспечивает осуществимое решение для идеи изобретения, где отходящий газ производящей чугун установки должен быть способен обеспечить главный источник газа для эксплуатации установки прямого восстановления. Также доменная печь вырабатывает достаточное количество газа.It may be noted here that this kind of low smelting reduction reactor typically produces significant amounts of off-gas, comparatively more than other smelting-reduction technologies, making it particularly suitable for use in the context of the invention, that is, for using off-gas in a direct reduction plant. In other words, the smelter reduction reactor provides a feasible solution to the inventive concept where the off-gas from an iron producing plant must be capable of providing the main source of gas for operating the direct reduction plant. The blast furnace also produces a sufficient amount of gas.

В контексте изобретения желательно, чтобы отходящий газ производящей чугун установки имел совместное содержание СО и СО2 по меньшей мере 25 об.%, предпочтительно более 30, 35 или 40 об.% Предпочтительно, содержание СО составляет по меньшей мере 20, 25 или 30 об.%.In the context of the invention, it is desirable that the exhaust gas from an iron producing plant has a combined CO and CO2 content of at least 25% by volume, preferably more than 30, 35 or 40% by volume. Preferably, the CO content is at least 20, 25 or 30% by volume. %.

Как будет понятно специалисту в данной области техники, некоторые восстановительноплавильные печи (такие как, например, вышеупомянутый низкий противоточный реактор или домовая печь) могут вырабатывать значительные количества азота. В таком случае рекомендуется использование установки удаления азота из потока отходящего газа.As one skilled in the art will appreciate, some smelter reduction furnaces (such as, for example, the aforementioned low counterflow reactor or a house furnace) can produce significant amounts of nitrogen. In this case, it is recommended to use a unit to remove nitrogen from the exhaust gas stream.

Настоящее изобретение в разных возможных вариантах осуществления обеспечивает несколько преимуществ:The present invention, in various possible embodiments, provides several advantages:

Основанное на биомассе/зеленой энергии производство передельного чугуна, DRI (в разных формах) и стали.Biomass/green energy based production of pig iron, DRI (in various forms) and steel.

Синергию двух технологий производства железа, где установка прямого восстановления использует отходящие газы производящей чугун установки, полностью основанных на биомассе/зеленой энергии, становясь в результате этого самой основанной на биомассе/зеленой энергии.The synergy of two iron production technologies, where the direct reduction plant uses the exhaust gases of an iron production plant that is entirely biomass/green energy based, thereby becoming the most biomass/green energy based.

Эксплуатацию установки прямого восстановления, использующей отходящие газы производящей чугун установки без потребности в любых шагах удаления СО2 или N2 из таких отходящих газов.Operation of a direct reduction plant using the off-gases of an iron producing plant without the need for any steps to remove CO 2 or N2 from such off-gases.

Объединение двух технологий производства железа, где производящая чугун установка пригодна для использования мелочи и остатков из установки прямого восстановления. Прежде всего, конфигурация согласно изобретению позволяет загружать пыль, мелочь и другие остатки из установки DR в качестве части подлежащей плавлению шихты. Эти материалы, то есть пыль, мелочь и другие остатки могут быть, в зависимости от технологии производящей чугун установки, повторно использованы в насыпном виде (форма небольших частиц) или в виде агломератов (разного размера). Эта возможность простого повторного использования пыли, мелочи и других остатков из установки прямого восстановления на том же месте в производящей чугун установке является весьма предпочтительной и особо просто используемой с вышеупомянутой восстановительной плавкой, включающей в себя использование низкого противоточного реактора.A combination of two iron production technologies, where the iron producing plant is suitable for using fines and residues from the direct reduction plant. First of all, the configuration according to the invention allows dust, fines and other residues from the DR plant to be charged as part of the charge to be melted. These materials, that is, dust, fines and other residues, can be, depending on the technology of the iron-producing plant, reused in bulk form (in the form of small particles) or in the form of agglomerates (of different sizes). This ability to easily reuse dust, fines and other residues from the direct reduction plant at the same location in the iron making plant is highly advantageous and particularly easy to use with the above-mentioned smelting reduction involving the use of a low countercurrent reactor.

Конфигурация из двух производящих чугун технологий, где производство DRI в установке прямого восстановления может быть побочным продуктом производящей чугун установки в любых случаях с установками, соединенными таким образом, что установка прямого восстановления может также эксплуатироваться, когда производящая чугун установка не работает.A configuration of two iron-producing technologies where DRI production in a direct reduction plant can be a by-product of the iron-producing plant in any cases with the plants connected so that the direct reduction plant can also be operated when the iron-producing plant is not operating.

В дополнительных вариантах осуществления по меньшей мере часть прямовосстановленного продукта из установки прямого восстановления подают к производящей чугун установке в качестве части подлежащей плавлению в ней шихты, причем прямовосстановленные продукты включают в себя губчатое железо и/или кусковые прямовосстановленные продукты.In further embodiments, at least a portion of the direct reduced product from the direct reduction plant is supplied to the iron producing plant as part of a charge to be smelted therein, wherein the direct reduced products include sponge iron and/or lump direct reduced products.

Работа производящей чугун установки может регулироваться на основании количества рециркулированного отходящего газа. Причем работу производящей чугун установки (14) замедляют или прекращают после достижения устойчивого состояние работы в установке прямого восстановления.The operation of the iron producing plant can be controlled based on the amount of waste gas recirculated. Moreover, the operation of the iron-producing installation (14) is slowed down or stopped after reaching a steady state of operation in the direct reduction installation.

Согласно другому аспекту изобретение также относится к металлургической установке для производства железных продуктов, включающей в себя:According to another aspect, the invention also relates to a metallurgical plant for producing iron products, including:

установку прямого восстановления, выполненную для производства прямовосстановленных продуктов из загрузки железной руды, установку пиролиза биомассы, выполненную для выработки биоугля из материала биомассы, производящую чугун установку, выполненную для производства передельного чугуна, причем производящая чугун установка использует биоуголь в качестве восстановительного материала и выработки отходящего газа, установку обогащения водородом, выполненную для приема отходящего газа производящей чугун установки и выработки богатого водородом потока и богатого СО2 потока, и средство для конвертирования СО2 в поток газа, который перерабатывается в установке прямого восстановления, причем богатый водородом поток непосредственно или опосредованно перерабатывают в установке прямого восстановления.a direct reduction plant configured to produce directly reduced products from an iron ore charge, a biomass pyrolysis plant configured to produce biochar from the biomass material, an iron producing plant configured to produce pig iron, wherein the pig iron production plant uses biochar as a reduction material and generates waste gas , a hydrogen enrichment plant configured to receive exhaust gas from an iron producing plant and produce a hydrogen-rich stream and a CO2-rich stream, and means for converting the CO2 into a gas stream that is processed in a direct reduction plant, wherein the hydrogen-rich stream is directly or indirectly processed in the direct reduction plant. recovery.

В дополнительных вариантах осуществления металлургическая установка включает в себя установку метанизации, выполненную для приема богатого водородом потока и богатого СО2 потока из установIn additional embodiments, the metallurgical plant includes a methanization unit configured to receive a hydrogen-rich stream and a CO 2 rich stream from the plants.

- 4 045892 ки обогащения водородом и выработки из них потока биогаза, прежде всего потока метана, который направляют к установке прямого восстановления.- 4 045892 ki of enrichment with hydrogen and the production of a biogas stream from them, primarily a methane stream, which is sent to a direct reduction unit.

Металлургическая установка включает в себя установку электролиза воды, связанную с установкой метанизации, причем выходной поток пара из установки метанизации подают к установке электролиза для образования вспомогательного потока водорода, который возвращают к установке метанизации. В другом варианте металлургическая установка включает в себя установку электролиза воды, связанную с установкой обогащения водородом, причем установка электролиза воды выполнена для приема богатого СО2 потока, а также потока пара, и образования потока сингаза, который подают к установке прямого восстановления.The metallurgical plant includes a water electrolysis unit coupled to a methanization unit, wherein a steam output stream from the methanization unit is supplied to the electrolysis unit to generate an auxiliary hydrogen stream that is returned to the methanization unit. In another embodiment, the metallurgical plant includes a water electrolysis plant coupled to a hydrogen enrichment plant, the water electrolysis plant configured to receive a CO2-rich stream as well as a steam stream and generate a syngas stream that is supplied to the direct reduction plant.

Установка прямого восстановления включает в себя шахтную печь, реформер и систему рекуперации тепла. В другом варианте осуществления установка прямого восстановления включает в себя шахтную печь, нагреватель и установку удаления СО2.The direct recovery unit includes a shaft furnace, reformer and heat recovery system. In another embodiment, a direct reduction unit includes a shaft furnace, a heater, and a CO2 removal unit.

Установка обогащения водородом включает в себя реактор сдвига вода-газ.The hydrogen enrichment plant includes a water-gas shift reactor.

Установка удаления азота расположена на потоке отходящего газа из производящей чугун установки к установке обогащения водородом или на потоке на выходе из установки обогащения водородом.The nitrogen removal unit is located in the exhaust gas stream from the iron producing plant to the hydrogen enrichment plant or in the outlet stream from the hydrogen enrichment plant.

Установка обогащения водородом соединена напрямую с установкой прямого восстановления для подачи по меньшей мере части богатого водородом потока.The hydrogen enrichment unit is connected directly to the direct reduction unit to supply at least a portion of the hydrogen-rich stream.

Металлургическая установка может также включать в себя средства для транспортировки пыли, мелочи и других остатков из установки прямого восстановления к производящей чугун установке в качестве части подлежащей плавлению в ней шихты.The metallurgical plant may also include means for transporting dust, fines and other residues from the direct reduction plant to the iron producing plant as part of the charge to be smelted therein.

Вышеупомянутые и другие варианты осуществления изложены в прилагаемых пунктах формулы изобретения.The above and other embodiments are set forth in the appended claims.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Другие подробности и преимущества настоящего изобретения будут понятны из следующего подробного описание не ограничивающих вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, причем фиг. 1-4 являются схемами, иллюстрирующими четыре разных варианта осуществления металлургической установки, реализующих настоящий способ. На фигурах, если не указано иначе, одинаковые или подобные элементы обозначены одинаковыми ссылочными обозначениями.Other details and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of non-limiting embodiments with reference to the accompanying drawings, FIG. 1-4 are diagrams illustrating four different embodiments of a metallurgical plant implementing the present method. In the figures, unless otherwise indicated, the same or similar elements are designated by the same reference numerals.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществленияDetailed Description of Preferred Embodiments

На фиг. 1 показана первая схема установки 10 для реализации настоящего способа. Двумя главными компонентами установки 10 являются установка 12 прямого восстановления и производящая чугун установка 14. Установка 10 также включает в себя установку 16 пиролиза биомассы, которая производит биоуголь, используемый в производящей чугун установке 14 в качестве восстанавливающего агента.In fig. 1 shows a first diagram of an installation 10 for implementing the present method. The two main components of the plant 10 are a direct reduction plant 12 and an iron production plant 14. The plant 10 also includes a biomass pyrolysis plant 16 that produces biochar used in the iron production plant 14 as a reducing agent.

Как будет видно в разных вариантах осуществления, предлагаемые компоновки обеспечивают оптимальную конфигурацию для комбинации установки 12 прямого восстановления и производящей чугун установки 14, основанной на источниках зеленой энергии. Во всех вариантах осуществления имеется синергия газов (установка прямого восстановления использует отходящий газ из производящей чугун установки), а также твердых материалов (производящая чугун установка может извлекать пользу от использования пыли и остатков, а также от DRI/HDRI/HBI, производимых установкой DR).As will be seen in various embodiments, the proposed arrangements provide an optimal configuration for the combination of a direct reduction plant 12 and a green energy-based iron producing plant 14. In all embodiments, there is a synergy of gases (the direct reduction plant uses the off-gas from the iron production plant) as well as solid materials (the iron production plant can benefit from the use of dust and residues, as well as from the DRI/HDRI/HBI produced by the DR plant) .

Установка 12 прямого восстановления имеет обычную конструкцию. В данном варианте осуществления ее основное оборудование включает в себя (без ограничений) шахтную печь с верхним входным отверстием и нижним выходным отверстием, печь реформинга и систему рекуперации тепла (не показана). Шихту 18 железной руды в кусковой и/или гранулированной форме загружают в верхнюю часть печи, и позволяют ей опускаться под действием силы тяжести через восстанавливающий газ. Типичным образом установлено дополнительное механическое оборудование для облегчения опускания твердого материала.The direct reduction unit 12 has a conventional design. In this embodiment, its main equipment includes (but is not limited to) a shaft furnace with an upper inlet and a lower outlet, a reforming furnace, and a heat recovery system (not shown). Iron ore charge 18 in lump and/or granular form is charged into the top of the furnace and allowed to fall by gravity through the reducing gas. Typically, additional mechanical equipment is installed to facilitate lowering of the solid material.

Шихта остается в твердом состоянии во время перемещения от входного отверстия к выходному отверстию. Восстановительный газ вводят в шахтную печь сбоку в основание зоны восстановления, протекающим вверх через слой руды. Восстановительная атмосфера включает в себя главным образом Н2 и СО. Восстановление оксидов железа происходит в верхней части печи при температурах до 950°С и выше. В зависимости от варианта осуществления шахтная печь может включать в себя переходную зону ниже зоны восстановления. Эта зона имеет достаточную длину для отделения зоны восстановления от зоны охлаждения, делая возможным независимое управление обоими зонами.The charge remains in a solid state while moving from the inlet to the outlet. Reducing gas is introduced into the shaft furnace from the side at the base of the reduction zone, flowing upward through the ore layer. The reducing atmosphere consists mainly of H 2 and CO. The reduction of iron oxides occurs in the upper part of the furnace at temperatures up to 950°C and above. Depending on the embodiment, the shaft furnace may include a transition zone below the reduction zone. This zone is of sufficient length to separate the recovery zone from the cooling zone, allowing independent control of both zones.

Однако согласно современной практике шахтная печь типичным образом включает в себя не зону охлаждения, а зону выгрузки (непосредственно под зоной восстановления). Таким образом, твердый продукт шахтной печи выгружается горячим. Тогда он может быть:However, according to modern practice, a shaft furnace typically includes not a cooling zone, but a discharge zone (immediately below the reduction zone). Thus, the solid product of the shaft furnace is discharged hot. Then it could be:

1) загружен горячим в расположенное ниже по потоку производящее сталь оборудование (электродуговую печь (EAF), погружную дуговую печь (SAF)),1) loaded hot into downstream steelmaking equipment (electric arc furnace (EAF), submersible arc furnace (SAF)),

2) брикетирован в горячем состоянии с образованием HBI,2) briquetted in a hot state to form HBI,

3) охлажденным в отдельном резервуаре в виде холодного прямовосстановленного железа (Cold DRI),3) cooled in a separate tank in the form of cold direct reduced iron (Cold DRI),

4) комбинацией трех предыдущих продуктов.4) a combination of the three previous products.

- 5 045892- 5 045892

Основой производящей чугун установки 14 здесь является обычная производящая передельный чугун установка с относительно низким противоточным реактором, питаемая смесью носителей железа (несущих железо материалов) и твердых восстановительных агентов. Носители железа обычно являются агломерированными исходя из мелкозернистых руд с добавлением в них части восстановительных агентов для облегчения производящих железо реакций. Материалы загружают в реактор передельного чугуна сверху через специальные каналы. Воздух, зачастую обогащенный кислородом, а также газообразные восстановительные агенты вдувают с нижней части реактора. Передельный чугун и шлак выпускают из нижней части (прямоугольник 24). Реактор может включать в себя верхний штабель для наполнителя (носителей железа) на нижнем штабеле. Питатели твердого топлива расположены вокруг места перехода между верхним и нижним штабелями для топливного заполнителя. Топливо также вводят центрально через насадку, расположенную центрально на верхней части верхнего штабеля. Таким образом, разные материалы наполнителя загружают в вертикальные штабели.The basis of the iron production plant 14 here is a conventional pig iron production plant with a relatively low counter-current reactor fed by a mixture of iron carriers (iron-bearing materials) and solid reducing agents. Iron carriers are usually agglomerated from fine-grained ores with a portion of reducing agents added to facilitate iron-producing reactions. Materials are loaded into the pig iron reactor from above through special channels. Air, often enriched with oxygen, as well as gaseous reducing agents are blown in from the bottom of the reactor. Pig iron and slag are discharged from the lower part (rectangle 24). The reactor may include a top stack for fill (iron carriers) on a bottom stack. Solid fuel feeders are located around the transition point between the upper and lower fuel fill stacks. Fuel is also introduced centrally through a nozzle located centrally on the top of the upper stack. In this way, different filler materials are loaded into vertical stacks.

Такой вид плавильно-восстановительного реактора с вертикальными штабелями материалов раскрыт, например, в WO 2019/110748 и включен в данный документ по ссылке. Использование такого вида плавильно-восстановительного реактора предназначено для эксплуатации с восстановителями уголь/углерод и приспособлен для эксплуатации с биоуглем.This type of melting and reduction reactor with vertical stacks of materials is disclosed, for example, in WO 2019/110748 and is incorporated herein by reference. The use of this type of smelter and reduction reactor is intended for operation with coal/carbon reducing agents and is adapted for operation with biochar.

Он также делает возможной большую гибкость в отношении загрузки носителей железа, также делая возможным повторное использование пыли, мелочи и других остатков из установки DR, которые могут быть введены в виде кусков (частиц) или в агломерированной форме в плавильновосстановительный реактор.It also allows greater flexibility regarding the loading of iron carriers, also making it possible to reuse dust, fines and other residues from the DR plant, which can be introduced in lumps (particles) or in agglomerated form into the smelter reduction reactor.

Установка 16 пиролиза биомассы также обычная. Принципом действия является пиролиз: биомасса нагревается при (почти полном) отсутствии кислорода, результатом чего являются три различные фазы, называемые соответственно углем (твердая), смолой или бионефтью (жидкая) и сингазом (неконденсируемые газы). Распределение продукта среди трех фаз зависит от рабочих параметров, главным образом размера образца, времени пребывания и температуры. В контексте изобретения особо рассматриваемым является так называемый медленный пиролиз (или обугливание), проводимый при температурах от 400 до 500°С с относительно большим временем пребывания, посредством чего основным продуктом является уголь. Установка 16 пиролиза обычно может включать в себя реактор, который нагревается посредством электрической энергии.Biomass pyrolysis unit 16 is also conventional. The principle of operation is pyrolysis: biomass is heated in the (almost complete) absence of oxygen, resulting in three different phases called respectively coal (solid), tar or bio-oil (liquid) and syngas (non-condensable gases). The distribution of the product among the three phases depends on the operating parameters, mainly sample size, residence time and temperature. In the context of the invention, particular consideration is the so-called slow pyrolysis (or charring), carried out at temperatures from 400 to 500° C. with a relatively long residence time, whereby the main product is coal. The pyrolysis unit 16 may typically include a reactor that is heated by electrical energy.

Сырой вводимый в установку 16 пиролиза материал 22 биомассы может быть различным. Он типичным образом является материалом, называемым биотопливом и может включать в себя:The raw biomass material 22 introduced into the pyrolysis unit 16 may vary. It is typically a material called biofuel and may include:

i) древесную биомассу и побочные продукты лесной промышленности: куски древесины, древесную щепу и все другие продукты лесной промышленности (опилки, отходы лесопильных предприятий ...), ii) продукты сельскохозяйственного сектора: энергетические культуры (хворост, китайский тростник, зерно ...), а также остатки сельскохозяйственных культур (солому, жмых, шелуху ...), iii) органические побочные продукты промышленности: такие как шлам бумажного производства или отходы пищевой промышленности (FPI), iv) органические отходы: обычные отходы, сточные воды ферм или другие отходы городского хозяйства (шламы сточных вод), и комбинации из них.i) woody biomass and by-products of the forest industry: pieces of wood, wood chips and all other products of the forest industry (sawdust, sawmill waste...), ii) products of the agricultural sector: energy crops (brushwood, Chinese cane, grain... ), as well as crop residues (straw, bagasse, husks...), iii) organic industrial by-products: such as paper mill sludge or food processing waste (FPI), iv) organic waste: general waste, farm wastewater or other municipal waste (sewage sludge), and combinations of them.

Из биомассы 22 установка 16 пиролиза производит два потока:From the biomass 22, the pyrolysis unit 16 produces two streams:

би огаз В2, который может быть направлен к газораспределительной сети;biogas B2, which can be sent to the gas distribution network;

уголь В3 (например, биоуголь или биококс), который направляется к производящей чугун установке 14.coal B3 (eg biochar or biocoke), which is sent to the iron producing plant 14.

Транспортировку угля к производящей чугун установке 14 выполняют любым подходящим способом, например, посредством конвейеров, рельс, коробов и т.п.Transport of the coal to the iron producing plant 14 is accomplished by any suitable means, for example, by means of conveyors, rails, boxes, or the like.

В производящей чугун установке 14 используют шихту, включающую в себя биоуголь В3 и железнорудную мелочь Т1 (прямоугольник 26). Железнорудную мелочь Т1 при необходимости соответствующим образом агломерируют перед загрузкой в установку 14. Это может включать в себя несколько обработок железнорудной мелочи, также с использованием части биоугля В3. В данном варианте осуществления поток D3 пыли, мелочи и других остатков из установки 12 DR используют для замены части Т1 в процессе агломерации. Поэтому часть шихты производящей чугун установки состоит из отходов установки 12 DR.In the iron-producing installation 14, a charge is used that includes biochar B3 and iron ore fines T1 (rectangle 26). The fine iron ore T1 is optionally suitably agglomerated before loading into unit 14. This may involve several treatments of the fine iron ore, also using a portion of the biochar B3. In this embodiment, the stream D3 of dust, fines and other residues from the DR unit 12 is used to replace part T1 in the sintering process. Therefore, part of the charge from an iron-producing plant consists of waste from the 12 DR plant.

Биоуголь В3 действует в качестве восстановительного агента, делая посредством этого возможными реакции, необходимые для удаления кислорода из несущих железо материалов.Biochar B3 acts as a reducing agent, thereby enabling the reactions necessary to remove oxygen from iron-bearing materials.

Поток отходящего газа производящей чугун установки 14 обозначен через Т3 и содержит главным образом СО, СО2, Н2, Н2О и N2. Обычно общее содержание СО и СО2 в отходящем газе может составлять по меньшей мере 25 об.%, предпочтительно более 30, 35 или 40 об.%.The exhaust gas stream of the iron producing plant 14 is designated T3 and contains mainly CO, CO 2 , H 2 , H 2 O and N 2 . Typically, the total content of CO and CO 2 in the exhaust gas may be at least 25 vol.%, preferably more than 30, 35 or 40 vol.%.

Представленная ниже таблица 1 приводит в качестве примера состав разных газовых потоков для варианта осуществления согласно фиг. 1.Table 1 below provides an example of the composition of various gas streams for the embodiment of FIG. 1.

- 6 045892- 6 045892

Таблица 1Table 1

Материальные потоки конфигурации с метанизацией для прямовосстановленного природным газом железаConfiguration material flows with methanization for iron directly reduced by natural gas

Передельный чугун (Т2) Поток 1 тонна Pig iron (T2) Flow 1 ton Пар из установки DR* (S4) Поток 558,8 нм3 Steam from DR* unit (S4) Flow 558.8 nm 3 СО2 из WGS (С1) Поток 590,5 нм3 CO 2 from WGS (C1) Flow 590.5 nm 3 Состав Compound 94,64 94.64 Fe % мае. Fe % ma. Пар к WGS** (S2) Поток 340 нм3 Steam to WGS** (S2) Flow 340 nm 3 Состав Compound 95 95 СО2 % об. CO 2 % vol. 3,50 3.50 С % мае. From % May. 5 5 N2 % об. N 2 % vol. Порошок железной руды (Т1) Поток 1,440 тонн Iron Ore Powder (T1) Flow 1,440 tons Пар к SOEC*** (S3) Поток 1033 нм3 Steam to SOEC*** (S3) Flow 1033 nm 3 Н2 из WGS (HY1) Поток 624,2 нм3 H 2 from WGS (HY1) Flux 624.2 nm 3 Состав Compound 65 65 Fe % мае. Fe % ma. Пар из метанизации (S5) Поток 1122 нм3 Vapor from methanization (S5) Flow 1122 nm 3 Состав Compound 83,31 83.31 Н2 % об. H 2 % vol. 30 thirty О % мае. About % May. 15,86 15.86 СО2 % об. CO 2 % vol. Порошок из DR (D3) Поток 0,060 тонн Powder from DR (D3) Flow 0.060 tons Отходящий газ (ТЗ) Поток 2000 нм3 Exhaust gas (FG) Flow 2000 nm 3 0,83 0.83 N2 % об. N 2 % vol. Н2 из SOEC (HY2) Поток 1930.6 нм H 2 from SOEC (HY2) Flux 1930.6 nm Состав Compound 95,5 95.5 Fe % мае. Fe % ma. Состав Compound 24 24 СО % об. CO % vol. 3,5 3.5 С % мае. From % May. 9 9 СО2 % об. CO 2 % vol. Состав Compound 89,30 89.30 Н2 % об. H 2 % vol. 1 1 О % мае. About % May. 2 2 Н2 % об. H 2 % vol. 10,70 10.70 Н2О % об. H 2 O % vol. Железная руда (Р1) Поток 2,525 тонн Iron Ore (P1) Flow 2.525 tons 7 7 Н2О % об. H 2 O % vol. Природный газ NG1) Поток 694,7 нм3 Natural gas NG1) Flow 694.7 nm 3 58 58 n2 % об. n 2 % vol. Состав Compound 70 70 Fe % мае. Fe % ma. Отходящий газ к WGS (Т4) Поток 874,7 нм3 Exhaust gas to WGS (T4) Flow 874.7 nm 3 Состав Compound 80,75 80.75 СН4 % об. CH 4 % vol. 30 thirty О % мае. About % May. 14,25 14.25 СО2 % об. CO 2 % vol. ΗΒΙ**** (D4) Поток 1,870 тонн ΗΒΙ**** (D4) Flow 1,870 tons Состав Compound 54,87 54.87 СО % об. CO % vol. 5,00 5.00 N2 % об. N 2 % vol. 20,58 20.58 СО2 % об. CO 2 % vol. Дымовой газ (F1) Поток 3585,0 нм3 Flue gas (F1) Flow 3585.0 nm 3 Состав Compound 95,5 95.5 Fe % мае. Fe % ma. 4,57 4.57 Н2 % об. H 2 % vol. 3,5 3.5 С % мае. From % May. 16,00 16.00 Н2О % об. H 2 O % vol. Состав Compound 63 63 N2 % об. N 2 % vol. 1 1 О % мае. About % May. 3,97 3.97 n2 % об. n 2 % vol. 22 22 Н2О % об. H 2 O % vol. Суммарная потребность в паре (S1) Поток 1373 нм3 Total steam demand (S1) Flow 1373 nm 3 Удаленный N2 (Т5) Поток 1125,3 нм3 Remote N2 (T5) Flux 1125.3 nm 3 15 15 СО2 % об. CO 2 % vol. Состав Compound 100 100 n2 % об. n 2 % vol.

* Прямое восстановление.* Direct recovery.

** Сдвиг вода-газ.** Water-gas shift.

*** Ячейка твердооксидного электролизера.*** Solid oxide electrolyzer cell.

**** Горячебрикетированное железо.**** Hot briquetted iron.

Поток отходящего газа проходит через факультативную очищающую установку 28, причем удаляется некоторое количество N2, а также пыль и другие компоненты. Выходной поток Т5 N2 направляют в накопитель 30 N2 для возможной переработки.The off-gas stream passes through an optional cleaning unit 28, removing some N2 as well as dust and other components. The output stream T5 N 2 is sent to storage 30 N2 for possible processing.

Остаточный поток Т4 отходящего газа, выходящий из очищающей установки 28, содержит в основном СО, CO2, Н2, Н2О и направляется в конвертер 32. Удаляемое количество N2 зависит от содержания N2 в потоке Т3 и допустимого максимума N2 в установке 12 DR. В настоящем варианте осуществления выбранная для производящей чугун установки 14 технология вырабатывает значительное количество N2. Оно может отличаться при использовании других технологий.The residual exhaust gas stream T4 leaving the cleaning unit 28 contains mainly CO, CO2, H 2 , H 2 O and is sent to the converter 32. The amount of N2 removed depends on the N2 content in the T3 stream and the permissible maximum N2 in the DR unit 12. In the present embodiment, the technology selected for the iron producing plant 14 produces a significant amount of N 2 . It may differ when using other technologies.

Конвертер 32 (также называемый установкой обогащения водородом) выполнен для конвертирования СО и Н2О в СО2 и Н2 и для выработки богатого СО2 потока С1 и отдельного богатого Н2 потока HY1.The converter 32 (also called a hydrogen enrichment unit) is configured to convert CO and H 2 O into CO 2 and H 2 and to produce a CO 2 -rich stream C1 and a separate H 2 -rich stream HY1.

Поток HY1 типичным образом состоит из Н2, СО2 и N2 (количество N2 зависит от технологии производящей чугун установки и присутствия очищающей установки 28). В отличие от N2 главным компонентом потока HY1 является Н2.Stream HY1 typically consists of H 2 , CO 2 and N2 (the amount of N2 depends on the technology of the iron producing plant and the presence of a purification plant 28). Unlike N2, the main component of the HY1 flow is H2 .

В силу конструкции установки 32 большая часть содержания N2 потока Т4 будет типичным образом направлена в поток HY1. Соответственно, поток С1 содержит по существу СО2, типичным образом выше 90%.Due to the design of plant 32, most of the N2 content of stream T4 will typically be directed into stream HY1. Accordingly, stream C1 contains substantially CO2, typically above 90%.

Поскольку разделение двух потоков С1 и HY1 может быть дорогостоящим, можно предпочесть единственный выходной поток, составленный из смешанных друг с другом С1 и HY1. Конвертер 32 здесь выполнен для осуществления реакции сдвига вода-газ:Since separating the two streams C1 and HY1 can be expensive, a single output stream composed of C1 and HY1 mixed together may be preferred. The converter 32 here is designed to carry out the water-gas shift reaction:

CO + H2O θ CO2 + H2CO + H2O θ CO2 + H2

Конвертеры сдвига вода-газ хорошо известны из уровня техники и описываться не будут. Для мак- 7 045892 симизации превращения СО, содержащегося в потоке Т4 отходящего газа производящей чугун установки (учитывая, что он уже содержит Н2О), конвертер 32 может питаться потоком S2 пара, происходящим из источника 34 вырабатываемого из зеленой энергии пара.Water-gas shift converters are well known in the art and will not be described. To maximize the conversion of CO contained in the iron plant waste gas stream T4 (given that it already contains H2O), the converter 32 can be fed with a steam stream S2 originating from a green energy steam source 34.

Можно условно принять, что богатый водородом выходной поток конвертера сдвига вода-газ является потоком продукта, в то время как богатый СО2 поток может называться хвостовым газом. Богатый СО2 поток является хвостовым газом конвертера 32. Однако в контексте изобретения богатый СО2 поток не выбрасывают, а перерабатывают в установках, а именно в установке прямого восстановления.It can be roughly assumed that the hydrogen-rich water-gas shift converter effluent stream is a product stream, while the CO 2 -rich stream can be called a tail gas. The CO 2 -rich stream is the tail gas of the converter 32. However, in the context of the invention, the CO 2 -rich stream is not emitted, but is processed in plants, namely a direct reduction plant.

Два выходных потока конвертера 32, то есть богатый Н2 поток и богатый СО2 поток, подают в установку 36 метанизации. Установка метанизации выполнена для выработки газового потока NG1, имеющего качество и содержание метана, сравнимые с природным газом. В установке метанизации происходит следующая реакция:The two output streams of the converter 32, that is, the H 2 -rich stream and the CO 2 -rich stream, are supplied to the methanization unit 36 . The methanization unit is designed to produce a gas stream NG1 having a quality and methane content comparable to natural gas. The following reaction occurs in the methanization unit:

СО2 + 4 Н2О θ СН4 + Н2ОCO 2 + 4 H 2 O θ CH 4 + H 2 O

Выработанный газовый поток NG1 имеет качество и содержание метана, которые зависят от входного потока. Однако при некоторых условиях он подобен ископаемому природному газу и поэтому может называться природным газом, биогазом или возобновляемым природным газом RNG. Предпочтительно, поток природного газа содержит по меньшей мере 65%, предпочтительно более 75, 80 или 85 об.% СН4.The produced gas stream NG1 has a quality and methane content that depends on the input stream. However, under some conditions it is similar to fossil natural gas and may therefore be called natural gas, biogas or renewable natural gas RNG. Preferably, the natural gas stream contains at least 65%, preferably more than 75, 80 or 85 vol.% CH 4 .

Другим выходным продуктом установки 36 является поток S5, который, предпочтительно, подают к ячейке твердооксидного электролизера 38 (SOEC). Установка 38 SOEC выполнена для преобразования Н2О в Н2, удаляя избыток О2 (который может быть использован в другом месте).Another output from unit 36 is stream S5, which is preferably supplied to solid oxide electrolyzer cell (SOEC) 38. The SOEC unit 38 is configured to convert H 2 O to H 2 , removing excess O 2 (which can be used elsewhere).

Факультативно, установка 38 SOEC может принимать дополнительный зеленый поток S3 пара из источника 34 для увеличения производства метана.Optionally, SOEC unit 38 may receive additional green steam stream S3 from source 34 to increase methane production.

Как известно из уровня техники, SOEC имеет конструкцию твердооксидной топливной ячейки, состоящей из топливного электрода (катода), кислородного электрода (анода) и твердооксидного электролита. Пар подают вдоль катодной стороны ячейки электролизера. Когда прикладывается напряжение, пар восстанавливается на покрытой катализатором поверхности раздела катод-электролит и восстанавливается с образованием чистого Н2 и ионов кислорода. Затем газообразный водород остается на катодной стороне и собирается на выходе в качестве водородного топлива, в то время как ионы кислорода проводятся через твердый и газонепроницаемый электролит. На поверхности раздела электролит-анод ионы кислорода окисляются с образованием чистого газообразного кислорода, которые собираются на поверхности анода. SOEC работает при высокой температуре, обычно от 500 до 850°С.As is known in the art, the SOEC has a solid oxide fuel cell structure consisting of a fuel electrode (cathode), an oxygen electrode (anode), and a solid oxide electrolyte. Steam is supplied along the cathode side of the electrolyser cell. When voltage is applied, steam is reduced at the catalyst-coated cathode-electrolyte interface and is reduced to form pure H2 and oxygen ions. Hydrogen gas then remains on the cathode side and is collected at the outlet as hydrogen fuel, while oxygen ions are conducted through the solid and gas-tight electrolyte. At the electrolyte-anode interface, oxygen ions are oxidized to form pure oxygen gas, which collects on the anode surface. SOEC operates at high temperatures, typically between 500 and 850°C.

Произведенный посредством установки 38 SOEC поток Н2 подают в установку 36 метанизации.The H 2 stream produced by the SOEC unit 38 is supplied to the methanization unit 36 .

Поток NG1 биогаза, произведенный установкой 36 метанизации, направляют к установке 12 DR для переработки. Поток NG1 биогаза может быть использован для целей нагревания и/или для металлургических целей, то есть в качестве восстановительного агента. Таким образом, поток NG1 биогаза может быть частью потока нагревающего газа и/или частью потока восстановительного газа, это значит, что он может быть смешан с другими газами для любой из этих целей.The biogas stream NG1 produced by the methanization unit 36 is sent to the DR unit 12 for processing. The biogas stream NG1 can be used for heating purposes and/or for metallurgical purposes, ie as a reducing agent. Thus, the biogas stream NG1 can be part of the heating gas stream and/or part of the reducing gas stream, which means that it can be mixed with other gases for either of these purposes.

В вышеупомянутом случае, когда установка 12 включает в себя шахтную печь, реформер и систему рекуперации тепла, тогда типичным образом большую часть потока NG1 добавляют к газу, рециркулируемому в установку 12. Это имеет металлургическую цель. Действительно, поток NG1 вводят в трубопровод рециркуляции, который рециркулирует печной газ через систему рекуперации тепла и реформер. В реформере метан реагирует с диоксидом углерода и водяным паром с образованием монооксида углерода и водорода (сухой и паровой процесс реформинга являются только примером). Другие части NG1 используют в качестве топлива (для поддержки реакций реформинга, требуемых процессом DR), а также для прямого ввода в шахту установки 12 для поддержки науглероживания продукта D4 и оптимизации процесса.In the above case, where the unit 12 includes a shaft furnace, a reformer and a heat recovery system, then typically the majority of the NG1 stream is added to the gas recycled to the unit 12. This has a metallurgical purpose. Indeed, the NG1 stream is introduced into the recirculation line, which recirculates the furnace gas through the heat recovery system and the reformer. In the reformer, methane reacts with carbon dioxide and steam to produce carbon monoxide and hydrogen (dry and steam reforming processes are just an example). Other parts of NG1 are used as fuel (to support the reforming reactions required by the DR process) and also for direct injection into the unit 12 shaft to support carburization of product D4 and process optimization.

Отходящий газ (дымовой газ сжигания, получающийся от сжигания для поддержки процесса реформинга) установки 12 DR направляют к 40 для выпуска в атмосферу.The exhaust gas (combustion flue gas produced from combustion to support the reforming process) of the 12 DR unit is sent to 40 for release to the atmosphere.

С учетом устройства настоящей металлургической установки с источником биоугля и различных обработок газа, выбросы потока F1 отходящего газа квалифицируются как зеленые или нейтральные.Considering the design of a real metallurgical plant with a biochar source and various gas treatments, the emissions of the waste gas stream F1 are classified as green or neutral.

Системы рекуперации тепла в установке 12 делают возможным выработку зеленого потока S4 пара, который направляется к источнику 34 для дальнейшего использования.Heat recovery systems in plant 12 make it possible to generate a green steam stream S4, which is sent to source 34 for further use.

На фиг. 2 показан второй вариант осуществления металлургической установки 110, которая отличается от предшествующего варианта осуществления тем, что установка 12 DR не эксплуатируется на потоке биогаза (СН4), а основана на сингазе. Ее главное оборудование включает в себя (без ограничения) вертикальную шахту (с входом в верней части и выходом в нижней части), нагреватель и установку удаления СО2 (не показано).In fig. 2 shows a second embodiment of the metallurgical plant 110, which differs from the previous embodiment in that the DR plant 12 is not operated on a biogas (CH 4 ) stream, but is based on syngas. Its main equipment includes (but is not limited to) a vertical shaft (with an inlet at the top and an outlet at the bottom), a heater and a CO 2 removal unit (not shown).

Подобно первому варианту осуществления, биоуголь производят в установке 16 пиролиза и используют для производства передельного чугуна в производящем чугун устройстве 14. Отходящий газ из производящей чугун установки 14 обрабатывают в факультативной очищающей установке 28 и затем в установке 32 обогащения водородом.Similar to the first embodiment, biochar is produced in a pyrolysis unit 16 and is used to produce pig iron in an iron producing unit 14. The off-gas from the iron producing unit 14 is processed in an optional purification unit 28 and then in a hydrogen enrichment unit 32.

- 8 045892- 8 045892

Однако здесь установка 36 метанизации исключается.However, here the methanization installation 36 is excluded.

Установка 32 обогащения водорода вырабатывает богатый водородом поток HY1, направляемый напрямую к установке 12 прямого восстановления.The hydrogen enrichment unit 32 produces a hydrogen-rich stream HY1, which is sent directly to the direct reduction unit 12.

Вырабатываемый установкой 12 обогащения водородом богатый СО2 поток направляют к установке 38 SOEC. В этом случае установку 38 SOEC эксплуатируют в режиме ко-электролиза, в котором СО2 и Н2О преобразуются в СО и Н2, и кислород удаляется.The CO 2 -rich stream produced by the hydrogen enrichment unit 12 is sent to the SOEC unit 38 . In this case, the SOEC unit 38 is operated in a co-electrolysis mode in which CO 2 and H 2 O are converted to CO and H 2 and oxygen is removed.

Выходным продуктом установки 38 SOEC в этой конфигурации является сингаз, поток SG1, состоящий главным образом из СО и Н2. Отношение Н2 к СО в потоке SG1 сингаза может быть между 2 и 4, например, примерно 3. В вариантах осуществления (не показаны) установка 12 может быть оснащена системой удаления СО2, и удаленный таким образом СО2 может быть отправлен к установке 38 SOEC для использования в качестве дополнительного входящего потока.The output of SOEC unit 38 in this configuration is syngas, stream SG1, consisting primarily of CO and H 2 . The ratio of H 2 to CO in the syngas stream SG1 may be between 2 and 4, for example about 3. In embodiments (not shown), unit 12 may be equipped with a CO 2 removal system and the CO 2 thus removed may be sent to unit 38 SOEC to be used as an additional input stream.

Представленная ниже табл. 2 приводит в качестве примера состав разных газовых потоков для варианта осуществления согласно фиг. 2. Можно отметить, что этот пример соответствует ситуации, когда очищающая установка 28 является неактивной или исключенной, то есть вырабатываемый производящей чугун установкой 14 азот остается в отходящем газе установки 32 обогащения водородом.The table presented below. 2 exemplifies the composition of different gas streams for the embodiment according to FIG. 2. It may be noted that this example corresponds to a situation where the purification unit 28 is inactive or excluded, that is, the nitrogen produced by the iron producing unit 14 remains in the exhaust gas of the hydrogen enrichment unit 32.

В зависимости от содержания N2 в потоке Т3/Т4 можно предпринять следующие действия:Depending on the N2 content in the T3/T4 stream, the following actions can be taken:

1) согласиться с высоким содержанием N2 в потоке Т4 (и, следовательно, в потоке HY1), чтобы сделать основным использование HY1 для целей нагревания в установке 12 DR, или1) accept a high N2 content in stream T4 (and therefore in stream HY1) to make the primary use of HY1 for heating purposes in the 12 DR unit, or

2) удалить требуемое количество N2 из Т3 и, следовательно, сделать объединенным использование HY1 и SG1 как для целей нагревания, так и целей восстановления в установке 12 DR.2) remove the required amount of N 2 from T3 and therefore make the combined use of HY1 and SG1 for both heating and reduction purposes in the 12 DR unit.

Таблица 2table 2

Материальные потоки конфигурации с Synlink для сингаза DRIMaterial flow configurations with Synlink for DRI syngas

Передельный чугун (Т2) Поток 1 тонна Pig iron (T2) Flow 1 ton Пар из установки DR* (S4) з Поток 626,5 нм3 Steam from unit DR* (S4) h Flow 626.5 nm 3 СО2 из WGS (С1) Поток 590,5 нм3 CO 2 from WGS (C1) Flow 590.5 nm 3 Состав Compound 94,64 94.64 Fe % мае. Fe % ma. Пар к WGS** (S2) Поток 340 нм3 Steam to WGS** (S2) Flow 340 nm 3 Состав Compound 95 95 со2 % об. with 2 % vol. 3,50 3.50 С % мае. From % May. 5 5 n2% об. n 2 % vol. Порошок железной руды (Т1) Поток 1,433 тонн Iron Ore Powder (T1) Flow 1,433 tons Пар к SOEC*** (S3) Поток 1652,851 нм3 Steam to SOEC*** (S3) Flow 1652.851 nm 3 Н2 из WGS (HY1) Поток 1749,5 нм3 H 2 from WGS (HY1) Flux 1749.5 nm 3 Состав Compound 65 65 Fe % мае. Fe % ma. Состав Compound 29,72 29.72 Н2% об. H 2 % vol. 30 thirty О % мае. About % May. 5,66 5.66 со2 % об. with 2 % vol. Порошок из DR (D3) Поток 0,067 тонн Powder from DR (D3) Flow 0.067 tons Отходящий газ (ТЗ) Поток 2000 нм3 Exhaust gas (FG) Flow 2000 nm 3 64,62 64.62 n2% об. n 2 % vol. Сингаз из SOEC (SG1) Поток 2243,4 нм3 Syngas from SOEC (SG1) Flow 2243.4 nm 3 Состав Compound 95,5 95.5 Fe % мае. Fe % ma. Состав Compound 24 24 СО % об. CO % vol. 3,5 3.5 С % мае. From % May. 9 9 СО2 % об. CO 2 % vol. Состав Compound 20,01 20.01 СО % об. CO % vol. 1 1 О % мае. About % May. 2 2 Н2 % об. H 2 % vol. 5,00 5.00 со2 % об. with 2 % vol. Железная руда (Р1) Поток 2,830 тонн Iron Ore (P1) Flow 2,830 tons Отходящий газ к WGS (Т4) Поток 2000 нм3 Exhaust gas to WGS (T4) Flow 2000 nm 3 58,94 58.94 Н2 % об. H 2 % vol. 2,95 2.95 Н2О % H 2 O% Состав Compound 70 70 Fe % мае. Fe % ma. 1,32 1.32 N2 % об. N 2 % vol. 30 thirty О % мае. About % May. НВ!**** (D4) Поток 2,096 тонн N B!**** (D4) Flow 2,096 tons Состав Compound 24,0 24.0 СО % об. CO % vol. 9,0 9.0 СО2 % об. CO 2 % vol. Дымовой газ (F1) Поток 3486,3 нм3 Flue gas (F1) Flow 3486.3 nm 3 Состав Compound 95,5 95.5 Fe % мае. Fe % ma. 2,0 2.0 Н2 % об. H 2 % vol. 3,5 3.5 С % мае. From % May. 7,0 7.0 Н2О % об. H 2 O % vol. Состав Compound 63 63 n2% об. n 2 % vol. 1 1 О % мае. About % May. 58,00 58.00 N2 % об. N 2 % vol. 22 22 Н2О % об. H 2 O % vol. Суммарная потребность в паре (S1) Поток 1992,851 нм3 Total steam demand (S1) Flow 1992.851 nm 3 Удаленный N2 (Т5) Поток 0 нм3 Remote N 2 (T5) Flux 0 nm 3 15 15 СО2 % об. CO 2 % vol. Состав Compound 100 N2 % об. 100 N 2 % vol.

* Прямое восстановление.* Direct recovery.

** Сдвиг вода-газ.**Water-gas shift.

*** Ячейка твердооксидного электролизера.*** Solid oxide electrolyzer cell.

**** Горячебрикетированное железо.**** Hot briquetted iron.

В примере согласно табл. 2 N2 в потоке Т3 не удален: большая часть потока HY1 (примерно 93%) направляют к установке 12 DR для целей нагрева. Газовый поток SG1 и оставшуюся часть потока HY1In the example according to table. The 2 N 2 in stream T3 is not removed: the majority of stream HY1 (approximately 93%) is sent to DR unit 12 for heating purposes. Gas stream SG1 and the remainder of stream HY1

--

Claims (26)

подаются, таким образом, напрямую к установке 12 DR и используют в ней в качестве восстановительных газов.are thus supplied directly to the 12 DR installation and used there as reducing gases. Реформер не требуется.No reformer required. Можно отметить, что в установке 12 могут быть использованы альтернативные источники тепла (электричества), что может изменить показанный в примерах баланс газов.It may be noted that alternative heat (electricity) sources may be used in unit 12, which may change the gas balance shown in the examples. На фиг. 3 показан другой пример осуществления металлургической установки 210, который является вариантом примера осуществления согласно фиг. 1. По сравнению с фиг. 1 установка 210 включает в себя несколько опций, которые могут быть реализованы в одиночку или в комбинации:In fig. 3 shows another exemplary embodiment of the metallurgical plant 210, which is a variant of the exemplary embodiment of FIG. 1. Compared to FIG. 1 installation 210 includes several options that can be implemented alone or in combination: Опция А). Часть DRI/HBI/HDRI (поток D5), выработанного в установке прямого восстановления, может быть отправлена к производящей чугун установке в качестве входного сырья.Option A). A portion of the DRI/HBI/HDRI (D5 stream) generated in the direct reduction plant can be sent to the iron producing plant as input raw material. Опция Б). Часть DRI/HBI/HDRI (поток D5), выработанного в установке прямого восстановления, может быть отправлена в качестве входного сырья к основанной на зеленой энергии производящей сталь установке (например, BOF (конвертерная печь с подачей кислорода), EAF, SAF, другим).Option B). A portion of the DRI/HBI/HDRI (D5 stream) generated in the direct reduction plant can be sent as input to a green energy steelmaking plant (e.g. BOF, EAF, SAF, others) . Опция В). Часть покидающего установку DR дымового газа F1 и/или часть рециркулируемого в установку 12 DR газа, обозначенного через F2, может быть направлена к установке разделения H2O/CO2/N2, и результирующий поток - поток S6 - направляют к установке 38 SOEC, в то время как СО2 - обозначенный через F3 - направляют к установке 36 метанизации. Если N2 также отделен, то он может быть переработан. Таким образом установка 12 DR может эксплуатироваться также если производящая чугун установка 14 не работает (требуя лишь минимизированного внешнего топлива/загрузок). В зависимости от общего запроса установкой 12 топлива/газа могут регулироваться соответствующие процентные соотношения рециркулированного потока F2 и потока Т3.Option B). A portion of the flue gas leaving the DR unit F1 and/or a portion of the recycle gas to the DR unit 12, designated F2, may be directed to the H2O/CO2/N2 separation unit, and the resulting stream, stream S6, is directed to the SOEC unit 38, while as CO 2 - designated by F3 - is sent to the methanization unit 36. If N2 is also separated, then it can be recycled. In this way, the DR plant 12 can also be operated if the iron producing plant 14 is not running (requiring only minimal external fuel/charges). Depending on the overall demand, the fuel/gas unit 12 can adjust the corresponding percentages of the recirculated flow F2 and the flow T3. На фиг. 4 показан другой пример осуществления металлургической установки 310, который является вариантом примера осуществления согласно фиг. 2. По сравнению с фиг. 2 установка 310 включает в себя несколько опций, которые могут быть реализованы в одиночку или в комбинации:In fig. 4 shows another exemplary embodiment of the metallurgical plant 310, which is a variant of the exemplary embodiment of FIG. 2. Compared to FIG. 2 The 310 installation includes several options that can be implemented alone or in combination: Опция А). Часть DRI/HBI/HDRI (поток D5) из установки 12 DR направляют к производящей чугун установке 14 в качестве входного сырья.Option A). A portion of the DRI/HBI/HDRI (stream D5) from the DR unit 12 is sent to the iron producing unit 14 as an input raw material. Опция Б). Часть DRI/HBI/HDRI (поток D5) из установки 12 DR направляют к основанной на зеленой энергии производящей сталь установке 44 в качестве входного сырья.Option B). A portion of the DRI/HBI/HDRI (stream D5) from the DR unit 12 is sent to the green energy-based steel production unit 44 as feedstock. Опция В). Часть покидающая установку 12 DR дымового газа и/или часть рециркулируемого в установку 12 газа, обозначенного как поток F2, направляют к установке 38 SOEC для его ко-электролиза (может потребоваться стадия отделения N2). Таким образом, установка 12 DR может эксплуатироваться также если производящая чугун установка 14 не работает (требуя лишь минимизированного внешнего топлива/загрузок). В зависимости от общего запроса установкой 12 топлива/газа могут регулироваться соответствующие процентные соотношения рециркулированного потока F2 и потока Т3.Option B). The portion leaving the DR unit 12 of the flue gas and/or the portion of the gas recycled to the unit 12, designated stream F2, is sent to the SOEC unit 38 for its co-electrolysis (an N 2 separation step may be required). Thus, the DR plant 12 can also be operated if the iron producing plant 14 is not running (requiring only minimized external fuel/charges). Depending on the overall demand, the fuel/gas unit 12 can adjust the corresponding percentages of the recirculated flow F2 and the flow T3. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ эксплуатации металлургической установки для производства железных продуктов, включающей в себя установку (12) прямого восстановления и производящую чугун установку (14), в котором осуществляют:1. A method of operating a metallurgical plant for the production of iron products, including a direct reduction plant (12) and an iron producing plant (14), in which: подачу шихты железной руды в установку прямого восстановления для производства железных продуктов прямого восстановления, эксплуатацию производящей чугун установки для производства передельного чугуна, причем в качестве восстановительного агента в производящую чугун установку вводят биоуголь, и посредством этого производящая чугун установка вырабатывает содержащий СО и СО2 отходящий газ, обработку отходящего газа из производящей чугун установки в установке (32) обогащения водородом для образования богатого водородом потока и богатого СО2 потока, причем богатый водородом поток непосредственно или опосредованно подают к установке прямого восстановления, а богатый СО2 поток по меньшей мере частично конвертируют для переработки в установке прямого восстановления, прежде всего конвертируют в сингаз или природный газ.supplying an iron ore charge to a direct reduction plant for producing direct reduced iron products, operating a pig iron production plant to produce pig iron, wherein biochar is introduced into the pig iron production plant as a reducing agent, and thereby the pig iron production plant produces an exhaust gas containing CO and CO2, treating the exhaust gas from the iron producing plant in a hydrogen enrichment unit (32) to form a hydrogen-rich stream and a CO 2 -rich stream, wherein the hydrogen-rich stream is directly or indirectly supplied to a direct reduction unit and the CO 2 -rich stream is at least partially converted for processing in a direct reduction unit, it is primarily converted to syngas or natural gas. 2. Способ по п.1, причем пыль, мелочь и другие остатки из установки прямого восстановления подают к производящей чугун установке в качестве части подлежащей плавлению в ней шихты.2. The method according to claim 1, wherein dust, fines and other residues from the direct reduction plant are supplied to the iron producing plant as part of the charge to be melted therein. 3. Способ по п.1 или 2, причем по меньшей мере часть прямовосстановленного продукта из установки прямого восстановления подают к производящей чугун установке в качестве части подлежащей плавлению в ней шихты, причем прямовосстановленные продукты включают в себя губчатое железо и/или кусковые прямовосстановленные продукты.3. The method according to claim 1 or 2, wherein at least a portion of the directly reduced product from the direct reduction plant is supplied to the iron producing plant as part of the charge to be smelted therein, wherein the directly reduced products include sponge iron and/or lump direct reduced products. 4. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем богатый водородом поток направляют к установке прямого восстановления в качестве части потока восстановительного газа.4. A method according to one of the preceding claims, wherein the hydrogen-rich stream is sent to the direct reduction unit as part of the reducing gas stream. 5. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем богатый водородом поток направляют к установке прямого восстановления в качестве части потока газообразного топлива для целей нагревания.5. A method according to one of the preceding claims, wherein the hydrogen-rich stream is sent to a direct reduction unit as part of the gaseous fuel stream for heating purposes. 6. Способ по п.4 или 5, причем богатый СО2 поток подают к установке электролиза воды, дополни6. The method according to claim 4 or 5, wherein the CO 2- rich stream is supplied to a water electrolysis unit, supplemented - 10 045892 тельно обеспечиваемого потоком пара, для образования потока сингаза, который поставляют к установке прямого восстановления.- 10 045892 specifically provided by a steam stream to form a syngas stream, which is supplied to the direct reduction unit. 7. Способ по одному из пп.1-3, причем богатый водородом поток и богатый СО2 поток направляют от установки обогащения водородом к установке (36) метанизации для образования потока метана, который направляют к установке прямого восстановления.7. A method according to one of claims 1 to 3, wherein the hydrogen-rich stream and the CO2-rich stream are directed from the hydrogen enrichment unit to the methanization unit (36) to form a methane stream, which is sent to the direct reduction unit. 8. Способ по п.7, причем по меньшей мере часть потока метана используют в установке прямого восстановления в качестве части потока восстановительного газа.8. The method of claim 7, wherein at least a portion of the methane stream is used in the direct reduction unit as part of the reducing gas stream. 9. Способ по п.7 или 8, причем установка (12) прямого восстановления включает в себя шахтную печь и реактор реформинга, и причем по меньшей мере часть потока метана подают к реактору реформинга для выработки восстановительного газа, предпочтительно, главным образом водорода и монооксида углерода, направляемого к шахтной печи для использования в качестве части потока восстановительного газа.9. Method according to claim 7 or 8, wherein the direct reduction unit (12) includes a shaft furnace and a reformer reactor, and wherein at least a portion of the methane stream is supplied to the reformer reactor to produce reducing gas, preferably mainly hydrogen and monoxide carbon sent to the shaft furnace for use as part of the reducing gas stream. 10. Способ по п.7, 8 или 9, причем по меньшей мере часть потока метана используют в качестве части потока газообразного топлива.10. The method according to claim 7, 8 or 9, wherein at least a portion of the methane stream is used as a portion of the gaseous fuel stream. 11. Способ по одному из пп.7-10, причем установка (38) электролиза воды связана с установкой метанизации, причем выходной поток пара из установки метанизации подают к установке электролиза для образования вспомогательного потока водорода, который возвращают в установку метанизации.11. Method according to one of claims 7 to 10, wherein the water electrolysis unit (38) is connected to the methanization unit, wherein the steam output stream from the methanization unit is supplied to the electrolysis unit to form an auxiliary hydrogen stream, which is returned to the methanization unit. 12. Способ по п.11, причем в установку электролиза воды вводят поток пара из зеленой энергии.12. The method according to claim 11, wherein a stream of steam from green energy is introduced into the water electrolysis installation. 13. Способ по п.11 или 12, причем часть отходящего газа из установки прямого восстановления рециркулируют в установку метанизации через установку удаления пара, причем удаленный пар подают к установке электролиза воды.13. The method according to claim 11 or 12, wherein a portion of the off-gas from the direct reduction unit is recycled to the methanization unit through a steam removal unit, wherein the removed steam is supplied to a water electrolysis unit. 14. Способ по п.13, причем работу производящей чугун установки регулируют на основании количества рециркулированного отходящего газа.14. The method according to claim 13, wherein the operation of the iron producing plant is controlled based on the amount of recycled exhaust gas. 15. Способ по п.14, причем работу производящей чугун установки (14) замедляют или прекращают после достижения устойчивого состояние работы в установке прямого восстановления.15. The method according to claim 14, wherein the operation of the iron producing plant (14) is slowed down or stopped after reaching a steady state of operation in the direct reduction plant. 16. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем поток отходящего газа из производящей чугун установки обрабатывают в установке (28) удаления азота перед направлением к установке обогащения водородом.16. The method according to one of the preceding claims, wherein the off-gas stream from the iron producing plant is treated in a nitrogen removal unit (28) before being sent to a hydrogen enrichment unit. 17. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем установка (32) обогащения водородом включает в себя реактор сдвига вода-газ.17. Method according to one of the preceding paragraphs, wherein the hydrogen enrichment unit (32) includes a water-gas shift reactor. 18. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем шихта производящей чугун установки включает в себя по существу железнорудную мелочь.18. A method according to one of the preceding claims, wherein the batch from the iron producing plant comprises substantially iron ore fines. 19. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем в установку обогащения водородом вводят пар из зеленой энергии.19. The method according to one of the preceding claims, wherein steam from green energy is introduced into the hydrogen enrichment plant. 20. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем по меньшей мере часть отходящего газа из установки прямого восстановления выпускают в атмосферу.20. The method according to one of the preceding claims, wherein at least a portion of the waste gas from the direct reduction plant is released into the atmosphere. 21. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем биоуголь получают в установке (16) пиролиза биомассы из материала биомассы.21. Method according to one of the preceding claims, wherein the biochar is produced in a biomass pyrolysis unit (16) from the biomass material. 22. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем часть удаленного в установке прямого восстановления СО2 направляют к установке электролиза воды и смешивают с паром для получения сингаза.22. The method according to one of the previous paragraphs, wherein part of the CO 2 removed in the direct reduction unit is sent to a water electrolysis unit and mixed with steam to produce syngas. 23. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем установка прямого восстановления оснащена вырабатывающей пар системой рекуперации тепла.23. The method according to one of the preceding claims, wherein the direct reduction unit is equipped with a steam-generating heat recovery system. 24. Металлургическая установка для производства железных продуктов для осуществления способа по любому из предшествующих пунктов, включающая в себя:24. A metallurgical plant for the production of iron products for carrying out the method according to any of the preceding paragraphs, including: установку (12) прямого восстановления, выполненную для производства прямовосстановленных продуктов из загрузки железной руды, установку (16) пиролиза биомассы, выполненную для выработки биоугля из материала биомассы, производящую чугун установку (14), выполненную для производства передельного чугуна, причем производящая чугун установка использует биоуголь в качестве восстановительного материала и выработки отходящего газа, установку (32) обогащения водородом, выполненную для приема отходящего газа производящей чугун установки и выработки богатого водородом потока и богатого CO2 потока, и средство для конвертирования СО2 в поток газа, который перерабатывается в установке прямого восстановления, причем богатый водородом поток непосредственно или опосредованно перерабатывается в установке прямого восстановления.a direct reduction plant (12) configured to produce directly reduced products from an iron ore charge, a biomass pyrolysis plant (16) configured to produce biochar from the biomass material, an iron producing plant (14) configured to produce pig iron, wherein the pig iron production plant uses biochar as a reduction material and waste gas generation, a hydrogen enrichment unit (32) configured to receive the waste gas of an iron producing unit and produce a hydrogen-rich stream and a CO2-rich stream, and means for converting CO 2 into a gas stream that is processed in a direct reduction, wherein the hydrogen-rich stream is directly or indirectly processed in a direct reduction unit. 25. Металлургическая установка по п.24, включающая в себя установку метанизации, выполненную для приема богатого водородом потока и богатого СО2 потока из установки обогащения водородом и выработки из них потока биогаза, прежде всего потока метана, который направляют к установке прямого восстановления.25. The metallurgical plant of claim 24, including a methanization plant configured to receive a hydrogen-rich stream and a CO2-rich stream from the hydrogen enrichment plant and produce therefrom a biogas stream, primarily a methane stream, which is sent to a direct reduction plant. 26. Металлургическая установка по п.24 или 25, включающая в себя установку электролиза воды, 26. Metallurgical plant according to claim 24 or 25, including a water electrolysis plant, --
EA202390422 2020-07-28 2021-07-23 METHOD OF OPERATING A METALLURGICAL PLANT FOR THE PRODUCTION OF IRON PRODUCTS EA045892B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LULU101960 2020-07-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA045892B1 true EA045892B1 (en) 2024-01-15

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230272495A1 (en) Method for operating a metallurgic plant for producing iron products
AU2009272944B2 (en) Method and system for energy-optimized and CO2 emission-optimized iron production
US20220235426A1 (en) Method and system for producing steel or molten-iron-containing materials with reduced emissions
CN115516116A (en) Method for producing carburized sponge iron
WO2009037587A2 (en) Method and apparatus for the direct reduction of iron ores utilizing gas from a melter-gasifier
KR20160098227A (en) Combined system for producing steel and method for operating the combined system
KR20160029150A (en) Method for melting raw iron while recirculating blast furnace gas by adding hydrocarbons
US20240052441A1 (en) Smart hydrogen production for dri making
KR20140066211A (en) Method for treating waste gases from plants for pig iron production and/or synthesis gas
JP7028373B1 (en) Ironmaking equipment and method of manufacturing reduced iron
EP4032991A1 (en) Smart hydrogen production for dri making
KR101384802B1 (en) Apparatus for manufacturing molten iron and method for manufacturing thereof
EA045892B1 (en) METHOD OF OPERATING A METALLURGICAL PLANT FOR THE PRODUCTION OF IRON PRODUCTS
JP2023550359A (en) Process of producing carburized sponge iron
JP7272312B2 (en) Method for producing reduced iron
CN117881799A (en) Method for producing an iron melt
CN116867912A (en) Effluent gas recovery in direct reduction processes
KR20240056527A (en) How metallurgical plants work for the production of iron products
KR20240064681A (en) Method for producing reduced iron
KR20240007223A (en) Method for producing directly reduced iron
EA045225B1 (en) DIRECT REDUCTION METHOD USING HYDROGEN