SU1052165A3 - Способ восстановлени окиси железа - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКИСИ ЖЕЛЕЗА, включающий восстанов т J р ,,., «s/v ej fi . ление в шахтной печи противотоком загружаемого сверху материала и гор чего восстановительного газа, состо щего из смеси рециркулируемого и десульфурированного газа от газификации твердого топлива с показателем качества не ниже 6,5, о т л ич ающий с   тем, что, с целью сокращени  тепловых затрат, часть рециркулируемого восстановительного газа добавл ют к полученному газификацией на выходе из газификатора перед десульфуратором, а другую часть подогревают до 760-900°С и смешивают с потоком, идущим из десульфуратора , перед подачей в зону , восстановлени . СП to а: О1

Description

2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что часть холодного рециркулируемого газа добавл ют перед смешиванием с подогретой частью .

3. Способ по п. 1, от л и ч аю щ и и с   тем, что часть холодного рециркулируемого газа подают в зону охлаждени  реактора дл  десульфурировани  газа.

1 :.

Изобретение относитс  к пр мому получению железа в шахтной печи.

Большинство установок дл  пр мого получени  восстаковленногр железа используют в качестве йсточника восстановител  природный газ. Природный газ риформируют дл  того, чтобы получить восстановители GO и Н2. ;.,., ; , :. . .

Известны установки, использукицие уголь в качестве источника восстановител  в ротационных обжиговых процессах , н.апример процесс SL/RN, в соответствии с уголь восстанайливаетс  пр мо на Mecte в печ  без отдельной газификации угл  дл  получени  СО и .

Ротационные обжиговые процесЬы . имеют недостаточную эффективности, св занную с использованием,угл / ; так, как две трети сжигаетс  в ; печи дл  того, чтобы .обеспечить нагрев и только одна треть; использу.етс  дл  получени  восстандвливгиспего газа дл -пр мого востстанов еци л Это приводит к тому,; чтр требуетс  большое количество угл , чтобы получить 5,0-6,0 гкал на метричес-; кую тонну пр мо восстановленного железа, в противоположность этому . в более эффективных процессах с йсПОЛЬзованиал природного газа из расчета 3-3,5 гкал на 1 т губчатого железа. :. .. : : ; , у ... .,

Наиболее близким к предлагаемому по технической С1вдности и достигавмому результату  вл етс  спЬсрб г восстановлени  окиси железа в шахт- : ной печи противотоком загружаемого сверху материала и гор чего восстановительного газа, состо щего из смеси рециркулируемого и десульфурированного газа от газификации твердого топлива с показателем качества не ниже 6,5 С2.

Однако способ  вл етс  сложным и

недостаточно практичным дл  промышленного освоени , так как гор чий газ из газификатора угл  содержит низкое отношение восстановителей {СО И Н2) к окислител м.( паров) ин может эффективно испОльэоватьс  в пр мом восстановлении железа.

Цель изобретени  - сокращение тепловых затрат.

Поставленна  цель достигаетс  те что согласно способу восстановлени  окиси железа, включгцсшему восстановление в шахтной п чипротйвотокрм загружаемого сверху материала и гор Чего восстановительного газа, состо щего из смеси рециркулируемого и десульфурированного газа от газификации твэРДого топлива с покаэателем качасгтва не ниже 6,5, часть 1Р циркулируемого восстановительного ,газа добавл ют к- полученному газификацией на выходе из газификатора перед десульфатором, а доугую часть пддогрева№ г до 60-900 е и смешивайте поток «, идуиим из Десульфуратopa перед прдачей в зону восстановлени ... .;,.-, . .,;. . .

Часть холодного рециркулируемогР газа добавл ют перед смешиванием сггюдогретой частью. ,

Часть холодного рециркулируемого газа подают в .зону рхлажцёни  ре ктора дл  Аесульфурйровани  газа.

На чертеже изображена схема реализации способа.

На схеме обозначена пеЧь 1с огнеурпорным покрытием шахтного типа с противотоксм материала и восстановител . Подаккцийс  материал 2 (окись в виде Окатышей окиси и/или крупнокускрврй руды с номинальным размером в, пределах 530 мм прдаетс  в питательйый бункер 3 ив печь через питательную магистраль 4 дл  создани  шихты в печи. Врсстанрвленные железные окатыши и/или кусковой продукт отвод тс  из нижней aoHta печи через выпускную Магистраль 5 к разгрузочному транспортеру 6, скорость которого контролирует скорость спуска шихты через .печь 1.- ....

Свежий грр чий восстановительный газ вводитс  в печь 1 через входную магистраль 7 дл  гор чего восртановитёльногр газа и газовые вхРдные отверсти  8, расположённые в огнеупорной стенке в средней зоне печи. Го чйй восстановительный газ протекает внутрь, затем вверх в росто нии противотока по бтнсшению к спускющейс  шихте. Отработанный восстановительныЯ газ (верхний газ), содержащий СО; / выходит через шихту в верхней части печи на уровне загрузки образованном углом естественного откоса подачи окиси железа через питательную магистраль 4 и уходит из печи через отвод щую магистраль 9. ,

Нижн   зона печи 1 снабжаетс  циркул цией охлаждающего газа дл  охлаждени  восстановленного железа О перед его выгрузкой из печи. Охлаждающа  печь включает входное отверстие 10/ через которое газ поступает в распределительный элемент 11 охлаждающего газа внутри печи 1/ сборный элемент 12 дл  оклаждак аего газа ра1Сположенный над распределительным элемен сми в печи г выходной элемент 13 дл  охлаждак цего газа и внешнюю систему дл  рециркул ции газа , имеющую скруббер-холодильник 14 и рециркул ционную воздуходувку 15.

Газификатор 16 природного топлйба/ использующий кислород или кислород и НвО/ко;горыэ впускаютс  через инжектор 17, используетс  дл  газификации размельченного природного топлива, иапршлер каменного угл , бурого-угл  или древесного угл , введенного через топливный инжектор 18, дл  того., чтобы получить гор чий газ,который выходит из газификатора через трубопровод 19. Остающа с  после газификации топлива зола удал етс  из газовой плиты через выброс 20 золы.

Верчений газ, выход щий из печи через отвод щую магистраль 9(, охлаждаетс  и очищаетс  от пыли в скруббер-холодильнике 21, после чего поступает в трубопровод 22. Часть охлажденного верхнего газа удал етс  из системы через дренажную трубг ку 23 и используетс  в качестве топливного газа дл  получени  пара. Втора  частьохлажденного газа удал етс  через трубопровод 24 и используетс  в качестве.топлива дл  горелки . Треть  часть охлажденного верхнего газа сжимаетс  газовым компрессором 25 и затем впускаетс  через трубопровод 26 в обычный регенеративный узел 27 удалени  СО2. В этом узле основна  часть СО2 удал етс  из газа дл  того, чтобы получить обогащенный восстановителем газ, который удал етс  через трубопровод 28. Часть обогащенного восстановителем газа подаетс  в смешивающцй трубопровод 29 дл  перемешивани  с гор чим газом от газифика- тора в трубопроводе 19 до температуры .ниже температуры застывани  золы. Этот перемешивающий газ может быть введен попеременно в зону отвода газа из газификатора 16, где он не будет оказывать вредного воздействи  на температуру газификации;..

Гор чий газ газификатора в трубопроводе 19 после перемешивани  с газом из смешивающего 29 трубопровода , частично охлаждаетс  и вводитс  в газовый десульфуратор 30 через газовую входную трубку 31. Десульфуратор 30 представл ет собой печь шахтного типа с огнеупорным покрытием , в верхней части которого через подающий бункер и подающую 32 трубку вводитс  в виде частиц известн к дл  образовани  шихты в десульфураторе.

Перемешанный гор чий газ из газовой входной трубки 31 вводитс  в десульфуратор через газовые входные отверсти  33, размещенные в огнеупорной стенке в средней зоне Печи. Эгот газ течет внутрь через шихту .противотоком по отношению к опускающейс  шихте. Гор чий десульфурированный газ выводитс  из шихТы на уровень 34 загрузки и затем через выводную магистраль 35. Введенна  в реакцию известь, содержгица  серу и остаток не вступившего в реакцию известн ка , удал етс  из десульфуратора через разгрузочную магистраль 36 к разгрузочному транспортеру 37. Удаление частиц оставшегос  после реакции материала к разгрузочному 37 транспортеру черэз разгрузочную 36 магистраль создает гравитационный поток и контролирует скорость прохождени  шихты через газовый 30 десульфуратор . Небольшое количество очищенного восстановительного газа, в качестве охлаждающего газа дл  охлаждени  шихты йеред ее выгрузкой иэ узла 27 вводитс  через трубог провод в охлаждающий газовый распределительный элемент 39, наход щиЧт с  в нижней зоне десульфатора 30. Этот охла одакщнй газ течет вверх ;через десульфатор и подогреваетс  гор чей падающей шихтой до тех пор, пока газ достигает средней зоны..

Газовый подогреватель 40 служит дл  нагревани  обогащенного- эосотановителем г.аза, поступающего из трубопровода 41, до температуры, котора  необходима дл  использовани  . его в качествевосстанавливающего газа в восстановительной печи 1.Подогреватель включав нагревающие . трубки 42, одну или более горелок 43 и трубопровод 44 дл  выпуска газ Гор чие газы, выход щие из выпускного трубопровода 44, предпочтительно используютс  в теплообменнике (не показан) дл  подогрева гор чего воздуха источника 45 дл - горелок 43 Топливр дл  горелки 43 представл ет собой верхний газ, введенный через трубопровод 24. Подогретый, обогащенный восстановителем газ выходит из газового подогревател  40 через трубопровод 46, перемешиваетс  с ГОр чим деоульфурированным газом, который поступает из десульфуратора 30 и перемешиваетс  с холодным обогащенным восстановителем газом, поступающим через трубопровод 47, и приобретает температуру, которую должен иметь газ при входе в печь. Эта конечна  газова  смесь становитс  гр чим восстановительным газоМ , введенным в восстановительную печь 1 через газовую входную Магистраль 7.

В пр мом восстановлении железа восстановительна  печь шахтного типа с противотоком обеспечивает получение наивысшей термической эф- . фективности, в которой восстанавливающий газ и руда наход тс  в состо нии противотока,друг относительно друга. При таком относительном движении газа и пород гор чий восстановительный газ служит не только дл  того, чтобы восстанавливать окись железа в металлическое железо , а также дл  того, чтобы нагревать окись железа до температуры восстановлени .

.Шахтна  печь с противотоком также имеет наивысшую химическую эффективность из всех восстановительных печей любого типа при условии, что гор чий восстановительный газ, подаваемый в печь, имеет досточно высокий показатель качества, который выражаетс  как отношение восстановителей (СО- и Н) к окислител м (СО и.)в газовой смеси. Опыт промышленного использовани  установок на природном газе показал, дл  получени  полной химической эффективности шахтной восстановительной печи с противотоком показатель качества восстанавливающего газа должен быть по крайней мере равен восьми.

При газификации измельченного твердого ископаемого топлива, такого как каменный или, бурый уголь, в газификаторе с частичным-окислением, таким каким  вл етс  газовый подогреватель 40, образуетс  газ, преимущественно содержащий СО, Н, СОз и %0..

Изобретение основано на газифи;кации типичного подбитуминозного каТЗенного угл  с использованием кислорода , Н2О и измельченного угл  в газификаторе слоистого типа, который производит гор чий газ, содержащий главным образом СО, Нч, COg и . Температура газификации в таком газификаторе обычно равна . При такой температуре зола каменно .го угл  становитс  жидкой, заливает с  водой и удал етс  со дна газификатора как шлак.

При м е р. Гор чий восстановительный газ, показатель качества которого равен 10, при типичной предпочтительной температуре 815с вводитс  в восстановительную печь 1 через газовую входную магистраль 7, СО и Н, содержащиес  в газе, вступают в реакцию с окисью железа, в результате чего образуетс  СО,

5 и металлическое железо. При восстановлении окиси железа в металлическое железо используетс  только часть восстановителей {СО и Н), котора  снова может быть введена в реакцию после удалени  окислителей. Эта термодинамическа  ситуаци  приводит к тому, что отработанный восстановительный газ, выход щий из печи через отвод щую магистраль 9, имеет показатель качества равный 1,5. В га5 зовом скруббер-холодильнике 21 конденсируетс  большое количество вбд ного пара и удал етс  из газа, что приводит к тому, что показатель качества охлажденного верхнего газа

0 равен 2. Такой газ  вл етс  хорошим горючим дл  сжигани , но не обладает восстановительным потенциалом дл  пр мого восстановлени  железа.

Часть верхнего газа с показателем

5 качества, равным 2, используетс  как горючее дл  горелки 43 газового подогревател  40. Друга  часть газа удал етс  из системы через дренажную трубку 23 и используетс  в ка0 честве топлива дл  обогрева испарител  (не показан),-создани  пара, необходимого при работе узла 27 удалени  СО2 Основна  часть колошникового газа рециркулируетс  через узел 27 удалени  СО2, что приводит к обогащению газа, отводимого че- рез т убопровод 28. Восстановительный газ, показатель качества которого высок (23), используетс  в четырех направлени х.

Гор чий газ, выход щий из газификатора 16 природного топливачерез трубопровод 19, имеет температуру 1370°С и показатель качества 6,5. Газ содержит HgS и COS из серы в угле, некоторое количество невступийшего в реакцию древесного угли и некоторое количество капель остатка золы. Дл  того, чтобы вызвать затвердевание жидких капель золы в гор чем газе и осуществить передачу . по трубопроводам поток в смешивающем трубопроводе 29 холодного обо гащенного восстановителем газа перемешиваетс  с гор чим газом так, чтобьг довести температуру смеси до 950°С во входной трубке 31 в десульфуратор 30. Это приводит к тому, что показатель качества во входной трубке 31 становитс  равным 9..

К десульфуратору 30 подаетс  известн к в виде частиц. Дл  того., чтобы шихта имела хорошую газовую проницаемость размер частиц предпочтительно равен 3-20 мм. Скорость потока массы гор чего газа, введенного в десульфуратор, очень высока по отношению к сцоростк потока массы хо лрдного известн ка, поданного к де сульфуратору . Это приводит к тому, что известн к очень быстро приобретает температуру газа при подн тии непосредственно под уровень 34 за грузки. Это приводит к очень быстрому кальцинированию известн ка сполучением обожженной извести, кото ра  вступает в реакцию с HgS и, COS и удал ет эти составл ющие из газифицированного газа. Обожженна  известь может подаватьс  вместо известн ка, но это экономически невыгодно. Гор чий газифицированный газ за счет перемешивани  с холодным, обогащенным восстановителем газом доводитс  до перед подачей в десульфуратор 30. Понижение содержани  окислител  в гор чем газе посредством перемеши вани  с высококачественным газом, обогащенный, восстановителем, способ ствует удалению серы. Содержание се ры гор чего газифицированного газа дл  специально подобранного угл  составл ет 3900 ч объемных частей HjS и COS на миллион. При темпер.атуре реакции и с пониженным содержанием СО2И Н-О прсле перемеши вани  количество серы в газе, выход щем из десульфуратора, составл ет около 120 ч. иа миллион частей объема . Этот уровень серы ниже максимального и может быть допущен в пр  мом восстановлении железа, поэтому он дополнительно уменьшаетс  путем перемешивани  с гор чим или холодны восстановительным газом, не содержащим серу, из трубопровода 46 или 47. Количество требуемого известн ка зависит от содержани  серы каменного угл . Количество СОлИ , образованного в десульфураторе в результате реакции серы с известью составл ет небольшую фракцию всего газового объема и имеет только побочное воздействие на качество газа выход щего из десульфуратора из выводной магистрали 35. СО, выделенный в десульфураторе посредством кальцинировани  известн ка, также оказывает только побочное воздействие на качество газа. Побочные добавлени  HgO вкл чены.в приведенные таблицы. В десульфураторе 30 шнхта покидает реакционную зойу и охлаждаетс  перед выгрузкой путем ввода относительно небольшого потока газа, обогащенного восстановителем, из трубопровода 38 к газовому охлаждаюг- (Щему распределительному элементу 39. Охлажденный газ высокого качест .на Течет вверх и продавливаетс  по направлению к центру реакционной зоны к поступающему из отверстий 33 газу и подогреваетс  гор чей спускающейс  в- охлажденную зону шихтой. Часть газа, обогащенного восстановителем , выход щего из узла 27 дл  удалени  СО через трубопровод 28, Lводитс  в газовый подогреватель 40 чере: трубопровод 41. В нагревателе , который содержит нагревающие трубки 42 из теплостойкого сплава, газ нагреваетс  до температуры около 815с, котора   вл етс  предпочтительной дл  пр мог о восстановлени  большинства типов окиси железа, используемого в качестве питающего материала. Эта температура может находитьс  в пределах между 7бО-900°С без отступлени  от насто щего изобретени . В примере газ, выход щий из десульфуратора 30 через выводную магистраль 35 после нагрева и обжига поступающего холодного известн ка с получением обожженной извести имеет температуру 915°С и охлаждаетс  до путем подвода и перемешивани  с относительно небольшим потоком газа, обогащенного восстановителем, из трубопровода 47. Добавление газа, обогащенного восстановителем, через трубопровод 47 может быть исключе„-но посредством простого нагревани  в нагревателе 40 до температуры меньше чем дл  то го, чтобы получить температуру газовой восстановительной смеси около 815°С во входной магистрали 7 дл  входа восстановительного газа. С помощью дополнительного перемешивающего газа, поступающего через трубопровод 47, легче контролировать температуру гор чего восстановительного газа, который вводитс  во входную магистраль 7. Таблицы основаны на выработке одной ме.трической тоннй пр мо восстаг нрвленного железа, имеющего степень , металлизации 92% и содержание углерода 1,5%. В табл. 1 приведены скорость газового потока и качество газа (отношение восстановител  к окислителю) ri различных местах устройства.

Газова  смесь к десуль31 фуратору

Газ, выход щий из Примечание.

Потребность в сырье газификатор5а 16 каменного угл  составл ет, кг: Сухой уголь488

93

Н2О

Кислород,(нм 98% 02) 235 Потребность в сырье и готовый продукт десульфуратора 30 составл ет , кг:

Известн к (вход) 32,6 сао .(выпуск)9,1

CaS(выпуск)Ilf7

. Энергетические затраты осуществлени  предлагаемого способа, кал:

Газификаци  угл  3,1

Получение кислорода

дл  газификации угл  0,4

Приблизительно 140 кВ« ч при ; 30%-ной эффективности преобразовани .бО

В табл. 2 приведена температура газа в указанных местах схемы..

Таблица

1463

9,0

Результаты газового анализа, при а вны в табл. 3. Поток 6тра ботанного газа на быходе 9 меньше, чем поток восстанавливакадего газа в трубопроводе 7, так как к пр мо восртановленному железу добавл ет .с  1,5% углерода в результате реакции с СО из восстанавливающего газа. Израсходован ный йосстанавлива32 .024,1 27,0 ющий газ 9 35.126,5 29,6 Верхний газ Газ,обогаще нный., восстановителем 29 49,9 2/0 42,1

. Расход потока газифицированного газа в трубопроводе 19, как показано в примюре, составл ет 931 нм на , : метрическую тонну пр мо -восстанов-... Чл ейного железа. Этот: газ содержит 85,5% или 796 им восстановителей (ССМ-Н) .Расход потока гор чего вос станавливакщего газа во входной магист рбши 7 составл ет 19,9 нм, из которых 88,6% или 1,44 нм составл ют восстановители СО-ЬН. Таким обраэсм , только 4% (), потребных дл  пр мого восстановлени  в печи 1, снабжаетс газификатором 16. Остальные 54% потребности йосстанав:ливающего газа обеспечиваютiс  рециркул цией отработанного газа из печи пр мого восстановлени .

ТаблицаЗ

Хот  в предлагаемом способе дл  Десульфурации газа использован де5 сульфуратор шахтного Типа с противотоком , следует иметь в виду, что может быть исйользован и десульфу-;. ;ратор другого типа,такого,например, как псевдосжиженнЕА слоем частиц извести. того, вместо извести может использоватьс  любой другой десульфурирукодий агент, например любой другой подход щий серный поглотитель , такой как окисть магни .

В изобретении представлен.энергои термо-экономичный способ дл  получени  пр мого восстановлени  железа, в котором используетс  угольный газифицированный газ как источник восстановител  дли пр мого восстановлени . 14,4 0,2 2,3 О 6,0 0,2 2,6 О 2,0 0,3 3,6 О

Claims (3)

1. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКИСИ ЖЕЛЕЗА, включающий восстанов- ление в шахтной печи противотоком загружаемого сверху материала и горячего восстановительного газа, состоящего из смеси рециркулируемого и десульфурированного газа от газификации твердого топлива с показателем качества не ниже 6,5, о т л ич ающий с я тем, что, с целью сокращения тепловых затрат, часть рецирк улируемого восстанов ительного газа добавляют к полученному газификацией на выходе из газификатора перед десульфуратором, а другую часть подогревают до 760-900°С и смешивают с потоком, идущим из десульфуратора, перед подачей в зону восстановления.

>

2. Способ по π. ^отличающийся тем, что часть холодного рециркулируемого газа добавляют перед смешиванием с подогретой частью.

3. Способ по π. 1, от л и ч βίο щ и й с я тем, что часть холодного рециркулируемого газа подают в зону охлаждения реактора для десульфурирования газа.

Цель изобретения сокращение тепловых затрат.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановления окиси железа, включающему восстановление в шахтнойпечи противотоком загружаемогосверху материала и горячего восстановительного газа, состоящего из смеси рециркулируемого и десульфурированного газа от газификации твердого топлива с показателем качества не ниже 6,5, часть рециркулируемого восстановительного газа добавляют к· полученному газификацией на выходе из газификатора перед десульфатором, а другую часть подогревают до 760-900⁶С и смешивают с потоком, идущим из десульфуратора, перед подачей в зону восста. новления.

20 Часть холодного рециркулируемого газа добавляют перед смешиванием с подогретой частью.

Часть холодного рециркулируемого газа подают в .зону охлаждения реак25 тора для десульфурирования газа.

На чертеже изображена схема реализации способа.

На схеме обозначена печь 1 с огнеуопорным покрытием шахтного типа 30 с противотоком материала и восстановителя. Подающийся материал 2 (окись железа) в виде окатышей окиси и/или крупнокусховой руды с номинальным размером в. пределах 535 30мм подается в питательный бункер 3 ив печь через питательную магистраль 4 для создания шихты в печи. Восстановленные железные окатыши и/или кусковой продукт отводятся из нижней зоны печи через выпускную магистраль 5 к разгрузочному транспортеру 6, скорость которого контро10