RO127283A2 - Procedeu pentru producerea de hidrogen curat şi de pulbere de fier fără carbon - Google Patents
Procedeu pentru producerea de hidrogen curat şi de pulbere de fier fără carbon Download PDFInfo
- Publication number
- RO127283A2 RO127283A2 ROA201000173A RO201000173A RO127283A2 RO 127283 A2 RO127283 A2 RO 127283A2 RO A201000173 A ROA201000173 A RO A201000173A RO 201000173 A RO201000173 A RO 201000173A RO 127283 A2 RO127283 A2 RO 127283A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- iron
- ore
- hydrogen
- mixture
- rgh
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 128
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 45
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 35
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 24
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 16
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 16
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 14
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 13
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 12
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 12
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 7
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 6
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims description 6
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000011019 hematite Substances 0.000 claims description 4
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 3
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 claims description 3
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 claims description 3
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000010405 reoxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 claims description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 claims description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 26
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 description 1
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 1
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000006394 Sorghum bicolor Species 0.000 description 1
- 235000011684 Sorghum saccharatum Nutrition 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 230000003292 diminished effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000002265 redox agent Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Invenţia se referă la un procedeu de obţinere concomitentă a unei pulberi de fier şi a hidrogenului. Procedeul conform invenţiei constă din amestecarea unui minereu de fier nepeletizat, de tip hematită, având o granulaţie medie de 1,5...3 mm, cu un combustibil solid, de tip biomasă, şi, eventual, 50% volumetric nisip cuarţos granular, având aceeaşi granulaţie, într-o primă zonă de reacţie, la o temperatură de 950°C şi o presiune de până la 10 bari, din care rezultă gazeificarea combustibilului solid, cu generarea, într-o primă etapă, a unui agent gazos reducător pentru minereu, care conţine hidrogen şi monoxid de carbon, şi, ulterior, cu generarea de hidrogen destinat, în principal, consumului extern, şi, în paralel, dezoxidarea completă a unui minereu de fier fină, într-o a doua zonă de reacţie, la o temperatură de 540...580°C, pentru producerea unei pulberi de fier ultrafină, lipsită de carbon, cu o granulaţie sub 200 μ .
Description
Invenția se referă la un procedeu de producere concomitentă de pulbere de fier fără carbon și de hidrogen curat (comparabil cu cel obținut prin electroliza apei), din minereu de fier nepeletizat (fier/hematită), apă și materii prime abundente (în special biomasă sau deșeuri celulozice).
Domeniul invenției are aplicabilitate în industriile chimică, petrochimică, energetică și siderurgică, contribuind totodată la protecția mediului.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este cea a producerii de hidrogen curat folosind minereu de fier mărunțit, însoțită de producerea de pulbere de fier cu înaltă calitate. Minereul de fier este redus cu deșeuri celulozice sau cărbune și apoi reoxidat cu abur pentru generarea de hidrogen. O parte din acesta este consumat întrun alt reactor pentru obținerea de pulbere de fier cu granulația dorită, dintr-o șarjă diferită de pulbere din minereu de fier și cu degajare de abur. Prima fază a procesului tehnologic constă în realizarea unor reacții de gazificare a deșeurilor celulozice sau a cărbunelui, cu obținerea unui gaz de sinteză, reducător al minereului de fier, format îndeosebi din monoxid de carbon (CO) și hidrogen (H2). Procesul este urmat de reacții redox: dezoxidarea parțială a minereului (cu formare de fier moale) și oxidarea fierului cu abur (cu reformare de oxizi), provenit de la un cazan extern, în sine cunoscut, în final generându-se hidrogen de înaltă puritate. Minereul reoxidat este recirculat de câteva ori și livrat siderurgiei, având doar rol de agent de schimb în reacțiile redox.
Se cunoaște brevetul SUA 4490349/1984, referitor la un procedeu de generare de hidrogen din abur supraîncălzit, trecut printr-o cameră cu doi pereți opuși, unde unul este format din fier, care reacționează exoterm cu aburul supraîncălzit, cu eliberare de hidrogen și cu oxidarea fierului, iar celălalt este format dintr-o membrană din paladiu, permeabil la hidrogen, dar nu și la abur. Dezavantajul principal al procedeului îl constituie dificultatea de a realiza un proces continuu și, totodată, productivitatea mică, însoțită de costurile mari ale paladiului folosit.
Un alt brevet cunoscut este RO 106721/1992, în care se propune producerea de hidrogen prin reacția „fier-abur”, utilizând alternanța oxidare: Fe + H2O -> FeO + H2 și reducere: FeO Fe2O3 + 4 CO -> 3Fe + 4 CO2, la temperaturi sub 700°C, unde oxidarea cu abur generează hidrogen. Principalul dezavantaj îl constituie faptul că procesul este discontinuu, cu alternanțe care complică tehnologic eventualele instalații, scumpesc aplicarea și nu evită carburarea fierului.
în al treilea brevet, SUA 0072705A1/2003, se propune un procedeu și o instalație de generare de hidrogen prin reducerea aburului, utilizând o pereche metal - oxid de metal, pentru a extrage oxigenul din apă. Aburul este pus în contact cu o topitură metalică mixtă, incluzând un prim metal reactiv precum fierul (Fe), dizolvat într-un metal diluent precum staniul (Sn). Metalul reactiv se oxidează la oxid de metal, generând hidrogen. Principalele dezavantaje ale procedeului constau, pe de o parte, în suprafața specifică redusă a lacului de topitură, care nu permite aplicații industriale, iar, pe de altă parte, în folosirea de oxigen tehnic, formarea de zguri și temperaturi de peste 1200°C. Toate acestea scumpesc tehnologia.
Mai apropiat de actuala propunere de invenție este brevetul RO 121605/2007, unde producerea de pulbere metalică este asociată cu producere de hidrogen, după dezoxidarea în pat fluidizat a minereului de fier, prin folosirea de agent reducător gazos
1/5 (V-2 O 1 O - O O 1 73 - 1 9 -02- 2010 format din CO și H2. Fierul obținut este reoxidat cu abur, generând hidrogen pur. Dezavantajul principal este acela că are loc o utilizare insuficientă a agentului reducător.
Conform invenției de față, procedeul propus rezolvă problema tehnică enunțată, prin aceea că minereul de fier nepeletizat - hematită (FeOFe2O3), relativ uscat și având granulația medie de 1,5-3 mm, este amestecat cât mai omogen cu un combustibil solid tip biomasă - deșeu celulozic sau cărbune - mangal, având aceeași granulație cu minereul. Combustibilul solid prezintă procent redus de cenușă. Amestecul este introdus într-un reactor paralelipipedic vertical (numit în continuare RGH - reactor de gazificare a combustibilului solid și producere de hidrogen), ilustrat în Figura 1, care prezintă schema generală a instalației de gazificare propuse. La nivelul RHG, are loc gazificarea combustibilului solid în principal, cu generarea unui agent gazos reducător (îndeosebi CO și H2) pentru minereu în prima parte și generarea ulterioară de hidrogen. Temperatura de lucru în RGH este de circa 950°C, iar presiunea de lucru este relativ joasă, sub 10 bari. Hidrogenul este destinat în principal consumului extern și, în paralel, producerii pulberii de fier într-un al doilea reactor vertical, numit în continuare RF. în RF se realizează dezoxidarea completă (la temperaturi de 540-580°C) a unui alt minereu de fier cu granulația cât a pulberii de fier finale, dorită (de exemplu sub 200 microni).
în scopul evitării segregării granulelor de fier învecinate și al formării de aglomerări, se va introduce în RGH, până la 50% volumic, un material inert mărunt, de exemplu nisip cuarțos, relativ monogranular, cu diametrul mediu de 1,5-3 mm. La finalul unei șarje, sterilul și praful de minereu rezultat din abraziune, se separă la ieșirea din RGH. Ca măsură suplimentară, amestecul va fi răscolit cu ajutorul unor vătraie sau cabluri multifilare flexibile rotative. Din minereul relativ grosier, amestecat cu nisipul (recirculat) ieșit din reactor la temperatura de 50-70°C, se înlătură praful, iar acest amestec este reintrodus în reactor. După ce se amestecă omogen și cu combustibil solid corespunzător, având granulația menționată, acest amestec (minereu - combustibil solid - nisip) este încălzit la aproximativ 950°C, prin mijloace termice în sine cunoscute (majoritar cu căldură recuperată) și intră prin mai multe canale verticale parelele, într-o primă zonă de dezoxidare. în cazul folosirii cărbunelui, formarea de CO va fi stimulată de gazificarea cu abur a carbonului din combustibilul solid, conform reacției: C + H2O -a CO + H2.
Pereții canalelor permit trecerea gazelor în sens altenant și perpendicular cu axa lor, reținând în canale granulele încărcăturii. Efortul de împingere a încărcăturii în pereți se descarcă reciproc, prin distanțieri repartizați uniform între pereți. Una dintre reacțiile principale de reducere este de tipul: FeOx + C-> Fe + (0,15-0,71) CO + (0,85-0,29) CO2. Concentrația medie a monoxidului (CO) este de circa 50% volumetric. La ieșirea din RGH se formează un amestec de CO, CO2, H2 și H2O. în cazul folosirii celulozei, acest amestec de gaze cu vapori de apă va trece alternant, la fiecare 4-5 minute, prin pereții canalelor menționate, cu ajutorul unui dispozitiv în sine conceput, plasat în exterior. Spațiile dintre canale sunt racordate din două în două la acest dispozitiv. Această alternare asigură uniformitatea temperaturilor în jurul valorilor optime, a gradienților spațiali de temperatură mari, cu intensificarea reacțiilor și reducerea duratei proceselor. Din amestecul menționat, se rețin vaporii de apă prin condensare și restul trece printr-un decarbonator, care reține CO2, ce poate fi colectat, depozitat și valorificat.
2/5
(^-2 0 1 0 - 0 0 1 7 3 -1 9 -02- 2010
Astfel separat, amestecul gazos rămas, de H2 și CO, va fi încălzit în două trepte: preîncălzire la circa 920°C și o încălzire finală la 950°C. Apoi, el este reintrodus în RGH. Acesta realizează o dezoxidare avansată a minereului de fier. Amestecul solid format din materia primă (minereu), nisip și combustibil solid (celuloză sau cărbune) va trece apoi printr-o zonă obturată pentru gaze. Pentru a asigura o relativă etanșare satisfăcătoare între zonele prin care circulă gaze diferite, după zona de dezoxidare, urmează o zonă de mică înălțime, unde se introduce o cantitate redusă de abur. Aceasta gazifică restul de carbon, reoxidând totodată fierul produs anterior la un randament de sub 3%. în amestecul solid, rezultă o compoziție de circa 90% Fe și 10% oxizi de fier, îndeosebi FeO. Acesta parcurge o zonă de etanșare cu pereți plini, urmată de o zonă mai înaltă, prin care va circula alternant abur preîncălzit la circa 600°C, pregătit în exterior de un generator de abur în sine cunoscut.
Prin reacția Fe + H2O -> H2 + oxizi, se oxidează amestecul granular, cu producere de hidrogen curat, similar în calitate cu cel produs prin reacția de electroliză, reformând totodată minereul. Alternanța orizontală a sensului de curgere a aburului asigură uniformitatea și intensifică procesul de oxidare, realizându-se prin dispozitive în sine cunoscute și concepute. Amestecul granular care va ieși din zona de oxidare, cu o compoziție aproximativă de circa 10% Fe și 90% oxizi, va fi răcit și va coborî treptat, fiind colectat la capătul inferior al canalelor. Minereul reformat și extras, intră într-un malaxor unde se amestecă omogen cu altă șarjă de deșeu celulozic sau cărbune, de unde este ridicat și reintrodus în reactor, reluând ciclul de mai multe ori, până ce se va constata că minereul trecut prin reactor își pierde reactivitatea.
Aburul nu antrenează săruri și nu impurifică hidrogenul, fierul sau minereul. Durata dezoxidării minereului de fier este estimată la maxim o oră, în cazul utilizării deșeurilor celulozice (cu umiditate sub 10%). Prin încălzire împreună cu celelalte substanțe în RGH, se generează abur, gaze de piroliză, unele cu componente combustibile și cu gudroane, care vin în contact la aproximativ 950°C cu minereul. Acesta este o sursă de oxigen, de la dezoxidări. în acest mod, există condiții bune de descompunere a substanțelor combustibile și gudroanelor, prin multiple reacții chimice secundare (gen cracare, oxidare) iar gazele străbat încărcătura suficient de permeabilă, intrând în contact cu minereul aflat în zona de dezoxidare.
în reactorul secundar, RF, se introduce o făină de minereu de fier, cu granulație determinată de cea a pulberii de fier finale (de exemplu sub 200 microni). în scopul evitării lipirii particulelor de fier și al îmbunătățirii condițiilor de tranziție prin reactor, minereul este amestecat cât mai omogen cu nisip corindonic sau silicios cu granulație de 0,5-1 mm. Amestecul este încălzit la circa 570°C și se deplasează prin niște canale verticale similare cu cele din RGH, cu pereți permeabili la gaze. în RF este introdus hidrogenul produs în RGH, care traversează canalele menționate, de regulă în contracurent. Hidrogenul preia oxigenul din oxizii de fier și se transformă parțial în H2O (abur). Amestecul de H2 și H2O ieșit din RF este mai întâi răcit pentru condensarea H2O. Căldura cedată în răcitor este parțial recuperată prin încălzirea hidrogenului, care se introduce în RF împreună cu hidrogenul de completare adus de la RGH. După dezoxidare completă, amestecul de pulbere de fier și nisip este încălzit la 800°C, pentru depiroforizarea fierului, operație urmată de răcirea la 50°C. Pulberea de fier și nisip sunt separate la partea inferioară a RF, prin mijloace în sine cunoscute (de exemplu cu niște magneți) iar nisipul este condus la un amestecător și omogenizat cu minereu proaspăt.
3/5
2010-00173-1 9 -02- 2010
Noul amestec este trimis cu un elevator în partea superioară a RF, într-un acumulator de tip buncăr al RF. Pulberea de fier tratată termic (nepiroforică) este colectată în saci sau în cutii. Procedeul permite obținerea de pulbere ultrafină de fier. Punerea în funcțiune a instalațiilor care aplică procedeul presupune că toate componentele sunt aduse la temperatura de regim, după care începe curgerea de minereu în RGH și, după 3-4 ore, a celui din RF.
Procedeul propus în cadrul invenției, prezintă următoarele avantaje:
• se obține hidrogen curat în condiții înalt ecolgice, comparabil cu cel obținut prin electroliza apei; are aplicații multiple în industria siderurgică (oțeluri și aliaje speciale, cu compoziție fixă a anumitor metale), chimică (sinteze de combustibili artificiali, amoniac, fertilizatori, etc.), în industria energetică;
• se obține pulbere de fier moale de înaltă puritate, fără carbon și nepiroforică; este foarte utilă în industrie, la producerea de piese sinterizate, electrozi de sudură, obținere de aliaje speciale cu o compoziție exactă a metalelor, în operația de doctorizare - rafinare a benzinelor (eliminarea sulfului), în industria farmaceutică, etc.; în ultimul timp, pulberea de fier se poate utiliza și la neutralizarea apelor reziduale precum și creșterea profitabilă și ecologică a algelor;
• emisiile de CO sunt excluse, iar cele de CO2 și alte noxe sunt minimizate;
• permite valorificarea unor deșeuri celulozice de tip paie, stuf, sorg, soia, coceni, cereale degradate, deșeuri urbane selectate și similare;
• se intensifică procesele de dezoxidare a minereului de fier și apoi de reoxidare cu abur a fierului produs, prin folosirea minereului de fier uzual, cu creșterea suprafeței de reacție și cu intensificarea schimbului convectiv de căldură;
• procesele redox din RHG (atât dezoxidarea, cât și reoxidarea) sunt realizate parțial, dar în proporții adecvate producerii hidrogenului curat;
• se utilizează minereu de fier nepeletizat, cu granulație mică și suprafețe specifice mari, de schimb de căldură și masă cu agenții gazoși, având coeficienți de transfer de zeci de ori mai mari decât în cazul peletelor;
• minereul este recirculat, putând fi utilizat de mai multe ori, până la diminuarea reactivității sale, când este valorificat ca materie primă siderurgică;
• alternarea orizontală a sensului de curgere a agenților gazoși prin straturile verticale de minereu asigură o reducere a neuniformităților față de curgerea lor în sens unic, contribuind puternic la uniformizarea temperaturilor, fapt care face ca procesele să decurgă la temperaturi relativ constante;
• durata proceselor este mai redusă decât în cazul altor tehnologii similare;
• instalațiile care vor aplica procedeul ocupă o suprafață mică de teren și pot fi realizate cu materiale autohtone, fără costuri mari de investiții și exploatare.
în continuare, se dă un exemplu nelimitativ de aplicare a procedeului, în legătură cu Figura 1, care reprezintă schema unui RGH, ce poate produce aproximativ 12 m3 n/h hidrogen curat, utilizând un minereu de fier de tip hematită, cu granulație medie de circa 2 mm. Se poate utiliza mangal și 50% volumetric nisip cuarțos granular, ambele cu aceeași granulație ca a minereului. Această condiție este necesară pentru a asigura suprafața specifică a reacțiilor ce se petrec în reactor.
4/5
C^'l 010-00173-- A
9 -02- 2010
Amestecul solid de minereu, nisip și mangal, bine omogenizat, este introdus într-un reactor paralelipipedic vertical RGH (1), cu secțiunea orizontală de 0,5x0,4 m2 și înălțimea de 2 m. El ajunge într-o primă zonă de dezoxidare (2), unde se încălzește la 950°C, prin mijloace termice în sine cunoscute, neindicate în schemă. Prin pereții unor canale verticale aflate în zona (2), trec în sens alternant și orizontal gaze formate preponderent din CO și CO2, granulele încărcăturii reținându-se în canale. Alternanța este asigurată prin dispozitivele (3), în sine cunoscute. Se vor recircula circa 36 kg/h « 12 dm3/h minereu, iar volumul amestecului solid este de circa 32 dm3/h, în reactor aflându-se în permanență un volum de circa 60 dm3/h. Consumul de carbon (C) este de circa 3,3 kg/h, în cursul dezoxidării. Monoxidul de carbon (CO) evoluează la bioxid (CO2), eliminând circa 6 m3n/h (ca intermediar al evoluției la CO2) și ocupă același volum ca și CO2, evacuându-se doar 29%. Debitul recirculat din amestecul (CO + CO2) prin RGH este de 6/0,29«20,7 m3n/h, pentru eliminarea completă a carbonului rămas după zona de dezoxidare (2). Se realizează o gazificare cu abur introdus din exterior, generând CO și H2. Amestecul gazos trece prin niște schimbătoare de căldură răcitoare (4), de unde amestecul gazos format din CO, CO2, H2 este preluat de un compresor (5), apa fiind eliminată printr-un separator de condens - purje (6). Gazul relativ uscat ajunge într-un decarbonator (7), eliminând circa 6 m3 n/h CO2, iar, după recirculare, amestecul gazos reducător (CO + H2) este introdus în RGH.
în scopul creșterii utilizării agentului reducător, se realizează recircularea agenților gazoși cu mai multe perioade de contact între agenții redox și minereu. Urmează reținerea în instalații exterioare compacte a componentelor cu reacția finalizată, componentele cu activitatea nealterată fiind reintroduse în RGH. Amestecul solid de circa 90% Fe și 10% oxizi de fier parcurge o zonă de etanșare cu pereți plini, urmată de o zonă (8) prin care circulă cu alternanță, cu ajutorul dispozitivului (3), un abur preîncălzit la circa 600°C, pregătit în exterior într-un generator (9) în sine cunoscut. Aburul trecut prin fierul parțial redus generează hidrogen curat. Acesta este trimis printr-o conductă (10) la un reactor RF de producere a pulberii de fier, lipsit complet de carbon, prin reducerea cu H2 a unui alt minereu având granulația determinată de cea a pulberii finale de fier. Reactorul RF face parte din instalația completă, dar nu apare în schemă. Hidrogenul produs în RGH poate fi de asemenea utilizat pentru consumul extern.
Claims (4)
1/2 c\-2 0 1 0 - 0 0 1 7 3 -1 9 -02- 2010
1. Procedeu de producere concomitentă de hidrogen curat și pulbere de fier fără carbon, în flux continuu, prin oxidarea cu abur a fierului obținut anterior din minereu (tip hematită) redus cu biomasă - deșeuri celulozice sau cărbune - mangal; amestecul este introdus într-un reactor paralelipipedic vertical RGH; fierul parțial redus este oxidat cu abur, eliberând hidrogen, caracterizat prin aceea că minereul nepeletizat și biomasa sunt mărunțite la o granulație medie de 1,5-3 mm și, în scopul evitării segregării granulelor de fier vecine sau al formării de aglomerări în amestecul menționat, se introduce până la 50% volumetric nisip cuarțos, ce are aceeași granulație cu minereul; întregul amestec va fi introdus în reactorul RGH menționat, fiind omogenizat (prin răscolire) cu ajutorul unor vătraie sau cabluri flexibile și încălzit la 950°C prin mijloace în sine cunoscute, intrând prin mai multe canale verticale, într-o zonă de dezoxidare; pereții canalelor permit trecerea gazelor prin straturile de minereu, în sens alternant și perpendicular, încărcătura fiind reținută în canale; efortul de împingere a încărcăturii în pereți se descarcă reciproc prin distanțieri repartizați uniform între aceștia; hidrogenul produs în RGH este utilizat într-un alt reactor vertical, RF, unde se produce pulberea de fier prin dezoxidarea completă cu hidrogen a unei făirii de minereu de fier, cu obținere de pulbere de fier fără carbon, având granulația dorită.
2. Procedeu de producere de hidrogen, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că o parte din amestecul gazos de (CO, CO2, H2 și H2O) obținut în cazul utilizării celulozei, trece printr-un răcitor Ri, în care se răcește de la 950° la circa 80°C și o altă parte - printr-un răcitor R2, legat în paralel cu primul, în care va ceda căldură utilizată la preîncălzirea materiei prime; gazul ieșit din cele două răcitoare trece printr-un nou răcitor cu aer R3, în care temperatura gazului scade la circa 30°C; la ieșirea din RGH (zona 2), amestecul gazos (CO, CO2, H2 și H2O) va trece alternant (de exemplu la fiecare 4-5 minute) prin pereții canalelor menționate, cu ajutorul unui dispozitiv în sine cunoscut, plasat în exterior; spațiile dintre canale sunt racordate din două în două la acest dispozitiv; această alternare asigură uniformitatea temperaturilor în jurul valorilor optime, cu intensificarea reacțiilor și reducerea duratei proceselor; din amestecul menționat, se rețin vaporii de apă prin răcire și condensare, restul trecând printr-un decarbonator, care reține CO2, ce poate fi colectat, depozitat și valorificat; astfel separat, amestecul gazos rămas (CO și H2) va fi introdus în răcitorul Ri, unde se va încălzi la circa 920°C și apoi la 950°C, fiind reintrodus în RGH și realizând o dezoxidare avansată a minereului de fier; amestecul solid format din materia primă (minereu), nisip și combustibil solid, va trece apoi printr-o zonă, obturată pentru gaze, pentru a asigura o relativă etanșare satisfăcătoare între zonele prin care circulă gaze diferite; după zona de dezoxidare (2) urmează o alta de mică înălțime, unde se introduce o cantitate redusă de abur, care reduce puternic restul de carbon, reoxidând totodată o mică parte din fierul produs anterior; în amestecul solid, rezultă o compoziție de circa 90% Fe și 10% oxizi de fier (îndeosebi FeO), care parcurge o zonă cu pereți plini; aceeași procedură, dar simplificată, se aplică în cazul utilizării de cărbune pe post de combustibil solid; pentru evitarea depunerilor de piatră pe suprafețele de schimb de căldură ale răcitorului R2, se va folosi, ca agent încălzit, apă dedurizată.
3. Procedeu de producere de hidrogen, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că, după zona de reducere, urmează o alta prin care va circula alternant abur preîncălzit la circa 600°C, pregătit în exterior; prin reacția Fe + H2O + oxizi -> H2 + oxizi, are loc reoxidarea fierului parțial redus, asigurând producerea de hidrogen curat; alternanța se realizează prin dispozitive externe în sine cunoscute; în scopul creșterii utilizării agentului reducător, se realizează recircularea agenților gazoși și mai multe perioade de contact între agenții redox și minereu, cu reținerea în instalații exterioare compacte, a componentelor cu reacția finalizată, cele cu activitatea nealterată fiind reintroduse în circuit; după zona de extragere a hidrogenului, amestecul granular, format din nisip cuarțos și circa 10% fier și 90% oxizi de fier, este răcit, ajungând la capătul inferior al canalelor, unde sunt prevăzute dispozitive de reglare a debitului de minereu reoxidat; minereul extras intră într-un malaxor, unde se amestecă omogen cu cărbune sau deșeu celulozic, de unde este ridicat și reintrodus în reactor, pe la partea superioară; recircularea minereului de fier supus reacțiilor redox se realizează de mai multe ori, reluând ciclul, până ce se constată că minereul trecut prin reactor își pierde reactivitatea.
4. Procedeu de gazificare cu producere de hidrogen curat, conform revendicărilor 1, 2 și 3, caracterizat prin aceea că, în reactorul RF, se introduce o făină de minereu de fier, cu granulație determinată de granulația pulberii de fier finale (de exemplu sub 200 microni); în scopul evitării lipirii particulelor de fier și al îmbunătățirii condițiilor de tranziție, minereul este amestecat cât mai omogen cu nisip corindonic sau silicios, având o granulație de 0,5-1 mm; amestecul este încălzit la circa 570°C și se deplasează prin niște canale verticale similare cu cele din RGH, cu pereți permeabili la gaze; în RF este introdus hidrogenul produs în RGH, care traversează canalele menționate; hidrogenul preia oxigenul din oxizii de fier și se transformă parțial în H2O (abur); căldura cedată în răcitor de amestecul fier și nisip este parțial recuperată prin încălzirea hidrogenului care se recirculă în RF, împreună cu hidrogenul de completare adus de la reactorul principal RGH; după dezoxidarea completă, amestecul de pulbere de fier și nisip este inițial încălzit la 800°C, pentru depiroforizarea fierului și apoi este răcit la 50°C; pulberea de fier și nisipul sunt separate la partea inferioară a RF, prin mijloace în sine cunoscute (de exemplu cu ajutorul unor magneți); nisipul este condus la un amestecător și omogenizat cu minereu proaspăt; noul amestec este ridicat cu un elevator într-un acumulator de tip buncăr, aflat în partea superioară al RF; pulberea de fier nepiroforic este colectată în saci sau cutii; procedeul permite obținerea de pulbere ultrafină de fier moale, cu granulație sub 200 microni, din făinuri de minereu de fier.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201000173A RO127283B1 (ro) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | Procedeu de obţinere a hidrogenului de înaltă puritate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201000173A RO127283B1 (ro) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | Procedeu de obţinere a hidrogenului de înaltă puritate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO127283A2 true RO127283A2 (ro) | 2012-04-30 |
| RO127283B1 RO127283B1 (ro) | 2017-04-28 |
Family
ID=45990546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201000173A RO127283B1 (ro) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | Procedeu de obţinere a hidrogenului de înaltă puritate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO127283B1 (ro) |
-
2010
- 2010-02-19 RO ROA201000173A patent/RO127283B1/ro unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO127283B1 (ro) | 2017-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220235426A1 (en) | Method and system for producing steel or molten-iron-containing materials with reduced emissions | |
| WO2023036474A1 (en) | Method for producing direct reduced iron for an iron and steelmaking plant | |
| JP2013544960A (ja) | 水素および一酸化炭素を含有した還元ガスを供給源として用いて直接還元鉄を製造する方法並びに装置 | |
| CN107858471A (zh) | 一种气基竖炉生产海绵铁的系统及方法 | |
| CN116200559A (zh) | 一种富氢碳循环氧气高炉实现碳中和的方法 | |
| CN101463404A (zh) | 一种干煤粉气化竖炉生产海绵铁的生产工艺 | |
| JP7315125B1 (ja) | 粉鉄鉱石の還元方法 | |
| RO127283A2 (ro) | Procedeu pentru producerea de hidrogen curat şi de pulbere de fier fără carbon | |
| CN100595143C (zh) | 一种电石炉炉气的纯化工艺 | |
| EP4596722A1 (en) | Reduced iron production method | |
| JP7736187B2 (ja) | 還元鉄の製造方法 | |
| JP7605375B2 (ja) | 還元鉄の製造方法 | |
| EP4341447B1 (en) | Method for manufacturing direct reduced iron and dri manufacturing equipment | |
| CN115261612B (zh) | 一种焙烧红土镍矿的ros竖窑及其rosef含镍铁水生产法 | |
| WO2025021365A1 (en) | Method for producing direct reduced iron | |
| WO2024135698A1 (ja) | 還元鉄の製造方法 | |
| CN207738779U (zh) | 一种气基竖炉生产海绵铁的系统 | |
| CN117684021A (zh) | 一种氢气还原钛铁矿的方法 | |
| CN119082394A (zh) | 一种自热式钛铁矿低碳铁钛分离方法 | |
| JP2017024957A (ja) | 炭化水素の二酸化炭素改質方法、炭化水素の二酸化炭素改質装置ならびに一酸化炭素および水素の製造方法 | |
| CN118531178A (zh) | 一种电热竖炉低碳炼铁工艺 | |
| WO2025199582A1 (en) | Carbon recovery from carbon dioxide | |
| WO2023162389A1 (ja) | 粉鉄鉱石の還元方法 | |
| CN118638979A (zh) | 一种电热竖炉全氢直接还原铁工艺 | |
| CN119144785A (zh) | 一种富氢或一氧化碳+含碳物料外热竖炉直接还原铁系统和方法 |