RU2544324C2 - Способ и устройство для получения восстановительного газа из генераторного газа - Google Patents

Способ и устройство для получения восстановительного газа из генераторного газа Download PDF

Info

Publication number
RU2544324C2
RU2544324C2 RU2012131427/02A RU2012131427A RU2544324C2 RU 2544324 C2 RU2544324 C2 RU 2544324C2 RU 2012131427/02 A RU2012131427/02 A RU 2012131427/02A RU 2012131427 A RU2012131427 A RU 2012131427A RU 2544324 C2 RU2544324 C2 RU 2544324C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
heat transfer
water
temperature
heat exchange
Prior art date
Application number
RU2012131427/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012131427A (ru
Inventor
Роберт МИЛЛЬНЕР
Йозеф ШТОККИНГЕР
Йоханн ВУРМ
Original Assignee
Сименс Фаи Металз Текнолоджиз Гмбх
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 Сименс Фаи Металз Текнолоджиз Гмбх filed Critical Сименс Фаи Металз Текнолоджиз Гмбх
Publication of RU2012131427A publication Critical patent/RU2012131427A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2544324C2 publication Critical patent/RU2544324C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
    • C21B13/143—Injection of partially reduced ore into a molten bath
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002—Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/64—Controlling the physical properties of the gas, e.g. pressure or temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/66—Heat exchange
    • 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
    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу получения восстановительного газа для восстановления железной руды путем охлаждения и сухого обеспыливания генераторного газа (20), полученного в плавильном газификаторе (3) для производства чугуна, а также к устройству для осуществления способа. При этом генераторный газ (20) после его выведения из плавильного газификатора (3) и перед его сухим обеспыливанием охлаждают впрыскиванием воды через сопла и теплообменом. Причем теплообмен осуществляют по меньшей мере с одной жидкостной теплообменной средой. Изобретение обеспечивает охлаждение генераторного газа без использования контура охлаждающего газа, обеспечивает охлаждение частиц пыли и удерживает на низком уровне термическую нагрузку на устройство для сухого обеспыливания. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу получения восстановительного газа для восстановления железной руды путем охлаждения и сухого обеспыливания генераторного газа, полученного в плавильном газификаторе для производства чугуна, а также к устройству для исполнения способа.
Уровень техники
В некоторых способах восстановительной плавки железных руд, например таких, как COREX® или FINEX®, необходимый восстановительный газ получается из так называемого генераторного газа, полученного в плавильном газификаторе путем газификации носителей углерода в присутствии кислорода и предварительно восстановленных носителей железа. Генераторный газ является слишком запыленным для применения в качестве восстановительного газа в восстановительном реакторе и имеет температуру, которая превышает температурный диапазон, благоприятный для его использования для восстановления железной руды. Температура генераторного газа не является постоянной, но вследствие скачков давления в плавильном газификаторе колеблется в пределах до ±50°С относительно среднего значения от около 1030°С до 1070°С. Для возможности использования его в качестве восстановительного газа в восстановительном реакторе, генераторный газ должен быть обеспылен и охлажден. В рамках настоящей заявки генераторный газ называется восстановительным газом только после проведения обеспыливания и охлаждения. При этом в понятие «охлаждение» не входит снижение температуры, которое имеет место в результате тепловых потерь при протекании по трубопроводам.
Например, из патентного документа WO9801587 известно удаление увлеченной пыли из генераторного газа путем сухого обеспыливания в циклоне. Охлаждение генераторного газа достигается тем, что частичное количество выходящего из циклона восстановительного газа подвергается мокрому обеспыливанию, а также охлаждению в скруббере и после последующего сжатия в качестве так называемого охлаждающего газа вводится в генераторный газ перед его сухим обеспыливанием. Тем самым из циклона выходит обеспыленный и охлажденный так называемый восстановительный газ.
Охлаждение посредством представленного в патентном документе WO9801587 контура охлаждающего газа имеет недостаток, состоящий в очень больших затратах в отношении стоимости оборудования и производственной площади. Для исполнения контура охлаждающего газа должны быть предусмотрены необходимые части установки, такие как скрубберы и компрессоры, запорные и регулировочные вентили, запорные и регулировочные заслонки, звукоизоляция и строение, включающее грузоподъемные краны, при работе с большим потреблением энергии и с техническим обслуживанием, при этом особенно компрессоры требуют значительных расходов на техническое обслуживание. К тому же согласно патентному документу WO9801587 скрубберы вносят значительный вклад в расчетные значения систем сточных вод установки для производства чугуна. Энергия, выводимая скрубберами в контуре охлаждающего газа из восстановительного газа, бесполезно уходит с промывной водой и далее через градирни выбрасывается в окружающую среду.
Сущность изобретения
Техническая задача
Задача настоящего изобретения состоит в создании способа, в котором достигается надежное охлаждение генераторного газа без контура охлаждающего газа согласно прототипу и при исполнении которого тем самым устраняется указанный недостаток прототипа. Точно также должно быть представлено устройство для исполнения способа.
Техническое решение
Эта задача решена посредством способа получения восстановительного газа для восстановления железной руды путем охлаждения и сухого обеспыливания генераторного газа, образованного в плавильном газификаторе для производства чугуна, отличающегося тем, что генераторный газ после выведения из плавильного газификатора и перед его сухим обеспыливанием охлаждается посредством как впрыскивания воды через сопла, так и теплообмена.
Полезные результаты изобретения
Понятия «плавильный газификатор», «генераторный газ» и «восстановительный газ» следует понимать так, как они определены выше во введении. Как общеизвестно, в плавильном газификаторе, в дополнение к образованию генераторного газа, предварительно восстановленный носитель железа полностью восстанавливается и образовавшийся чугун расплавляется. Для получения восстановительного газа генераторный газ, который наряду с диоксидом углерода СО2, водяным паром Н2О и азотом N2 главным образом состоит из восстановительных компонентов, таких как монооксид углерода СО, водород Н2 и метан СН4, подвергается, как в прототипе, сухому обеспыливанию и охлаждению. Согласно изобретению генераторный газ при этом после его выведения из установки для восстановительной плавки и перед его сухим обеспыливанием охлаждается посредством как впрыскивания воды через сопла, так и теплообмена. Поскольку охлаждение уже не производится введением охлаждающего газа, полученного из частичного количества восстановительного газа, при этом исключается дорогостоящий контур охлаждающего газа согласно прототипу. Охлаждение происходит уже перед сухим обеспыливанием, чтобы обеспечить охлаждение частиц пыли и удерживать на возможно низком уровне термическую нагрузку на устройство для сухого обеспыливания.
Комбинация впрыскивания воды через сопла и теплообмена позволяет обеспечить охлаждение генераторного газа с настройкой, благоприятной для последующего восстановления железа окисленности восстановительного газа, а также с регулированием постоянной температуры восстановительного газа. При этом формулировку «постоянная температура» следует рассматривать в связи с промышленными установками для восстановления железной руды и условиями их эксплуатации и поэтому она не учитывает незначительные отклонения от установленного желательного значения температуры.
Охлаждение единственно только впрыскиванием воды через сопла вследствие испарения воды и реакции водяного пара с монооксидом углерода приводило бы к восстановительному газу, который по сравнению с соответствующим изобретению технологическим режимом имел бы значительно более высокую окисленность, разве что при отказе от охлаждения путем теплообмена нужно было бы впрыскивать значительно большее количество воды для достижения определенной заданной температуры восстановительного газа, отчего тем самым сильно повысилась бы окисленность генераторного газа.
При этом окисленность определяется соотношением
(СО2+Н2О)/(СО+СО2+Н2+Н2О).
Вследствие инерционности теплообменной системы в отношении ее реагирования на колебания температуры охлаждаемого газового потока возникает такая проблема, что температура восстановительного газа тоже колебалась бы при сильном колебании температуры генераторного газа. Надежное охлаждение при максимальной температуре единственно путем теплообмена сделало бы необходимым проектирование нужной части установки на максимальные возникающие пиковые температуры и величины расхода потока генераторного газа. При этом опять же возникала бы проблема того, как при температурах генераторного газа ниже пиковых температур надежно избежать слишком сильного охлаждения генераторного газа.
Благодаря соответствующей изобретению комбинации впрыскивания воды через сопла и теплообмена для охлаждения генераторного газа эти недостатки обеих концепций охлаждения по отдельности устраняются. Медлительно срабатывающее охлаждение при теплообмене дополняется быстродействующим охлаждением при впрыскивании воды через сопла и негативное влияние впрыскивания воды через сопла на окисленность восстановительного газа уменьшается тем, что путем впрыскивания воды через сопла производится не все охлаждение в целом, но также часть отводимой при охлаждении теплоты выводится путем теплообмена.
Согласно предпочтительному варианту исполнения соответствующего изобретению способа теплообмен производится с помощью по меньшей мере одной жидкостной теплообменной среды. Жидкостная теплообменная среда используется, чтобы можно было надежно поддерживать температуру поверхности теплообменника ниже 450°С. Напротив, охлаждение посредством газа или пара имеет тот недостаток, что коэффициент теплопередачи был бы более низким и поэтому возникала бы более серьезная опасность повышения температур поверхности теплообменника. Предпочтительной является температура поверхности теплообменника ниже 450°С, чтобы избегнуть опасности коррозии с пылеобразованием металла в теплообменнике вследствие реакции с компонентами генераторного газа.
В отношении жидкостной теплообменной среды речь идет, например, о воде, которая по обстоятельствам находится под давлением и при необходимости является также специально подготовленной, например деминерализованная или соответственно обессоленная вода, или о масляном теплоносителе, например, полученном из синтетических масел или органических масел.
В сталеплавильных и нефтехимических установках и в ORC-установках (тепловых турбинах Рэнкина) для отведения теплоты, например, при регенерации отработанного тепла используется, например, имеющийся в продаже на рынке масляный теплоноситель THERMINOL® 66.
Большим преимуществом масляного теплоносителя перед водой является значительно более высокая температура кипения, которая может составлять температуры выше 300°С. Кроме того, применение масляного теплоносителя является более простым в плане оборудования, так как оно в основном используется при атмосферном давлении, и поэтому установки в отличие от водоподводящих установок не нужно рассчитывать на повышенное давление. А именно вода часто используется при повышенном давлении, вследствие чего установки должны рассчитываться на более высокую прочность. Но, разумеется, согласно изобретению масляный теплоноситель может быть применен и при повышенном давлении.
Недостатком сравнительно с водой является необходимость в передаче воспринятой масляным теплоносителем теплоты среде другого продукта в случае, если теплота должна быть использована. Кроме того, масляный теплоноситель в общем имеет меньшую теплоемкость по сравнению с водой и не может быть использована теплота испарения при работе с насыщенным паром.
Впрыскивание воды через сопла может быть проведено до, во время или после теплообмена. Преимущественно впрыскивание воды через сопла выполняется до и/или во время теплообмена. Этим путем может быть более простым образом выполнен достаточный участок испарения впрыснутой воды перед сухим обеспыливанием и достигнуто выравнивание температур потока генераторного газа.
Особенно в случае размещения впрыскивания воды через сопла до и/или во время теплообмена является предпочтительным,
чтобы входная температура жидкостной теплообменной среды находилась в пределах температурного диапазона,
в котором минимальная температура составляет 70°С, предпочтительно 100°С,
и
чтобы максимальная температура которого была ниже, чем самая низкая температура, при которой возникает коррозия с пылеобразованием металла в результате реакции с генераторным газом на материале устройства для теплообмена, предпочтительно ниже 450°С, в особенности предпочтительно 150°С. Предпочтительно, чтобы входная температура находилась в пределах температурного диапазона от 100°С до 150°С.
Это обусловлено тем, что при впрыскивании воды через сопла до и/или во время теплообмена повышается содержание водяного пара в генераторном газе и поэтому поверхности устройства для теплообмена должны иметь температуру, которая надежно исключает конденсацию водяного пара. Такая конденсация приводила бы к опасности возникновения нежелательных наслоений из увлеченной генераторным газом пыли. При минимальной температуре 70°С, предпочтительно 100°С, опасность конденсации в значительной мере устраняется.
Максимальная температура должна быть ниже, чем самая низкая температура, при которой возникает коррозия с пылеобразованием металла в результате реакции с генераторным газом на материале устройства для теплообмена предпочтительно ниже 450°С, чтобы избежать опасности коррозии с пылеобразованием металла, которая при общеупотребительных материалах в устройствах для теплообмена типично происходит в области приблизительно 450°С-900°С вследствие слишком высоких температур поверхности в устройстве для теплообмена.
Впрыскивание воды через сопла предпочтительно регулируется согласно температуре генераторного газа после теплообмена. Впрыскивание воды через сопла предпочтительно регулируется соответственно температуре восстановительного газа, выходящего из секции сухого обеспыливания. Этим путем можно своевременно реагировать на изменения температуры восстановительного газа.
В любом случае температура, которая привлекается для регулирования впрыскивания воды через сопла, должна представлять собой температуру генераторного газа, соответственно восстановительного газа, после выполненного впрыскивания воды через сопла.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения это регулирование выполняется с привлечением информации о достижимой охлаждающей способности дополнительно к охлаждающей способности путем впрыскивания воды через сопла.
Если же, например, прогнозируется, что охлаждение, достигаемое при уровне А регулирования впрыскивания воды через сопла, ведет к температуре подвергаемого теплообмену генераторного газа, которая не может быть снижена путем теплообмена до заданной температуры восстановительного газа, то регулирование впрыскивания воды через сопла переводится на уровень В регулирования, который обеспечивает возможность установления заданной температуры при охлаждающей способности теплообмена.
Согласно одному варианту исполнения соответствующего изобретению способа, регулируется количество теплоты, отводимое при теплообмене из генераторного газа в единицу времени, то есть охлаждающая способность, в результате чего изменяется температура теплообменной среды и/или количество теплообменной среды, подводимое в единицу времени. Это регулирование может быть произведено также соответственно температуре восстановительного газа, выводимого из секции сухого обеспыливания. Также можно использовать для регулирования температуру генераторного газа после теплообменника перед сухим обеспыливанием. В любом случае температура, которая привлекается для регулирования, должна представлять собой температуру генераторного газа, соответственно восстановительного газа, после выполненного теплообмена.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения посредством теплообмена из генераторного газа отводится определенное базовое количество тепловой энергии и дополнительно отводимые количества тепловой энергии извлекаются при впрыскивании воды через сопла. Вследствие колебаний температуры генераторного газа эти дополнительные количества теплоты с течением времени варьируют. Впрыскивание воды через сопла позволяет проще и быстрее согласовать охлаждающую способность с колебаниями температуры генераторного газа, чем регулирование охлаждающей способности путем теплообмена.
По сравнению с контуром охлаждающего газа согласно прототипу дополнительное преимущество настоящего изобретения состоит в том, что впрыскивание воды через сопла содействует протеканию реакции газификации увлеченной генераторным газом угольной пыли с распыленной водой с образованием восстанавливающих соединений, таких как СО и Н2, согласно гетерогенной реакции
С+Н2О→СО+Н2.
Соответственно этому тогда подвергаемая преобразованию угольная пыль не должна осаждаться из генераторного газа при сухом обеспыливании, что снижает нагрузку на устройство для сухого обеспыливания и содействует усилению восстановительной способности восстановительного газа.
Дополнительным предметом настоящего изобретения является устройство для исполнения соответствующего изобретению способа с восстановительным реактором для восстановления железной руды с помощью восстановительного газа, плавильным газификатором для получения генераторного газа путем газификации носителей углерода в присутствии кислорода и предварительно восстановленных носителей железа, причем плавильный газификатор и восстановительный реактор соединены газопроводом, в котором имеется устройство для сухого обеспыливания, отличающееся тем, что
в газопроводе между плавильным газификатором и устройством для сухого обеспыливания имеется как устройство для впрыскивания воды через сопла, так и устройство для теплообмена.
Восстановительный реактор для восстановления железной руды может представлять собой, например, реактор с неподвижным слоем или реактор с псевдоожиженным слоем. Также могут присутствовать несколько таких восстановительных реакторов в последовательном или параллельном подсоединении. В восстановительном реакторе железная руда, по меньшей мере частично, восстанавливается действием восстановительного газа.
В плавильном газификаторе, который, например, известен из процессов COREX® или FINEX®, образуется генераторный газ. Плавильный газификатор и восстановительный реактор соединены газопроводом. В этом газопроводе находится устройство для сухого обеспыливания, например циклон или керамический фильтр для горячего газа, с помощью которых обеспыливается генераторный газ, подаваемый из плавильного газификатора в газопровод.
Между плавильным газификатором и устройством для сухого обеспыливания в газопроводе имеются как устройство для впрыскивания воды через сопла, так и устройство для теплообмена.
Подводимый из плавильного газификатора в газопровод генераторный газ протекает по направлению к восстановительному реактору. При этом он протекает как через устройство для впрыскивания воды через сопла и устройство для теплообмена, с помощью которых он охлаждается, так и через устройство для сухого обеспыливания, с помощью которого уменьшается содержание в нем пыли. Выходящий из устройства для сухого обеспыливания газ, который охлажден до температуры, благоприятной для проведения восстановления в восстановительном реакторе, и обеспылен, в рамках этой заявки называется восстановительным газом. Восстановительный газ пропускается по газопроводу в восстановительный реактор.
Устройство для впрыскивания воды через сопла, например, может состоять из водяных форсунок числом от одной до трех на каждый трубопровод для генераторного газа. Водяные форсунки предпочтительно представляют собой двухкомпонентные форсунки, которые распыляют воду с помощью азота или пара или технологического газа в качестве распыляющего газа. Благодаря этому поддерживается малый размер капелек, чем обеспечивается короткий участок испарения для испарения распыленной воды в потоке генераторного газа, и достаточный смесительный канал для смешения распыленной воды с потоком генераторного газа. Испарение внутри короткого участка и смешение способствуют надлежащему использованию охлаждающего действия распыленной воды.
Под устройством для теплообмена следует понимать один или более косвенных теплообменников на каждый трубопровод для генераторного газа. Типичная установка для процесса COREX® - или FINEX® - имеет 4 трубопровода для генераторного газа.
Теплообменники могут работать как подогреватели воды или как испарители воды. Эксплуатация в качестве пароперегревателя, как правило, была бы неблагоприятной, так как в этом случае ухудшенная теплопередача от теплообменника на пар как теплообменную среду делала бы возможной коррозию с пылеобразованием металла вследствие имеющих место более высоких температур поверхности теплообменника. Когда материал теплообменника устойчив к коррозии с пылеобразованием металла в условиях эксплуатации в качестве пароперегревателя, то тогда может проводиться работа в качестве пароперегревателя или газо-газового теплообменника.
Устройство для теплообмена предпочтительно имеет многочисленные теплообменники, подсоединенные параллельно или последовательно в отношении трубопроводов, подводящих и отводящих теплообменную среду. Этим достигается преимущество при изготовлении и монтаже и ведет к тому, что эффекты теплового расширения в собранном состоянии создают меньше проблем, при этом преимущества особо проявляются, когда вместо одного крупного теплообменника с определенной площадью поверхности для теплообмена используют многочисленные более мелкие теплообменники, площади поверхности которых для теплообмена в сумме соответствуют площади поверхности большого теплообменника.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения устройство для теплообмена выполнено в виде теплообменника с охлаждающей рубашкой. При этом он предпочтительно имеет гладкую поверхность на внутренней стороне и не содержит никаких встроенных деталей на внутренней поверхности. Это направлено на то, чтобы в принципе избежать таких проблем, как наслоения и абразивный износ под действием пыли.
Теплообменник с охлаждающей рубашкой предпочтительно имеет охлаждающую рубашку со спиральным змеевиком для пропускания теплообменной среды. Это позволяет обеспечить особенно эффективное охлаждение.
Устройство для теплообмена может быть, например, размещено внутри трубопровода для пропускания генераторного газа. Но оно также может формировать свой собственный трубопровод.
Трубопроводы для пропускания генераторного газа, как правило, имеют обращенный к генераторному газу слой противоизносной облицовки для защиты от износа горячим генераторным газом и содержащейся в нем пылью, который с наружной стороны окружен слоем изоляционной облицовки для теплоизоляции. Когда устройство для теплообмена размещено внутри трубопровода для пропускания генераторного газа, то оно установлено вместо противоизносной облицовки. Предпочтительно оно установлено подвижно внутри изоляционной облицовки; например, между устройством для теплообмена и изоляционной облицовкой может быть оставлено свободное пространство, которое посредством уплотнения, например, из керамических уплотнительных шнуров с силиконовой оболочкой загерметизировано от проникновения газов.
Впускные и выпускные трубопроводы для теплообменной среды предпочтительно снабжены компенсаторами, чтобы избегнуть напряжений и разрушения материала в области входных и соответственно выходных патрубков впускных и выпускных трубопроводов в предназначенной для теплообмена части устройства для теплообмена вследствие теплового расширения.
Согласно различным вариантам осуществления изобретения устройство для теплообмена может работать как подогреватель для теплообменной среды и/или как испаритель теплообменной среды.
Согласно одному варианту исполнения устройство для теплообмена оснащено впускным трубопроводом для жидкостной теплообменной среды, предпочтительно воды или масляного теплоносителя.
Устройство для впрыскивания воды через сопла может быть размещено между плавильным газификатором и устройством для теплообмена, в устройстве для теплообмена или между устройством для теплообмена и устройством для сухого обеспыливания. Согласно одному предпочтительному варианту исполнения устройство для впрыскивания воды через сопла размещено между плавильным газификатором и, если смотреть по направлению течения генераторного газа, концом устройства для теплообмена.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения устройство для впрыскивания воды через сопла размещено в устройстве для теплообмена.
Особенно предпочтительно оно размещено между плавильным газификатором и, если смотреть по направлению течения генераторного газа, началом устройства для теплообмена.
Фактически выбранное место, на котором размещено устройство для впрыскивания воды через сопла, зависит, например, от того, где в данном устройстве для исполнения соответствующего изобретению способа может быть достигнуто оптимальное завихрение впрыскиваемой через сопла воды.
Пар, по обстоятельствам, образующийся в устройстве для теплообмена, может быть, например, использован в процессе COREX® или FINEX® для замещения пара от металлургического комбината для сопутствующего нагревания, или для подводящих пар каналов в форсунках кислородного дутья. Использование отведенной теплообменом от генераторного газа энергии позволяет обеспечить в целом экономичное исполнение способа восстановления железной руды и соответственно получения чугуна.
Краткое описание чертежей
Далее варианты осуществления настоящего изобретения представлены в качестве примеров с помощью схематических фигур.
Фигура 1 показывает устройство для восстановления железной руды с помощью полученного из плавильного газификатора восстановительного газа согласно прототипу.
Фигура 2 показывает аналогичное Фигуре 1 устройство согласно изобретению.
Фигура 3 показывает схематическое изображение разреза, проведенного через участок газопровода для пропускания генераторного газа, который оснащен теплообменником с охлаждающей рубашкой.
Описание вариантов осуществления изобретения
Фигура 1 показывает устройство для исполнения способа получения восстановительного газа для восстановительной плавки железной руды охлаждением и сухим обеспыливанием генераторного газа, полученного в плавильном газификаторе, для производства чугуна согласно прототипу соответственно способу COREX®.
В восстановительный реактор 1, в этом случае реактор с неподвижным слоем, вводится железная руда 2 и восстанавливается восстановительным газом. В плавильный газификатор 3 подаются носитель 4 углерода, полученный в восстановительном реакторе при восстановлении железной руды, предварительно восстановленный носитель 5 железа, и кислород 6. Чугун, полученный из предварительно восстановленного носителя 5 железа в плавильном газификаторе 3 в результате полного восстановления, расплавляется и может быть выпущен из плавильного газификатора 3. Генераторный газ, образовавшийся в плавильном газификаторе 3 в результате реакций газификации носителя 4 углерода с кислородом 6 в присутствии предварительно восстановленного носителя 5 железа, по газопроводу, который соединяет плавильный газификатор 3 с восстановительным реактором 1, выводится из плавильного газификатора 3. Газопроводный участок 7а газопровода проводит генераторный газ. Содержание пыли в генераторном газе снижается в устройстве 8 для сухого обеспыливания, здесь циклоне, находящемся в газопроводе. Осажденная в циклоне пыль возвращается обратно в плавильный газификатор 3. Частичное количество восстановительного газа, выведенного из устройства 8 для сухого обеспыливания, подвергается мокрому промыванию в скруббере 9 и при этом в значительной мере освобождается от остаточной пыли и охлаждается. Частичное количество выведенного из скруббера 9 газа после сжатия подается в генераторный газ перед его поступлением в устройство 8 для сухого обеспыливания. В результате этого температура поступающего в устройство 8 для сухого обеспыливания генераторного газа снижается, то есть генераторный газ охлаждается. Соответственно этому из устройства 8 для сухого обеспыливания выходит восстановительный газ согласно определению настоящей заявки. Соответственно этому в газопроводном участке 7а пропускается генераторный газ, а в газопроводном участке 7b восстановительный газ. Газопровод состоит из обоих газопроводных участков 7а и 7b. Выходящий из восстановительного реактора 1 колошниковый газ после промывания в скруббере 10 вместе с частичным количеством обработанного в скруббере 9 восстановительного газа в качестве экспортного газа 11 выводится для дальнейшего использования, например, в качестве носителя энергии на электростанции или в установке для получения окатышей.
Фигура 2 показывает сравнимое с Фигурой 1 устройство согласно изобретению. Сравнимые части устройства обозначены такими же кодовыми номерами позиций, как в Фигуре 1. В отличие от устройства согласно прототипу, представленного в Фигуре 1, контур охлаждающего газа со скруббером 9 и компрессор отсутствуют. Вместо этого для охлаждения генераторного газа между плавильным газификатором и устройством 8 для сухого обеспыливания, здесь циклоном, в газопроводе имеется как устройство 12 для впрыскивания воды через сопла, так и устройство 13 для теплообмена.
Устройство 13 для теплообмена оснащено впускным трубопроводом 14 для жидкостной теплообменной среды, в этом случае находящейся под давлением воды. Устройство 13 для теплообмена выполнено как теплообменник с охлаждающей рубашкой, причем теплообменник с охлаждающей рубашкой имеет спиральный змеевик для теплообменной среды, находящейся под давлением воды.
Устройство 12 для впрыскивания воды через сопла размещено между плавильным газификатором и устройством 13 для теплообмена. Впрыскивание воды через сопла регулируется соответственно температуре восстановительного газа, выходящего из сухого обеспыливания. Для этого вентиль 15 и температурный датчик 16 на газопроводном участке 7b соединены между собой через регулировочное устройство 17.
Фигура 3 показывает схематическое изображение разреза, проведенного через часть газопроводного участка 7а, который оснащен теплообменником 18 с охлаждающей рубашкой в качестве устройства 13 для теплообмена. Теплообменник 18 с охлаждающей рубашкой оснащен спиральным змеевиком для теплообменной среды, который обозначен пунктирными линиями внутри теплообменника 18 с охлаждающей рубашкой. Теплообменник 18 с охлаждающей рубашкой размещен внутри трубопровода 19 для пропускания генераторного газа в газопроводном участке 7а. Трубопровод 19 для пропускания генераторного газа в участках без теплообменника с охлаждающей рубашкой имеет обращенный к генераторному газу 20, который обозначен волнистой стрелкой в направлении течения, слой противоизносной облицовки 21 для защиты от износа горячим генераторным газом и содержащейся в нем пылью, который с наружной стороны окружен слоем изоляционной облицовки 22 для теплоизоляции. Там где внутри трубопровода 19 для пропускания генераторного газа размещен теплообменник 18 с охлаждающей рубашкой, он установлен вместо противоизносной облицовки 21. Промежуток 23 между теплообменником 18 с охлаждающей рубашкой и изоляционной облицовкой 22 оставлен свободным, благодаря чему теплообменник 18 с охлаждающей рубашкой установлен подвижно внутри изоляционной облицовки 22. Из соображений наглядности на изображении было опущено имеющееся уплотнение промежутка 23 против проникновения газов.
Впускной трубопровод 24 и выпускной трубопровод 25 для теплообменной среды, в этом случае воды, представленной пунктирными стрелками, оснащены непоказанными компенсаторами во избежание напряжений и разрушения материала в области входных и соответственно выходных патрубков впускных и выпускных трубопроводов в предназначенной для теплообмена части теплообменника 18 с охлаждающей рубашкой вследствие теплового расширения.
Список условных обозначений
1 Восстановительный реактор
2 Железная руда
3 Плавильный газификатор
4 Носитель углерода
5 Носитель железа
6 Кислород
7а Газопроводный участок
7b Газопроводный участок
8 Устройство для сухого обеспыливания
9 Скруббер
10 Скруббер
11 Экспортный газ
12 Устройство для впрыскивания воды через сопла
13 Устройство для теплообмена
14 Жидкостная теплообменная среда
15 Вентиль
16 Температурный датчик
17 Регулировочное устройство
18 Теплообменник с охлаждающей рубашкой
19 Трубопровод для пропускания генераторного газа
20 Генераторный газ
21 Противоизносная облицовка
22 Изоляционная облицовка
23 Промежуток
24 Впускной трубопровод
25 Выпускной трубопровод
Список цитированной литературы
Патентная литература
WO9801587

Claims (13)

1. Способ получения восстановительного газа для восстановления железной руды путем охлаждения и сухого обеспыливания генераторного газа (20), полученного в плавильном газификаторе (3) для производства чугуна, отличающийся тем, что генераторный газ (20) после его выведения из плавильного газификатора (3) и перед его сухим обеспыливанием охлаждают путем впрыскивания воды через сопла и посредством теплообмена, причем теплообмен производят по меньшей мере с одной жидкостной теплообменной средой (14).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкостная теплообменная среда (14) представляет собой воду.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкостная теплообменная среда (14) представляет собой масляный теплоноситель.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что впрыскивание воды через сопла проводят до и/или во время теплообмена.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что входная температура жидкостной теплообменной среды (14) находится в пределах температурного диапазона, минимальная температура которого составляет 70°C, предпочтительно 100°C, и максимальная температура которого является более низкой, чем самая низкая температура, при которой происходит коррозия с пылеобразованием металла в результате реакции с генераторным газом (20) на материале устройства (13) для теплообмена, предпочтительно ниже 450°C, в особенности предпочтительно 150°C.
6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что впрыскивание воды через сопла регулируют согласно температуре генераторного газа (20) после теплообмена.
7. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что впрыскивание воды через сопла регулируют согласно температуре восстановительного газа, выводимого из сухого обеспыливания.
8. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что регулируют количество теплоты, отводимое при теплообмене из генераторного газа (20) в единицу времени, в результате чего изменяется температура теплообменной среды и/или количество теплообменной среды, подводимое в единицу времени.
9. Устройство для получения восстановительного газа способом по одному из пп.1-6, содержащее восстановительный реактор (1) для восстановления железной руды (2) с помощью восстановительного газа, плавильный газификатор (3) для получения генераторного газа (20) путем газификации носителей (4) углерода в присутствии кислорода и предварительно восстановленных носителей (5) железа, причем плавильный газификатор (3) и восстановительный реактор (1) соединены газопроводом, в котором установлено устройство (8) для сухого обеспыливания, характеризующееся тем, что в газопроводе между плавильным газификатором (3) и устройством (8) для сухого обеспыливания установлено устройство (12) для впрыскивания воды через сопла и устройство (13) для теплообмена.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что устройство (13) для теплообмена оснащено впускным трубопроводом (24) для жидкостной теплообменной среды (14), предпочтительно воды или масляного теплоносителя.
11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что устройство (12) для впрыскивания воды через сопла размещено между плавильным газификатором (3) и, если смотреть по направлению течения генераторного газа, концом устройства (13) для теплообмена, предпочтительно в устройстве (13) для теплообмена.
12. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что устройство (13) для теплообмена выполнено как теплообменник (18) с охлаждающей рубашкой.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что теплообменник (18) с охлаждающей рубашкой имеет охлаждающую рубашку со спиральным змеевиком для теплообменной среды.
RU2012131427/02A 2009-12-23 2010-11-17 Способ и устройство для получения восстановительного газа из генераторного газа RU2544324C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0203509A AT509073B1 (de) 2009-12-23 2009-12-23 Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung von reduktionsgas aus generatorgas
ATA2035/2009 2009-12-23
PCT/EP2010/067616 WO2011076489A1 (de) 2009-12-23 2010-11-17 Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung von reduktionsgas aus generatorgas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012131427A RU2012131427A (ru) 2014-01-27
RU2544324C2 true RU2544324C2 (ru) 2015-03-20

Family

ID=43844614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012131427/02A RU2544324C2 (ru) 2009-12-23 2010-11-17 Способ и устройство для получения восстановительного газа из генераторного газа

Country Status (13)

Country Link
US (1) US20120326363A1 (ru)
EP (1) EP2516684A1 (ru)
JP (1) JP5868870B2 (ru)
KR (1) KR20120106986A (ru)
CN (1) CN102656284B (ru)
AT (1) AT509073B1 (ru)
AU (1) AU2010335453B2 (ru)
BR (1) BR112012017729A2 (ru)
CA (1) CA2785236A1 (ru)
IN (1) IN2012DN05133A (ru)
RU (1) RU2544324C2 (ru)
UA (1) UA108218C2 (ru)
WO (1) WO2011076489A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE543341C2 (en) 2019-04-01 2020-12-08 Greeniron H2 Ab Method and device for producing direct reduced metal
CN116907234B (zh) * 2023-09-11 2023-12-05 北京博鹏中科环保科技有限公司 除尘方式切换系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5630862A (en) * 1992-10-06 1997-05-20 Bechtel Group, Inc. Method of providing fuel for an iron making process
RU2192477C2 (ru) * 1996-07-10 2002-11-10 Фоест-Альпине Индустрианлагенбау ГмбХ Способ получения горячего восстановительного газа для восстановления кусковой руды металла и установка для его осуществления

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4248626A (en) * 1979-07-16 1981-02-03 Midrex Corporation Method for producing molten iron from iron oxide with coal and oxygen
US4286775A (en) * 1979-07-16 1981-09-01 Midrex Corporation Apparatus for producing molten iron from iron oxide with coal and oxygen
SE424198B (sv) * 1980-10-15 1982-07-05 Stora Kopparbergs Bergslags Ab Sett for framstellning av rajern och energirik gas
JPS5858206A (ja) * 1981-09-30 1983-04-06 Sumitomo Metal Ind Ltd 銑鉄の製造法における還元ガス温度の制御方法
AT381954B (de) * 1984-08-16 1986-12-29 Voest Alpine Ag Verfahren zur direktreduktion von eisenoxidhaeltigen materialien
US4655436A (en) * 1985-12-10 1987-04-07 Williams Thomas W Method and apparatus for recovering and reusing energy from a melting furnace
US5407179A (en) * 1992-05-26 1995-04-18 Fior De Venezuela Fluidized bed direct steelmaking plant
AT406381B (de) * 1996-03-05 2000-04-25 Voest Alpine Ind Anlagen Anlage und verfahren zur herstellung von metallschwamm
US6171366B1 (en) * 1996-04-23 2001-01-09 Lab, S.A. Control systems for operating gas cleaning devices
PL187298B1 (pl) * 1996-07-25 2004-06-30 Ebara Corp Sposób i urządzenie do oczyszczania gazów techniką napromieniania wiązką elektronową
DE19733455B4 (de) * 1997-08-02 2012-03-29 Curamik Electronics Gmbh Wärmetauscheranordnung sowie Kühlsystem mit wenigstens einer derartigen Wärmetauscheranordnung
JP4047495B2 (ja) * 1999-07-21 2008-02-13 新日本製鐵株式会社 回転炉床法の排ガス処理設備の操業方法
JP2001089805A (ja) * 1999-09-17 2001-04-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 還元鉄の製造装置
JP3892681B2 (ja) * 2000-05-19 2007-03-14 株式会社神戸製鋼所 高温排ガスの処理方法
JP4328256B2 (ja) * 2004-04-08 2009-09-09 新日本製鐵株式会社 回転炉床式還元炉の排ガス処理装置および排ガス処理方法
DE102006048600B4 (de) * 2006-10-13 2012-03-29 Siemens Vai Metals Technologies Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von geschmolzenem Material
AT506837B1 (de) * 2008-06-06 2010-03-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und vorrichtung zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5630862A (en) * 1992-10-06 1997-05-20 Bechtel Group, Inc. Method of providing fuel for an iron making process
RU2192477C2 (ru) * 1996-07-10 2002-11-10 Фоест-Альпине Индустрианлагенбау ГмбХ Способ получения горячего восстановительного газа для восстановления кусковой руды металла и установка для его осуществления

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КУРУНОВ И.Ф. и др. Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа., М.: Черметинформация, 2002, сс.117-120 *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2010335453A1 (en) 2012-07-19
AU2010335453B2 (en) 2014-05-22
JP2013515850A (ja) 2013-05-09
UA108218C2 (uk) 2015-04-10
AT509073A4 (de) 2011-06-15
BR112012017729A2 (pt) 2016-09-13
CN102656284A (zh) 2012-09-05
KR20120106986A (ko) 2012-09-27
IN2012DN05133A (ru) 2015-10-23
JP5868870B2 (ja) 2016-02-24
US20120326363A1 (en) 2012-12-27
EP2516684A1 (de) 2012-10-31
AT509073B1 (de) 2011-06-15
RU2012131427A (ru) 2014-01-27
CN102656284B (zh) 2014-11-26
CA2785236A1 (en) 2011-06-30
WO2011076489A1 (de) 2011-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2798293B1 (en) Method of producing molten iron in a blast furnace with top-gas recycle
CN101168687B (zh) 用于以携带流气化冷却热气和流渣的方法和装置
CN103826737B (zh) 多级循环流化床合成气冷却
KR101424166B1 (ko) 용융 금속의 제조 방법 및 장치
JPS59229005A (ja) 石炭ガス化複合発電プラント
WO2009037587A2 (en) Method and apparatus for the direct reduction of iron ores utilizing gas from a melter-gasifier
US20100162852A1 (en) Method and apparatus for the direct reduction of iron ores utilizing syngas
US9605326B2 (en) Method and system for operating a blast furnace with top-gas recycle and a fired tubular heater
US20160122669A1 (en) System and method for gasification
CN105154140B (zh) 一种耦合高温变换的多段气流床煤气化的方法及设备
RU2544324C2 (ru) Способ и устройство для получения восстановительного газа из генераторного газа
JP2021130827A (ja) 合成ガスを処理するための方法及びシステム
CN101570699A (zh) 固体燃料的气化装置及生产合成气体的方法
JP5841520B2 (ja) 製鉄プラントにおける熱回収システム
US20100024599A1 (en) Method and device for producing molten material
AU2011301418C1 (en) Method for generating synthesis gas
KR20030018156A (ko) 고로 용융 슬래그 현열을 이용한 스팀발생 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20160803

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171118