RU2069701C1 - Method and aggregate for direct reduction of iron oxide material - Google Patents
Method and aggregate for direct reduction of iron oxide material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2069701C1 RU2069701C1 RU9393050075A RU93050075A RU2069701C1 RU 2069701 C1 RU2069701 C1 RU 2069701C1 RU 9393050075 A RU9393050075 A RU 9393050075A RU 93050075 A RU93050075 A RU 93050075A RU 2069701 C1 RU2069701 C1 RU 2069701C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- reforming
- reactor
- direct reduction
- partially oxidized
- Prior art date
Links
Images
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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]
Abstract
Description
Изобретение относится к сталелитейной промышленности и может быть использовано для прямого восстановления железоокисного материала, заключающегося во внешнем риформинге природного газа для получения восстанавливающего газа для процесса прямого восстановления. The invention relates to the steel industry and can be used for direct reduction of iron oxide material, which consists in external reforming of natural gas to produce a reducing gas for the direct reduction process.
Известен способ прямого восстановления железоокисного материала, включающий окислительную конверсию природного газа, во внешних риформерах с получением восстановительного газа, содержащего, по крайней мере, 90 объемных H2 и СО, смешивание его с нагретыми газообразными реагентами и подачу полученного восстановительного газа в реактор прямого восстановления железоокисного материала [1]
Задача изобретения разработка способа повышения производительности известной установки прямого восстановления без необходимости увеличения производительности внешних установок риформинга, существующих внутри установки, при одновременном снижении потребления энергии в установке.A known method of direct reduction of iron oxide material, including the oxidative conversion of natural gas, in external reformers to produce a reducing gas containing at least 90 volume H 2 and CO, mixing it with heated gaseous reagents and feeding the resulting reducing gas to a direct reduction reactor of iron oxide material [1]
The objective of the invention is the development of a method for increasing the productivity of a known direct recovery installation without the need to increase the performance of external reforming plants existing inside the installation, while reducing energy consumption in the installation.
Сущность изобретения заключается в том, что в процессе окислительной конверсии получают восстановительный газ ниже 950oС и степенью окисления (no) до 0,07, затем его смешивают с подогретым до 650 950oС кислородсодержащим газом с получением частично окисленного газа с температурой, по крайней мере 1100oC и степенью окисленности 0,10 0,17, после чего его подвергают дополнительному риформированию в печи путем добавления природного газа в количестве, обеспечивающем соотношение
где CH4 молярное соотношение СH4 в газовой смеси;
no степень окисления частично окисленного восстановительного газа, определяемая по формуле
где CO2, H2O, H2, CO содержание соответствующих компонентов в газе.The essence of the invention lies in the fact that in the process of oxidative conversion receive reducing gas below 950 o With and the degree of oxidation (n o ) to 0.07, then it is mixed with heated to 650 950 o With an oxygen-containing gas to obtain a partially oxidized gas with a temperature at least 1100 o C and a degree of oxidation of 0.10 0.17, after which it is subjected to additional reforming in the furnace by adding natural gas in an amount that provides a ratio
where CH 4 the molar ratio of CH 4 in the gas mixture;
n o the degree of oxidation of the partially oxidized reducing gas, determined by the formula
where CO 2 , H 2 O, H 2 , CO the content of the corresponding components in the gas.
Природный газ подают в реактор в количестве, равном 2 4 от объема частично окисленного газа. В качестве кислородсодержащего газа используют чистый кислород, воздух или их смесь. Natural gas is fed into the reactor in an amount equal to 2 4 of the volume of partially oxidized gas. As the oxygen-containing gas, pure oxygen, air or a mixture thereof is used.
Для переоборудования существующей традиционной установки прямого восстановления, чтобы проводить усовершенствованный способ изобретения, необходимо только установить подогреватель между существующими внешними установками риформинга и реактором для предварительного подогрева источника кислорода, смешиваемого с восстанавливающими газами, полученными во внешних установках риформинга, перед введением их в реактор. Кроме того, установка должна быть переоборудована таким образом, чтобы обеспечить избыток природного газа в качестве сырья, подаваемого в реактор наряду с частично окисленным восстанавливающим газом. Природный газ может быть подан в реактор или с частично окисленным восстанавливающим газом или, предпочтительно, непосредственно в зону восстановления реакции реактора в виде отдельного сырьевого потока от окисленного восстанавливающего газа. In order to convert an existing conventional direct reduction unit to an improved method of the invention, it is only necessary to install a heater between the existing external reforming units and the reactor to preheat the oxygen source mixed with the reducing gases obtained in the external reforming units before introducing them into the reactor. In addition, the installation should be re-equipped in such a way as to provide an excess of natural gas as a feed to the reactor along with a partially oxidized reducing gas. Natural gas can be fed into the reactor with either a partially oxidized reducing gas or, preferably, directly into the reaction reduction zone of the reactor as a separate feed stream from the oxidized reducing gas.
С помощью модифицированного способа и переоборудования установки, как указано выше, производительность существующих установок прямого восстановления может быть повышена по крайней мере на 25 без необходимости в увеличении размеров существующего внешнего риформинга газа. Кроме того, стоимость переоборудования установки намного ниже, чем расходы на увеличение производительности по восстанавливающему газу существующих установок риформинга. Наконец, установки прямого восстановления, переоборудованные в соответствии с настоящим изобретением, предусматривают значительно сокращение потребляемой энергии примерно до 30
На фиг.1 схематически показана традиционная установка прямого восстановления для проведения внешнего риформинга восстанавливающего газа для использования в вертикальной шахтовой печи прямого восстановления.By using a modified method and refitting the installation, as indicated above, the productivity of existing direct reduction plants can be increased by at least 25 without the need to increase the size of existing external gas reforming. In addition, the cost of refitting the installation is much lower than the cost of increasing the recovery gas productivity of existing reforming plants. Finally, direct recovery units refitted in accordance with the present invention significantly reduce energy consumption by about 30
1 schematically shows a conventional direct reduction installation for external reforming of a reducing gas for use in a vertical direct reduction shaft furnace.
На фиг.2 приведена схема, подобная схеме на фиг.1, показывающая модификации, осуществленные на действующей установке прямого восстановления, для проведения модифицированного способа прямого восстановления железной руды, в котором производительность установки повышается без необходимости в обеспечении увеличения производительности внешних установок риформинга. Fig. 2 is a diagram similar to that of Fig. 1, showing modifications made to an existing direct reduction plant for carrying out a modified direct reduction method for iron ore, in which the productivity of the plant is increased without the need for an increase in the productivity of external reforming plants.
На фиг.3 приведен график, иллюстрирующий увеличение производительности, полученное в соответствии с изобретением, и
На фиг.4 приведен график, иллюстрирующий снижение потребления энергии в расчете на природный газ, полученное в соответствии с настоящим изобретением.Figure 3 is a graph illustrating the increase in productivity obtained in accordance with the invention, and
4 is a graph illustrating a reduction in energy consumption based on natural gas produced in accordance with the present invention.
На фиг. 1 представлена схема традиционной установки прямого восстановления при осуществлении внешнего риформинга восстанавливающих газов для использования в вертикальной шахтной печи прямого восстановления. Ссылаясь на фиг. 1, в реактор для восстановления 1 подают по трубопроводу 2 исходный оксид железа, имеющий содержание железа между 60 и 70 масс. Реактор представляет собой печь вертикального шахтного типа, имеющую восстанавливающую зону 3, в которой оксиды металла контактируют с восстанавливающим оксидов железа восстанавливающие газы, используемые в практике восстановления внутри восстанавливающей зоны, получают вне зоны восстановления с помощью непрерывного процесса каталитического риформинга, осуществляемого во внешних установках риформинга 5, где углеводород такой, как природный газ или любой другой испаряющийся углеводород, контактирует с нагретым косвенным обогревом слоем катализатора в присутствии окислителя, чтобы получить горячий восстанавливающий газ, который состоит в основном из CO и Н2, причем СО и Н2 находятся в количестве, большем или равном 90 по объему. В соответствии с известными коммерческими процессами прямого восстановления газ риформинга находится в установке риформинга при температуре около 950oC. Степень окисления газа риформинга, образовавшегося в установке риформинга, в идеальных ситуациях может быть такой большой, как 0,07. Обычно степень окисления газа риформинга находится между 0,04 и 0,07. Степень окисления определяется как
На фиг.1 газ риформинга, полученный в установках риформинга 5 и имеющий указанные выше характеристики, охлаждают в кондиционирующей установке 6 до температуры ниже 850oC перед вводом газа риформинга в восстанавливающую зону 3 вертикальной печи шахтного типа 10. Для известных процессов, описанных здесь, является критическим охлаждение газа риформинга до температуры максимум 850oС, чтобы обеспечивать поддержание максимальной температуры в зоне восстановления в интервале между 800 и 830oС, чтобы избежать агломерации ПВЖ в восстанавливающей зоне.In FIG. 1 is a diagram of a conventional direct reduction installation for external reforming of reducing gases for use in a vertical direct reduction shaft furnace. Referring to FIG. 1, a starting iron oxide having an iron content of between 60 and 70 masses is fed into the
In figure 1, the reforming gas obtained in reforming units 5 and having the above characteristics is cooled in an air conditioning unit 6 to a temperature below 850 ° C. before introducing the reforming gas into the reducing
Металлизованный продукт, полученный в известном способе, описанном выше на фиг. 1, восстановлен по крайней мере на 95 т.е. содержит по крайней мере 85 Fe. The metallized product obtained in the known method described above in FIG. 1, restored at least 95 i.e. contains at least 85 Fe.
До настоящего времени для улучшения производительности существующей установки прямого восстановления описанного выше типа, на фиг.1, чтобы увеличить получение ПВЖ, было необходимо увеличивать производительность внешних установок риформинга, т.е. увеличивать количество восстанавливающего газа, получаемого во внешних установках риформинга. Это может быть осуществлено только за счет введения дополнительных установок каталитического риформинга вне реактора прямого восстановления. Затраты на дополнительные установки каталитического риформинга очень высок из-за природы каталитического слоя и реакции реформинга. Until now, in order to improve the performance of an existing direct recovery unit of the type described above, in Fig. 1, in order to increase production of DRI, it was necessary to increase the performance of external reforming units, i.e. increase the amount of reducing gas produced in external reformers. This can only be done by introducing additional catalytic reforming plants outside the direct reduction reactor. The costs of additional catalytic reforming units are very high due to the nature of the catalytic layer and the reforming reaction.
На фиг.2 показаны модифицированные способ и установка для повышения производительности существующих установок прямого восстановления без необходимости введения дополнительных внешних установок риформинга в общую установку. На фиг.2 существующую установку прямого восстановления и способ модифицируют таким образом, чтобы обеспечить предварительный подогреватель 7 после внешней установки риформинга 5 для предварительного подогрева источника кислорода, который подают из предварительного подогревателя 7 по линии 8 в линию подачи сырья из внешних установок риформинга 5 в реактор 1 для смешивания предварительно подогретого источника кислорода с восстанавливающим газом, выходящим из установки риформинга. В соответствии с изобретением источник кислорода, которым может быть также воздух, или чистый кислород, или их смеси, предварительно подогревают в предварительном подогревателе до 650 - 900oС, предпочтительно 750 850oС. После этого предварительно подогретый источник кислорода смешивают с газом риформинга, выходящим из установки риформинга при 950oС. При необходимости может быть использована кондиционирующая установка для нагрева газа риформинга из установки риформинга, однако в обычных рабочих условиях не требуется дополнительный подогрев. Поскольку предварительно подогретый источник кислорода смешивают с восстанавливающим газом, происходит частичное сжигание источника кислорода. Частичное сгорание повышает температуру подаваемого частично окисленного восстанавливающего газа по крайней мере, до 1100oС. Это повышение температуры контролируют с помощью количества предварительно подогретого источника кислорода и подачи в поток восстанавливающего газа. Помимо повышения температуры подаваемый поток частично окисленного восстанавливающего газа имеет более высокую степень окисления, чем газ риформинга, полученный в установке риформинга, так что степень окисления подаваемого частично окисленного восстанавливающего газа находится между 0,10 и 0,17.Figure 2 shows a modified method and installation to improve the performance of existing direct recovery installations without the need to introduce additional external reforming installations in a common installation. In Fig.2, the existing direct reduction unit and method are modified in such a way as to provide a preheater 7 after an external reforming unit 5 for preheating an oxygen source that is supplied from the preheater 7 via line 8 to the feed line from external reforming units 5 to the
Поток частично окисленного восстанавливающего газа, как описано выше, после этого подают в зону 3 риформинга-восстановления реактора и контактируют с ПВЖ в присутствии природного газа внутри зоны риформинга-восстановителя. В соответствии с настоящим изобретением природный газ вводят, предпочтительно непосредственно в зону риформинга-восстановления по линии 9 для контактирования с сырьевым потоком частично окисленного восстанавливающего газа внутри зону риформинга-восстановления, причем ПВЖ работает в этой зоне как катализатор взаимодействия оксидов в подаваемом частично окисленном восстанавливающем газе с природным газом с образованием дополнительного восстанавливающего газа для реакции с оксидами металла, находящимися в зоне восстановления-риформинга, чтобы восстановить подаваемые оксиды металла в ПВЖ. Как отмечалось выше, в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно, чтобы природный газ подавали непосредственно в зону восстановления, однако, следует отметить, что природный газ может быть смешан с потоком частично окисленного восстанавливающего газа до ввода его в восстанавливающую зону реактора. The partially oxidized reducing gas stream, as described above, is then fed to the reactor reforming-
В соответствии с изобретением для обеспечения необходимого термического равновесия между потоком частично окисленного восстанавливающего газа и оксидами металла, чтобы сохранить процесс восстановления, газообразный метан подают в зону риформинга-восстановления реактора в соотношении по отношению к частично окисленному восстанавливающему газу в количестве, достаточном для поддержания соотношения природного газа к степени окисления подаваемого газового потока, т. е. между 0,5 и 0,7, где no определяется следующим образом:
На установке, которая была модифицирована, что составляет подачу природного газа в зону риформинга-восстановления, равную примерно 2 4 объемн. по отношению к подаче газового потока. При поддержании соотношения H2 к СО в подаваемом газовом потоке больше 1,3, обеспечивающем избыток тепла от потока частично окисленного восстанавливающего газа, и подаче избытка природного газа в зону риформинга-восстановления реактора в определенном количестве, сохраняется термическое равновесие, так что проходит риформинг газа внутри зоны восстановления и сохраняется реакция восстановления оксидов металла.In accordance with the invention, in order to ensure the necessary thermal equilibrium between the stream of partially oxidized reducing gas and metal oxides in order to maintain the reduction process, methane gas is fed to the reactor reforming-reduction zone in relation to the partially oxidized reducing gas in an amount sufficient to maintain the ratio of natural gas to the oxidation state of the supplied gas stream, i.e. between 0.5 and 0.7, where n o is defined as follows:
At the installation, which was modified, which is the supply of natural gas to the reforming-recovery zone, equal to about 2 4 vol. in relation to the gas flow. By maintaining the ratio of H 2 to CO in the feed gas stream greater than 1.3, providing an excess of heat from the partially oxidized reducing gas stream, and supplying an excess of natural gas to the reactor reforming-recovery zone in a certain amount, thermal equilibrium is maintained, so that gas reforming takes place inside the reduction zone, the metal oxide reduction reaction is maintained.
При модификации ПВЖ процессов и установок, как указано выше, производительность установки возрастает более, чем на 25 без необходимости увеличивать производительность внешних установок риформинга. Кроме того, снижается суммарное потребление энергии. Все это осуществляется при капитальных вложениях, которые значительно ниже, чем те, которые могли бы потребоваться для получения подобного повышения производительности при добавлении увеличенных дополнительных внешних установок риформинга. When modifying the DRI processes and plants, as described above, the productivity of the installation increases by more than 25 without the need to increase the performance of external reforming plants. In addition, the total energy consumption is reduced. All this is done with capital investments that are significantly lower than those that might be required to obtain a similar increase in productivity with the addition of increased additional external reforming plants.
Известная установка прямого восстановления, построенная в соответствии с уровнем техники, описанным выше, и в коммерческой операции при CVG промышленном комплексе в Пуэрто Ордаз, Венесуэла была модифицирована и переоборудована в соответствии с изобретением. Модифицированный процесс в соответствии с изобретением привел к увеличению производительности в среднем за первые три месяца работы примерно до 20 т ПВЖ/час. На фиг.3 графически представлены результаты работы установки за первые три мес работы. В дополнение к этому, потребление энергии в виде расхода природного газа на тонну ПВЖ значительно снижено, как показано на фиг.4. The well-known direct recovery installation, built in accordance with the prior art described above, and in a commercial operation at the CVG industrial complex in Puerto Ordaz, Venezuela has been modified and refurbished in accordance with the invention. The modified process in accordance with the invention led to an increase in productivity on average in the first three months of operation up to about 20 tons of DRI / hour. Figure 3 graphically presents the results of the installation for the first three months of operation. In addition to this, energy consumption in the form of natural gas consumption per ton of DRI is significantly reduced, as shown in FIG.
Изобретение может быть осуществлено другими путями, не выходя за пределы существенных признаков. Следовательно, настоящий вариант рассматривается как во всех отношениях иллюстративный и не ограничивающий область изобретения показана в формуле изобретения, а все изменения, которые входят внутрь значений и интервала эквивалентности, охватываются изобретением. The invention can be implemented in other ways, without going beyond the essential features. Therefore, the present embodiment is considered as in all respects an illustrative and non-limiting scope of the invention shown in the claims, and all changes that fall within the meaning and range of equivalence are covered by the invention.
Claims (4)
no (CO2 + H2O)/(CO2 + H2O + H2 + CO),
где CO2, H2O, H2, CO содержание соответствующих компонентов в газе.1. A method for the direct reduction of iron oxide material, comprising the oxidative conversion of natural gas in external reformers to produce a reducing gas containing at least 90 vol. H 2 and CO, mixing it with heated gaseous reagents and feeding the resulting reducing gas to a direct reduction reactor of iron oxide material, characterized in that during the oxidative conversion process, a reducing gas is obtained with a temperature below 950 ° C. and an oxidation state of n ° to 0.07, then it is mixed with the preheated to 650 950 o C to obtain an oxygen-containing gas is partially oxidized gas with a temperature of at least 1100 o C and the degree of oxidation 0.10 0.17, after which it was subjected to further reforming in ne and by the addition of natural gas in an amount providing a ratio of CH 4 / n o 0,5 0,7, wherein the molar ratio of CH 4 in the gas mixture, n o oxidation state partially oxidized reducing gas, which is determined by the formula
n o (CO 2 + H 2 O) / (CO 2 + H 2 O + H 2 + CO),
where CO 2 , H 2 O, H 2 , CO the content of the corresponding components in the gas.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9393050075A RU2069701C1 (en) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | Method and aggregate for direct reduction of iron oxide material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9393050075A RU2069701C1 (en) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | Method and aggregate for direct reduction of iron oxide material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2069701C1 true RU2069701C1 (en) | 1996-11-27 |
RU93050075A RU93050075A (en) | 1996-12-27 |
Family
ID=20148771
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9393050075A RU2069701C1 (en) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | Method and aggregate for direct reduction of iron oxide material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2069701C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571671C1 (en) * | 2011-11-17 | 2015-12-20 | Мицубиси Хеви Индастриз, Лтд. | System for production of direct-reduced iron |
US9557113B2 (en) | 2011-11-17 | 2017-01-31 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Direct reduced iron manufacturing system |
-
1993
- 1993-08-30 RU RU9393050075A patent/RU2069701C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Заявка Японии N 54-170477, 1981. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571671C1 (en) * | 2011-11-17 | 2015-12-20 | Мицубиси Хеви Индастриз, Лтд. | System for production of direct-reduced iron |
US9557113B2 (en) | 2011-11-17 | 2017-01-31 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Direct reduced iron manufacturing system |
US9638468B2 (en) | 2011-11-17 | 2017-05-02 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Direct reduced iron manufacturing system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5387274A (en) | Process for the production of iron carbide | |
US4054444A (en) | Method for controlling the carbon content of directly reduced iron | |
US5064467A (en) | Method and apparatus for the direct reduction of iron | |
US3909446A (en) | Method of manufacturing high quality reducing gas by two stage reforming processes | |
US3189438A (en) | Method of and apparatus for reducing iron oxides | |
US1864593A (en) | Method of producing metal sponge | |
CN108884503B (en) | Method and apparatus for producing sponge iron | |
RU2220209C2 (en) | Method of direct reduction of iron | |
US4235604A (en) | Method for processing coke oven gas | |
US4880459A (en) | Method of and apparatus for reducing iron oxide to metallic iron | |
RU2726175C1 (en) | Methods and systems for increasing carbon content in cancellous iron in reducing furnace | |
US4268303A (en) | Direct reduction process for producing reduced iron | |
RU2069701C1 (en) | Method and aggregate for direct reduction of iron oxide material | |
US4606761A (en) | Reduction of metal compounds | |
SU1609456A3 (en) | Method of direct production of iron | |
US5407460A (en) | Method for improving quality of reforming gas used in the direct reduction of metal oxides | |
US4396432A (en) | Process for converting coal to gaseous fuel with production of Portland cement as a by-product | |
US4452772A (en) | Method of producing sulfur from SO2 -containing gases | |
US1916112A (en) | Ore reduction process | |
US3883123A (en) | Apparatus for the reduction of iron ores by direct reduction | |
RU2630118C1 (en) | Method for processing of carbon-containing raw material in reactor with metal melt | |
GB1566698A (en) | Treatment of gases containing hydrogen and carbon monoxide | |
EA028730B1 (en) | Method and apparatus for sequestering carbon dioxide from a spent gas | |
US20230340628A1 (en) | Method for operating a blast furnace installation | |
RU2190022C2 (en) | Method and device for production of iron by direct reduction |