FI68083B - Foerfarande och anlaeggning foer framstaellning av jaernsvamp - Google Patents

Description

1 68083

Menetelmä ja laitteisto rautasienen valmistamiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää ja laitteistoa rautasienen valmistamiseksi.

5 Tähän saakka tunnetut menettelyt rautasienen valmis tamiseksi, joissa käytetään pelkistysaineena hyväksi kiinteätä pelkistysainetta, kuten esimerkiksi hiiltä, ovat pääasiassa seuraavat: a) Kiertouunimenettely, jossa kivihiiltä yhdessä pelkistet-10 täväksi tarkoitetun malmin kanssa käytetään kaltevissa kiertouuneissa. Vaikeutena tässä menetelmässä on, että ennenkaikkea kinetiikan vuoksi on työskenneltävä suhteellisen korkeassa lämpötilassa, edullisesti yli 1000°C:ssa7 jolloin kohdataan suuria vaikeuksia takertumisessa ja ma-15 teriaalin kertymisessä reaktiotilaan.

b) Kuilu-uunin käyttö yhdessä kivihiilikaasulaitoksen kanssa, joka perustuu osittaiseen polttoon. Haittana tässä tunnetussa menetelmässä ovat ennen kaikkea kaasulaitoksen hyvin korkeat investointikustannukset sekä erittäin 20 suuri energiankulutus.

c) Ruotsalaisen patentin 7 304 332-5 mukaisesti tunnetaan menetelmä kaasuttaa kivihiiltä suoraan kiinteässä muodossa käyttämällä plasmageneraattoria. Heikkoutena tässä menetelmässä on, että se asettaa erittäin suuret vaatimukset 25 hiilen syötön tarkkuudelle ja säätelylle sekä että useiden hiililaatujen yhteydessä on vaikeuksia hiilituhkan käsittelyssä .

Tämän lisäksi kehitetyn kaasun vetypitoisuus on pienempi kuin mikä on optimaalista pelkistyksen kannalta.

30 Nyt on yllättäen osoittatunut, että tähän saakka tunnetuihin menettelyihin liittyvät yllä olevat vaikeudet ja haitat voidaan eliminoida keksinnön mukaisella menetelmällä.

Menetelmää rautasienen valmistamiseksi pelkistä-35 mällä jatkuvasti rautaoksideja kuilu-uunissa rautaoksidiin nähden vastavirtaan johdetulla pelkistyskaasulla, 2 68083 joka sisältää pääasiassa CO:a ja H^a, jolloin pelkistys-kaasu valmistetaan kuilu-uunista poistuvan reaktiokaasun muodossa olevasta kierrätyskaasusta sekä plasmageneraatto-rin avulla kiinteistä pelkistysaineista sekä vedestä ja/tai 5 happikaasusta tuotetusta lisäkaasusta.

Menetelmälle on tunnusomaista, että a) kierrätyskaasu pestään CC^ssta CC^-pesurissa, jolloin I^O-sisältö pienenee vesihöyryn kondensoituessa, b) pestyn kierrätyskaasun ensimmäinen osavirta syötetään 10 kiinteällä pelkistysaineella, kuten koksilla tai vastaavalla täytetyn kaasun generointikuilun alaosaan sovitettuun plasmageneraattoriin, c) vettä ja/tai happikaasua ruiskutetaan plasmageneraatto-rista poistuvaan kuumaan kaasuvirtaan, 15 d) lämpötila pidetään alueella 1300-1500°C, jolloin kiinteässä pelkistysaineessa olevat tuhkaosat muodostavat kuonan , j a e) vaiheiden a)-d) jälkeen saatu kaasu sekoitetaan pestyn kaasun toiseen, kylmään osavirtaan, jolloin pääosa muodos-20 tuneesta kaasuseoksesta on peräisin ensimmäisestä osavir-rasta, minkä jälkeen näin saatu loppukaasuseos johdetaan kuilu-uunin alaosaan.

Keksintö koskee myös edellä kuvatussa menetelmässä käytettävää laitteistoa, joka käsittää rautaoksidipitoi-25 selle lähtömateriaalille tarkoitetun reaktiotilan sekä pelkistyskaasun generointisysteemin.

Laitteistolle on tunnusomaista, että pelkistyskaasun generointisysteemi käsittää puhdistuslaitteen reaktioti-lasta poistuvalle reaktiokaasulle sekä siihen liitetyn, 30 kiinteällä pelkistysaineella, esimerkiksi koksilla täytetyn kaasungenerointikuilun näin saadun puhdistetun pelkistyskaasun osavirralle, joka kuilu käsittää plasmageneraat-torin ja syöttölaitteet mahdolliseen lisäpelkistysaineen sekä veden ja/tai happikaasun syöttämiseksi kontrolloidusti 35 muodostettuun plasmakaasuun, sekä säädeltävän sekoituslait-teen näin käsitellyn ensimmäisen osavirran sekoittamiseksi li 3 68083 toiseen, käsittelemättömään osavirtaan puhdistettua pelkis-tyskaasua sekä sisäänpuhalluseiimen näin saadulle loppu-kaasuseokselle reaktiotilan alaosassa.

Keksinnön sopivan toteutusmuodon mukaisesti saatu 5 loppukaasuseos saatetaan ennen kaasun johtamista takaisin kuilu-uunin alaosaan lämpötilaan 700-1000°C sekoittamalla se toiseen osavirtaan.

Vielä erään keksinnön toteutusmuodon mukaisesti kier-rätyskaasu puhdistetaan kaasupesussa, kunnes sen CC^-pitoi-10 suus on sopivasti alle 2 %.

Keksintöä kuvataan lähemmin seuraavassa viitaten liitteenä olevassa piirroksessa esitettyyn toteutusesimerk-kiin.

Kappalemuotoisen rautaoksidin pelkistys tapahtuu pel-15 kistyskuilussa 1 syöttämällä kappalemuotoista rautaoksidia 2 kuilussa 1 olevan sulkuventtiilin 3 läpi ja käsittelemällä sitä vastavirtaan lämpimällä pelkistyskaasulla, joka koostuu pääasiassa hiilimonoksidista ja vetykaasusta ja jota syötetään kuilun 1 pohjaosasta 4. Tuotettu rauta-20 sieni syötetään ulos kuilun 1 pohjalla 4 olevan poistolait-teiston 5 avulla. 30-50 %:sesti käytetty pelkistyskaasu poistetaan kuilun 1 yläosasta kaasunpoistoputken 6 kautta. Kuilusta 1 poistettu kaasu sisältää jäljellä olevan CO:n ja Η2 = Ν (50-70 %) lisäksi reaktiotuotteita C02:a ja H20:a. 25 Koska tämä kaasu jatkuvasti sisältää suhteellisen suuria CO- ja ^-pitoisuuksia, käytetään se uudelleen prosessissa. Jotta sitä voitaisiin käyttää uudelleen pelkrstys-kaasuna, on C02:n ja H20:n pitoisuus kuitenkin saatettava alle 5 %:n. Tämä tapahtuu siten, että kaasu saa kulkea 30 pesun 7 (C02/H20-pesu) läpi. Kaasun kulkiessa tämän pesun läpi ei saavuteta vain sitä, että kaasu vapautuu reaktio-tuotteista C02 ja H20, vaan mainittu pesumenettely antaa myös mahdollisuuden kaasumäärän tasapainottamiseen, millä voidaan välttää kaasun loppuunpalaminen. Pesun 7 jälkeen 35 kaasu kulkee kompressorin 8 läpi saavuttaakseen prosessin vaatiman paineen kasvun ja se jaetaan senjälkeen vähintään 4 68083 kahteen osavirtaan 9 ja 10. Osavirta 9, joka on huoneen lämpötilassa, johdetaan kuiluun 11, jossa vaadittu lisä-kaasu kehitetään kiinteästä pelkistysaineesta, sopivasti koksista sekä vedestä ja/tai happikaasusta. Kaasuvirtaa 9 5 käytetään kuilussa 11 plasmakaasuna ja johdetaan kaasunke-hitysprosessiin vaadittua energiamäärää varten plasmagene-raattoriin 12. Hapetusainetta, edullisesti vettä ja/tai happikaasua syötetään kaasugeneraattoriin 11 laippojen 13 kautta, mahdollisesti voidaan lisätä pelkistysainetta, 10 esimerkiksi jauhemuotoisena syöttää plasmageneraattoriin 12. Plasmageneraattorista 12 ulosvirtaava kuuma kaasuvirta saatetaan siis reagoimaan CO:ksi ja Reiksi. Energian syöttöä kaasukuiluun 11 säädetään siten, että pelkistysainees-sa esiintyvä tuhka sulaa kuonaksi 14, joka voidaan poistaa 15 kuilun 11 alaosasta juoksevassa tai kiinteässä muodossa tyhjennyslaitteiston 16 kautta. Tuhkan koostumuksen perusteella valitaan lämpötila sopivasti väliltä 1300-1500°C. näin tuotettu pelkistyskaasu sisältää CO:n ja H^in lisäksi myös pelkistysaineeseen sisältyvän rikin ja saatetaan tä-20 män vuoksi kulkemaan rikkisuodattimen 15, esimerkiksi dolo-miittisuodattimen läpi, jossa rikkipitoisuus lasketaan rautasieniprosessissa hyväksyttävälle tasolle, mieluummin alle 75 ppm:aan.

Pesu 7 voi aktiivisena aineena sisältää esimerkiksi 25 monoetanoliamiinia ja pesun aikana voidaan kaasun CC^-pi-toisuus laskea sopivasti alle 2 %:n.

Rikkisuodattimesta poistuva kaasu on rautasienipro-sessin kannalta aivan liian korkeassa lämpötilassa ja tämän vuoksi kaasun lämpötila lasketaan, sekoittamalla sii-30 hen kylmää, pestyä osavirtakaasua 10, prosessin kannalta sopivaan lämpötilaan, mieluummin korkeintaan 750-1000°C:een, sopivasti 825°C:een.

Keksinnön mukaisesti ehdotetulla tavalla saavutetaan merkittäviä prosessiteknisiä etuja. Kaasun regenerointi 35 voi tapahtua sellaisessa lämpötilassa, joka tyhjennetään aiheuttamatta uudelleentukkeutumisongelmaa prosessissa.

5 68083

Pelkistyskaasun vetypitoisuutta voidaan ohjata pelkistykseen sopivaan pitoisuuteen suoritetulla pesulla ja sitä seuraavalla veden ja/tai happikaasun ruiskutuksella kaasun-regenerointivaiheeseen. Sitäpaitsi kaasun pesu yhdistetty-5 nä kaasunkehitykseen korotetussa lämpötilassa antaa erinomaisia mahdollisuuksia kaasumäärän tasapainottamiseen systeemissä sekä pelkistyslämpötilan säätelyyn. Tällä tavoin voitetaan samanaikaisesti energian kannalta optimaalinen pelkistysprosessi sekä helposti säänneltävä kaasun 10 regenerointisysteemi. Jos ilmenee vaikeuksia sitoa kiinteän pelkistysaineen tuhka kuonafaasiin, voidaan suorittaa lisäyksiä, jotka vaikuttavat kuonan ominaisuuksiin, kuten esimerkiksi sulamispisteeseen, rikin poistokykyyn jne. esimerkiksi alkaliyhdistettä ja kalkkia, sopivasti 15 nämä lisäykset sekoitetaan kiinteään pelkistysaineeseen.

Hiili-vesiseoksen stabiloimiseksi voidaan lisätä myös sopivia geelinmuodostajia.

Keksinnön vaihtoehtoisen toteutusmuodon mukaisesti voidaan rikkisuodatin 15 rakentaa itse kuiluun varusta-20 maila esimerkiksi koksikerros tähän sopivalla materiaalilla.

Toisella toteutusmuodolla voidaan toinen osavirta kokonaan tai osittain johtaa esimerkiksi lähelle kuilun yläosaa niin, että kuilua voidaan myös käyttää hyväksi 25 sekoituskammiona.

Claims (14)

1. Menetelmä rautasienen valmistamiseksi pelkistämällä jatkuvasti rautaoksideja kuilu-uunissa rautaoksidiin 5 nähden vastavirtaan johdetulla pelkistyskaasulla, joka sisältää pääasiassa CO:a ja jolloin peikistyskaasu valmistetaan kuilu-uunista poistuvan reaktiokaasun muodossa olevasta kierrätyskaasusta sekä piasmageneraattorin avulla kiinteistä peikistvsaineista sekä vedestä ja/tai happikaa-10 susta tuotetusta lisäkaasusta, tunnettu siitä, että a) kierrätyskaasu pestään CC^sta CO^-pesussa, jolloin H^O-sisältö pienenee vesihöyryn kondensoituessa, b) pestyn kierrätyskaasun ensimmäinen osavirta syötetään kiinteällä pelkistysaineella, kuten koksilla tai vastaavalla 15 täytetyn kaasun generointikuilun alaosaan sovitettuun plas-mageneraattoriin, c) vettä ja/tai happikaasua ruiskutetaan plasmageneraatto-rista poistuvaan kuumaan kaasuvirtaan, d) lämpötila pidetään alueella 1300-1500°C, jolloin kiinte-20 ässä pelkistysaineessa olevat tuhkaosat muodostavat kuonan,ja e) vaiheiden a)-d) jälkeen saatu kaasu sekoitetaan pestyn kaasun toiseen, kylmään osavirtaan, jolloin pääosa muodostuneesta kaasuseoksesta on peräisin ensimmäisestä osavirrasta, minkä jälkeen näin saatu loppukaasuseos johdetaan kuilu- 25 uunin alaosaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasugeneraattorista poistuva kuuma CO-i^-seos sekoitetaan sellaiseen määrään toista osavirtaa, että saadun loppukaasuseoksen lämpötila konoaa 700-1000°C: 30 een, edullisesti 825°C:een, ennenkuin mainittu seos syötetään takaisin kuilu-uunin alaosaan pelkistyskaasuna.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa a) kierrätyskaasua puhdistetaan kunnes sen C0o-pitoisuus on alle 2%. 7 68083

4. Patenttivaatimuksien 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisää pelkistysainetta ruiskutetaan piasmageneraattorista poistuvaan kuumaan kaasuvirtaan.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, t u n - 5. e t t u siitä, että käytetään jauhemaista pelkistysainet-ta, sopivasti hiilijauhetta, jonka hiukkaskoko on alle 20 mesh, edullisesti alle 100 mesh.

6. Patenttivaatimuksien 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasugeneraattorista poistuva kaasu 10 saatetaan kulkemaan rikkisuodattimen läpi.

6 68083

7. Laitteisto rautasienen valmistamiseksi pelkistämällä jatkuvasti rautaoksideja kuilu-uunissa rautaoksidien suhteen vastavirtaan johdetulla pelkistyskaasulla, joka sisältää pääasiassa C0:a ja Il^ia, jolloin peikistyskaasu valmistetaan 15 kuilu-uunissa poistuvan reaktiokaasun muodosta olevasta kier-rätyskaasusta sekä plasmageneraattorin avulla kiinteistä pelkistysaineista sekä vedestä ja/tai happikaasusta tuotetusta lisäkaasusta patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, joka laitteisto käsittää rautaoksidipitoi-20 seiie lähtömateriaalille tarkoitetun reaktiotilan (1) sekä pelkistyskaasun generointisysteemin, tunnettu siitä, että pelkistyskaasun generointisysteemi käsittää puhdistuslaitteen (7) reaktiotilasta (1) poistuvalle reaktiokaasulle sekä siihen liitetyn, kiinteällä pelkistysaineella, esimerkiksi koksilla täytetyn kaasungenerointikuiiun (111 nain 25 saadun puhdistetun pelkistyskaasun osavirralle, joka kuiiu käsittää plasmageneraattorin (12) ja syöttölaitteet (13,13a) mahdollisen lisäpelkistysaineen sekä veden ja/tai happikaa-sun syöttämiseksi kontrolloidusti muodostettuun plasmakaa-suun, sekä säädeltävän sekoituslaitteen näin käsitellyn 30 ensimmäisen osavirran sekoittamiseksi toiseen, käsittelemättömään osavirtaan puhdistettua pelkistyskaasua sekä si-säänpuhalluselimen näin saadulle loppukaasuseokselie reaktiotilan (1) alaosassa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, t u n -35 n e t t u siitä, että puhdistuslaite (7) koostuu CC^-pesu- rista. 8 68083

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että CC^-pesuri sisältää monoetanoliamiinia aktiivisena aineena.

10. Patenttivaatimuksien 7-9 mukainen laitteisto, 5 tunnettu siitä, että kompressori (8) on kytketty pesurin (7) jälkeen.

11. Patenttivaatimuksien 7-10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kaasungenerointikuilun (11) alaosa on varustettu kuonalle tarkoitetulla tyhjennyslait- 10 teella (16).

12. Jonkin patenttivaatimuksen 7-11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että rikkisuodatin (15) on sijoitettu välittömästi kaasungenerointikuilun (11) jälkeen.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 7-12 mukainen laitteisto, 15 tunnettu siitä, että rikkisuodatin on yhdistetty kaasun generointikuiluun (11).

14. Jonkin patenttivaatimuksen 7-13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että jakeluelimet (13,13a) kiinteää lisäpelkistysainetta ja vettä ja/tai happikaasua varten 20 ulottuvat plasmageneraattorin (12) edessä olevalle alueelle. 9 68083