EA045892B1 - Способ эксплуатации металлургической установки для производства железных продуктов - Google Patents
Способ эксплуатации металлургической установки для производства железных продуктов Download PDFInfo
- 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
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 262
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims description 122
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 41
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 103
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 96
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 63
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 61
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 60
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 230000002211 methanization Effects 0.000 claims description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 24
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 claims description 22
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 20
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 20
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 18
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 17
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 16
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 14
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 claims description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 5
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 112
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 50
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 25
- 239000000047 product Substances 0.000 description 20
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 17
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 14
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 10
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 6
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- -1 that is Substances 0.000 description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- DEVSOMFAQLZNKR-RJRFIUFISA-N (z)-3-[3-[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]-1,2,4-triazol-1-yl]-n'-pyrazin-2-ylprop-2-enehydrazide Chemical compound FC(F)(F)C1=CC(C(F)(F)F)=CC(C2=NN(\C=C/C(=O)NNC=3N=CC=NC=3)C=N2)=C1 DEVSOMFAQLZNKR-RJRFIUFISA-N 0.000 description 2
- VVCMGAUPZIKYTH-VGHSCWAPSA-N 2-acetyloxybenzoic acid;[(2s,3r)-4-(dimethylamino)-3-methyl-1,2-diphenylbutan-2-yl] propanoate;1,3,7-trimethylpurine-2,6-dione Chemical compound CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(O)=O.CN1C(=O)N(C)C(=O)C2=C1N=CN2C.C([C@](OC(=O)CC)([C@H](C)CN(C)C)C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 VVCMGAUPZIKYTH-VGHSCWAPSA-N 0.000 description 2
- QOVYHDHLFPKQQG-NDEPHWFRSA-N N[C@@H](CCC(=O)N1CCC(CC1)NC1=C2C=CC=CC2=NC(NCC2=CN(CCCNCCCNC3CCCCC3)N=N2)=N1)C(O)=O Chemical compound N[C@@H](CCC(=O)N1CCC(CC1)NC1=C2C=CC=CC2=NC(NCC2=CN(CCCNCCCNC3CCCCC3)N=N2)=N1)C(O)=O QOVYHDHLFPKQQG-NDEPHWFRSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- XRWSZZJLZRKHHD-WVWIJVSJSA-N asunaprevir Chemical compound O=C([C@@H]1C[C@H](CN1C(=O)[C@@H](NC(=O)OC(C)(C)C)C(C)(C)C)OC1=NC=C(C2=CC=C(Cl)C=C21)OC)N[C@]1(C(=O)NS(=O)(=O)C2CC2)C[C@H]1C=C XRWSZZJLZRKHHD-WVWIJVSJSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 229940125961 compound 24 Drugs 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 2
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 239000010908 plant waste Substances 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000010909 process residue Substances 0.000 description 2
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001661144 Indocalamus sinicus Species 0.000 description 1
- 241001232253 Xanthisma spinulosum Species 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 239000012075 bio-oil Substances 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000009845 electric arc furnace steelmaking Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002641 tar oil Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
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.
Производственные процессы вносят значительный вклад в общие выбросы СО2, и современный процесс изготовления чугуна и стали является очень энергоемким и углеродоемким.
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.
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).
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.
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.
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.
Целью настоящего изобретения является обеспечение улучшенного подхода для производства железных продуктов прямого восстановления, который, прежде всего, является более экологически чистым.
Краткое изложение сущности изобретения
Эта цель достигнута посредством способа по п. 1 формулы изобретения.
Настоящее изобретение относится к способу эксплуатации металлургической установки для производства железных продуктов, включающему в себя:
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.
Настоящее изобретение обеспечивает оптимальную конфигурацию установки прямого восстанов
- 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.
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.
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.
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.
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.
Соответственно, произведенные посредством установки прямого восстановления железные продукты, можно называть зелеными металлическими продуктами.
В настоящем тексте DR означает прямое восстановление или прямовосстановленный в зависимости от контекста.
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.
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.
Напротив, в предлагаемых WO2017/046653 и ЕР 0997 693 способах диоксид углерода удаляется из системы и не конвертируется для переработки в установке прямого восстановления.
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.%.
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.
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.
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 качестве
- 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.
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.
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.
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.
Например, установка обогащения водородом может быть основана на множестве технологий. Прежде всего, установка обогащения водородом может включать в себя реактор сдвига вода-газ.
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.
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%.
Установки удаления азота обычно используются в области производства природного газа.
Установки электролиза воды также являются общепринятыми и используются для преобразования воды в водород.
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.
Также производящая чугун установка может обеспечивать реализацию разных технологий.
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.
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 средство
- 3 045892 для использования широкого диапазона альтернативных питающих материалов.
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.
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.%.
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.
Настоящее изобретение в разных возможных вариантах осуществления обеспечивает несколько преимуществ:
Основанное на биомассе/зеленой энергии производство передельного чугуна, DRI (в разных формах) и стали.
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.
Эксплуатацию установки прямого восстановления, использующей отходящие газы производящей чугун установки без потребности в любых шагах удаления СО2 или N2 из таких отходящих газов.
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.
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.
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.
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.
Согласно другому аспекту изобретение также относится к металлургической установке для производства железных продуктов, включающей в себя:
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.
В дополнительных вариантах осуществления металлургическая установка включает в себя установку метанизации, выполненную для приема богатого водородом потока и богатого СО2 потока из установ
- 4 045892 ки обогащения водородом и выработки из них потока биогаза, прежде всего потока метана, который направляют к установке прямого восстановления.
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.
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.
Установка обогащения водородом включает в себя реактор сдвига вода-газ.
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.
Установка обогащения водородом соединена напрямую с установкой прямого восстановления для подачи по меньшей мере части богатого водородом потока.
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.
Вышеупомянутые и другие варианты осуществления изложены в прилагаемых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
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.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
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.
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).
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.
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.
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:
1) загружен горячим в расположенное ниже по потоку производящее сталь оборудование (электродуговую печь (EAF), погружную дуговую печь (SAF)),
2) брикетирован в горячем состоянии с образованием HBI,
3) охлажденным в отдельном резервуаре в виде холодного прямовосстановленного железа (Cold DRI),
4) комбинацией трех предыдущих продуктов.
- 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.
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.
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.
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.
Сырой вводимый в установку 16 пиролиза материал 22 биомассы может быть различным. Он типичным образом является материалом, называемым биотопливом и может включать в себя:
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.
Из биомассы 22 установка 16 пиролиза производит два потока:
би огаз В2, который может быть направлен к газораспределительной сети;
уголь В3 (например, биоуголь или биококс), который направляется к производящей чугун установке 14.
Транспортировку угля к производящей чугун установке 14 выполняют любым подходящим способом, например, посредством конвейеров, рельс, коробов и т.п.
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.
Биоуголь В3 действует в качестве восстановительного агента, делая посредством этого возможными реакции, необходимые для удаления кислорода из несущих железо материалов.
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.%.
Представленная ниже таблица 1 приводит в качестве примера состав разных газовых потоков для варианта осуществления согласно фиг. 1.
- 6 045892
Таблица 1
Материальные потоки конфигурации с метанизацией для прямовосстановленного природным газом железа
| Передельный чугун (Т2) Поток 1 тонна | Пар из установки DR* (S4) Поток 558,8 нм3 | СО2 из WGS (С1) Поток 590,5 нм3 | ||||
| Состав | 94,64 | Fe % мае. | Пар к WGS** (S2) Поток 340 нм3 | Состав | 95 | СО2 % об. |
| 3,50 | С % мае. | 5 | N2 % об. | |||
| Порошок железной руды (Т1) Поток 1,440 тонн | Пар к SOEC*** (S3) Поток 1033 нм3 | Н2 из WGS (HY1) Поток 624,2 нм3 | ||||
| Состав | 65 | Fe % мае. | Пар из метанизации (S5) Поток 1122 нм3 | Состав | 83,31 | Н2 % об. |
| 30 | О % мае. | 15,86 | СО2 % об. | |||
| Порошок из DR (D3) Поток 0,060 тонн | Отходящий газ (ТЗ) Поток 2000 нм3 | 0,83 | N2 % об. | |||
| Н2 из SOEC (HY2) Поток 1930.6 нм | ||||||
| Состав | 95,5 | Fe % мае. | Состав | 24 | СО % об. | |
| 3,5 | С % мае. | 9 | СО2 % об. | Состав | 89,30 | Н2 % об. |
| 1 | О % мае. | 2 | Н2 % об. | 10,70 | Н2О % об. | |
| Железная руда (Р1) Поток 2,525 тонн | 7 | Н2О % об. | Природный газ NG1) Поток 694,7 нм3 | |||
| 58 | n2 % об. | |||||
| Состав | 70 | Fe % мае. | Отходящий газ к WGS (Т4) Поток 874,7 нм3 | Состав | 80,75 | СН4 % об. |
| 30 | О % мае. | 14,25 | СО2 % об. | |||
| ΗΒΙ**** (D4) Поток 1,870 тонн | Состав | 54,87 | СО % об. | 5,00 | N2 % об. | |
| 20,58 | СО2 % об. | Дымовой газ (F1) Поток 3585,0 нм3 | ||||
| Состав | 95,5 | Fe % мае. | 4,57 | Н2 % об. | ||
| 3,5 | С % мае. | 16,00 | Н2О % об. | Состав | 63 | N2 % об. |
| 1 | О % мае. | 3,97 | n2 % об. | 22 | Н2О % об. | |
| Суммарная потребность в паре (S1) Поток 1373 нм3 | Удаленный N2 (Т5) Поток 1125,3 нм3 | 15 | СО2 % об. | |||
| Состав | 100 | n2 % об. |
* Прямое восстановление.
** Сдвиг вода-газ.
*** Ячейка твердооксидного электролизера.
**** Горячебрикетированное железо.
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.
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.
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.
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.
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%.
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:
CO + 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.
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.
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:
СО2 + 4 Н2О θ СН4 + Н2О
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.
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).
Факультативно, установка 38 SOEC может принимать дополнительный зеленый поток S3 пара из источника 34 для увеличения производства метана.
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.
Произведенный посредством установки 38 SOEC поток Н2 подают в установку 36 метанизации.
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.
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.
Отходящий газ (дымовой газ сжигания, получающийся от сжигания для поддержки процесса реформинга) установки 12 DR направляют к 40 для выпуска в атмосферу.
С учетом устройства настоящей металлургической установки с источником биоугля и различных обработок газа, выбросы потока F1 отходящего газа квалифицируются как зеленые или нейтральные.
Системы рекуперации тепла в установке 12 делают возможным выработку зеленого потока S4 пара, который направляется к источнику 34 для дальнейшего использования.
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).
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.
- 8 045892
Однако здесь установка 36 метанизации исключается.
Установка 32 обогащения водорода вырабатывает богатый водородом поток HY1, направляемый напрямую к установке 12 прямого восстановления.
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.
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.
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.
В зависимости от содержания N2 в потоке Т3/Т4 можно предпринять следующие действия:
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, или
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.
Таблица 2
Материальные потоки конфигурации с Synlink для сингаза DRI
| Передельный чугун (Т2) Поток 1 тонна | Пар из установки DR* (S4) з Поток 626,5 нм3 | СО2 из WGS (С1) Поток 590,5 нм3 | ||||
| Состав | 94,64 | Fe % мае. | Пар к WGS** (S2) Поток 340 нм3 | Состав | 95 | со2 % об. |
| 3,50 | С % мае. | 5 | n2% об. | |||
| Порошок железной руды (Т1) Поток 1,433 тонн | Пар к SOEC*** (S3) Поток 1652,851 нм3 | Н2 из WGS (HY1) Поток 1749,5 нм3 | ||||
| Состав | 65 | Fe % мае. | Состав | 29,72 | Н2% об. | |
| 30 | О % мае. | 5,66 | со2 % об. | |||
| Порошок из DR (D3) Поток 0,067 тонн | Отходящий газ (ТЗ) Поток 2000 нм3 | 64,62 | n2% об. | |||
| Сингаз из SOEC (SG1) Поток 2243,4 нм3 | ||||||
| Состав | 95,5 | Fe % мае. | Состав | 24 | СО % об. | |
| 3,5 | С % мае. | 9 | СО2 % об. | Состав | 20,01 | СО % об. |
| 1 | О % мае. | 2 | Н2 % об. | 5,00 | со2 % об. | |
| Железная руда (Р1) Поток 2,830 тонн | Отходящий газ к WGS (Т4) Поток 2000 нм3 | 58,94 | Н2 % об. | |||
| 2,95 | Н2О % | |||||
| Состав | 70 | Fe % мае. | 1,32 | N2 % об. | ||
| 30 | О % мае. | |||||
| НВ!**** (D4) Поток 2,096 тонн | Состав | 24,0 | СО % об. | |||
| 9,0 | СО2 % об. | Дымовой газ (F1) Поток 3486,3 нм3 | ||||
| Состав | 95,5 | Fe % мае. | 2,0 | Н2 % об. | ||
| 3,5 | С % мае. | 7,0 | Н2О % об. | Состав | 63 | n2% об. |
| 1 | О % мае. | 58,00 | N2 % об. | 22 | Н2О % об. | |
| Суммарная потребность в паре (S1) Поток 1992,851 нм3 | Удаленный N2 (Т5) Поток 0 нм3 | 15 | СО2 % об. | |||
| Состав | 100 N2 % об. |
* Прямое восстановление.
** Сдвиг вода-газ.
*** Ячейка твердооксидного электролизера.
**** Горячебрикетированное железо.
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 HY1
-
Claims (26)
- подаются, таким образом, напрямую к установке 12 DR и используют в ней в качестве восстановительных газов.Реформер не требуется.Можно отметить, что в установке 12 могут быть использованы альтернативные источники тепла (электричества), что может изменить показанный в примерах баланс газов.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:Опция А). Часть DRI/HBI/HDRI (поток D5), выработанного в установке прямого восстановления, может быть отправлена к производящей чугун установке в качестве входного сырья.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).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.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:Опция А). Часть DRI/HBI/HDRI (поток D5) из установки 12 DR направляют к производящей чугун установке 14 в качестве входного сырья.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.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.ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ эксплуатации металлургической установки для производства железных продуктов, включающей в себя установку (12) прямого восстановления и производящую чугун установку (14), в котором осуществляют: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.
- 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.
- 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.
- 4. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем богатый водородом поток направляют к установке прямого восстановления в качестве части потока восстановительного газа.
- 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.
- 6. Способ по п.4 или 5, причем богатый СО2 поток подают к установке электролиза воды, дополни- 10 045892 тельно обеспечиваемого потоком пара, для образования потока сингаза, который поставляют к установке прямого восстановления.
- 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.
- 8. Способ по п.7, причем по меньшей мере часть потока метана используют в установке прямого восстановления в качестве части потока восстановительного газа.
- 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.
- 10. Способ по п.7, 8 или 9, причем по меньшей мере часть потока метана используют в качестве части потока газообразного топлива.
- 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.
- 12. Способ по п.11, причем в установку электролиза воды вводят поток пара из зеленой энергии.
- 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.
- 14. Способ по п.13, причем работу производящей чугун установки регулируют на основании количества рециркулированного отходящего газа.
- 15. Способ по п.14, причем работу производящей чугун установки (14) замедляют или прекращают после достижения устойчивого состояние работы в установке прямого восстановления.
- 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.
- 17. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем установка (32) обогащения водородом включает в себя реактор сдвига вода-газ.
- 18. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем шихта производящей чугун установки включает в себя по существу железнорудную мелочь.
- 19. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем в установку обогащения водородом вводят пар из зеленой энергии.
- 20. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем по меньшей мере часть отходящего газа из установки прямого восстановления выпускают в атмосферу.
- 21. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем биоуголь получают в установке (16) пиролиза биомассы из материала биомассы.
- 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.
- 23. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем установка прямого восстановления оснащена вырабатывающей пар системой рекуперации тепла.
- 24. Металлургическая установка для производства железных продуктов для осуществления способа по любому из предшествующих пунктов, включающая в себя: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.
- 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.
- 26. Металлургическая установка по п.24 или 25, включающая в себя установку электролиза воды,-
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LULU101960 | 2020-07-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA045892B1 true EA045892B1 (ru) | 2024-01-15 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230272495A1 (en) | Method for operating a metallurgic plant for producing iron products | |
| US20220235426A1 (en) | Method and system for producing steel or molten-iron-containing materials with reduced emissions | |
| AU2009272944B2 (en) | Method and system for energy-optimized and CO2 emission-optimized iron production | |
| CN115516116A (zh) | 用于生产渗碳海绵铁的方法 | |
| KR101961418B1 (ko) | 선철 제조를 위한 플랜트로부터의 폐가스 및/또는 합성 가스 처리 방법 | |
| WO2009037587A2 (en) | Method and apparatus for the direct reduction of iron ores utilizing gas from a melter-gasifier | |
| KR20160098227A (ko) | 강 제조용 복합 시스템 및 이 복합 시스템을 작동하는 방법 | |
| KR20160029150A (ko) | 탄화수소를 첨가함으로써 고로 가스를 재순환시키면서 원료 철을 용융시키는 방법 | |
| US20240052441A1 (en) | Smart hydrogen production for dri making | |
| KR20220162174A (ko) | 제철 설비 및 환원철의 제조 방법 | |
| EP4032991A1 (en) | Smart hydrogen production for dri making | |
| US20240344155A1 (en) | Method for producing an iron melt | |
| CN116867912A (zh) | 直接还原过程中的排出气体回收 | |
| EA045892B1 (ru) | Способ эксплуатации металлургической установки для производства железных продуктов | |
| JP2023550359A (ja) | 浸炭海綿鉄を生成するプロセス | |
| JP7272312B2 (ja) | 還元鉄の製造方法 | |
| US20240240275A1 (en) | Method for manufacturing direct reduced iron and dri manufacturing equipment | |
| KR20240056527A (ko) | 철 생산물 생산을 위한 야금 공장의 작동 방법 | |
| KR20240112310A (ko) | 제강 방법 및 관련 플랜트 네트워크 | |
| EA046713B1 (ru) | Способ производства водорода для получения железа прямого восстановления | |
| EA045225B1 (ru) | Способ прямого восстановления с применением водорода | |
| CN118202071A (zh) | 还原铁的制造方法 |