RU2371482C2 - Method of direct reduction of metals with receiving of synthetic gas and assembly for its implementation - Google Patents

Method of direct reduction of metals with receiving of synthetic gas and assembly for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2371482C2
RU2371482C2 RU2007144892/02A RU2007144892A RU2371482C2 RU 2371482 C2 RU2371482 C2 RU 2371482C2 RU 2007144892/02 A RU2007144892/02 A RU 2007144892/02A RU 2007144892 A RU2007144892 A RU 2007144892A RU 2371482 C2 RU2371482 C2 RU 2371482C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
slag
oxygen
coal
reaction chamber
Prior art date
Application number
RU2007144892/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007144892A (en
Inventor
Валентин Павлович Цымбал (RU)
Валентин Павлович Цымбал
Сергей Павлович Мочалов (RU)
Сергей Павлович Мочалов
Инна Антоновна Рыбенко (RU)
Инна Антоновна Рыбенко
Юрий Владимирович Цымбал (RU)
Юрий Владимирович Цымбал
Original Assignee
Валентин Павлович Цымбал
Сергей Павлович Мочалов
Инна Антоновна Рыбенко
Юрий Владимирович Цымбал
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валентин Павлович Цымбал, Сергей Павлович Мочалов, Инна Антоновна Рыбенко, Юрий Владимирович Цымбал filed Critical Валентин Павлович Цымбал
Priority to RU2007144892/02A priority Critical patent/RU2371482C2/en
Publication of RU2007144892A publication Critical patent/RU2007144892A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2371482C2 publication Critical patent/RU2371482C2/en

Links

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy field, particularly to receiving of metal in liquid-phase continuously working aggregate, and to gasification of solid fuel.
EFFECT: invention provides creation of conditions for more flexible with low dependence on manufacturing method of metal control of compound of effluent gas ensured by separation of flows, metal, slag and gas, and also providing of correction of gas content, effluent from manufacturing aggregate, up to parametres of conditional synthetic gas and reduction of expenditure of energy ensured by consistent connection into united workflow of metallurgical aggregate, slag-receiver and chambers correcting gas' content.
2 cl, 1 dwg, 6 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению металла в жидкофазных агрегатах непрерывного действия, и к газификации твердого топлива.The invention relates to metallurgy, in particular to the production of metal in liquid-phase units of continuous operation, and to gasification of solid fuel.

Известен ряд процессов и агрегатов жидкофазного восстановления, в которых наряду с металлом попутно получается энергетический газ. Наиболее характерными из них являются процессы и агрегаты Корекс и Ромелт [1, 2]. В агрегате Корекс [1] восстановление оксидов осуществляется в два этапа: в первом агрегате осуществляется твердофазное восстановление оксидов, этот полупродукт передается шнековыми питателями во второй агрегат жидкофазного действия, в котором получают чугун. Этот второй агрегат называют плавильным газификатором, так как в нем наряду с чугуном получают горючий газ. Однако из-за тесной связи с технологией этот газ имеет относительно низкую калорийность, в связи с чем доведение его состава до состава синтез-газа весьма затруднено. Он используется для энергетических целей.A number of processes and units of liquid-phase reduction are known, in which along with the metal along the way energy gas is produced. The most characteristic of them are the processes and aggregates of Korex and Romelt [1, 2]. In the Koreks unit [1], the reduction of oxides is carried out in two stages: in the first unit, solid-phase reduction of oxides is carried out, this intermediate is transferred by screw feeders to the second liquid-phase unit in which pig iron is obtained. This second unit is called a melting gasifier, since in it, along with cast iron, combustible gas is obtained. However, due to the close connection with the technology, this gas has a relatively low calorie content, and therefore, it is very difficult to bring its composition to the composition of synthesis gas. It is used for energy purposes.

Этот процесс и агрегат доведен до промышленной реализации, однако отличается достаточно сложной конструкцией, большой капиталоемкостью и энергоемкостью. Сложность конструкции в значительной степени определяется наличием шнекового транспорта полупродукта, что является также причиной дополнительных энергозатрат, а также тем, что процессы во втором, жидкофазном, агрегате находятся близко к состоянию термодинамического равновесия, а металл, шлак и газ длительное время находятся в контакте друг с другом, поэтому в этом агрегате управление составом газа без серьезного вмешательства в технологию невозможно.This process and the unit has been brought to commercial implementation, however, it is distinguished by a rather complex design, high capital intensity and energy intensity. The complexity of the design is largely determined by the presence of auger transport of the intermediate, which is also the reason for additional energy consumption, as well as the fact that the processes in the second, liquid-phase, unit are close to the state of thermodynamic equilibrium, and the metal, slag and gas are in contact with each other for a long time different, therefore, in this unit the control of the gas composition without serious intervention in the technology is impossible.

В процессе Ромелт [2] все процессы прямого восстановления совмещены в одном агрегате, однако процессы так же, как и в агрегате Корекс, находятся близко к состоянию термодинамического равновесия, поэтому здесь также можно получать только чугун и практически невозможно варьировать составом газа без ущерба для основной технологии. Здесь можно лишь дожигать часть оксида углерода для улучшения теплового баланса и использовать газ для энергетических целей.In the Romelt process [2], all direct reduction processes are combined in one unit, however, the processes, like in the Korex unit, are close to the state of thermodynamic equilibrium, therefore, only cast iron can be obtained here and it is almost impossible to vary the gas composition without affecting the main technologies. Here you can only burn part of the carbon monoxide to improve the heat balance and use gas for energy purposes.

Процесс газификации угля в специальных агрегатах [3] имеет достаточно высокую капиталоемкость и стоимость, при этом получаемый газ имеет относительно низкую калорийность, что затрудняет его преобразование в синтез-газ и требует больших энергетических затрат.The process of gasification of coal in special units [3] has a fairly high capital intensity and cost, while the resulting gas has a relatively low calorific value, which complicates its conversion to synthesis gas and requires large energy costs.

Известные агрегаты для получения синтез-газа из природного газа [4, 5] весьма сложны и капиталоемки, а себестоимость природного газа при этом довольно высока и продолжает расти.Known units for producing synthesis gas from natural gas [4, 5] are very complex and capital intensive, while the cost of natural gas is quite high and continues to grow.

Наиболее близким к предлагаемому является [6] способ получения металлов из рудных материалов, включающий подачу в реакционную камеру сыпучих материалов, ввод кислорода и восстановителя, полный перевод металла и шлака в пенистую эмульсию, создание в реакционной камере повышенного пульсирующего давления в пределах 0,4-3,0 МПа и значительного отклонения системы от термодинамического равновесия путем организации истечения двухфазной среды из реакционной камеры в рафинирующий отстойник с критической скоростью, разделение в рафинирующем отстойнике металла и шлака и отвод газа через высокий слой эмульсии.Closest to the proposed one is [6] a method for producing metals from ore materials, including supplying bulk materials to the reaction chamber, introducing oxygen and a reducing agent, completely transferring the metal and slag into the foamy emulsion, creating an increased pulsating pressure in the reaction chamber within 0.4- 3.0 MPa and a significant deviation of the system from thermodynamic equilibrium by organizing the outflow of a two-phase medium from the reaction chamber into the refining settler at a critical rate, separation in the refining compartment oynike metal and slag and a gas outlet through a high layer of the emulsion.

Этот способ реализуется в агрегате [6], содержащем сферическую реакционную камеру с устройством подачи сыпучих материалов и устройством для подачи спутных потоков кислорода и газообразного или пылевидного восстановителя навстречу друг другу, соединительный канал, рафинирующий отстойник, соединенный наклонной шлаковой леткой со шлакоприемником и имеющий фурму, встречно расположенную с соединительным каналом, копильник с леткой для отвода металла и устройство для подачи углеродосодержащих сыпучих материалов.This method is implemented in the unit [6], containing a spherical reaction chamber with a device for feeding bulk materials and a device for supplying satellite flows of oxygen and a gaseous or dust-like reducing agent towards each other, a connecting channel, a refining settler connected by an inclined slag notch with a slag receiver and having a lance, counter-located with a connecting channel, a piggy bank with a tap hole for metal removal and a device for supplying carbon-containing bulk materials.

Этот способ и агрегат имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с рассмотренными выше [1, 2]: малый удельный объем агрегата, низкая капиталоемкость и энергоемкость, высокие скорости химических реакций в условиях значительного отклонения процессов от термодинамического равновесия.This method and unit have a number of significant advantages compared to those discussed above [1, 2]: a small specific volume of the unit, low capital and energy intensity, high rates of chemical reactions in conditions of a significant deviation of processes from thermodynamic equilibrium.

Однако в этом агрегате состав получающегося газа достаточно тесно связан с металлургической технологией, его калорийность сильно колеблется в зависимости от характера технологического процесса, он не корректируется в синтез-газ и поэтому чаще всего просто выбрасывается в атмосферу, при этом теряется и физическая, и химическая энергия газа, составляющая 40-50% теплового баланса.However, in this unit, the composition of the resulting gas is quite closely related to metallurgical technology, its calorific value varies greatly depending on the nature of the process, it is not adjusted to synthesis gas, and therefore most often it is simply released into the atmosphere, while both physical and chemical energy are lost gas component of 40-50% of the heat balance.

Задачей изобретения является создание условий для более гибкого с малой зависимостью от технологии получения металла, управления составом отходящих газов за счет разделения потоков, металла, шлака и газа, а также обеспечение коррекции состава газа, отходящего от технологического агрегата, до параметров кондиционного синтез-газа и снижение энергетических затрат за счет последовательного соединения в единый технологический поток металлургического агрегата, шлакоприемника и камеры коррекции состава газа.The objective of the invention is to create conditions for a more flexible one with little dependence on the technology for producing metal, controlling the composition of the exhaust gases by separating the flows of metal, slag and gas, as well as providing correction of the composition of the gas leaving the process unit to the parameters of the conditioned synthesis gas and reduction of energy costs due to the serial connection into a single process stream of a metallurgical unit, a slag receiver and a gas composition correction chamber.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе прямого восстановления металлов с получением синтез-газа, включающем подачу в реакционную камеру сыпучих материалов в виде рудной смеси оксидов металлов и угля, ввод кислорода и топлива-восстановителя, полный перевод образовавшихся металла и шлака в двухфазную среду в виде пенистой эмульсии, создание в реакционной камере повышенного пульсирующего давления в пределах 0,4-3,0 МПа и отклонения системы от термодинамического равновесия путем организации истечения двухфазной среды из реакционной камеры в рафинирующий отстойник с критической скоростью, разделение в нем металла и шлака и отвод газа через высокий слой эмульсии, восстановление металлов из руд и золы угля ведут одновременно с газификацией угля, кислород и топливо-восстановитель вводят в реакционную камеру через встречно расположенные фурмы спутными потоками, а соотношение кислорода, включая кислород, содержащийся в восстанавливаемых оксидах, и восстановителя, подаваемого в реакционную камеру и рафинирующий отстойник, включая уголь, подаваемый в смеси с шихтой, рассчитывают из условия стехиометрии, обеспечивающей окисление твердого углерода до СО или конверсию природного газа до СО и Н2, а для получения кондиционного синтез-газа, пригодного для переработки в диметиловый эфир или метанол, его состав доводят в камере коррекции состава газа, имеющей решетку, на которой расположен постоянно пополняемый слой кокса или угля, при этом под решетку камеры подают пар, а над решеткой подают природный газ и кислород, обеспечивая при этом объемное отношение СО к Н2, в получаемом газе 2/3 или 1/2 соответственно.The essence of the invention lies in the fact that in the method of direct reduction of metals to produce synthesis gas, which includes supplying bulk materials in the form of an ore mixture of metal oxides and coal into the reaction chamber, introducing oxygen and a reducing fuel, completely transferring the formed metal and slag to a two-phase medium in the form of a foamy emulsion, the creation in the reaction chamber of an increased pulsating pressure in the range of 0.4-3.0 MPa and the deviation of the system from thermodynamic equilibrium by organizing the outflow of a two-phase medium from the reaction ion chamber into a refining sump with a critical speed, separation of metal and slag in it and gas removal through a high emulsion layer, metal recovery from ores and coal ash are carried out simultaneously with coal gasification, oxygen and a reducing fuel are introduced into the reaction chamber through opposite lances flows, and the ratio of oxygen, including oxygen contained in the reduced oxides, and a reducing agent supplied to the reaction chamber and the refining sedimentation tank, including coal supplied in a mixture with the charge oh, they are calculated from the stoichiometry condition that oxidizes solid carbon to CO or converts natural gas to CO and H 2 , and to obtain a conditioned synthesis gas suitable for processing into dimethyl ether or methanol, its composition is adjusted in a gas composition correction chamber having the lattice, on which there is a constantly replenished layer of coke or coal, while steam is supplied under the lattice of the chamber, and natural gas and oxygen are supplied above the lattice, while ensuring the volumetric ratio of CO to H 2 in the produced gas 2/3 or 1/2, respectively but.

Способ осуществляется в агрегате для прямого восстановления металлов с получением синтез-газа, содержащем сферическую реакционную камеру с устройством подачи сыпучих материалов в виде рудной смеси оксидов металлов и угля и устройством для подачи спутных потоков кислорода и газообразного или пылевидного восстановителя навстречу друг другу, соединительный канал, рафинирующий отстойник, соединенный наклонной шлаковой леткой со шлакоприемником и имеющий фурму, встречно расположенную с соединительным каналом, копильник с леткой для отвода металла и устройство для подачи углеродосодержащих сыпучих материалов, причем реакционная камера, рафинирующий отстойник и шлакоприемник последовательно соединены, шлакоприемник снабжен валковым гранулятором шлака и установленной над ним и совмещенной с ним камерой коррекции состава газа, имеющей канал для отвода части газа из-под купола рафинирующего отстойника, фурмы для подачи природного газа и кислорода и канал для отвода получаемого синтез-газа в котел-утилизатор и газоочистку, причем камера коррекции состава газа соединена со шлакоприемником отверстием с охлаждаемой решеткой, под которой установлены фурмы для подачи пара.The method is carried out in a unit for direct reduction of metals to produce synthesis gas, containing a spherical reaction chamber with a device for feeding bulk materials in the form of an ore mixture of metal oxides and coal and a device for supplying satellite flows of oxygen and a gaseous or dust-like reducing agent towards each other, a connecting channel, a refining sump connected by an inclined slag notch with a slag receiver and having a lance opposite to the connecting channel, a piggy bank with a notch a metal ode and a device for supplying carbon-containing bulk materials, the reaction chamber, the refining sump and the slag receiver being connected in series, the slag receiver is equipped with a roll slag granulator and a gas composition correction chamber installed above it and combined with it, having a channel for removing part of the gas from under the refining dome a sump, tuyeres for supplying natural gas and oxygen and a channel for removing the resulting synthesis gas to a recovery boiler and gas purification, the gas composition correction chamber being connected with a slag receiver with an opening with a cooled grate, under which tuyeres for supplying steam are installed.

Сущность изобретения, следовательно, сводится к тому, что для решения задачи необходимо изменение конструкции агрегата таким образом, чтобы она позволяла разделить потоки шлака и газа и обеспечить путем подачи пара, пропускаемого через слой угля или природного газа, коррекцию состава получаемого газа до параметров кондиционного синтез-газа.The essence of the invention, therefore, boils down to the fact that to solve the problem, it is necessary to change the design of the unit so that it allows you to separate the flow of slag and gas and provide, by supplying steam passing through a layer of coal or natural gas, a correction of the composition of the resulting gas to the parameters of the conditioned synthesis gas.

Способ прямого восстановления металлов с получением синтез-газа реализуется в представленном на чертеже агрегате.The direct reduction of metals to produce synthesis gas is implemented in the unit shown in the drawing.

Агрегат включает сферическую реакционную камеру 1 с устройством 2 подачи сыпучих материалов и устройством 3 для подачи спутных потоков кислорода и газообразного или пылевидного восстановителя навстречу друг другу, соединительный канал 4, рафинирующий отстойник 5 с фурмой 6, встречно расположенной с соединительным каналом 4, копильник 7 с леткой 8 для отвода металла в ковш 9, устройством 10 для подачи углеродосодержащих сыпучих материалов, рафинирующий отстойник 5 соединен наклонной шлаковой леткой 11 со шлакоприемником 12, снабженным валковым гранулятором шлака 13, а над шлакоприемником установлена камера 14 коррекции состава газа, соединенная со шлакоприемником 12 отверстием с охлаждаемой решеткой 15, под решеткой установлены фурмы 16 для подачи пара, а камера 14 коррекции состава газа снабжена фурмами 17 для подачи природного газа и фурмами 18 для подачи кислорода, эта камера 14 соединена каналом 19 для отвода части газа из-под купола рафинирующего отстойника, она имеет устройство 20 для подачи угля или кокса и канал 21 для отвода получаемого товарного газа в котел-утилизатор 22 и газоочистку 23.The unit includes a spherical reaction chamber 1 with a device 2 for supplying bulk materials and a device 3 for supplying satellite flows of oxygen and a gaseous or pulverulent reducing agent towards each other, a connecting channel 4, a refining settler 5 with a lance 6 opposite to the connecting channel 4, a piggy bank 7 s with a tap hole 8 for removing metal into the bucket 9, with a device 10 for supplying carbon-containing bulk materials, the refining sump 5 is connected by an inclined slag tap 11 with a slag receiver 12 provided with a roll a slag granulator 13, and above the slag receiver there is a gas composition correction chamber 14 connected to the slag receiver 12 with an opening with a cooled grate 15, tuyeres 16 for supplying steam are installed under the grate, and the gas composition correction chamber 14 is equipped with tuyeres 17 for supplying natural gas and tuyeres 18 for oxygen supply, this chamber 14 is connected by a channel 19 to divert part of the gas from under the dome of the refining sedimentation tank, it has a device 20 for supplying coal or coke and a channel 21 for diverting the produced commercial gas to the waste heat boiler 22 and gas 23 weave.

Способ в соответствии с поставленной задачей осуществляется следующим образом.The method in accordance with the task is as follows.

Порошкообразная шихта, состоящая из смеси оксидов железа и других металлов, вместе с углем, играющим роль восстановителя и топлива, устройством 2 подается в центральную зону реакционной камеры 1, где в месте встречи спутных потоков кислорода и, например, природного газа, подаваемых через устройства 3, образуется диск уплотнения, на котором в результате динамического взаимодействия струй происходит интенсивная турбулизация потока шихты и образование больших поверхностей для гетерогенного химического взаимодействия. При этом за счет неполного сжигания в реакционной камере 1 части угля, природного газа или другого восстановителя в соответствии с долей поданного кислорода происходит нагрев и частичное восстановление оксидов.A powder mixture consisting of a mixture of iron oxides and other metals, together with coal, which plays the role of a reducing agent and fuel, by a device 2 is fed into the central zone of the reaction chamber 1, where at the meeting point of the confluent oxygen and, for example, natural gas flows supplied through the device 3 , a compaction disk is formed on which, as a result of the dynamic interaction of the jets, intense turbulization of the charge stream and the formation of large surfaces for heterogeneous chemical interaction occur. Moreover, due to incomplete combustion in the reaction chamber 1 of a part of coal, natural gas or another reducing agent, heating and partial reduction of oxides occur in accordance with the fraction of oxygen supplied.

Общее соотношение восстановителей и кислорода, подаваемых в реакционную камеру 1 и рафинирующий отстойник 5, рассчитывают из условия получения в верхней части рафинирующего отстойника 5 состава газа с содержанием суммы СО и H2 в пределах 70-90%, что обусловлено тепловым балансом, связанным с химическим составом металлической руды и ее относительным количеством в шихте, а также необходимой полнотой восстановления. Коррекцию состава газа осуществляют путем дополнительной подачи угля или кокса из устройства 10 на верхний слой эмульсии.The total ratio of reducing agents and oxygen supplied to the reaction chamber 1 and the refining sump 5 is calculated from the conditions for obtaining a gas composition in the upper part of the refining sump 5 with a total content of CO and H 2 in the range of 70-90%, which is due to the heat balance associated with the chemical the composition of metal ore and its relative amount in the charge, as well as the necessary completeness of recovery. The correction of the gas composition is carried out by additional supply of coal or coke from the device 10 to the upper layer of the emulsion.

В предлагаемом изобретении, в частности, возможна переработка, то есть газификация, 100% угля без добавки руды или с минимальной добавкой ее лишь с целью снижения температуры процесса и получения пенистой шлаковой эмульсии. При таком варианте технологии осуществляется восстановление металлов (железа, марганца, титана и др.) из золы угля. В этом случае состав газа по сумме СО и Н2 приближается к 90%. В этом варианте предлагаемый агрегат превращается в газификатор, но имеющий существенное преимущество перед известными газификаторами в том, что в нем наряду с газификацией осуществляется извлечение металлов из золы угля и составляющих шлаковой эмульсии, а также получается высокопористый легкогранулируемый шлак, который может использоваться в качестве адсорбента или сырья для производства цемента.In the present invention, in particular, it is possible to process, that is, gasification, 100% of coal without the addition of ore or with its minimum addition only in order to reduce the temperature of the process and obtain a foamy slag emulsion. With this version of the technology, metals (iron, manganese, titanium, etc.) are recovered from coal ash. In this case, the gas composition by the sum of CO and H 2 approaches 90%. In this embodiment, the proposed unit turns into a gasifier, but which has a significant advantage over the known gasifiers in that, in addition to gasification, metals are extracted from coal ash and components of the slag emulsion, as well as highly porous, easily granulated slag that can be used as an adsorbent or raw materials for cement production.

Образовавшаяся в реакционной камере 1 газовзвесь с объемным газосодержанием 0,98-0,99 через соединительный канал 4 подается в нижнюю часть рафинирующего отстойника 5 над верхним срезом копильника 7. При этом выходящая из соединительного потока двухфазная струя играет роль своеобразной динамической подушки или провальной решетки, отделяющей столб пенной газошлаковой эмульсии, играющей одновременно роль мокрой газоочистки, а также сепаратора шлака и металла, накапливающегося в копильнике 7, благодаря опусканию по вертикальным пристенным слоям капель металла, получающихся в результате восстановительных процессов в газошлаковой эмульсии. Таким образом, с учетом противодействия гравитационных и аэродинамических сил в рафинирующем отстойнике 5 происходит сепарация металла и шлака, а также образуется неравномерное (по плотности, газосодержанию и химсоставу) распределение параметров по высоте этого агрегата. Распределенность содержания оксидов металлов по высоте обуславливается также термодинамически неравновесным характером процессов, протекающих в реакционной камере 1 и рафинирующем отстойнике 5, в том числе интенсивными потоками вещества и энергии, поступающими снизу через соединительный канал 4 из реакционной камеры 1.The gas suspension formed in the reaction chamber 1 with a gas content of 0.98-0.99 through the connecting channel 4 is fed into the lower part of the refining settler 5 above the upper cut of the piggy bank 7. In this case, the two-phase jet emerging from the connecting stream plays the role of a kind of dynamic cushion or failure grid, separating pillar of foam gas-slag emulsion, which simultaneously plays the role of wet gas cleaning, as well as a slag separator and metal accumulating in the piggy bank 7, due to lowering along the vertical wall pits metal droplets, the resulting reduction processes in gazoshlakovoy emulsion. Thus, taking into account the counteraction of gravitational and aerodynamic forces in the refining settler 5, metal and slag are separated, and an uneven (in density, gas content and chemical composition) distribution of parameters along the height of this unit occurs. The distribution of the content of metal oxides in height is also determined by the thermodynamically nonequilibrium nature of the processes occurring in the reaction chamber 1 and the refining settler 5, including the intense flows of matter and energy coming from below through the connecting channel 4 from the reaction chamber 1.

Таким образом, использование в качестве рафинирующего отстойника вертикального колонного реактора с нижней подачей реакционной газовзвеси в сочетании с существенным отклонением процессов от термодинамического равновесия является важнейшим фактором, который обуславливает возможность разделения потока металла, оседающего в копильнике 7, и потока газошлаковой эмульсии, отводимой по наклонному каналу 11 в шлакоприемник 12, где осуществляется разделение шлака и газа. Для доведения состава попутного технологического газа, поступающего из шлакоприемника 12 через охлаждаемую решетку 15 в камеру 14 коррекции состава газа, до кондиционного состава синтез-газа, пригодного для переработки в диметиловый эфир или метанол, под решетку 15 с расположенным на ней постоянно пополняемым с помощью устройства 19 слоем кокса или угля, подают пар, а над решеткой 15 в камеру 14 коррекции состава газа подают природный газ и кислород, обеспечивая при этом объемное отношение СО к Н2 в получаемом газе 2/3 или 1/2 соответственно для получения диметилового эфира или метанола. Полученный при этом синтез-газ из камеры 14 через канал 21 подается в охладитель (например, котел-утилизатор) 22, газоочистку 23 и затем потребителю, например в агрегат каталитического синтеза диметилового эфира или метанола или для энергетических целей. Но в последнем случае добавка природного газа в камеру 14 не обязательна, так как в этом случае не обязательно соблюдение соотношения СО к H2. Шлам, образующийся в газоочистке 23, рециркулируется в технологический процесс, что позволяет получить бездымную технологию.Thus, the use of a vertical column reactor with a lower reaction gas suspension as a refining settler in combination with a significant deviation of processes from thermodynamic equilibrium is the most important factor that determines the possibility of separation of the metal flow deposited in the piggy bank 7 and the gas-slag emulsion flow diverted along an inclined channel 11 to the slag pit 12, where the separation of slag and gas. To bring the composition of the associated process gas coming from the slag receiver 12 through the cooled grate 15 to the gas composition correction chamber 14 to the conditioned composition of the synthesis gas suitable for processing into dimethyl ether or methanol, under the grate 15 with it constantly being replenished using the device 19 with a layer of coke or coal, steam is supplied, and above the grate 15, natural gas and oxygen are supplied to the gas composition correction chamber 14, while providing a volumetric ratio of CO to H 2 in the produced gas 2/3 or 1/2, respectively, for the floor teachings of dimethyl ether or methanol. The resulting synthesis gas from the chamber 14 through the channel 21 is supplied to a cooler (for example, a waste heat boiler) 22, a gas purifier 23, and then to a consumer, for example, to a catalytic synthesis unit for dimethyl ether or methanol or for energy purposes. But in the latter case, the addition of natural gas to chamber 14 is not necessary, since in this case it is not necessary to observe the ratio of CO to H 2 . The sludge generated in the gas treatment 23 is recycled to the process, which allows to obtain a smokeless technology.

Преимущество данного изобретения по сравнению с прототипом заключается в том, что использование в качестве топлива и восстановителя угля и установка последовательно с рафинирующим отстойником 5 камеры 14 коррекции состава газа, совмещенной со шлакоприемником 12 и гранулятором шлака 13, дает ряд дополнительных эффектов. Прежде всего появляется возможность гибкого (практически независимого) управления составом газа на выходе из рафинирующего отстойника 5 и на выходе из агрегата в целом, точнее из камеры 14. Совмещение газификатора угля (камера 14) с металлургическим агрегатом (реакционная камера 1 и рафинирующий отстойник 5) и шлакоприемником 12 позволяет использовать физическое тепло попутного газа и шлака для увеличения калорийности и количества товарного газа. Таким образом, на основе камеры 14 получают химический утилизатор физического тепла. Если же получать газ в специальном газификаторе (газогенераторе), то значительное количество тепловой энергии тратится на поддержание температуры (800-1000°С) в очаге газификации [3]. Повышенное давление, создаваемое в реакционной камере 1, позволяет проталкивать реакционный газ через все элементы агрегата, следствием чего является малый удельный объем агрегата и исключается необходимость использования побудителей расхода и дымососов.The advantage of this invention compared to the prototype is that the use of coal as a fuel and reducing agent and the installation of a gas composition correction chamber 14 in combination with the slag receiver 12 and slag granulator 13 in series with the refining settler 5 gives a number of additional effects. First of all, the possibility arises of flexible (almost independent) control of the gas composition at the outlet of the refining sump 5 and at the outlet of the unit as a whole, more precisely from chamber 14. Combining a coal gasifier (chamber 14) with a metallurgical unit (reaction chamber 1 and refining sump 5) and slag receiver 12 allows you to use the physical heat of the associated gas and slag to increase the calorific value and the amount of commercial gas. Thus, based on the chamber 14, a chemical heat recovery apparatus is obtained. If you get gas in a special gasifier (gas generator), then a significant amount of thermal energy is spent on maintaining the temperature (800-1000 ° C) in the gasification center [3]. The increased pressure created in the reaction chamber 1, allows you to push the reaction gas through all the elements of the unit, which results in a small specific volume of the unit and eliminates the need to use flow inducers and smoke exhausters.

Наиболее важным преимуществом совмещения пароугольного газификатора (камера 14) с металлургическим агрегатом является возможность превращения попутного технологического газа в кондиционный синтез-газ, пригодный для получения моторного топлива и создания бездымной энергометаллургической технологии, так как отходящий газ (дым) превращается в полезный товарный продукт.The most important advantage of combining a vapor-coal gasifier (chamber 14) with a metallurgical unit is the possibility of converting associated process gas into a conditioned synthesis gas suitable for producing motor fuel and creating smokeless energy metallurgical technology, since the exhaust gas (smoke) is converted into a useful commercial product.

Вариант реализации изобретения рассматривается на примере прямого восстановления железа с одновременным получением синтез-газа в пилотном образце агрегата производительностью по руде 1 кг/с или 3,6 тоны/час. Способ реализуется в агрегате, представленном на чертеже, следующим образом. Железная руда, имеющая следующий состав по основным компонентам, %:An embodiment of the invention is considered by the example of direct reduction of iron with simultaneous production of synthesis gas in a pilot sample of an aggregate with an ore productivity of 1 kg / s or 3.6 tons / hour. The method is implemented in the unit shown in the drawing, as follows. Iron ore having the following composition by main components,%:

Таблица 1Table 1 FeOFeO Fe2O3 Fe 2 O 3 MnOMnO SiO2 SiO 2 CaOCaO MgOMgO Al2O3 Al 2 O 3 P2O5 P 2 O 5 22,02%22.02% 48,28%48.28% 0,52%0.52% 11,70%11.70% 7,05%7.05% 1,60%1.60% 2,83%2.83% 0,26%0.26%

и уголь следующего химического составаand coal of the following chemical composition

Таблица 2table 2 СFROM SS ВлагаMoisture ЗолаAsh ЛетучиеVolatile 68,43%68.43% 0,59%0.59% 8,00%8.00% 10,90%10.90% 20,08%20.08%

с помощью вертикального шнекового питателя-дозатора 2 подаются в сферическую реакционную камеру 1. Массовый расход руды составляет 1 кг/с, а массовый расход твердого восстановителя 0,4 кг/с. Этот поток шихты попадает на диск уплотнения, который создается в центре камеры, в месте встречи спутных потоков кислорода и газообразного или жидкого топлива-восстановителя, образуемых устройствами 3. В результате взаимодействия вертикального потока сыпучих материалов с диском уплотнения и встречными спутными потоками создается высокая степень турбулизации и образуется газовзвесь с объемным газосодержанием 0,98-0,99, которая через соединительный канал 4 подается в рафинирующий отстойник 5.using a vertical screw feeder-dispenser 2 are fed into the spherical reaction chamber 1. The mass flow rate of ore is 1 kg / s, and the mass flow rate of solid reducing agent of 0.4 kg / s. This charge stream enters the compaction disk, which is created in the center of the chamber, at the meeting point of the confluent oxygen and gaseous or liquid fuel reducers formed by the devices 3. As a result of the interaction of the vertical flow of bulk materials with the compaction disk and counterpropagating satellite flows, a high degree of turbulization is created and a gas suspension is formed with a volumetric gas content of 0.98-0.99, which is supplied through the connecting channel 4 to the refining settler 5.

Существование критической скорости истечения двухфазной среды и зависимость скорости этой среды от ее газосодержания позволяет использовать соединительный канал 4 в качестве динамического затвора. За счет изменения диаметра соединительного канала 4, а также соотношения притока и стока веществ можно изменять рабочее давление в реакционной камере 1, которое в данном случае меняется в диапазоне 2-3 атмосферы.The existence of a critical flow rate of a two-phase medium and the dependence of the velocity of this medium on its gas content allows us to use the connecting channel 4 as a dynamic shutter. By changing the diameter of the connecting channel 4, as well as the ratio of the influx and drain of substances, it is possible to change the working pressure in the reaction chamber 1, which in this case varies in the range of 2-3 atmospheres.

Сжигание топлива в реакционной камере 1 осуществляется с недостатком кислорода, здесь происходит нагрев и частичное восстановление оксидов, но главная задача, решаемая в этой камере, - создание газовзвеси.The combustion of fuel in the reaction chamber 1 is carried out with a lack of oxygen, there is heating and partial reduction of oxides, but the main task solved in this chamber is the creation of a gas suspension.

Большая часть восстановительных процессов завершается в рафинирующем отстойнике 5. Здесь же осуществляется частичное дожигание оксида углерода до диоксида. При этом дожигание происходит внутри газошлаковой эмульсии путем подачи кислорода через фурму 6.Most of the recovery processes are completed in the refining sump 5. Here, partial afterburning of carbon monoxide to dioxide is also carried out. In this case, the afterburning occurs inside the gas-slag emulsion by supplying oxygen through the lance 6.

Сначала рассмотрим вариант процесса по прототипу.First, consider a prototype process.

Общий расход кислорода выбирается в соответствии с тепловым балансом и составляет порядка 0,525 кг/с. Для балансирования процесса по температуре изменяется степень дожигания СО и количество газообразного кислорода.The total oxygen consumption is selected in accordance with the heat balance and is about 0.525 kg / s. To balance the process with temperature, the degree of afterburning of CO and the amount of gaseous oxygen are changed.

При этом приоритет отдается получению металла и шлака заданного состава, который представлен в приведенной ниже таблице 3.In this case, priority is given to the production of metal and slag of a given composition, which is presented in Table 3 below.

Таблица 3Table 3 МеталлMetal ИтогоTotal FeFe СFROM MnMn SiSi SS %% 100,0%100.0% 99,01%99.01% 0,50%0.50% 0,49%0.49% 0,00%0.00% 0,00%0.00% 0,00%0.00% кг/сkg / s 0,5320.532 0,5260.526 0,0030.003 0,0030.003 0,0000,000 0,0000,000 0,0000,000 ШлакSlag ИтогоTotal FeOFeO Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 MgOMgO %% 100%one hundred% 5,19%5.19% 0,00%0.00% 40,93%40.93% 37,21%37.21% 9,99%9.99% 4,87%4.87% кг/сkg / s 0,4030.403 0,0210,021 0,0000,000 0,1650.165 0,1500.150 0,0400,040 0,0200,020 ГазGas ИтогоTotal COCO CO2 CO 2 N2 N 2 H2 H 2 Н2ОH 2 O O2 O 2 %% 100%one hundred% 25,44%25.44% 62,04%62.04% 0,73%0.73% 0,54%0.54% 11,25%11.25% 0,00%0.00% кг/сkg / s 1,0591,059 0,2690.269 0,6570.657 0,0080.008 0,0060.006 0,1190.119 0,0000,000

Здесь за счет добавки кислорода в рафинирующий отстойник осуществлялось почти полное дожигание Н2 и дожигание СО до 25%. В этом случае получаются достаточно удовлетворительные экономические показатели по выплавке металла, но газ является практически бросовым. Можно использовать лишь его физическое тепло. Нами же поставлена задача получения наряду с металлом также кондиционного синтез-газа.Here, due to the addition of oxygen to the refining sump, almost complete afterburning of H 2 and afterburning of CO to 25% was carried out. In this case, quite satisfactory economic indicators for metal smelting are obtained, but the gas is practically waste. You can use only its physical heat. We have set the task of obtaining, along with the metal, also conditioned syngas.

Эта задача решается следующим образом.This problem is solved as follows.

При добавлении угля сверх необходимого для металлургической технологии в системе отходящих газов естественно получается избыточное тепло. Балансирование системы по теплу достигается за счет снижения степени дожигания СО и Н2.When coal is added in excess of that necessary for metallurgical technology, excess heat is naturally generated in the exhaust gas system. The balancing of the system by heat is achieved by reducing the degree of afterburning of CO and H 2 .

Далее ставится задача превращения полученного газа в более калорийный газ путем использования физического тепла газа и шлака (который необходимо перед грануляцией охлаждать паром или водой) для осуществления следующих химических реакций:Next, the task is to convert the resulting gas into a more high-calorie gas by using the physical heat of the gas and slag (which must be cooled with steam or water before granulation) to carry out the following chemical reactions:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

При наличии свободного кислорода, кроме того, могут протекать следующие реакции, что сопровождается увеличением расхода газа и повышением температуры.In the presence of free oxygen, in addition, the following reactions can occur, which is accompanied by an increase in gas flow and an increase in temperature.

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Операция коррекции состава газа осуществляется в камере 14, расположенной над шлакоприемником 12, газ из которого вместе с вдуваемым паром проходит в камеру 14 через водоохлаждаемую решетку 15, на которой создается постоянно пополняемый слой кокса или угля.The operation of correcting the gas composition is carried out in a chamber 14 located above the slag receiver 12, gas from which, together with injected steam, passes into the chamber 14 through a water-cooled grate 15, on which a constantly replenished layer of coke or coal is created.

Близким к оптимальному является вариант, когда технологический газ имеет состав по основным компонентам: 50% СО и 50% Н2. Такой состав продуктов горения часто рационален и с точки зрения технологии (полноты восстановления железа), и с точки зрения теплотехники (дальнейшего теплоиспользования). В этом случае при подаче в камеру 3-х молей Н2О и 3-х молей С можно получить газ с составом 3СО+3H2, то есть получаем утроенный объем газа с отношением СО/H2, равным 1/1, что достаточно близко к составу кондиционного синтез-газа.Close to optimal is the option when the process gas has a composition according to the main components: 50% CO and 50% H 2 . Such a composition of combustion products is often rational both from the point of view of technology (completeness of iron reduction), and from the point of view of heat engineering (further heat use). In this case, when 3 moles of H 2 O and 3 moles of C are fed into the chamber, it is possible to obtain a gas with the composition 3CO + 3H 2 , that is, we obtain a triple volume of gas with a CO / H 2 ratio of 1/1, which is enough close to the composition of the conditioned synthesis gas.

Теперь вопрос в том, хватит ли физического тепла для того, чтобы в камере 14 коррекции газа температура оказалась не ниже 600-800°С, то есть, чтобы кокс оставался раскаленным. Для решения этой задачи проведены термодинамические расчеты по коррекции состава попутного технологического газа с помощью программно-инструментальной системы на основе базы данных "Астра" [7, 8]. Расчеты осуществлялись в следующей последовательности.Now the question is whether there is enough physical heat to ensure that the temperature in the chamber 14 of the gas correction is not lower than 600-800 ° C, that is, so that the coke remains hot. To solve this problem, thermodynamic calculations were carried out to correct the composition of associated process gas using a software-instrumental system based on the Astra database [7, 8]. The calculations were carried out in the following sequence.

Сначала с помощью этой системы были получены термодинамически приемлемые условия и составы металла, шлака и газа для расхода руды 1 кг/с. При расходе угля 0,674 кг/с и расходе кислорода 0,382 кг/с получен металл с содержанием углерода 0,52% и температурой 1878 К, а также отходящий газ в количестве 1,06 кг/с, состав которого приведен ниже в таблице 4.First, using this system, thermodynamically acceptable conditions and compositions of metal, slag and gas were obtained for an ore flow rate of 1 kg / s. At a coal flow rate of 0.674 kg / s and an oxygen flow rate of 0.382 kg / s, a metal was obtained with a carbon content of 0.52% and a temperature of 1878 K, as well as exhaust gas in an amount of 1.06 kg / s, the composition of which is shown below in table 4.

Таблица 4Table 4 Содержание, %Content% СОWith CO2 CO 2 Н2 H 2 Н2ОH 2 O N2 N 2 СН4 CH 4 По массеBy weight 1,061.06 92,8392.83 3,213.21 2,142.14 1,741.74 0,020.02 0,000.00 По объемуBy volume 1,411.41 72,7872.78 1,601,60 23,4923.49 2,132.13 0,010.01 0,000.00

Этот газ в тесном контакте со шлаком (в виде газошлаковой эмульсии) по каналу 11 поступает в шлакоприемник 12, куда навстречу шлаковому потоку через фурму 16 вдувается пар. За счет тепла шлака пар нагревается со 150 до 700°С и через решетку 15 вместе с технологическим газом, отсепарированным от шлака и имеющим температуру 1500°С, непрерывно поступает в слой угля (кокса) в камере 14. В этом слое и над ним протекают реакции (1)-(3) в условиях избытка углерода.This gas is in close contact with the slag (in the form of a gas-slag emulsion) through the channel 11 enters the slag receiver 12, where steam is blown towards the slag stream through the lance 16. Due to the heat of the slag, the steam is heated from 150 to 700 ° C and through the grate 15 together with the process gas, separated from the slag and having a temperature of 1500 ° C, continuously enters the layer of coal (coke) in the chamber 14. In this layer and flow over it reactions (1) - (3) under conditions of excess carbon.

В таблице 5 приведены вариантные расчеты коррекции газа, состав которого представлен в таблице 4, за счет его взаимодействия с углем и паром.Table 5 shows the variant calculations of gas correction, the composition of which is presented in table 4, due to its interaction with coal and steam.

Таблица 5Table 5 Управляющие воздействияControl actions Объемный состав газа, %Volumetric composition of gas,% Отношение СО/Н2 The ratio of CO / N 2 No. Уголь, кг/сCoal, kg / s Пар, кг/сSteam kg / s Тг, °КT g , ° K Масса газа, кг/сGas mass, kg / s СН4 CH 4 СОWith CO2 CO 2 Н2 H 2 H2OH 2 O 1one 0,20.2 0,30.3 11001100 1,531,53 0,420.42 60,4760.47 3,183.18 34,1134.11 1,821.82 1,77/11.77 / 1 22 0,250.25 0,3750.375 10651065 1,651.65 0,620.62 56,1656.16 5,085.08 35,2735.27 2,872.87 1,59/11,59 / 1 33 0,30.3 0,450.45 10421042 1,731.73 0,810.81 52,3252.32 6,796.79 36,2136.21 3,873.87 1,44/11.44 / 1

Поскольку уголь в слое находится в избытке, то управление осуществляется изменением количества подаваемого пара. Как видно из таблицы 5, в третьем варианте управления удалось повысить соджержание Н2 с 23,49 до 36,21%, а содержание СО снизить с 72,78 до 52,32%. Однако движение в этом направлении (коррекция за счет угля и пара) становится неэффективным, поскольку из-за снижения температуры в камере 14 растет содержание СО2 и Н2О.Since the coal in the layer is in excess, the control is carried out by changing the amount of steam supplied. As can be seen from table 5, in the third version of the control it was possible to increase the content of H 2 from 23.49 to 36.21%, and the CO content was reduced from 72.78 to 52.32%. However, movement in this direction (correction due to coal and steam) becomes ineffective, since the content of CO 2 and H 2 O increases due to a decrease in temperature in chamber 14.

Поэтому дальнейшая коррекция состава газа осуществляется за счет кислородного реформинга метана CH4, подаваемого в камеру 14 через фурму 17, и кислорода, подаваемого через фурму 18, по реакции:Therefore, further correction of the gas composition is carried out due to oxygen reforming of methane CH 4 supplied to the chamber 14 through the lance 17, and oxygen supplied through the lance 18, by the reaction:

Figure 00000006
Figure 00000006

Как видно из реакции и из таблицы 6 (варианты 1 и 2), при этом в образующейся смеси газов растет содержание Н2 с одновременным небольшим повышением температуры смеси.As can be seen from the reaction and from table 6 (options 1 and 2), in this case, the content of H 2 in the resulting gas mixture increases with a slight increase in the temperature of the mixture.

Таблица 6Table 6 Управляющие воздействияControl actions Объемный состав газа, %Volumetric composition of gas,% Отношение СО/Н2 The ratio of CO / N 2 No. Уголь, кг/сCoal, kg / s Пар, кг/сSteam kg / s СН4, кг/сCH 4 , kg / s O2, кг/сO 2 kg / s Тг, °КT g , ° K Масса газа, кг/сGas mass, kg / s СН4 CH 4 СОWith CO2 CO 2 Н2 H 2 H2OH 2 O 1one 0,30.3 0,450.45 0,200.20 0,200.20 10511051 2,122.12 1,091.09 46,8846.88 4,564,56 43,8343.83 3,643.64 1,07/11.07 / 1 22 0,30.3 0,450.45 0,250.25 0,250.25 10531053 2,222.22 1,131.13 45,9545.95 4,224.22 45,1345.13 3,573.57 1/11/1 33 0,30.3 0,450.45 0,450.45 0,250.25 10061006 2,222.22 2,372,37 34,1334.13 5,825.82 51,451,4 6,266.26 2/32/3 4four 0,30.3 0,450.45 0,600.60 0,250.25 980980 2,202.20 3,523.52 27,4027.40 6,406.40 54,5254.52 8,158.15 1/21/2

Как видно из второго варианта термодинамического расчета (таблица 6), получен синтез-газ с объемным отношением СО/Н2, близким к 1/1, точнее 45,95/45,13, что уже можно считать хорошим результатом, поскольку получен высококалорийный газ, который может использоваться и как энергетическое топливо, и как сырье для получения синтетического топлива. Однако при таком составе газа синтетическое топливо в агрегате каталитического синтеза, например, будет получено в меньшем количестве и худшего качества (за счет разбавления непрореагировавшими балластными составляющими), чем это возможно в случае соблюдения оптимального стехиометрического соотношения. Для получения диметилового эфира (синтетического дизельного топлива) в соответствии с его стехиометрической формулой СН3-О-СН3 оптимальным является соотношение СО/Н2, равное 2/3.As can be seen from the second version of the thermodynamic calculation (table 6), synthesis gas was obtained with a volumetric ratio of CO / H 2 close to 1/1, more precisely 45.95 / 45.13, which can already be considered a good result, since high-calorie gas is obtained , which can be used both as energy fuel and as a raw material for producing synthetic fuel. However, with this gas composition, the synthetic fuel in the catalytic synthesis unit, for example, will be produced in smaller quantities and of poorer quality (due to dilution with unreacted ballast components) than is possible if the optimal stoichiometric ratio is observed. To obtain dimethyl ether (synthetic diesel fuel) in accordance with its stoichiometric formula CH 3 -O-CH 3 the optimum ratio is CO / H 2 equal to 2/3.

Ставим задачу в соответствие с формулой изобретения получить отношение СО/Н2, равное 2/3.We set the task in accordance with the claims to obtain the ratio CO / H 2 equal to 2/3.

Учитывая (см. табл.6, вариант 2), что некоторый запас по температуре газа имеется (1053 К), принимаем решение конечный этап коррекции состава газа достичь за счет температурного реформинга метана по реакции:Considering (see Table 6, option 2) that there is a certain margin in gas temperature (1053 K), we decide to reach the final stage of gas composition correction due to the temperature reforming of methane by the reaction:

Figure 00000007
Figure 00000007

Как видно из сравнения вариантов 2 и 3 (таблица 6), решение задачи достигнуто за счет увеличения расхода метана на 0,2 кг/с без увеличения расхода кислорода. При этом получен газ с объемным содержанием СО и H2 соответственно 34,14 и 51,4, что как раз отвечает соотношению СО/Н2, равному 2/3.As can be seen from a comparison of options 2 and 3 (table 6), the solution to the problem was achieved by increasing the methane consumption by 0.2 kg / s without increasing the oxygen consumption. At the same time, a gas with a volumetric content of CO and H 2 of 34.14 and 51.4, respectively, was obtained, which just corresponds to the CO / H 2 ratio of 2/3.

Аналогичным образом путем температурного реформинга метана по реакции (7) получено соотношение СО/Н2, равное 1/2, оптимальное для получения метанола. Решению этой задачи отвечает вариант 4 в таблице 6, который достигается путем увеличения расхода метана на 0,15 кг/с при прочих равных условиях. При этом получен газ с содержанием СО и H2 соответственно 27,40 и 54,52, что достаточно близко к оптимальному соотношению для получения метанола.Similarly, by temperature reforming of methane according to reaction (7), a CO / H 2 ratio of 1/2 was obtained, which is optimal for producing methanol. The solution to this problem corresponds to option 4 in table 6, which is achieved by increasing the methane consumption by 0.15 kg / s, ceteris paribus. At the same time, a gas was obtained with the contents of CO and H 2 of 27.40 and 54.52, respectively, which is close enough to the optimal ratio for methanol production.

Таким образом, представленный пример подтверждает реализуемость изобретения.Thus, the presented example confirms the feasibility of the invention.

На основе рассмотренного примера подчеркнем еще раз преимущества, достигнутые при реализации данного изобретения.Based on the considered example, we emphasize once again the advantages achieved by the implementation of this invention.

Совмещение прямого восстановления металлов из оксидов с газификацией угля с учетом предложенного способа и конструкции агрегата позволяет:The combination of direct reduction of metals from oxides with coal gasification, taking into account the proposed method and design of the unit allows you to:

- создать бездымный энергометаллургический агрегат, в котором отходящий газ превращается в полезный товарный продукт;- create a smokeless energy metallurgical unit in which the exhaust gas is converted into a useful commercial product;

- избежать необходимости применения дымососов или других высокотемпературных побудителей расходов, так как из-за высокого потенциала давления, создаваемого в реакционной камере, и полной замкнутости процесса от атмосферы имеется возможность проталкивать газ через любые устройства, устанавливаемые за технологическим агрегатом;- to avoid the need to use smoke exhausters or other high-temperature cost drivers, since due to the high pressure potential created in the reaction chamber and the complete closure of the process from the atmosphere, it is possible to push gas through any devices installed behind the process unit;

- полностью использовать химическую и физическую энергии попутного технологического газа, получив на основе камеры 14 химический утилизатор тепла, при этом получается удвоенное количество товарного газа (2,22 вместо 1,06 кг/с) по сравнению с исходным, а его теплотворная способность при этом возрастает с 6432 до 20832 кДж/кг с затратами природного газа всего около 20% от массы получаемого газа;- make full use of the chemical and physical energy of the associated process gas, having obtained a chemical heat utilizer based on chamber 14, and this will double the amount of marketable gas (2.22 instead of 1.06 kg / s) compared to the original, and its calorific value increases from 6432 to 20832 kJ / kg with the cost of natural gas only about 20% of the mass of gas produced;

- для получения технологического газа требуется в два раза меньше газообразного кислорода, чем при обычной газификации, так как половина кислорода берется из оксидов металлов, например, по реакциям:- to obtain the process gas requires two times less oxygen gas than with conventional gasification, since half of the oxygen is taken from metal oxides, for example, by the reactions:

Figure 00000008
или
Figure 00000009
;
Figure 00000008
or
Figure 00000009
;

- в связи с тем, что при паровоздушной газификации используется горячий газ (порядка 1600°С), к тому же при повышенном давлении, конструкция газификатора-реформера (камера 14) предельно упрощается, а энергозатраты на газификацию и реформирование газа существенно сокращаются;- due to the fact that hot gas is used for steam-gasification (about 1600 ° C), and also at high pressure, the design of the gasifier-reformer (chamber 14) is extremely simplified, and the energy consumption for gasification and gas reforming is significantly reduced;

- при восстановлении марганца в результате применения данного изобретения может быть получен еще более высокий эффект, так как в этом случае для обеспечения восстановительной атмосферы отходящий технологический газ должен иметь суммарное содержание СО и H2 около 90%.- when reducing manganese as a result of the application of this invention, an even higher effect can be obtained, since in this case, to ensure a reducing atmosphere, the process exhaust gas must have a total CO and H 2 content of about 90%.

Источники информацииInformation sources

1. Х.Б.Люнген, К.Мюльхаймс, Р.Штеффен. Современное состояние процессов прямого восстановления и восстановительной плавки железных руд. // Черные металлы. - 2001. №10. - с.20-35.1. H.B. Lüngen, C. Mülheim, R. Steffen. Current state of direct reduction processes and reduction smelting of iron ores. // Black metals. - 2001. No. 10. - p.20-35.

2. Роменец В.А., Вегман Е.Ф., Сакир Н.Ф. Процесс жидкофазного восстановления. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 1993. - №7. с.9-19.2. Romenets V.A., Wegman E.F., Sakir N.F. The process of liquid phase recovery. // Proceedings of universities. Ferrous metallurgy. - 1993. - No. 7. p. 9-19.

3. Шиллинг Г.-Д., Бонн Б., Краус У. Газификация угля. / Пер. с нем. и ред. С.Р. Исламова. - М.: Недра. - 1986. - 175 с.3. Schilling G.-D., Bonn B., Kraus W. Gasification of coal. / Per. with him. and ed. S.R. Islamova. - M .: Subsoil. - 1986. - 175 p.

4. Терентьев Г.А., Тюков В.М., Смаль Ф.В. Моторное топливо из альтернативных сырьевых ресурсов. - М.: Химия. - 1989. - 271 с.4. Terentyev G.A., Tyukov V.M., Smal F.V. Engine fuel from alternative raw materials. - M .: Chemistry. - 1989. - 271 p.

5. Платэ Н. Синтетический бензин. // Наука и жизнь. - 2004. - №11. - с.66-68.5. Plate N. Synthetic gasoline. // Science and life. - 2004. - No. 11. - p. 66-68.

6. Пат. Россия 2272849 С1. Способ получения металлов из рудных материалов и агрегат для его осуществления. / В.П.Цымбал, С.П.Мочалов. - 2004122183/02; Заявлено 19.7.2004; Опубл. 27.3.2006, Бюллетень РСТ, Бюл. 9; Приоритет 19.7.2004. - 12 с.:ил.6. Pat. Russia 2272849 C1. A method of producing metals from ore materials and an aggregate for its implementation. / V.P. Tsymbal, S.P. Mochalov. - 2004122183/02; Announced on 7/19/2004; Publ. 03.3.2006, PCT Bulletin, Bull. 9; Priority 19.7.2004. - 12 p.: Ill.

7. Синярев Г.Б., Ватолин Н.А., Трусов Б.Г. и др. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов. - М.: Наука. - 1982. - 260 с.7. Sinyarev G.B., Vatolin N.A., Trusov B.G. and others. The use of computers for thermodynamic calculations of metallurgical processes. - M .: Science. - 1982. - 260 s.

8. Климов В.Ю., Мочалов С.П., Рыбенко И.А. Разработка автоматизированной системы расчета и оптимизации технологий процессов получения металлов и сплавов. // Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии: Труды Всероссийской научно-практической конференции. - Новокузнецк: Изд. СибГИУ. - 2001. - с.435-439.8. Klimov V.Yu., Mochalov S.P., Rybenko I.A. Development of an automated system for calculating and optimizing technologies for the production of metals and alloys. // Modeling, software and high technology in metallurgy: Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Conference. - Novokuznetsk: Publishing. SibGIU. - 2001. - p. 435-439.

Claims (2)

1. Способ прямого восстановления металлов с получением синтез-газа, включающий подачу в реакционную камеру сыпучих материалов в виде рудной смеси оксидов металлов и угля, ввод кислорода и топлива-восстановителя, полный перевод образовавшихся металла и шлака в двухфазную среду в виде пенистой эмульсии, создание в реакционной камере повышенного пульсирующего давления в пределах 0,4-3,0 МПа и отклонения системы от термодинамического равновесия путем организации истечения двухфазной среды из реакционной камеры в рафинирующий отстойник с критической скоростью, разделение в нем металла и шлака и отвод газа через высокий слой эмульсии, отличающийся тем, что восстановление металлов из руд и золы угля ведут одновременно с газификацией угля, кислород и топливо-восстановитель вводят в реакционную камеру через встречно расположенные фурмы спутными потоками, а соотношение кислорода, включая кислород, содержащийся в восстанавливаемых оксидах, и восстановителя, подаваемого в реакционную камеру и рафинирующий отстойник, включая уголь, подаваемый в смеси с шихтой, рассчитывают из условия стехиометрии, обеспечивающей окисление твердого углерода до СО или конверсию природного газа до СО и Н2, а для получения кондиционного синтез-газа, пригодного для переработки в диметиловый эфир или метанол, его состав доводят в камере коррекции состава газа, имеющей решетку, на которой расположен постоянно пополняемый слой кокса или угля, при этом под решетку камеры подают пар, а над решеткой подают природный газ и кислород, обеспечивая при этом объемное отношение СО к Н2 в получаемом газе 2/3 или 1/2 соответственно.1. A method of direct reduction of metals to produce synthesis gas, comprising supplying bulk materials to the reaction chamber in the form of an ore mixture of metal oxides and coal, introducing oxygen and a reducing fuel, completely transferring the formed metal and slag to a two-phase medium in the form of a foamy emulsion, in the reaction chamber of increased pulsating pressure in the range of 0.4-3.0 MPa and the deviation of the system from thermodynamic equilibrium by organizing the outflow of a two-phase medium from the reaction chamber into a refining sump with At the same time, the separation of metal and slag in it and the removal of gas through a high emulsion layer, characterized in that the reduction of metals from ores and coal ash is carried out simultaneously with coal gasification, oxygen and a reducing fuel are introduced into the reaction chamber through opposing tuyeres by satellite flows, and the ratio of oxygen, including oxygen contained in the reducible oxides, and a reducing agent supplied to the reaction chamber and refining sump, including coal supplied in a mixture with the charge, is calculated from the conditions Via stoichiometry ensuring oxidation of solid carbon to CO or natural gas conversion to CO and H 2, and to obtain conditioned synthesis gas suitable for conversion into dimethyl ether, or methanol, its composition is adjusted in the gas composition adjustment chamber having a grate in which a constantly replenished layer of coke or coal is located, while steam is supplied under the grate of the chamber, and natural gas and oxygen are supplied above the grate, while providing a volumetric ratio of CO to H 2 in the produced gas of 2/3 or 1/2, respectively. 2. Агрегат для прямого восстановления металлов с получением синтез-газа, содержащий сферическую реакционную камеру с устройством подачи сыпучих материалов в виде рудной смеси оксидов металлов и угля и устройством для подачи спутных потоков кислорода и газообразного или пылевидного восстановителя навстречу друг другу, соединительный канал, рафинирующий отстойник, соединенный наклонной шлаковой леткой со шлакоприемником и имеющий фурму, встречно расположенную с соединительным каналом, копильник с леткой для отвода металла и устройство для подачи углеродосодержащих сыпучих материалов, причем реакционная камера, рафинирующий отстойник и шлакоприемник последовательно соединены, отличающийся тем, что шлакоприемник снабжен валковым гранулятором шлака и установленной над ним и совмещенной с ним камерой коррекции состава газа, имеющей канал для отвода части газа из-под купола рафинирующего отстойника, фурмы для подачи природного газа и кислорода и канал для отвода получаемого синтез-газа в котел-утилизатор и газоочистку, причем камера коррекции состава газа соединена со шлакоприемником отверстием с охлаждаемой решеткой, под которой установлены фурмы для подачи пара. 2. A unit for direct reduction of metals to produce synthesis gas, comprising a spherical reaction chamber with a device for feeding bulk materials in the form of an ore mixture of metal oxides and coal and a device for supplying satellite flows of oxygen and a gaseous or dust-like reducing agent towards each other, a connecting channel, refining a sump connected by an inclined slag notch with a slag receiver and having a lance opposite to the connecting channel, a piggy bank with a notch for the removal of metal and devices for supplying carbon-containing bulk materials, the reaction chamber, the refining sump and the slag receiver being connected in series, characterized in that the slag receiver is equipped with a roll slag granulator and a gas composition correction chamber installed above it and combined with it, having a channel for removing part of the gas from under the refining dome a settling tank, tuyeres for supplying natural gas and oxygen, and a channel for removing the resulting synthesis gas to a recovery boiler and gas purification, the gas composition correction chamber being connected to shlakopriemnikom hole with cooled grate, under which there are tuyeres for feeding steam.
RU2007144892/02A 2007-12-03 2007-12-03 Method of direct reduction of metals with receiving of synthetic gas and assembly for its implementation RU2371482C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007144892/02A RU2371482C2 (en) 2007-12-03 2007-12-03 Method of direct reduction of metals with receiving of synthetic gas and assembly for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007144892/02A RU2371482C2 (en) 2007-12-03 2007-12-03 Method of direct reduction of metals with receiving of synthetic gas and assembly for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007144892A RU2007144892A (en) 2009-06-10
RU2371482C2 true RU2371482C2 (en) 2009-10-27

Family

ID=41024287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007144892/02A RU2371482C2 (en) 2007-12-03 2007-12-03 Method of direct reduction of metals with receiving of synthetic gas and assembly for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2371482C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007144892A (en) 2009-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2010258245B2 (en) Method for producing cast iron or semi steel with reducing gas
US8709128B2 (en) Process for production of direct reduced iron
US8808411B2 (en) Gaseous transfer in multiple metal bath reactors
CA2674751A1 (en) Reactor and process for the continuous production of hydrogen based on steam oxidation of molton iron
MX2009000735A (en) Method and apparatus for reducing metalliferous material to a reduction product.
US20150152344A1 (en) Melt gasifier system
AU698669B2 (en) A process for the production of molten pig iron or steel pre-products and a plant for carrying out the process
US5542963A (en) Direct iron and steelmaking
EP0657550A1 (en) Method and apparatus for producing iron
RU2371482C2 (en) Method of direct reduction of metals with receiving of synthetic gas and assembly for its implementation
PL116358B1 (en) Method of and apparatus for coal gasification
AU2012100987A4 (en) Containerized Gassifier System
JPS649376B2 (en)
US20050151307A1 (en) Method and apparatus for producing molten iron
AU708255B2 (en) Direct iron and steelmaking
CA2540804C (en) Method and apparatus for reducing metal-oxygen compounds
RU2272849C1 (en) Method of production of metals from ore materials and unit for realization of this method
JPS62124210A (en) Production of pig iron
CA2024236A1 (en) Process of producing quality steel directly from iron ores
AU2013205149A1 (en) Gaseous transfer in multiple metal bath reactors
MXPA06003507A (en) Method and apparatus for producing molten iron

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 30-2009 FOR TAG: (72)