RU2782579C1 - Method for direct reduction in a fluidised bed - Google Patents

Method for direct reduction in a fluidised bed Download PDF

Info

Publication number
RU2782579C1
RU2782579C1 RU2021126934A RU2021126934A RU2782579C1 RU 2782579 C1 RU2782579 C1 RU 2782579C1 RU 2021126934 A RU2021126934 A RU 2021126934A RU 2021126934 A RU2021126934 A RU 2021126934A RU 2782579 C1 RU2782579 C1 RU 2782579C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluidized bed
reducing gas
particles
paragraphs
iron oxide
Prior art date
Application number
RU2021126934A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Норберт РАЙН
Йоханн ВУРМ
Бернхард ХИБЛЬ
Ханспетер ОФНЕР
Роланд АЙСЛЬ
Original Assignee
Прайметалз Текнолоджиз Аустриа 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 Прайметалз Текнолоджиз Аустриа ГмбХ filed Critical Прайметалз Текнолоджиз Аустриа ГмбХ
Application granted granted Critical
Publication of RU2782579C1 publication Critical patent/RU2782579C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: group of inventions relates to direct reduction of iron oxide-containing particles into a reduction product in a fluidised bed wherein a reducing gas containing 30 to 100% mol. hydrogen H2 passes through said layer in counter-flow. According to the method, direct reduction of iron oxide-containing particles (2) into a reduction product (9) is performed in a fluidised bed (4) wherein a reducing gas (8) containing 30 to 100 mol.% hydrogen H2 passes through said layer in counter-flow. At least 90 wt.% of the iron oxide-containing particles (2) supplied to the fluidised bed (4) have a fineness less than or equal to 200 mcm. The fictitious speed U of the reducing gas (9) passing through the fluidised bed (4) is set between 0.05 m/s and 1 m/s so that for a fineness d equal to d30 of the iron oxide-containing particles (2) supplied to the fluidised bed (4), the speed exceeds the theoretical speed of transition to the suspended state Ut and is less than or equal to Umax.
EFFECT: possibility of reducing iron-containing particles without prior agglomeration, and lowering the building and operating costs of the set for the implementation of the method.
14 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к способу прямого восстановления содержащих оксидное железо частиц в продукт восстановления в псевдоожиженном слое, через который противотоком проходит содержащий 30-100 мол.% водорода H2 восстановительный газ.The present invention relates to a process for the direct reduction of iron oxide-containing particles into a fluidized bed reduction product through which a reducing gas containing 30-100 mol % hydrogen H 2 flows in countercurrent.

Уровень техникиState of the art

Известны различные способы прямого восстановления содержащих оксидное железо частиц, например железной руды, в кипящем слое, также называемом псевдоожиженным слоем, через который проходит восстановительный газ. В коммерческих целях до настоящего времени применяли, например, FIOR, FINMET, FINEX, CIRCORED.Various methods are known for the direct reduction of iron oxide-containing particles, such as iron ore, in a fluidized bed, also called a fluidized bed, through which a reducing gas passes. For commercial purposes, for example, FIOR, FINMET, FINEX, CIRCORED have been used so far.

В рамках данной заявки термин «железная руда» относится как к руде, которую после добычи в руднике сразу подают на восстановление, так и к руде, которую подают на восстановление только после стадий подготовки или других видов предварительной обработки, осуществляемых после добычи. В любом случае в них содержится окисленное железо.For the purposes of this application, the term "iron ore" refers to both ore that is immediately submitted for recovery after mining in a mine, and ore that is only submitted for recovery after preparation steps or other post-mining pre-treatments. In any case, they contain oxidized iron.

В способах с кипящим слоем, применяемых для восстановления железной руды, восстановительный газ проходит через частицы твердого вещества, то есть через содержащие оксидное железо частицы, например, через железную руду в виде сыпучего материала - против направления действия силы тяжести. Благодаря этому частицы твердого вещества переходят в псевдоожиженное состояние, т.е. во взвешенное состояние, и практически приобретают свойство текучести жидкости, что называют также псевдоожижением. Псевдоожижение также используют для транспортировки твердых веществ, например, в случае воздухоподающих каналов с движением твердого вещества и газа противотоком.In fluidized bed processes used to reduce iron ore, the reducing gas passes through solid particles, ie iron oxide-containing particles, for example iron ore in the form of bulk material, against the direction of gravity. Due to this, the particles of the solid matter pass into a fluidized state, i.e. into suspension, and practically acquire the property of liquid fluidity, which is also called fluidization. Fluidization is also used for the transport of solids, for example in the case of air ducts with countercurrent movement of solids and gases.

Состояние кипящего слоя в зависимости от степени псевдоожижения можно подразделить на различные стадии, например, на минимальное/устойчивое/пузырьковое/турбулентное. Исходным является состояние неподвижного или стационарного слоя, в котором восстановительный газ проходит через сыпучий материал, не вызывая псевдоожижения. С увеличением скорости газа начинается псевдоожижение в состоянии минимального псевдоожижения и затем при дальнейшем увеличении скорости газа происходит переход в состояние устойчивого псевдоожижения. Псевдоожижение на стадии, предшествующей кипящему слою, зависит от скорости, плотности и вязкости газа, а также от массы и плотности частиц, формы, объема частиц и гранулометрического состава используемых твердых частиц. Термин «псевдоожиженный слой» является тождественным термину «кипящий слой», и оба термина применяют в данной заявке равнозначно. В точке псевдоожижения происходит переход от неподвижного слоя к псевдоожиженному слою.The state of the fluidized bed, depending on the degree of fluidization, can be divided into various stages, for example, minimal/stable/bubbly/turbulent. The initial state is a fixed or stationary bed, in which the reducing gas passes through the bulk material without causing fluidization. As the gas velocity increases, fluidization begins in the minimum fluidization state, and then, with a further increase in gas velocity, a transition occurs to a stable fluidization state. Fluidization in the pre-fluidized bed stage depends on the velocity, density and viscosity of the gas, as well as on the mass and density of the particles, the shape, volume of the particles and the particle size distribution of the solids used. The term "fluidized bed" is identical to the term "fluidized bed", and both terms are used in this application interchangeably. At the point of fluidization, there is a transition from a fixed bed to a fluidized bed.

В принципе, в кипящем слое вследствие наличия больших поверхностей взаимодействия между твердым веществом и газом достигаются сравнительно большие коэффициенты массо- и теплообмена. Соответственно, при реакции восстановления достигаются высокие значения удельной степени конверсии.In principle, relatively large mass and heat transfer coefficients are achieved in a fluidized bed due to the presence of large interaction surfaces between the solid and the gas. Accordingly, high specific conversions are achieved in the reduction reaction.

Технически и экономически достигаемая степень металлизации продуктов восстановления зависит от многих факторов.The technically and economically achievable degree of metallization of the reduction products depends on many factors.

Для восстановления оксида железа до металлического железа необходимо получить по меньшей мере стехиометрически необходимое для реакции восстановления количество восстановительного газа. Фактически пропускаемый через твердое вещество объем восстановительного газа определяется термодинамическим равновесием между различными степенями окисления руды и восстановительным газом. На это равновесие может влиять температура.In order to reduce iron oxide to metallic iron, it is necessary to obtain at least the stoichiometric amount of reducing gas required for the reduction reaction. The volume of reducing gas actually passed through the solid is determined by the thermodynamic equilibrium between the various oxidation states of the ore and the reducing gas. This balance can be affected by temperature.

В режиме эксплуатации при повышенном давлении массовый поток восстановительного газа может быть увеличен, однако при этом недостатками являются более высокие требования к конструкции и к технике безопасности агрегата восстановления.In the mode of operation at elevated pressure, the mass flow of the reducing gas can be increased, however, the disadvantages are higher design and safety requirements for the reduction unit.

При высоких температурах также проявляется недостаток, выражающийся в склонности частиц твердого вещества к агломерации, называемой также слипанием, что неблагоприятно влияет на режим кипящего слоя, например, прекращая псевдоожижение.At high temperatures, there is also a disadvantage that the solid particles tend to agglomerate, also called agglomeration, which adversely affects the fluidized bed behavior, for example, stopping fluidization.

В режиме эксплуатации с повышенной скоростью газа массовый поток восстановительного газа может быть увеличен.In the mode of operation with increased gas velocity, the mass flow of the reducing gas can be increased.

В рамках данной заявки термин «скорость газа» означает фиктивную скорость в пересчете на полное сечение.For the purposes of this application, the term "gas velocity" means the fictitious velocity in terms of the total cross section.

В случае некоторых сыпучих материалов, состоящих из частиц твердого вещества, максимальная практически приемлемая скорость газа - и тем самым максимальное приходящееся на единицу площади за единицу времени количество газа, пропускаемое через кипящий слой - следует из такой скорости газа, при которой из кипящего слоя во время технологического процесса уносится пренебрежимо малая доля частиц твердого вещества.In the case of some bulk materials consisting of particles of solid matter, the maximum practically acceptable gas velocity - and thus the maximum amount of gas per unit area per unit time, passed through the fluidized bed - follows from such a gas velocity at which the fluidized bed during technological process carries away a negligible fraction of solid particles.

Состояние, когда скорость газа соответствует скорости осаждения частиц твердого вещества, называется точкой уноса. Скорость восстановительного газа в точке уноса равняется скорости осаждения частиц твердого вещества и принимается за скорость перевода во взвешенное состояние. При дальнейшем повышении скорости газа частицы твердого вещества увлекаются газом и уносятся из кипящего слоя против направления действия силы тяжести. Унесенные из кипящего слоя частицы твердого вещества больше не вступают во взаимодействие в кипящем слое, вследствие чего эффективность основанного на кипящем слое способа восстановления снижается.The state where the gas velocity matches the sedimentation velocity of the solid particles is called the blow-off point. The rate of the reducing gas at the point of entrainment is equal to the rate of settling of the solid particles and is taken as the rate of suspension. With a further increase in the gas velocity, solid particles are entrained by the gas and are carried away from the fluidized bed against the direction of gravity. The solid particles carried away from the fluidized bed no longer react in the fluidized bed, whereby the efficiency of the reduction method based on the fluidized bed is reduced.

Чем меньше крупность частиц твердого вещества, тем меньше скорость перевода во взвешенное состояние. Из малой скорости газа следует необходимость большой площади реактора для обеспечения заданной производительности в случае малой крупности частиц. Однако увеличение площади реактора имеет недостатки, такие как высокие затраты на изготовление, высокие производственные расходы, более высокая подверженность сбоям в работе. Применению больших площадей реакторов в случае применяемых в настоящее время технологий, например, в связи с затратными мероприятиями по технике безопасности и эксплуатации, противодействует, например, значительное повышение давления, режим с турбулентным кипящим слоем, включая рециркуляцию уносимого твердого вещества.The smaller the particle size of the solid, the lower the rate of transfer to a suspended state. From the low gas velocity follows the need for a large area of the reactor to ensure a given performance in the case of small particle size. However, increasing the area of the reactor has disadvantages such as high manufacturing costs, high production costs, higher susceptibility to malfunctions. The use of large reactor areas in current technologies, for example due to costly safety and operational measures, is counteracted by, for example, a significant increase in pressure, a turbulent fluidized bed regime, including recirculation of entrained solids.

Поэтому при переработке содержащих оксидное железо частиц с большой долей частиц малой крупности проявляются проблемы мало изменяемой скорости газа, связанные тем самым с потребностью в реакторах больших площадей.Therefore, when processing particles containing iron oxide with a large proportion of particles of small size, problems of a slightly variable gas velocity appear, thereby associated with the need for reactors of large areas.

В качестве меры по повышению скорости уноса малые частицы твердого вещества часто агломерируют до их подачи на восстановление в кипящем слое.As a measure to increase the entrainment rate, the small solid particles are often agglomerated prior to being fed to the fluidized bed reduction.

Краткое описание изобретенияBrief description of the invention

Техническая задачаTechnical task

Задача настоящего изобретения состоит в разработке способа и устройства, которые при сравнительно мягких в отношении техники безопасности требованиях и малых строительных и производственных затратах позволяют использовать содержащие оксидное железо частицы, из которых по меньшей мере 90 массовых % имеют крупность, меньшую или равную 200 микрометрам, для прямого восстановления в псевдоожиженном слое без предшествующей стадии агломерации.The object of the present invention is to provide a method and apparatus which, with relatively mild safety requirements and low building and manufacturing costs, allows the use of iron oxide containing particles, of which at least 90 mass% have a particle size of less than or equal to 200 micrometers, for direct reduction in a fluidized bed without a previous agglomeration step.

Техническое решениеTechnical solution

Эта задача решается способом прямого восстановления содержащих оксидное железо частиц в продукт восстановления в псевдоожиженном слое, через который противотоком проходит содержащий 30-100 мол.% водорода H2 восстановительный газ, отличающимся тем, что подаваемые в псевдоожиженный слой содержащие оксидное железо частицы на по меньшей мере 90 массовых % имеют крупность, меньшую или равную 200 микрометрам, а фиктивную скорость U проходящего через псевдоожиженный слой восстановительного газа устанавливают между 0,05 м/с и 1 м/с так, чтобы она для крупности d, равной d30 подаваемых в псевдоожиженный слой содержащих оксидное железо частиц, превышает теоретическую скорость перевода во взвешенное состояние Ut и меньше или равна Umax.This problem is solved by a method for the direct reduction of particles containing iron oxide into a reduction product in a fluidized bed, through which a reducing gas containing 30-100 mol.% hydrogen H 2 passes countercurrently, characterized in that the particles containing iron oxide fed into the fluidized bed are at least 90 mass % have a particle size less than or equal to 200 micrometers, and the fictitious velocity U of the reducing gas passing through the fluidized bed is set between 0.05 m/s and 1 m/s so that for a particle size d equal to d 30 supplied to the fluidized bed containing oxide iron particles, exceeds the theoretical rate of translation into a suspended state U t and less than or equal to U max .

Значение d30 в отношении крупности частиц, называемой в этой заявке также размером подаваемых содержащих оксидное железо частиц, указывает на то, что 30 массовых % содержащих оксидное железо частиц имеют крупность, меньшую или равную d30, а 70 массовых % частиц – большую крупность.The value of d 30 in relation to particle size, also referred to in this application as the size of the supplied iron oxide particles, indicates that 30 wt.

Теоретически предсказываемое значение Ut для крупности d получается из формулы:The theoretically predicted value of U t for size d is obtained from the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

а Umax получается по эмпирически найденной зависимости между крупностью частиц и скоростью перевода во взвешенное состояние частиц крупностью d, равной d30:and U max is obtained from the empirically found relationship between the particle size and the rate of transfer to a suspended state of particles with a particle size d equal to d 30 :

Umax = (40000*d)2,78,U max \u003d (40000 * d) 2.78 ,

гдеwhere

Ut – теоретическая скорость перевода во взвешенное состояние, м/с;U t is the theoretical speed of transfer to a suspended state, m/s;

Umax – максимальная фиктивная скорость для d=d30, м/с;U max - maximum fictitious speed for d=d 30 , m/s;

ρp – плотность частиц, кг/м3; ρp is the particle density, kg/m3;

ρg – плотность восстановительного газа, кг/м3, в рабочем режиме;ρg is the density of the reducing gas, kg/m 3 , in the operating mode;

d – крупность частиц, м;d—particle size, m;

g – ускорение свободного падения, м/с2;g - free fall acceleration, m/s 2 ;

µ – динамическую вязкость, кг/(м·с);µ – dynamic viscosity, kg/(m s);

cw – коэффициент сопротивления;c w is the drag coefficient;

Re – число Рейнольдса.Re is the Reynolds number.

Теория, соответствующая принятым научным представлениям, согласно указанной ранее зависимости для Ut позволила бы ожидать, что при задании фиктивной скорости U, превышающей теоретическую, в случае крупности d30 подаваемых в псевдоожиженный слой содержащих оксидное железо частиц, при действительной скорости перевода во взвешенное состояние Ut унос составит больше 30 массовых %.The theory, in accordance with accepted scientific ideas, according to the previously indicated dependence for U t , would make it possible to expect that, given a fictitious velocity U, exceeding the theoretical one, in the case of particle size d 30 supplied to the fluidized bed containing iron oxide particles, with the actual transfer rate to a suspension state U t carryover will be more than 30 mass%.

Неожиданно в случае подаваемых в псевдоожиженный слой содержащих оксидное железо частиц, из которых по меньшей мере 90 массовых % имеют крупность, меньшую или равную 200 микрометрам, было выявлено, что в варианте осуществления способа по изобретению унос составляет меньше, хотя Ut для крупности частиц d, равной d30, оказывается превышенной до тех пор, пока фиктивная скорость U меньше или равна Umax для d, равной d30. Соответственно, можно при заданном максимально приемлемом уносе работать с более высокой скоростью газа, чем ожидаемая из теории. Фиктивную скорость U предпочтительно устанавливают так, чтобы унос составлял максимально 30 массовых %, то есть Umax для d=d30, более предпочтительно – максимально 25 массовых %, особенно предпочтительно – максимально 20 массовых %, а наиболее предпочтительно – максимально 15 массовых %.Surprisingly, in the case of fluidized-bed particles containing iron oxide, of which at least 90 mass% have a particle size less than or equal to 200 micrometers, it was found that in an embodiment of the method according to the invention, the entrainment is less, although U t for particle size d equal to d 30 is exceeded as long as the fictitious speed U is less than or equal to U max for d equal to d 30 . Accordingly, it is possible, for a given maximum acceptable entrainment, to operate at a higher gas velocity than expected from theory. The fictitious velocity U is preferably set so that the entrainment is at most 30 wt%, i.e. U max for d=d 30 , more preferably at most 25 wt%, particularly preferably at most 20 wt% and most preferably at most 15 wt%.

Восстановительный газ согласно изобретению проходит через кипящий слой со скоростью более 0,05 м/с, предпочтительно более 0,1 м/с. С выбранными по изобретению параметрами содержащие оксидное железо частицы в образовавшемся псевдоожиженном слое, через который противотоком пропускают восстановительный газ, показывают другое поведение, отличающееся от предсказываемого согласно принятым научным представлениям, соответственно указанной ранее зависимости для Ut. При скорости меньше 0,05 м/с поддержание псевдоожиженного слоя сопряжено с трудностями регулирования, и соотношение затрат на осуществление способа и достигаемой производительности является мало приемлемым. Превышение фактически выбранной скорости над значением 0,05 м/с, а предпочтительно над значением 0,1 м/с, зависит от допускаемой условиями эксплуатации степени уноса из псевдоожиженного слоя. С одной стороны, более высокая скорость является желательной, так как вследствие этого необходимая для обеспечения требуемой производительности площадь реактора может быть меньше. С другой стороны, унос при возрастающей скорости увеличивается, а унос частиц из кипящего слоя уменьшает возможную производительность. Поэтому верхняя граница фиктивной скорости составляет 1 м/с.The reducing gas according to the invention passes through the fluidized bed at a speed of more than 0.05 m/s, preferably more than 0.1 m/s. With the parameters selected according to the invention, the iron oxide-containing particles in the resulting fluidized bed, through which a reducing gas is passed in countercurrent, show a different behavior than that predicted according to accepted scientific ideas, according to the previously indicated dependence for U t . At a speed of less than 0.05 m/s, maintaining a fluidized bed is difficult to control, and the ratio of the costs of the implementation of the method and the performance achieved is hardly acceptable. The excess of the actually selected speed over 0.05 m/s, and preferably over 0.1 m/s, depends on the degree of entrainment from the fluidized bed allowed by the operating conditions. On the one hand, a higher speed is desirable since, as a result, the area of the reactor required to provide the required productivity may be smaller. On the other hand, entrainment increases with increasing speed, and entrainment of particles from the fluidized bed reduces the possible productivity. Therefore, the upper limit of the fictitious speed is 1 m/s.

Более предпочтительно осуществление способа в диапазоне скоростей от 0,05 м/с до 0,5 м/с, так как при этом производительность и степень уноса находятся в благоприятном соотношении.It is more preferable to carry out the process in the speed range from 0.05 m/s to 0.5 m/s, since in this case the productivity and entrainment are in a favorable ratio.

Согласно изобретению псевдоожиженный слой применяют в состоянии псевдоожижения в области минимума; при этом не применяют циркулирующий кипящий слой.According to the invention, the fluidized bed is used in the state of fluidization in the region of the minimum; in this case, a circulating fluidized bed is not used.

Унесенное количество относят к промежутку времени от момента подачи содержащих оксидное железо частиц в псевдоожиженный слой до вывода образовавшегося из них продукта реакции, то есть на время пребывания частиц в псевдоожиженном слое.The entrained amount refers to the time interval from the moment the iron oxide-containing particles are fed into the fluidized bed until the reaction product formed therefrom is withdrawn, that is, the residence time of the particles in the fluidized bed.

Относительно общих обстоятельств восстановления в каком-либо кипящем слое или в каком-либо псевдоожиженном слое вводная часть заявки отсылает к предшествующему уровню техники. "Какой-либо" следует понимать в смысле неопределенности в выражении "в каком-либо псевдоожиженном слое".With regard to the general circumstances of recovery in any fluidized bed or in any fluidized bed, the introductory part of the application refers to the prior art. "Any" should be understood in the sense of the ambiguity in the expression "in any fluidized bed".

Содержащие оксидное железо частицы могут представлять собой железную руду или же другой соответствующий мелкозернистый материал, содержащий оксиды железа, например колошниковую пыль, агломерированную пыль, пеллетированную пыль или другие отходы металлургического или сталелитейного завода; они также могут быть их смесью. Под термином "железная руда" по изобретению следует понимать как руду, подаваемую сразу после добычи в руднике на восстановление, так и руду, которую подают на восстановление только после стадий подготовки, например после флотации, или после других видов предварительной обработки, осуществляемых после добычи. В любом случае в них содержится окисленное железо.The iron oxide-containing particles may be iron ore or other suitable fine-grained material containing iron oxides, such as flue dust, agglomerated dust, pelletized dust, or other waste from a metallurgical or steel plant; they can also be a mixture of them. The term "iron ore" according to the invention should be understood to mean both ore supplied immediately after mining in the mine for reduction, and ore that is supplied for reduction only after preparation stages, for example after flotation, or after other types of pre-treatment carried out after mining. In any case, they contain oxidized iron.

Диапазон крупности частиц и гранулометрический состав обеспечивается в процессе крупномасштабного промышленного производства исходного материала. Эти характеристики определяют ситовым анализом. Материал содержащих оксидное железо частиц, из которых по меньшей мере 90 массовых % имеют крупность, меньшую или равную 200 микрометрам, и, как правило, с более чем 50 массовыми % меньше 50 микрометров, представляет собой, например, пеллеты. Для анализа приемлемым является способ согласно ISO 13320 по состоянию на март 2019 г.The particle size range and particle size distribution is provided in the process of large-scale industrial production of the starting material. These characteristics are determined by sieve analysis. Material containing iron oxide particles, of which at least 90 wt.% have a particle size less than or equal to 200 micrometers, and, as a rule, with more than 50 wt.% less than 50 micrometers, is, for example, pellets. The accepted method for analysis is ISO 13320 as of March 2019.

Восстановительный газ может состоять из водорода H2 или представлять собой смесь водорода с одним или несколькими другими газами. Например, можно применять технически чистый водород. Таким образом, восстановитель может представлять собой по меньшей мере водород H2. Другие газы могут сами также оказывать восстанавливающее действие на содержащие оксидное железо частицы, то есть дополнительно к водороду H2 являются другими восстановителями. Другим газом может быть, например, монооксид углерода CO. Водород может быть получен, например, электролизом, предпочтительно за счет экологически чистой энергии или поступать от риформинга природного газа.The reducing gas may consist of hydrogen H 2 or be a mixture of hydrogen with one or more other gases. For example, commercially pure hydrogen can be used. Thus, the reducing agent may be at least hydrogen H 2 . Other gases can themselves also have a reducing effect on the particles containing oxide iron, that is, in addition to hydrogen, H 2 are other reducing agents. The other gas may be, for example, carbon monoxide CO. Hydrogen can be produced, for example, by electrolysis, preferably from clean energy or from natural gas reforming.

Кинетика восстановления водородом H2 оксидов железа принципиально, и особенно при более низких температурах, является более благоприятной, чем в случае других газов, например, по сравнению с монооксидом углерода CO. Поэтому восстановительный газ по изобретению должен содержать по меньшей мере 30 мол.% водорода H2 для того, чтобы обеспечивать экономически приемлемую кинетику восстановления в предпочтительном по изобретению температурном интервале вследствие опасности слипания. По сравнению с восстановительным газом с более низким содержанием водорода вследствие этого для достижения определенной степени металлизации следует применять меньше свежего восстановительного газа. По сравнению с восстановительным газом с более низким содержанием водорода вследствие этого в случае необходимости выходящий из псевдоожиженного слоя отработавший восстановительный газ следует рециркулировать после обработки с целью использования содержащегося в нем непрореагировавшего восстановителя.The kinetics of reduction of iron oxides with hydrogen H 2 is fundamentally, and especially at lower temperatures, more favorable than in the case of other gases, for example, in comparison with carbon monoxide CO. Therefore, the reducing gas according to the invention must contain at least 30 mole % of hydrogen H 2 in order to provide economically acceptable reduction kinetics in the preferred temperature range according to the invention due to the risk of sticking. Compared to a reducing gas with a lower hydrogen content, therefore, less fresh reducing gas must be used to achieve a certain degree of metallization. Compared to a reducing gas with a lower hydrogen content, therefore, if necessary, the exhausted reducing gas leaving the fluidized bed must be recycled after treatment in order to use the unreacted reducing agent contained therein.

Восстановительный газ подают через псевдоожиженный слой снизу вверх, против направления действия силы тяжести. По изобретению способ осуществляют в противотоке. Движение частиц - содержащих оксидное железо частиц, промежуточного продукта, продукта восстановления - в псевдоожиженном слое осуществляют так, чтобы возникал противоток восстановительного газа и частиц. В ходе процесса содержащие оксидное железо частицы подают в псевдоожиженный слой, а из псевдоожиженного слоя выводят продукт восстановления. Движение от места подачи к месту вывода в противотоке по отношению к восстановительному газу, протекающему против направления действия силы тяжести, происходит по существу по горизонтали.The reducing gas is fed through the fluidized bed from bottom to top, against the direction of gravity. According to the invention, the method is carried out in countercurrent. The movement of particles - containing iron oxide particles, an intermediate product, a reduction product - in a fluidized bed is carried out so that a counterflow of reducing gas and particles occurs. During the process, iron oxide-containing particles are fed into the fluidized bed, and the reduction product is removed from the fluidized bed. The movement from the point of supply to the point of outlet in countercurrent with respect to the reducing gas flowing against the direction of gravity takes place essentially horizontally.

В случае псевдоожиженного слоя в противотоке - реализуемом, например, в канале с псевдоожиженным слоем - осуществляют прямое восстановление - предпочтительно почти в горизонтальном положении - по длине псевдоожиженного слоя от места подачи до места вывода. Таким образом, по длине псевдоожиженного слоя изменяется качество содержащихся оксидов железа - например, количественные соотношения оксидов железа магнетита, гематита или вюстита или пористость частиц. Обратное перемешивание, как это может происходить в случае кипящего слоя вплоть до наступления гомогенности во всех местах, является нежелательным, так как вследствие этого, например, материал с малой степенью восстановления мог бы попадать от места подачи к месту вывода или время пребывания частиц было бы нестабильным.In the case of a fluidized bed in countercurrent - realized, for example, in a channel with a fluidized bed - direct reduction is carried out - preferably in an almost horizontal position - along the length of the fluidized bed from the place of supply to the place of output. Thus, along the length of the fluidized bed, the quality of the iron oxides contained varies, for example, the proportions of the iron oxides of magnetite, hematite or wustite, or the porosity of the particles. Back mixing, as can occur in the case of a fluidized bed until homogeneity at all points, is undesirable, because as a result, for example, material with a low degree of reduction could pass from the point of entry to the point of exit or the residence time of the particles would be unstable .

Продукт восстановления - например, губчатое железо DRI со степенью металлизации свыше 90% - имеет более высокую степень металлизации, чем содержащие оксидное железо частицы. Степень металлизации определяют как соотношение массовых долей содержащегося металлического железа к содержащемуся общему железу в продукте восстановления:The reduction product - for example, sponge iron DRI with a metallization degree greater than 90% - has a higher metallization degree than those containing iron oxide particles. The degree of metallization is defined as the ratio of the mass fractions of metallic iron contained to the total iron contained in the reduction product:

степень металлизации=массовая доля (металлического Fe)/массовая доля (общего Fe).degree of metallization=mass fraction (metal Fe)/mass fraction (total Fe).

В зависимости от варианта осуществления способа степень металлизации продукта восстановления может быть различной. В зависимости от назначения (целевого применения) продукта восстановления может требоваться более высокая или более низкая степень металлизации - например, она при использовании способа по изобретению для предварительного восстановления для дальнейшего конечного восстановления может быть также меньше степени металлизации губчатого железа DRI, например порядка 60%.Depending on the embodiment of the method, the degree of metallization of the reduction product may be different. Depending on the purpose (end use) of the reduction product, a higher or lower degree of metallization may be required - for example, when using the method according to the invention for pre-reduction for further final reduction, it can also be less than the degree of metallization of DRI sponge iron, for example, about 60%.

Длительность нахождения частиц в псевдоожиженном слое до превращения в требуемый продукт восстановления, называемая временем пребывания частиц, зависит от кинетики протекающей реакции восстановления. Она, в свою очередь, зависит от множества факторов, таких как состав восстановительного газа, скорость восстановительного газа, вид содержащих оксидное железо частиц - например, в зависимости от того, восстанавливают ли магнетит, гематит или вюстит, - пористость восстанавливаемых частиц. Время пребывания частиц соответствует времени, которое необходимо частицам для перемещения от места подачи к месту вывода, при этом частицы подают в виде содержащих оксидное железо частиц, а выводят в виде частиц продукта восстановления. Значение времени пребывания частиц зависит, например, от расстояния между местом подачи и местом вывода и от высоты псевдоожиженного слоя. При осуществлении способа по изобретению в противотоке, который реализуют, например, по существу в горизонтальном псевдоожиженном слое, при предпочтительно непрерывной подаче содержащих оксидное железо частиц и при предпочтительно непрерывном выводе продукта восстановления, время пребывания частиц удается просто регулировать высотой слоя, задаваемой, например, переливными порогами. При этом время пребывания частиц удается также регулировать выбором расстояния между местом подачи и местом вывода. По существу горизонтальным положением является отклонение от горизонтали до 10°, предпочтительно - отклонение до 5°, а более предпочтительно - отклонение до 2°. При слишком большом отклонении от горизонтали высота слоя в псевдоожиженном слое по длине размещения псевдоожиженного слоя от места подачи к месту вывода становится неодинаковой, что оказывает отрицательное влияние на регулируемость времени пребывания частиц.The residence time of the particles in the fluidized bed before being converted into the desired reduction product, called the residence time of the particles, depends on the kinetics of the ongoing reduction reaction. This in turn depends on a variety of factors such as the composition of the reducing gas, the speed of the reducing gas, the type of particles containing iron oxide - for example, depending on whether magnetite, hematite or wustite are reduced - the porosity of the particles being reduced. The residence time of the particles corresponds to the time it takes for the particles to move from the place of supply to the place of output, while the particles are fed in the form of particles containing iron oxide, and output in the form of particles of the reduction product. The value of the residence time of the particles depends, for example, on the distance between the feed point and the output point and on the height of the fluidized bed. When carrying out the method according to the invention in countercurrent, which is carried out, for example, in a substantially horizontal fluidized bed, with preferably continuous supply of particles containing iron oxide and with preferably continuous withdrawal of the reduction product, the residence time of the particles can be simply controlled by the height of the layer, given, for example, by overflow thresholds. In this case, the residence time of the particles can also be controlled by choosing the distance between the feed point and the output point. A substantially horizontal position is up to 10° off the horizontal, preferably up to 5° off the horizontal, and more preferably up to 2° off the horizontal. If the deviation from the horizontal is too large, the height of the layer in the fluidized bed along the length of the fluidized bed from the place of supply to the place of output becomes unequal, which has a negative effect on the controllability of the residence time of the particles.

Продолжительность времени пребывания газа относится к восстановительному газу в псевдоожиженном слое. Если время пребывания газа является слишком малым для установления приблизительного равновесия реакции восстановления, то из псевдоожиженного слоя уходит относительно много непрореагировавшего восстановителя. На долю непрореагировавшего восстановителя в выходящем из псевдоожиженного слоя газе, называемом отработавшим восстановительным газом, можно влиять высотой слоя. Осуществление способа в противотоке делает простым согласование требований в отношении времени пребывания частиц и времени пребывания газа.The residence time of the gas refers to the reducing gas in the fluidized bed. If the residence time of the gas is too short to establish an approximate equilibrium of the reduction reaction, then relatively much unreacted reducing agent leaves the fluidized bed. The proportion of unreacted reducing agent in the gas leaving the fluidized bed, referred to as spent reducing gas, can be influenced by the height of the bed. The implementation of the process in countercurrent makes it easy to reconcile the requirements regarding the residence time of the particles and the residence time of the gas.

Положительные эффекты изобретенияPositive effects of the invention

Способом по изобретению можно экономически рационально восстанавливать содержащие железо частицы без предшествующей агломерации. По сравнению с известными способами можно также снизить строительные и эксплуатационные издержки на установку для осуществления способа, так как по меньшей мере температура, а в случае необходимости также и давление, является относительно низкой (низким). Из этого следует также, что в отношении техники безопасности потребуется меньше затрат.With the method according to the invention it is possible to economically recover iron-containing particles without prior agglomeration. Compared to known methods, it is also possible to reduce the construction and operating costs of the installation for carrying out the method, since at least the temperature, and if necessary also the pressure, is relatively low (low). It also means that there will be less investment in terms of safety.

Повышение давления проявляется в повышенном массовом потоке восстановительного газа как возможное увеличение производительности при одной и той же площади реактора или возможное уменьшение площади реактора при одной и той же производительности. При этом при предполагаемом высоком давлении могут предъявляться более высокие требования к конструкции и к технике безопасности агрегата восстановления.The increase in pressure manifests itself in an increased mass flow of the reducing gas as a possible increase in productivity for the same reactor area or a possible decrease in reactor area for the same productivity. At the same time, with the expected high pressure, higher requirements may be imposed on the design and safety of the reduction unit.

Способ по изобретению предпочтительно осуществляют при температуре, находящихся между граничными значениями 773 K и 1173 K, причем с включением этих граничных значений. Тем самым уменьшается опасность слипания частиц в псевдоожиженном слое в нежелательной мере, что при более высоких температурах создало бы проблемы. Ниже 773 K восстановление по термодинамическим и кинетическим причинам не происходит в той степени, которая была бы удовлетворительной для экономически приемлемого осуществления способа.The method according to the invention is preferably carried out at a temperature between the limit values of 773 K and 1173 K, and with the inclusion of these limit values. This reduces the risk of particle sticking in the fluidized bed to an undesirable extent, which at higher temperatures would create problems. Below 773 K, for thermodynamic and kinetic reasons, recovery does not occur to the extent that would be satisfactory for an economically acceptable implementation of the process.

Например, содержащие оксидное железо частицы предварительно нагревают и с температурой до 1173 K вводят в псевдоожиженный слой, а восстановительный газ подают в псевдоожиженный слой с температурой до 1023 K. Восстановление водородом H2 протекает эндотермически, так что продукт восстановления получается с более низкой температурой, например около 853 K.For example, particles containing iron oxide are preheated and injected into the fluidized bed at temperatures up to 1173 K, and the reducing gas is fed into the fluidized bed at temperatures up to 1023 K. Reduction with hydrogen H 2 proceeds endothermically, so that the reduction product is obtained at a lower temperature, for example about 853 K.

Вместо предварительного нагрева вне псевдоожиженного слоя или дополнительно к нему можно было бы также устанавливать соотношение экзотермически реагирующих восстанавливающих компонентов, таких как, например, монооксид углерода CO, и эндотермически реагирующих восстанавливающих компонентов, таких как, например, водород H2, в восстановительном газе так, чтобы подводить к псевдоожиженному слою in situ тепло в требуемом количестве.Instead of preheating outside the fluidized bed or in addition to it, it would also be possible to set the ratio of exothermically reacting reducing components, such as, for example, carbon monoxide CO, and endothermically reacting reducing components, such as, for example, hydrogen H 2 , in the reducing gas so that to bring to the fluidized bed in situ heat in the required amount.

Способ по изобретению предпочтительно осуществляют при небольшом избыточном давлении относительно окружающей среды. При небольшом избыточном давлении, с одной стороны, в зависимости от конструкции аппарата и требований в отношении техники безопасности еще не требуется производить дополнительные затраты по сравнению с осуществлением способа без избыточного давления, а, с другой стороны, снижается опасность проникновения окружающего воздуха в реакторы. Избыточное давление предпочтительно составляет до 200000 Паскаль, причем с включением этого значения.The method according to the invention is preferably carried out at a slight excess pressure relative to the environment. With a slight excess pressure, on the one hand, depending on the design of the apparatus and the safety requirements, additional costs are still not required compared to the implementation of the method without excess pressure, and, on the other hand, the risk of ambient air entering the reactors is reduced. The overpressure is preferably up to 200,000 Pascal, including this value.

Согласно предпочтительному варианту значение d30 подаваемых в псевдоожиженный слой содержащих оксидное железо частиц меньше или равно 110 микрометрам. В этой диапазоне можно особенно легко работать с псевдоожиженным слоем, так как унос тонкодисперсных содержащих оксидное железо частиц не очень высок, а псевдоожижение слоя не затрудняется большой крупностью частиц.According to a preferred embodiment, the value of d 30 supplied to the fluidized bed containing iron oxide particles is less than or equal to 110 micrometers. In this range, the fluidized bed can be handled particularly easily, since the entrainment of the fine iron oxide-containing particles is not very high, and the fluidization of the bed is not hampered by the large particle size.

Согласно предпочтительному варианту способ по изобретению осуществляют так, что подаваемые в псевдоожиженный слой содержащие оксидное железо частицы на по меньшей мере 50 массовых % находятся в интервале между 15 микрометрами и 100 микрометрами, причем с включением граничных значений.According to a preferred variant, the process according to the invention is carried out in such a way that the iron oxide-containing particles fed into the fluidized bed are in the range of at least 50 mass % between 15 micrometers and 100 micrometers, including the boundary values.

В этом диапазоне можно особенно легко работать с псевдоожиженным слоем, так как унос тонкодисперсных содержащих оксидное железо частиц не очень высок, а псевдоожижение слоя не затрудняется большой крупностью частиц.In this range, the fluidized bed can be handled particularly easily, since the entrainment of the fine iron oxide-containing particles is not very high, and the fluidization of the bed is not hindered by the large particle size.

Согласно другому предпочтительному варианту способ по изобретению осуществляют так, что подаваемые в псевдоожиженный слой содержащие оксидное железо частицы на по меньшей мере 50 массовых % имеют крупность, большую или равную 15 микрометрам. В этом диапазоне можно особенно легко работать с псевдоожиженным слоем, так как унос тонкодисперсных содержащих оксидное железо частиц не очень высок.According to another preferred variant, the process according to the invention is carried out in such a way that the iron oxide-containing particles fed into the fluidized bed have a particle size of at least 50 mass % greater than or equal to 15 micrometers. In this range, it is particularly easy to work with a fluidized bed, since the entrainment of fine iron oxide containing particles is not very high.

Чем мельче содержащие оксидное железо частицы, тем больше становятся необходимые вследствие повышенного уноса пыли затраты на обеспыливание отработавшего восстановительного газа. Кроме того, псевдоожиженный слой может сам по себе становиться менее стабильным и более трудно регулируемым с уменьшением крупности содержащих железо частиц. Предпочтительно, содержащие оксидное железо частицы с долей максимум 30 массовых % обладают крупностью меньше 10 микрометров. По меньшей мере до этой дисперсности содержащих оксидное железо частиц обеспечивается хорошее регулирование технологического процесса.The finer the iron oxide-containing particles are, the greater the costs for dedusting the spent reducing gas become necessary due to increased dust entrainment. In addition, the fluidized bed itself may become less stable and more difficult to control as the size of the iron-containing particles decreases. Preferably, particles containing iron oxide with a proportion of at most 30 mass% have a particle size of less than 10 micrometers. At least up to this fineness of the iron oxide particles, good process control is ensured.

Псевдоожиженный слой может также иметь разные зоны с разными высотами слоя. Как правило, в случае содержащих оксидное железо частиц, вследствие наличия железа с различными степенями окисления восстановление происходит в несколько стадий через промежуточные продукты - например, магнетит через гематит в вюстит. Оптимальные значения времени пребывания частиц и времени пребывания газа для разных стадий и промежуточных продуктов отличаются по морфологическим, термодинамическим и кинетическим причинам. Разные промежуточные продукты в случае варианта осуществления способа по изобретению в противотоке содержатся в разных зонах псевдоожиженного слоя с разной концентрацией. При этом под зонами псевдоожиженного слоя имеются в виду области вдоль направления от места подачи к месту вывода. Поэтому предпочтительным является вариант, при котором возможно установление разных высот слоя в разных зонах псевдоожиженного слоя. Таким образом, время пребывания частиц и время пребывания газа для разных зон можно надлежащим образом адаптировать регулированием высоты слоя. Например, псевдоожиженный слой можно ограничивать переливными порогами или разными секционированными зонами реакторного пространства.The fluidized bed may also have different zones with different bed heights. As a rule, in the case of particles containing oxide iron, due to the presence of iron with different oxidation states, reduction occurs in several stages through intermediate products - for example, magnetite through hematite to wustite. The optimal values of the particle residence time and the gas residence time for different stages and intermediate products differ for morphological, thermodynamic, and kinetic reasons. Different intermediate products in the case of an embodiment of the method according to the invention in countercurrent are contained in different zones of the fluidized bed with different concentrations. In this context, fluidized bed zones are understood to mean areas along the direction from the feed point to the output point. Therefore, it is preferable to have different bed heights in different zones of the fluidized bed. Thus, the particle residence time and the gas residence time for different zones can be appropriately adapted by adjusting the bed height. For example, the fluidized bed can be limited by weirs or different partitioned zones of the reactor space.

Высота слоя в псевдоожиженном слое предпочтительно составляет 0,1-0,5 м, более предпочтительно 0,3-0,4 м. Тем самым в случае варианта осуществления способа по изобретению при восстановлении содержащих оксидное железо частиц могут быть достигнуты достаточные значения времени пребывания газа и времени пребывания частиц. Доля непрореагировавшего восстановителя в отработавшем восстановительном газе находится в экономически приемлемых пределах, когда высота псевдоожиженного слоя находится между 0,1-0,5 метра, причем с включением в интервал значений 0,1 и 0,5.The height of the bed in the fluidized bed is preferably 0.1-0.5 m, more preferably 0.3-0.4 m. In the case of an embodiment of the process according to the invention, sufficient gas residence times can be achieved by reducing iron oxide particles. and residence time of the particles. The proportion of unreacted reductant in the spent reducing gas is within economically acceptable ranges when the fluidized bed height is between 0.1-0.5 meters, with 0.1 and 0.5 included in the range.

Время пребывания восстановительного газа в псевдоожиженном слое предпочтительно составляет от 0,1 секунды до 10 секунд, более предпочтительно 1-2 с. Когда восстановительный газ находится в псевдоожиженном слое между 1 и 2 секундами, причем с включением значений 1 и 2 в интервал, отщепление кислорода может уже приблизиться к равновесию, а доля непрореагировавшего восстановителя в отработавшем восстановительном газе находится при этом в экономически особенно приемлемых пределах.The residence time of the reducing gas in the fluidized bed is preferably 0.1 second to 10 seconds, more preferably 1 to 2 seconds. When the reducing gas is in the fluidized bed between 1 and 2 seconds, and with the values 1 and 2 included in the interval, the elimination of oxygen can already approach equilibrium, and the proportion of unreacted reducing agent in the spent reducing gas is in this case within particularly economically acceptable limits.

Цель состоит именно в том, чтобы при прохождении псевдоожиженного слоя израсходовать как можно больше восстановителя. Чем меньше расходуется восстановителя, тем больше для данного количества содержащих оксидное железо частиц в псевдоожиженном слое должно быть подано восстановительного газа и тем больше будут затраты на рециркуляцию непрореагировавшего восстановителя.The aim is precisely to consume as much reducing agent as possible during the passage of the fluidized bed. The less reducing agent is consumed, the more reducing gas must be supplied for a given amount of iron oxide-containing particles in the fluidized bed, and the greater will be the cost of recycling the unreacted reducing agent.

При реализации способа по изобретению касательно высоты слоя и/или времени пребывания газа также неожиданно было обнаружено, что повышенное давление восстановительного газа вызывает незначительное увеличение конверсии веществ и может вести к увеличению доли непрореагировавшего восстановителя в отработавшем восстановительном газе. В случае атмосферного давления или небольшого избыточного давления можно соответственно работать с преимуществом в отношении ресурсосбережения и техники безопасности без отказа от существенного повышения конверсии веществ.When implementing the method according to the invention with regard to bed height and/or gas residence time, it has also surprisingly been found that an increased pressure of the reducing gas causes a slight increase in the conversion of substances and can lead to an increase in the proportion of unreacted reducing agent in the spent reducing gas. In the case of atmospheric pressure or a slight overpressure, it is possible to work accordingly with an advantage in terms of resource saving and safety without sacrificing a significant increase in the conversion of substances.

Выходящий из псевдоожиженного слоя отработавший восстановительный газ после обработки предпочтительно рециркулируют в качестве компонента восстановительного газа в псевдоожиженный слой. Это делает способ более экономичным. Водород как компонент восстановительного газа делает рециркуляцию при восстановлении содержащих оксидное железо частиц очень простой, так как в связи с этим наряду с необходимостью отделения пыли необходимо осуществлять отделение только воды H2O как продукта реакции.The spent reducing gas leaving the fluidized bed is preferably recycled as a component of the reducing gas into the fluidized bed after treatment. This makes the method more economical. Hydrogen as a component of the reducing gas makes the recirculation in the reduction of iron oxide particles very simple, because in addition to the need to separate the dust, only the H 2 O water as a reaction product has to be separated.

Согласно предпочтительному варианту осуществления в псевдоожиженный слой по всей протяженности подают одинаковый восстановительный газ; это в равной степени относится к составу или к температуре, или к давлению, или к двум или всем трем этим параметрам. Это делает контроль технологического процесса простым и уменьшает затраты на оборудование.According to a preferred embodiment, the same reducing gas is fed into the fluidized bed throughout its length; it applies equally to composition, or to temperature, or to pressure, or to two or all three of these parameters. This makes process control simple and reduces equipment costs.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления в разные зоны псевдоожиженного слоя подают разные восстановительные газы - например, смеси нескольких компонентов в разных соотношениях, то есть восстановительный газ имеет в каждом случае разный состав; речь может идти также о восстановительном газе с разной температурой или о восстановительном газе с разным давлением, или о восстановительных газах, которые различаются по двум или всем трем указанным параметрам. Также возможно, чтобы псевдоожиженный слой имел разные зоны. Таким образом, можно осуществлять реагирование с разными реакционноспособными восстановительными газами, чтобы в разных зонах находились разные реакционноспособные промежуточные продукты.According to another preferred embodiment, different reducing gases are fed into the different zones of the fluidized bed - for example, mixtures of several components in different ratios, ie the reducing gas has a different composition in each case; it can also be a reducing gas at different temperatures, or a reducing gas at different pressures, or reducing gases that differ in two or all three of the above parameters. It is also possible for the fluidized bed to have different zones. Thus, it is possible to react with different reactive reducing gases so that different reactive intermediates are present in different zones.

Устройство для осуществления способа по изобретению может быть выполнено согласно описанному далее. Оно содержит реактор с псевдоожиженным слоем, пригодный для подачи частиц и восстановительного газа в противотоке куда-либо в реакторное пространство с распределительной тарелкой для образования псевдоожиженного слоя. Реакторное пространство имеет по меньшей мере одно отверстие для подачи содержащих оксидное железо частиц и по меньшей мере одно отверстие для вывода продукта реакции из реакторного пространства. Устройство также содержит по меньшей мере один трубопровод подачи восстановительного газа для подачи восстановительного газа к распределительной тарелке и по меньшей мере один трубопровод отвода восстановительного газа для отвода отработавшего восстановительного газа из реакторного пространства.The device for carrying out the method according to the invention can be made as described below. It contains a fluidized bed reactor suitable for supplying particles and reducing gas in countercurrent somewhere in the reactor space with a distribution plate to form a fluidized bed. The reactor space has at least one opening for feeding particles containing oxide iron and at least one opening for withdrawing the reaction product from the reactor space. The device also includes at least one reducing gas supply line for supplying reducing gas to the distribution plate and at least one reducing gas outlet line for removing exhausted reducing gas from the reactor space.

"Куда-либо" следует понимать в смысле неопределенности в выражении "куда-либо в реакторное пространство"."Somewhere" should be understood in the sense of the ambiguity in the expression "anywhere in the reactor space".

Реакторное пространство может быть разделено на несколько зон вдоль направления от отверстия для подачи к отверстию для вывода. Это может быть, например, осуществлено предпочтительно перемещаемыми переливными порогами, которые блокируют радиальное перемешивание частиц - от отверстия для подачи к отверстию для вывода - из соседних зон, а также позволять целенаправленно регулировать зоны с разными высотами слоя. Это может быть реализовано так, что реактор с псевдоожиженным слоем содержит несколько частичных реакторов, при этом пространства частичных реакторов образуют отдельные зоны. В сумме частичные реакторы образуют реактор с псевдоожиженным слоем, а пространства частичных реакторов образуют пространство реактора с псевдоожиженным слоем. Пространства частичных реакторов также могут быть разделены на несколько зон.The reactor space can be divided into several zones along the direction from the inlet to the outlet. This can be done, for example, preferably by movable overflow weirs, which block the radial mixing of particles - from the inlet to the outlet - from adjacent zones, and also allow targeted adjustment of zones with different layer heights. This can be realized in such a way that the fluidized bed reactor comprises several sub-reactors, with the spaces of the sub-reactors forming separate zones. In sum, the partial reactors form a fluidized bed reactor and the spaces of the partial reactors form a fluidized bed reactor space. The spaces of partial reactors can also be divided into several zones.

Согласно одному варианту осуществления отдельные зоны могут иметь разные размеры по горизонтали и/или по вертикали, так что псевдоожиженный слой может иметь разную ширину или разную максимальную высоту слоя; таким образом, при одной и той же производительности могут быть реализованы разные высоты слоя в разных зонах.According to one embodiment, the individual zones may have different horizontal and/or vertical dimensions, so that the fluidized bed may have different widths or different maximum bed heights; thus, with the same performance, different layer heights in different zones can be realized.

Согласно одному варианту реактор с псевдоожиженным слоем - а в случае необходимости частичные реакторы – содержит(ат) несколько одинаковых модулей. Это обеспечивает сооружение приемлемой по цене установки с предварительно изготовленными модулями, а также простую адаптацию к разным требованиям по производительности.According to one variant, the fluidized bed reactor - and, if necessary, partial reactors - contains (at) several identical modules. This enables the construction of an affordable plant with prefabricated modules as well as an easy adaptation to different performance requirements.

Предпочтительно, реактор с псевдоожиженным слоем содержит несколько частичных реакторов. Они могут быть расположены последовательно и/или параллельно. Они предпочтительно связаны друг с другом через передаточные устройства. Например, при работе частицы из какого-либо частичного реактора в направлении от отверстия для подачи к отверстию для вывода вдоль реактора с псевдоожиженным слоем передаются передаточными устройствами в соседний частичный реактор. Передаточные устройства являются пригодными для передачи частиц, причем без поступления воздуха в частичные реакторы или утечки газа.Preferably, the fluidized bed reactor contains several sub-reactors. They may be arranged in series and/or in parallel. They are preferably connected to each other via transmission devices. For example, when operating, particles from any partial reactor in the direction from the feed port to the output port along the fluidized bed reactor are transferred by transfer devices to the adjacent partial reactor. The transfer devices are suitable for transferring particles without air entering the partial reactors or gas leakage.

Предпочтительно, несколько частичных реакторов размещены друг над другом. Это уменьшает потребность в площади размещения устройства для осуществления способа по изобретению. Частицы под действием силы тяжести двигаются из расположенного вверху отверстия для подачи к расположенному внизу отверстию для вывода.Preferably, several partial reactors are placed one above the other. This reduces the space requirement for the device to carry out the method of the invention. Particles move under the action of gravity from the upper inlet to the lower outlet.

Распределительная тарелка реактора с псевдоожиженным слоем расположена по существу горизонтально. При этом отклонение от горизонтали составляет до 10°, предпочтительно отклонение до 5°, более предпочтительно отклонение до 2°. При слишком большом отклонении от горизонтали высота слоя в псевдоожиженном слое по длине размещения псевдоожиженного слоя от места подачи к месту вывода становится неодинаковой, что оказывает отрицательное влияние на регулируемость времени пребывания частиц.The distribution plate of the fluidized bed reactor is located essentially horizontally. In this case, the deviation from the horizontal is up to 10°, preferably a deviation of up to 5°, more preferably a deviation of up to 2°. If the deviation from the horizontal is too large, the height of the layer in the fluidized bed along the length of the fluidized bed from the place of supply to the place of output becomes unequal, which has a negative effect on the controllability of the residence time of the particles.

Предпочтительно, распределительная тарелка реактора с псевдоожиженным слоем или по меньшей мере одного частичного реактора размещена наклонно от отверстия для подачи к отверстию для вывода вниз по потоку. Такое размещение упрощает течение частиц противотоком, что известно, например, в случае воздухоподающих каналов.Preferably, the distribution plate of the fluidized bed reactor or at least one partial reactor is placed obliquely from the inlet to the downstream outlet. This arrangement simplifies the countercurrent flow of particles, as is known, for example, in the case of air supply channels.

Согласно одному из вариантов каждая зона содержит отдельный трубопровод подачи восстановительного газа. Согласно одному из вариантов в каждый частичный реактор входит отдельный трубопровод подачи восстановительного газа. Все эти трубопроводы подачи восстановительного газа предпочтительно выходят из центрального трубопровода. Из центрального трубопровода восстановительный газ поступает в трубопроводы подачи восстановительного газа. Подаваемый через центральный трубопровод восстановительный газ может представлять собой, например, свежий восстановительный газ, то есть восстановительный газ, который не проходил через кипящий слой, или смесь из свежего восстановительного газа и рециркулированного восстановительного газа, то есть восстановительного газа, полученного на установке обработки отработавшего восстановительного газа.In one embodiment, each zone contains a separate reducing gas supply line. According to one embodiment, each sub-reactor is provided with a separate reducing gas supply line. All of these reducing gas supply lines preferably exit from the central line. From the central pipeline, the reducing gas enters the reducing gas supply pipelines. The reducing gas fed through the central pipeline can be, for example, fresh reducing gas, i.e. reducing gas that has not passed through the fluidized bed, or a mixture of fresh reducing gas and recycled reducing gas, i.e. reducing gas obtained from a spent reducing agent treatment plant. gas.

Согласно одному из вариантов каждая зона содержит отдельный трубопровод отвода восстановительного газа. Согласно одному из вариантов из каждого частичного реактора идет отдельный трубопровод отвода восстановительного газа. Все трубопроводы отвода восстановительного газа предпочтительно входят в отводящий коллектор, который идет к установке обработки газа. На установке обработки газа отработавший восстановительный газ, например, обеспыливают и сушат. Объединение всех потоков отработавшего восстановительного газа, выходящих из пространства реактора или его зон и/или частичных реакторов, с целью централизованной обработки облегчает их рециркуляцию в технологический процесс восстановления.According to one variant, each zone contains a separate pipeline for removing the reducing gas. According to one variant, a separate reducing gas vent line runs from each partial reactor. All reducing gas bleed lines preferably enter a bleed header which leads to the gas treatment unit. In the gas treatment plant, the spent reducing gas is, for example, dedusted and dried. Combining all spent reducing gas streams exiting the reactor space or zones and/or sub-reactors for the purpose of centralized treatment facilitates their recycling to the recovery process.

Другим объектом настоящего изобретения является устройство обработки сигналов с машиночитаемым программным кодом, отличающееся тем, что оно содержит управляющие команды для осуществления способа по изобретению. В случае другого объекта речь идет об устройстве обработки сигналов для осуществления способа по любому из пунктов 1-12 формулы изобретения.Another object of the present invention is a signal processing device with a computer readable program code, characterized in that it contains control instructions for implementing the method according to the invention. In the case of another object, we are talking about a signal processing device for implementing the method according to any one of paragraphs 1-12 of the claims.

Другим объектом настоящего изобретения является машиночитаемый программный код для устройства обработки сигналов, отличающийся тем, что программный код содержит управляющие команды, которые выдает устройство обработки сигналов для осуществления способа по изобретению. В случае другого объекта речь идет о компьютерной программе, содержащей команды для устройства обработки сигналов, которые при выполнении программы она выдает на устройство обработки сигналов, чтобы осуществлять способ по любому из пунктов 1-12 формулы изобретения.Another object of the present invention is a computer-readable program code for a signal processing device, characterized in that the program code contains control instructions that the signal processing device issues to implement the method according to the invention. In the case of another object, we are talking about a computer program containing instructions for the signal processing device, which, when the program is executed, it issues to the signal processing device in order to carry out the method according to any one of claims 1-12 of the claims.

Другим объектом настоящего изобретения является носитель информации с записанным на него машиночитаемым программным кодом по изобретению. В случае другого объекта речь идет о носителе информации с записанной на него компьютерной программой для осуществления способа по любому из пунктов 1-12 формулы изобретения.Another object of the present invention is an information carrier with the machine-readable program code of the invention recorded thereon. In the case of another object, we are talking about an information carrier with a computer program recorded on it for implementing the method according to any one of paragraphs 1-12 of the claims.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Настоящее изобретение описывается далее в качестве примера с помощью нескольких схематических фигур.The present invention is described below by way of example using several schematic figures.

На фиг. 1 показана реализация способа по изобретению в схематически изображенном пространстве реактора в разрезе.In FIG. 1 shows the implementation of the method according to the invention in a schematically shown space of the reactor in section.

На фиг. 2 схематически показано расположение нескольких частичных реакторов.In FIG. 2 schematically shows the arrangement of several sub-reactors.

На фиг. 3 показана теоретическая зависимость согласно принятым научным представлениям и найденная авторами зависимость между фиктивной скоростью U и крупностью частиц d.In FIG. Figure 3 shows the theoretical dependence according to accepted scientific concepts and the dependence found by the authors between the fictitious speed U and particle size d.

Описание вариантов осуществленияDescription of Embodiments

ПримерыExamples

На фиг. 1 схематически показана реализация варианта осуществления способа по изобретению. Способ осуществляют в устройстве 1. Содержащие оксидное железо частицы 2, которые на по меньшей мере 90 массовых % имеют крупность, меньшую или равную 200 мкм, подают к месту подачи A через отверстие 3 для подачи в непрерывном режиме в псевдоожиженный слой 4 в реакторном пространстве 5 реактора 6 с псевдоожиженным слоем, что показано стрелками. Согласно одному из вариантов до 30 массовых % содержащих оксидное железо частиц могут быть меньше 15 мкм. Псевдоожиженный слой 4 в реакторном пространстве 5 образуется благодаря тому, что частицы против действия силы тяжести поднимаются поступающим снизу через распределительную тарелку 7 восстановительным газом 8, показанным незатушеванными фигурными стрелками. В представленном примере везде подают одинаковый восстановительный газ 8. Распределительная тарелка 7 обозначена проемами в нижней части реакторного пространства 5; для лучшей наглядности не каждый из проемов сопровождается отдельной фигурной стрелкой и не все фигурные стрелки отмечены ссылочной позицией 8. Оксиды железа в содержащих оксидное железо частицах 2 восстанавливаются восстановительным газом 8 в продукт 9 восстановления. Восстановительный газ 10, отработавший при восстановлении оксидов железа в содержащих оксидное железо частицах, выходит (показано затушеванными фигурными стрелками) из псевдоожиженного слоя 4 вверх. Восстановительный газ 8 состоит, например, из технически чистого водорода H2; соответственно, отработавший восстановительный газ 10 содержит, например, воду H2O и водород, так как не весь поступающий снизу водород вступает во взаимодействие. Частицы, унесенные вверх отработавшим восстановительным газом 10 из псевдоожиженного слоя, отдельно не показаны. Из места вывода B из псевдоожиженного слоя 4 в реакторном пространстве 5 в непрерывном режиме выводят частицы продукта 9 восстановления, что показано стрелками. Восстановительный газ 8 проходит через псевдоожиженный слой 4 снизу вверх противотоком со скоростью больше 0,05 м/с. Температура подаваемых содержащих оксидное железо частиц 2 составляет, например, 1173 K, а температура поступающего восстановительного газа 8 везде составляет 1023 K. Продукт 9 восстановления имеет, например, температуру 853 K.In FIG. 1 schematically shows the implementation of an embodiment of the method according to the invention. The method is carried out in a device 1. Particles 2 containing iron oxide, which have a particle size of at least 90 mass% less than or equal to 200 μm, are fed to the supply point A through the opening 3 for continuous supply to the fluidized bed 4 in the reactor space 5 reactor 6 with a fluidized bed, as shown by the arrows. In one embodiment, up to 30 wt % of the iron oxide containing particles may be smaller than 15 µm. The fluidized bed 4 in the reactor space 5 is formed due to the fact that the particles are lifted against the action of gravity by the reducing gas 8 coming from below through the distribution plate 7, shown by unshaded curly arrows. In the example shown, the same reducing gas 8 is supplied everywhere. The distributor plate 7 is indicated by openings in the lower part of the reactor space 5; for better clarity, not each of the openings is accompanied by a separate curly arrow and not all curly arrows are marked with the reference numeral 8. The iron oxides in the iron oxide-containing particles 2 are reduced by the reducing gas 8 into the reduction product 9 . The reducing gas 10 exhausted during the reduction of iron oxides in iron oxide-containing particles exits (shown by shaded curly arrows) upwards from the fluidized bed 4 . The reducing gas 8 consists, for example, of commercially pure hydrogen H 2 ; accordingly, the spent reducing gas 10 contains, for example, water H 2 O and hydrogen, since not all of the hydrogen coming from below is reacted. Particles carried upward by the exhaust reducing gas 10 from the fluidized bed are not shown separately. From the outlet B of the fluidized bed 4 in the reactor space 5, particles of the reduction product 9 are continuously removed, as shown by arrows. The reducing gas 8 flows through the fluidized bed 4 from the bottom upwards in a countercurrent flow at a speed greater than 0.05 m/s. The temperature of the supplied iron oxide particles 2 is, for example, 1173 K, and the temperature of the incoming reducing gas 8 is 1023 K everywhere. The reduction product 9 has, for example, a temperature of 853 K.

В реакторе 6 с псевдоожиженным слоем, схематически показанном на фиг. 1, предпочтительно имеется небольшое избыточное давление в 200000 Па относительно окружающей среды.In the fluidized bed reactor 6 shown schematically in FIG. 1, there is preferably a slight overpressure of 200,000 Pa relative to the environment.

Представленный способ может быть, например, осуществлен так, что высота кипящего слоя 4 составляет 0,1-0,5 м, и/или время пребывания газа составляет 0,1-10 с, а предпочтительно 1-2 с.The presented method can be, for example, carried out so that the height of the fluidized bed 4 is 0.1-0.5 m and/or the gas residence time is 0.1-10 s, and preferably 1-2 s.

Восстановительный газ 8 через трубопровод 11 подачи восстановительного газа подают на распределительную тарелку 7. Трубопровод 12 отвода восстановительного газа служит для отвода отработавшего восстановительного газа 10 из реакторного пространства 5.The reducing gas 8 is fed through the reducing gas supply line 11 to the distribution plate 7. The reducing gas outlet line 12 is used to remove the exhausted reducing gas 10 from the reactor space 5.

На фиг. 2 схематически показан вариант осуществления, в котором реактор 13 с псевдоожиженным слоем содержит несколько частичных реакторов 14, 16, 18, 20. Частичные реакторы соединены друг с другом последовательно; частичный реактор 14 своим концом 15 соединен с частичным реактором 16, который, в свою очередь, своим концом 17 соединен с частичным реактором 18. Частичный реактор 18 своим концом 19 соединен с частичным реактором 20. Соединения осуществляются через передаточные устройства 21a, 21b, 21c. Отверстие A для подачи содержащих оксидное железо частиц 22 находится в начале 23 частичного реактора 14, а отверстие B для вывода реакционного продукта 24 находится в конце 25 частичного реактора 20. Промежуточные продукты восстановления содержащих оксидное железо частиц 22 до продукта 24 восстановления через передаточные устройства 21a, 21b, 21c соответственно подаются из частичного реактора в следующий за ним частичный реактор, в направлении от отверстия A для подачи вдоль кипящего слоя к отверстию B для вывода. В то время как твердый материал в кипящем слое (отдельно не показан), то есть содержащие оксидное железо частицы, частицы промежуточных продуктов и частицы продукта восстановления, проходит через следующие друг за другом, то есть через последовательно соединенные друг с другом частичные реакторы 14, 16, 18, 20 от отверстия A для подачи к отверстию B для вывода из реактора 13 с псевдоожиженным слоем, через него противотоком проходит восстановительный газ (отдельно не показан).In FIG. 2 schematically shows an embodiment in which the fluidized bed reactor 13 comprises several sub-reactors 14, 16, 18, 20. The sub-reactors are connected to each other in series; the partial reactor 14 is connected at its end 15 to the partial reactor 16, which, in turn, is connected to the partial reactor 18 at its end 17. The partial reactor 18 is connected to the partial reactor 20 at its end 19. The connections are made through the transfer devices 21a, 21b, 21c. The opening A for supplying iron oxide particles 22 is located at the beginning 23 of the partial reactor 14, and the opening B for withdrawing the reaction product 24 is located at the end 25 of the partial reactor 20. 21b, 21c are respectively fed from the partial reactor to the subsequent partial reactor, in the direction from the supply port A along the fluidized bed to the outlet port B. While the solid material in the fluidized bed (not shown separately), i.e. containing iron oxide particles, particles of intermediate products and particles of the reduction product, passes through successive, i.e. serially connected to each other partial reactors 14, 16 , 18, 20 from the supply port A to the output port B from the fluidized bed reactor 13, through which a reducing gas (not shown separately) flows countercurrently.

На изображении по фиг. 2 частичные реакторы 14, 16, 18, 20 размещены по вертикали друг над другом. Они выполнены со слегка наклоненными днищами. В разные частичные реакторы 14, 16, 18, 20 входят отдельные трубопроводы 26a, 26b, 26c, 26d подачи восстановительного газа, все из которых выходят из центрального трубопровода 27 (из соображений лучшей наглядности их соединения с центральным трубопроводом 27 отдельно не показаны). От разных частичных реакторов 14, 16, 18, 20 отходят отдельные трубопроводы 28a, 26b, 26c, 26d отвода восстановительного газа, все их которых входят в отводящий коллектор 29 (из соображений лучшей наглядности их соединения с отводящим коллектором 29 отдельно не показаны). Отводящий коллектор 29 идет к установке 30 обработки газа, где отработавший восстановительный газ, например, обеспыливают и сушат. Через рециркуляционный трубопровод 31 продукт обработки - в случае примера по фиг. 1 обеспыленный и высушенный водород - подают в центральный трубопровод 27 и, таким образом, вместе с поступающим из другого источника свежим водородом H2 рециркулируют в качестве компонента восстановительного газа в технологический процесс.On the image in Fig. 2 partial reactors 14, 16, 18, 20 are placed vertically one above the other. They are made with slightly inclined bottoms. The various sub-reactors 14, 16, 18, 20 have separate reducing gas supply lines 26a, 26b, 26c, 26d, all of which exit the central line 27 (for reasons of clarity, their connections to the central line 27 are not shown separately). From the various sub-reactors 14, 16, 18, 20 separate reducing gas vent lines 28a, 26b, 26c, 26d all enter into a bleed manifold 29 (for reasons of clarity, their connections to the bleed manifold 29 are not shown separately). The exhaust manifold 29 leads to the gas treatment plant 30, where the spent reducing gas is, for example, dedusted and dried. Via the recirculation line 31, the processed product - in the case of the example of FIG. 1 dedusted and dried hydrogen - is fed into the central pipeline 27 and thus, together with fresh hydrogen H 2 coming from another source, is recycled as a component of the reducing gas into the process.

Псевдоожиженный слой в реакторе 13 с псевдоожиженным слоем имеет несколько зон - в каждом из частичных реакторов 14, 16, 18, 20 располагается одна зона. Благодаря разным размерам частичных реакторов 14, 16, 18, 20, схематически показанных на фиг. 2 с разными высотами, в разных зонах псевдоожиженного слоя при непрерывном осуществлении технологического процесса обеспечиваются разные высоты слоя.The fluidized bed in the fluidized bed reactor 13 has several zones - one zone is located in each of the partial reactors 14, 16, 18, 20. Owing to the different sizes of the sub-reactors 14, 16, 18, 20 shown schematically in FIG. 2 with different heights, different bed heights are provided in different zones of the fluidized bed during continuous operation of the process.

Согласно одному из вариантов способа по изобретению в разные зоны можно было бы подавать разные восстановительные газы; этот вариант отдельно не показан.According to one variant of the process according to the invention, different reducing gases could be supplied to different zones; this option is not shown separately.

Подробное изображение системы подачи и получения свежего водорода H2 из других источников не показано по соображением лучшей наглядности.A detailed image of the system for supplying and obtaining fresh hydrogen H 2 from other sources is not shown for reasons of better clarity.

В целом температура, давление и состав восстановительного газа влияют на кинетику реакции, из чего следуют требования по времени пребывания газа и времени пребывания частиц, а также высоте слоя. Скорость восстановительного газа влияет на степень уноса из псевдоожиженного слоя и количество циркулирующегося восстановительного газа. Кинетика реакции и скорость восстановительного газа, в свою очередь, влияют на необходимую удельную реакционную поверхность.In general, the temperature, pressure and composition of the reducing gas affect the kinetics of the reaction, which results in requirements for gas residence time and particle residence time, as well as bed height. The speed of the reducing gas affects the degree of entrainment from the fluidized bed and the amount of circulating reducing gas. The reaction kinetics and the speed of the reducing gas, in turn, affect the required specific reaction surface.

На фиг. 3 сплошной линией показаны ожидаемые согласно принятым научным представлениям значения теоретической скорости перевода во взвешенное состояние Ut для разных крупностей d шарообразных частиц DRI/железная руда при 1023 K с водородом H2 в качестве восстановительного газа и при избыточном давлении 200000 Па:In FIG. 3, the solid line shows the scientifically expected values of the theoretical suspension rate U t for different sizes d of DRI/iron ore spherical particles at 1023 K with hydrogen H 2 as the reducing gas and at an overpressure of 200,000 Pa:

Figure 00000002
Figure 00000002

Штриховой линией показана также фактически найденная, отклоняющаяся от принятых научных представлений зависимость между крупностью d и скоростью перевода во взвешенное состояние Umax:The dashed line also shows the relationship actually found, which deviates from the accepted scientific ideas, between the fineness d and the rate of transfer to a suspended state U max :

Umax = (40000*d)2,78.U max \u003d (40000 * d) 2.78 .

Приведенное выше описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения содержит многочисленные признаки, которые частично приведены в отдельных зависимых пунктах формулы изобретения в нескольких комбинированных формах. Однако эти признаки также могут быть целесообразным образом рассмотрены по отдельности и рациональным образом обобщены в других комбинациях. В частности, эти признаки по отдельности и в любой приемлемой комбинации могут сочетаться в способе по изобретению.The above description of the preferred embodiments of the invention contains numerous features, which are partially given in separate dependent claims in several combined forms. However, these features can also be usefully considered individually and rationally generalized in other combinations. In particular, these features, individually and in any suitable combination, can be combined in the process of the invention.

Когда в описании или в формуле изобретения некоторые термины употребляются в единственном числе или в сочетании с числительными, объем охраны изобретения в отношении этих терминов не ограничивается единственным числом или конкретным числительным. Слова "один" или "одна" следует понимать как указание на неопределенность, а не как числительные.When in the description or in the claims some terms are used in the singular or in combination with numerals, the scope of protection of the invention with respect to these terms is not limited to the singular or a specific numeral. The words "one" or "one" should be understood as an indication of uncertainty, and not as numerals.

Описанные свойства, признаки и преимущества изобретения, а также средства и методы, которыми они достигаются, более ясно и четко можно понять в связи с описанием примера или примеров осуществления изобретения, которые более подробно поясняются чертежами. Пример или примеры осуществления служат для пояснения изобретения и не ограничивают изобретение ни указанными в них комбинациями признаков, ни в отношении функциональных признаков. Кроме того, приемлемые для этой цели признаки каждого из примеров осуществления могут также рассматриваться совершенно изолированно, обособленно от какого-либо примера осуществления, вноситься в один из других примеров осуществления для его дополнения и сочетаться с одним из любых пунктов формулы изобретения.The described features, features and advantages of the invention, as well as the means and methods by which they are achieved, can be more clearly and clearly understood in connection with the description of the example or examples of the invention, which are explained in more detail by the drawings. The example or examples of implementation serve to explain the invention and do not limit the invention either by the combinations of features indicated therein, or with respect to functional features. In addition, the features of each of the exemplary embodiments acceptable for this purpose can also be considered completely in isolation, apart from any exemplary embodiment, introduced into one of the other exemplary embodiments to complement it, and combined with one of any claims.

Хотя изобретение было подробно пояснено и описано одним или несколькими предпочтительными примерами осуществления, оно не ограничено одним или несколькими раскрытыми примерами, так что могут быть разработаны другие варианты без выхода за пределы объема охраны изобретения.Although the invention has been explained and described in detail by one or more preferred embodiments, it is not limited to one or more of the disclosed examples, so that other variations can be developed without departing from the scope of the invention.

Список условных обозначенийList of conventions

1one Устройство для осуществления способа по изобретениюDevice for carrying out the method according to the invention 22 Содержащие оксидное железо частицы Particles containing iron oxide 33 Отверстие для подачиFeed hole 4four Псевдоожиженный слойfluidized bed 55 Реакторное пространствоReactor space 66 Реактор с псевдоожиженным слоемFluidized bed reactor 77 Распределительная тарелкаdistribution plate 8eight Восстановительный газReducing gas 99 Продукт восстановленияRecovery product 10ten Отработавший восстановительный газWaste reducing gas 11eleven Трубопровод подачи восстановительного газаReducing gas pipeline 1212 Трубопровод отвода восстановительного газаReductant gas pipeline 1313 Реактор с псевдоожиженным слоемFluidized bed reactor 14fourteen Частичный реакторpartial reactor 15fifteen КонецEnd 1616 Частичный реакторpartial reactor 1717 КонецEnd 18eighteen Частичный реакторpartial reactor 1919 КонецEnd 20twenty Частичный реакторpartial reactor 21a, 21b, 21c21a, 21b, 21c Передаточные устройстваTransfer devices 2222 Содержащие железо частицы Iron-containing particles 2323 НачалоStart 2424 Продукт реакцииreaction product 2525 КонецEnd 26a, 26b, 26c, 26d26a, 26b, 26c, 26d Трубопроводы подачи восстановительного газаReducing gas pipelines 2727 Центральный трубопроводCentral pipeline 28a, 28b, 28c, 28d28a, 28b, 28c, 28d Трубопроводы отвода восстановительного газаReducing gas pipelines 2929 Отводящий коллекторOutlet manifold 30thirty Установка обработки газаGas treatment plant 3131 Рециркуляционный трубопроводRecirculation pipeline

Claims (31)

1. Способ прямого восстановления содержащих оксидное железо частиц (2) в продукт восстановления (9) в псевдоожиженном слое (4), через который противотоком проходит содержащий 30-100 мол.% водорода H2 восстановительный газ (8),1. A method for direct reduction of iron oxide-containing particles (2) into a reduction product (9) in a fluidized bed (4), through which a reducing gas containing 30-100 mol.% hydrogen H 2 passes countercurrently (8), отличающийся тем, чтоcharacterized in that подаваемые в псевдоожиженный слой (4) содержащие оксидное железо частицы (2) на по меньшей мере 90 мас.% имеют крупность, меньшую или равную 200 микрометрам,particles (2) containing iron oxide fed into the fluidized bed (4) have a fineness of at least 90 wt.% less than or equal to 200 micrometers, при этом фиктивную скорость U проходящего через псевдоожиженный слой (4) восстановительного газа (8) устанавливают между 0,05 м/с и 1 м/с так, что она для крупности d, равной d30 подаваемых в псевдоожиженный слой (4) содержащих оксидное железо частиц (2), превышает теоретическую скорость перевода во взвешенное состояние Ut и меньше или равна Umax, причем значение d30 указывает на то, что 30 мас.% содержащих оксидное железо частиц имеют крупность не более чем d,at the same time, the fictitious speed U of the reducing gas (8) passing through the fluidized bed (4) is set between 0.05 m/s and 1 m/s so that, for a fineness d equal to d 30 , the oxide containing gas supplied to the fluidized bed (4) iron particles (2), exceeds the theoretical rate of translation into a suspended state U t and less than or equal to U max , and the value of d 30 indicates that 30 wt.% containing oxide iron particles have a particle size of not more than d, причем теоретически предсказываемое значение Ut для крупности d получается из уравнения:moreover, the theoretically predicted value of U t for size d is obtained from the equation:
Figure 00000003
Figure 00000003
а Umax получается по эмпирически найденной зависимости между крупностью частиц и скоростью перевода во взвешенное состояние частиц крупностью d, равной d30:and U max is obtained from the empirically found relationship between the particle size and the rate of transfer to a suspended state of particles with a particle size d equal to d 30 : Umax = (40000*d)2,78,U max \u003d (40000 * d) 2.78 , гдеwhere Ut - теоретическая скорость перевода во взвешенное состояние, м/с;U t - theoretical speed of transfer to a suspended state, m/s; Umax - максимальная фиктивная скорость для d=d30, м/с;U max - maximum fictitious speed for d=d 30 , m/s; ρp - плотность частиц, кг/м3;ρp - particle density, kg/m 3 ; ρg - плотность восстановительного газа, кг/м3, в рабочем режиме;ρg is the density of the reducing gas, kg/m 3 , in operating mode; d - крупность частиц, м;d - particle size, m; g - ускорение свободного падения, м/с2;g - free fall acceleration, m/s 2 ; μ - динамическая вязкость, кг/(м·с);μ - dynamic viscosity, kg/(m s); CW - коэффициент сопротивления;C W - drag coefficient; Re - число Рейнольдса.Re is the Reynolds number. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что его осуществляют при температуре между 773 K и 1123 K.2. Method according to claim 1, characterized in that it is carried out at a temperature between 773 K and 1123 K. 3. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что его осуществляют при избыточном давлении в 200000 Па относительно окружающей среды.3. The method according to any one of paragraphs. 1 or 2, characterized in that it is carried out at an excess pressure of 200,000 Pa relative to the environment. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что d30 меньше или равно 110 микрометрам для подаваемых в псевдоожиженный слой содержащих оксидное железо частиц (2).4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that d 30 is less than or equal to 110 micrometers for particles (2) containing iron oxide fed into the fluidized bed. 5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что подаваемые в псевдоожиженный слой содержащие оксидное железо частицы (2) на по меньшей мере 50 мас.% находятся в интервале между 15 микрометрами и 100 микрометрами.5. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the particles (2) containing iron oxide fed into the fluidized bed are at least 50 wt.% in the range between 15 micrometers and 100 micrometers. 6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что подаваемые в псевдоожиженный слой содержащие оксидное железо частицы (2) с долей максимум 30 мас.% меньше 10 микрометров.6. The method according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the iron oxide-containing particles (2) fed into the fluidized bed with a maximum fraction of 30 wt.% are less than 10 micrometers. 7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что псевдоожиженный слой (4) имеет разные зоны с разными высотами слоя.7. The method according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the fluidized bed (4) has different zones with different bed heights. 8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что высота слоя в псевдоожиженном слое составляет 0,1-0,5 м, а более предпочтительно 0,3-0,4 м.8. The method according to any one of paragraphs. 1-7, characterized in that the bed height in the fluidized bed is 0.1-0.5 m, and more preferably 0.3-0.4 m. 9. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что время пребывания восстановительного газа (8) в псевдоожиженном слое (4) составляет от 0,1 с до 10 с, более предпочтительно 1-2 с.9. The method according to any one of paragraphs. 1-7, characterized in that the residence time of the reducing gas (8) in the fluidized bed (4) is from 0.1 s to 10 s, more preferably 1-2 s. 10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что выходящий из псевдоожиженного слоя (4) отработавший восстановительный газ (10) после обработки рециркулируют в качестве компонента восстановительного газа (8) в псевдоожиженный слой (4).10. The method according to any one of paragraphs. 1-9, characterized in that the spent reducing gas (10) leaving the fluidized bed (4) is recycled after treatment as a component of the reducing gas (8) into the fluidized bed (4). 11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что в псевдоожиженный слой (4) везде подают одинаковый восстановительный газ (8).11. The method according to any one of paragraphs. 1-10, characterized in that the same reducing gas (8) is supplied to the fluidized bed (4) everywhere. 12. Способ по любому из пп. 7-10, отличающийся тем, что в разные зоны псевдоожиженного слоя (4) подают разный восстановительный газ (8).12. The method according to any one of paragraphs. 7-10, characterized in that different reducing gas (8) is supplied to different zones of the fluidized bed (4). 13. Устройство обработки сигналов с машиночитаемым программным кодом, отличающееся тем, что оно содержит управляющие команды для осуществления способа по любому из пп. 1-12.13. A signal processing device with a computer-readable program code, characterized in that it contains control commands for implementing the method according to any one of paragraphs. 1-12. 14. Носитель информации с записанным на него машиночитаемым программным кодом для устройства обработки сигналов, отличающийся тем, что программный код содержит управляющие команды, которые устройство обработки сигналов выдает для осуществления способа по любому из пп. 1-12.14. A storage medium with a machine-readable program code recorded on it for a signal processing device, characterized in that the program code contains control commands that the signal processing device issues to implement the method according to any one of paragraphs. 1-12.
RU2021126934A 2019-03-15 2020-03-12 Method for direct reduction in a fluidised bed RU2782579C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19163059.9 2019-03-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2782579C1 true RU2782579C1 (en) 2022-10-31

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1165827A (en) * 1967-12-04 1969-10-01 Exxon Research Engineering Co Iron Ore Reduction
US3776533A (en) * 1970-01-28 1973-12-04 Dravo Corp Apparatus for continuous heat processing of ore pellets
FR2227047A1 (en) * 1973-04-30 1974-11-22 Boliden Ab
RU2471000C1 (en) * 2011-06-20 2012-12-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники" (ОАО "ВНИИМТ") Reducing gas obtaining method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1165827A (en) * 1967-12-04 1969-10-01 Exxon Research Engineering Co Iron Ore Reduction
US3776533A (en) * 1970-01-28 1973-12-04 Dravo Corp Apparatus for continuous heat processing of ore pellets
FR2227047A1 (en) * 1973-04-30 1974-11-22 Boliden Ab
RU2471000C1 (en) * 2011-06-20 2012-12-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники" (ОАО "ВНИИМТ") Reducing gas obtaining method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8632622B2 (en) Process and device for producing pig iron or liquid steel precursors
US5330556A (en) Method for treating gas and particulate solids in a fluid bed
KR910008113B1 (en) Metal-making apparatus involving the smetting redaction of metallic oxides
JP5095082B2 (en) Method and equipment for transporting fine solids
EP2576845B1 (en) Process and plant for producing hot metal
AU2020242905B2 (en) Method for direct reduction in a fluidized bed
RU2158769C2 (en) Three-stage gear for reduction of fine-grain iron ore in fluidized layer
RU2782579C1 (en) Method for direct reduction in a fluidised bed
US3214264A (en) Treatment of metal oxides
US5529291A (en) Circulating fluidized bed direct reduction system
EP3294915B1 (en) Method for partial roasting of copper and/or gold bearing concentrates
CZ372998A3 (en) Treatment of particulate material by employing fluidized bed process, tank and apparatus for making the same
Hammerschmidt et al. Roasting of gold ore in the circulating fluidized-bed technology
RU2143007C1 (en) Double-stage furnace with fluidized bed for preliminarily reducing finely divided iron ore and method for preliminarily reducing finely divided iron ore at using such furnace
US4207093A (en) Process for reducing metal oxide containing ores
AU728390B2 (en) Method for treating particulate material in the fluidized bed method and vessel and plant for carrying out the method
US6261531B1 (en) Production method of iron carbide
AU717927B2 (en) Two step twin-single fluidized bed type pre-reduction apparatus for pre-reducing fine iron ore, and method therefor
US3031293A (en) Iron ore reduction process in a fluidized bed
JPS62290811A (en) Method and apparatus for producing metallized pellet
WO2023121540A1 (en) Reduction of iron ore metal and reactor for said reduction
WO2023121465A1 (en) A method for producing iron fuel
WO1999066083A1 (en) The roasting of ores or ore concentrates in a gas suspension shaft furnace
JPH0649520A (en) Fluidized bed furnace
JPH0637656B2 (en) A method for suppressing sticking during reduction of fine ore by a circulating fluidized bed.