PL82215B1 - - Google Patents

Description

Sposób wytwarzania reduktora gazowego do wielkiego pieca Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania reduktora gazowego o bardzo dobrych wlasciwosciach z punktu widzenia metalurgii przeznaczonego do wielkiego pieca.Wedlug znanych sposobów w wielkim piecu cieplo konieczne do wytwarzania równowagi cieplnej otrzymuje sie w reakcji utleniania powietrzem czesci koksu do tlenku wegla, natomiast redukcja tlenków zelaza nastepuje przez bezposrednie dzialanie koksu w strefie wysokiej temperatury i przez dzialanie tlenku wegla powstajacego w strefie sredniej temperatury. Równoczesnie stosuje sie okreslone temperatury podgrzewania spalajacego powietrza oraz reguluje ilosci powietrza i koksu potrzebne do osiagniecia równowagi termicznej wielkiego pieca. Zmniejszenie zuzycia koksu mozna osiagnac przez calkowite lub czesciowe wyeliminowanie bezposredniej redukcji za pomoca koksu, uzupelniajac brak gazów redukcyjnych poprzez doprowadzenie na dno szybu w strefe o temperaturze okolo 1000°C, w której zachodzi redukcja tlenków zelaza za pomoca tlenku wegla, innych reduktorów gazowych wytwarzanych poza wielkim piecem.Ponizej przedstawiono podstawowe wlasnosci jakie musza posiadac reduktory gazowe stosowane w wiel¬ kim piecu. Pozadane jest aby mialy temperature okolo 900—1000°C, a zawartosc C02 i H20 powinna byc mozliwie niska. Parametry te decyduja o stopniu wykorzystania wlasciwosci redukujacych. Gaz zawierajacy 3% objetosciowe dwutlenku wegla oraz pary wodnej i gaz redukcyjny zawierajacy 10% objetosciowych dwutlenku wegla i pary wodnej sa odpowiednie do stosowania w procesie redukcji w wielkim piecu.Wiadomo, ze produktami otrzymanymi w wyniku redukcji tlenku zelaza za pomoca wodoru i tlenku wegla sa oprócz zelaza, H20 i C02. W reakcjach redukcji zachodzacych w wielkim piecu ustalaja sie stany równowagi i dlatego ujemny wplyw wywiera obecnosc w fazie gazowej pary wodnej i C02 o wysokim cisnieniu czasteczko¬ wym. W przypadku wysokiego stezenia dwutlenku wegla i pary wodnej w gazie redukcyjnym stopien wykorzys¬ tania takiego gazu jest niski, a nawet poczawszy od pewnych wartosci czastkowego cisnienia tych dwóch gazów w mieszaninie gazowej, cala masa gazu redukcyjnego przechodzi nie zmieniona przez wielki piec. W przypadku niskiego stopnia wykorzystania, w gardzieli wielkiego pieca zbieraja sie duze ilosci nieprzereagowanych gazów H20 i C02, trudne do zuzycia.Wytwarzanie reduktora gazowego na przyklad z metanu, jako surowca, mozna wykonac wedlug jednego z nastepujacych sposobów, a mianowicie reformingu pary, czesciowego spalania lub termicznego krakingu2 82 215 cyklicznego. Sposród wymienionych sposobów jedynie dwa piersze daja dobre wyniki. Sposób zwany reformin- giem pary jest najkorzystniejszym sposobem otrzymywania wodoru z CH4 lub lekkiej benzyny. Jednak koniecznosc posiadania gazu redukcyjnego o temperaturze okolo 1000°C i niskiej zawartosci C02 iH20 komplikuje i utrudnia ten cykl produkcji.Proces czesciowego spalania w atmosferze tlenu jest szczególnie odpowiedni do zgazowywania ciezkich frakcji cieklych paliw. Temperatura robocza wynosi od 1200°C do 1400°C. Otrzymany reduktor po ewentual¬ nym ochlodzeniu moze byc bezposrednio wprowadzony do wielkiego pieca, nawet jezeli nie zmniejszy sie zawartosc H20 i C02, co obniza ich wydajnosc w procesie redukcji.Wadami omówionego procesu, poza nieodpowiednim skladem otrzymanego gazu, jest zuzycie tlenu, które znacznie podwyzsza koszt gazu redukcyjnego. Reakcja utleniania metanu do CO jest umiarkowanie egzotermicz¬ na, ale wydzielone cieplo nie wystarcza do nadania produktom spalania zadanej temperatury, która jedynie mozna osiagnac spalajac czesc metanu do C02 i H20. Podgrzanie do wyzszej temperatury substancji reagujacych pozwala na zmniejszenie czesci CH4, która ulega calkowitemu spalaniu. Oprócz tego otrzymane gazy zawieraja okolo 7% lub wiecej" dwutlenku wegla i pary wodnej. Podana zawartosc H20 i C02 stwarza koniecznosc nadania produktom czesciowego spalania zadanej temperatury, a ponadto jest przyczyna straty ciepla i mozliwosci endotermicznej reakcji krakowania paliwa polaczonej z otrzymaniem sadzy. Wymaga to zwiekszonej ilosci paliwa, które musi byc calkowicie spalone i tym samym wzrostu zawartosci H20 i C02 w otrzymanym gazie.W procesach czesciowego spalania w atmosferze tlenu wystepuje koniecznosc stosowania wysokich tempe¬ ratur co wymaga takich stezen H20 i C02 , przy których zmniejsza sie stopien eksploatacji wyzej wymienionego gazu w wielkim piecu. Stezenia te mozna zmniejszyc przez podgrzanie paliwa i czynnika podtrzymujacego palenie, do takiej temperatury , ze obnizy sie ilosc spalanego paliwa. Temperatura stabilnosci dla podgrzania paliwa, w przypadku metanu wynosi 600°C. Równiez temperatura ta dla czynnika podtrzymujacego spalanie w przypadku stosowania tlenu, ze wzgledu na odpornosc metali na utlenianie nie moze przekraczac 400—500°C.Sposób wytwarzania reduktora gazowego wedlug wynalazku jest procesem czesciowego spalania, który pozwala na otrzymywanie gazu redukcyjnego o doskonalych wlasnosciach metalurgicznych bez koniecznosci uzycia tlenu. Sposób wytwarzania reduktora gazowego o niskiej zawartosci H20 i C02 do wielkiego pieca wedlug wynalazku polega na tym, ze w piecu do czesciowego spalania ogrzewa sie czynnik podtrzymujacy spalanie i równoczesnie wprowadza sie podgrzane paliwo, przy czym korzystnie stosuje sie regenerator, zwlaszcza regenerator Cowpera i temperature bliska temperaturze czesciowego spalania, nastepnie otrzymany reduktor chlodzi sie i wprowadza do wielkiego pieca.Jako czynnik podtrzymujacy spalanie w sposobie wedlug wynalazku stosuje sie powietrze lub powietrze wzbogacone tlenem. W piecu do czesciowego spalania jako paliwo stosuje sie CH4, rope naftowa, paliwo olejowe itp. weglowodory. Powietrze wprowadzane do pieca do czesciowego spalania mozna ogrzewac w regeneratorach Cowpera wielkiego pieca, do których to regeneratorów wprowadza sie równiez powietrze podgrzane u dolu wielkiego pieca, po czym powietrze rozdziela sie na dwa strumienie albo stosuje sie oddzielne regeneratory Cowpera, w których otrzymuje sie dwa strumienie podgrzanego powietrza. W piecu do czesciowego spalania powietrze ogrzewa sie do temperatury 800—1500°C, korzystnie 1200-1400°C. Chlodzenie reduktora gazowego otrzymanego w piecu do czesciowego spalania wykonuje sie w kotle do wytwarzania pary.Oprócz tego reduktor gazowy mozna chlodzic przez dodanie zimnego gazu zawierajacego wodór, zwlaszcza gazu koksowniczego.Reduktory gazowe otrzymane tym sposobem maja niska zawartosc H20 i C02 nawet jezeli jako czynnik podtrzymujacy spalanie stosuje sie powietrze. Mozna takze stosowac inne systemy podgrzewania, temperatury podgrzewania osiagane w sposobie wytwarzania wedlug wynalazku sa zawsze takie same. Podgrzewanie do temperatur bliskich temperaturze spalania w piecu pozwala, za pomca systemu podgrzewania wedlug wynalazku, na zastosowanie powietrza, poniewaz obecnosc obojetnego N2 nie wplywa lub wplywa minimalnie na równowage termiczna w reaktorze, a takze na zawartosc C02 i H20, a tym samym unika sie wad zwiazanych z zastosowaniem samego tlenu.Sposobem wedlug wynalazku eliminuje sie wady znanego procesu czesciowego spalania przy produkcji gazów, które wprowadza sie do wielkiego pieca, to znaczy zbyt duza zawartosc C02 iH20 o reduktorze gazowym i eliminuje zuzycie tlenu, co powoduje ze sposób wedlug wynalazku jest korzystny w stosunku do znanych sposobów otrzymywania gazów redukcyjnych. Regeneratory wielkich pieców pracuja wedlug znanych metod. Podgrzane i wzbogacone w tlen powietrze wprowadza sie do pieca do czesciowego spalania razem z paliwem równoczesnie podgrzanym do podanej temperatury za pomoca znanych metod. W celu obnizenia mozliwosci powstawania C02 i H20 korzystnie jest, aby temperatura podgrzewania spalajacego powietrza byla wyzsza lub równa temperaturze panujacej w reaktorze czesciowego spalania. Opuszczajac piec do czesciowego spalania reduktor gazowy, który moze zawierac sadze ma temperature wyzsza od temperatury potrzebnej przy wprowadzaniu do wielkiego pieca, (okolo 1000°C) dlatego nalezy go ochlodzic. Chlodzenie mozna wykonac82 215 3 przepuszczajac gaz przez wymiennik ciepla zwlaszcza kociol do wytwarzania pary Tub przez wygaszenie ta pomoca gazu koksowniczego, wysokokalorycznego wodoru (latwo dostepnego v stalowni), lub wygaszenre ra pomoca CH4, który w czasie krakingu pochlania cieplo i daje wodór i sadze. Oba produkty sa zuzywane w wielkim piecu. Takze przy pracy z gazem koksowniczym zawarty w nim CH4 ulega czesciowo krakingowi dostarczajac H2 i sadze wykorzystywane w wielkim piecu. Niezaleznie od omówionych metod chlodzenia mozna stosowac i inne sposoby. Ten ochlodzony gaz redukujacy wprowadza sie do wielkiego pieca.Podgrzewanie powietrza wykonuje sie w sposób opisany wyzej lub wykonuje sie nie w oddzieinym aparacie lecz wielkim piecu za pomoca dysz lub palników umieszczonych wewnatrz wielkiego pieca w dokiej jego czesci w tym przypadku regulacje temperatury gazów redukcyjnych wykonuje sie, przez wstrzykiwanie znanym sposobem do wielkiego pieca zimnego gazu, na przyklad gazu koksowniczego.Sposób wedlug wynalazku wyjasniono na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schemat urzadzenia do wytwarzania reduktora gazowego do wielkiego pieca, fig. 2 przedstawia schemat podobnego urzadzenia z ta róznica, ze w wielkim piecu umieszczone sa palniki do czesciowego spalania, a fig. 3 przedstawia urzadzenie, w którym reduktor gazowy chlodzi sie za pomoca wygaszania zimnym gazem. Wedlug fig. 1 powietrze wplywajace przewodem 4 ogrzane do temperatury bliskiej temperaturze czesciowego spalania rozdziela sie na dwa strumienie, z których jeden przewodem 5 i przewodami 6 oraz 7 wprowadza sie do wielkiego pieca, a drugi strumien powietrza przewodem 8 wprowadza sie do pieca 9 do czesciowego spalania, do którego przewodem 10 wprowadza sie do podgrzane paliwo. Otrzymany w piecu 9 reduktor gazowy przewodem 11 wprowadza sie do wymiennika ciepla 12, a nastepnie przewodem 13, 14 i 15 wprowadza na dno szybu 16. Z dna szybu wielkiego pieca 17 otrzymuje sie surówke, a u góry odbiera sie gaz.Fig. 2 przedstawia urzadzenie, w którym umieszczone sa w wielkim piecu palniki 21. Na fkj. 2 przewód 20 oznacza przewód doprowadzajacy paliwo. Fig. 3 przedstawia urzadzenie, w którym gaz z pieca 9 do czesciowego spalania chlodzi sie za pomoca gazu doprowadzanego przewocjem 19.Ponizsze przyklady ilustruja przedmiot v/ynalazku, nie ograniczajac jego zakresu. Podane wartosci odnosza sie do produkcji 1000 kg surówki. Do podgrzewania powietrza w kazdym z przykladów stosuje sie nagrzewnice Cowper'a.Przyklad I. Proces przeprowadzono w urzadzeniu przedstawionym na fig. 1. 1420 Nm3 powietrza wprowadza sie do regeneratora 2 i ogrzewa je od temperatury 40° do 1250°C. Poprzez przewód 5, doprowadza sie bezposrednio do wielkiego pieca 600 Nm3 powietrza, pozostale 820 Nm3 powietrza poprzez przewód Q wprowadza sie do pieca 9 do czesciowego spalania, do którego przewodem 10 wprowadza sie równiez 316 Nm3 CH4 podgrzanego do temperatury 600°C.Z pieca 9 otrzymuje sie 1590 Nm3 gazu o temperaturze 1200°C zawierajacego w procentach objetosciowych 37,89% H2, 19,42% CO, 0,20% CH4 40,62% N2, 0,31% C02 1,58% H20. Gaz wprowadza sie do kotla, w którym chlodzi sie do temperatury 1000°C, a nastepnie do wielkiego pieca.Przyklad II. Proces przeprowadza sie w instalcji przedstawionej na fig. 3, 1278 Nm3 powietrza wprowadza sie do regeneratora 2 i ogrzewa od temperatury 40°C do 1250°C. Przewodem 5 600 Nm3 powietrza wprowadza sie bezposrednio do wielkiego pieca, pozostale 678 Nm3 doprowadza sie przewodem 8do pieca 9 do czesciowego spalania, do którego dostarcza sie przewodem 10, 261 Nm3 CH4 o temperaturze 600°C. Z wylotu pieca 9 otrzymuje sie 1315 Nm3 gazów o temperaturze 1200°C i skladzie podanym w przykladzie I. Do otrzymanych gazów przewodem 19 dodaje sie 185 Nm3 gazu o temperaturze 25°C, zawierajacego w procentach objetosciowych: 56,95% H2,4,75% CO, 3,80% C02 23,80% CH4, 5,70% H2, 5,00% H20.W powyzszy sposób otrzymuje sie 1520 Nm3 gazu o temperaturze 1000°C zawierajacego w procentach objetosciowych: 42,54% H2 17,30% CO, 0,73% C02 1,62% CH4, 35,80% N2 1,95% H20. Zawartosc sacfcy wynosi 7,75 g/l Nm3 gazu.Otrzymany powyzej reduktor gazowy wprowadza sie do wielkiego pieca. PL PL

Claims (9)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania reduktora gazowego o niskiej zawartosci H20 i C02 do wielkiego pieca, znamienny tym, ze w piecu do czesciowego spalania ogrzewa sie czynnik podtrzymujacy spajania i równoczesnie wprowadza podgrzane paliwo, przy "czym stosuje sie korzystnie regenerator, zwlaszcza regenera¬ tor Cowpera i temperature bliska temperaturze czesciowego spalania, zwlaszcza temperature wyzsza od temperatiTry czesciowego spalania, nastepnie otrzymany reduktor ewentualnie chlodzi sie i wprowadza do wielkiego pieca.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w piecu do czesciowego spalania jako czynnik podtrzymujacy spalanie stosuje sie powietrze lub powietrze wzbogacone tlenem.4 82 215

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w piecu do czesciowego spalania jako paliwo stosuje sie CH4, rope naftowa, paliwo olejowe lub inne weglowodory.

4. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze powietrze wprowadzone do pieca do czesciowego spalania ogrzewa sie w regeneratorach Cowpera wielkiego pieca, do których to regeneratorów wprowadza sie równiez powietrze podgrzane u dolu wielkiego pieca, po czym powietrze rozdziela sie na dwa strumienie albo stosuje sie oddzielne regeneratory Cowpera, w których otrzymuje sie dwa strumienie podgrzanego powietrza.

5. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny t y m, ze w piecu do czesciowego spalania powietrze ogrzewa sie do temperatury 800-1500°C, korzystnie 1200-1400°C.

6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze chlodzenie reduktora gazowego otrzymanego w piecu do czesciowego spalania wykonuje sie w kotle do wytwarzania pary. 7. .

7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze otrzymany w piecu do czesciowego spalania reduktor gazowy chlodzi sie przez dodanie gazu zawierajacego wodór, zwlaszcza gazu koksowniczego.

8. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w piecu do czesciowego spalania otrzymuje sie reduktor gazowy zawierajacy mala ilosc sadzy.

9. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze czesciowe spalanie wykonuje sie za pomoca dysz lub palników umieszczonych wewnatrz, w dolnej czesci wielkiego pieca, przy czym temperature reduktora gazowego reguluje sie przez wprowadzenie do wielkiego pieca zimnego gazu, takiego jak gaz koksowniczy. 16 1 / I©; L i ej). W Fi*. 182 215 16 -M- l -ep €B _L 0 Fi*. Z l m^l l_ «» «l |4 *4 ir tj FIG. 3 PL PL