SU1093254A3 - Способ получени передельного чугуна и газа дл химического синтеза - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРЕДЕЛЬНОГО ЧУГУНА И ГАЗА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА, включающий непрерывньй ввод предварительно-восстановлен ного железорудного концентрата с ре гулируемым количеством шлакообразующих в зону горени  дуги через польй электрод дуговой печи с расплавом чугуна, отличающийс  ,тем, что, с целью эффективного получе НИН чугуна и синтез-газа с низким содержанием примесей, в расплав чугуна ввод т газообразные углеводороды на не менее 30 см, а газы, отход щие из дуговой печи, использупт дл  синтезировани . 2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что используют дуговую печь, работающую на посто нном токе. 3.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с   тем, что температуру рас- плава чугуна поддерживают с помощью регулируемой электроэнергии свьше , а содержание растворенного 1угйёрода в нугуне свыше 2%. . 4.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с   тем, что газообразные углеводороды перёд вводом в расплав чугуна подогревают. 5.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что газообразные углеводороды ввод т не менее чем на 50 см ниже поверхности расплава. 6.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что дл  продувки расплава чугуна используют природный . газ, состо щий, в основном, из метана . 7.Способ по п. 6, о т л и ч а ющ и и с   тем, что газы, отход щие СП из дуговой печи, после регулировани  в них соотношени  СО и Нл, охлаждени  и осаждени  пыпи используют дл  синтеза метанола. 8.Способ по п. 7, отличаю-, щи и с   тем, что газы,- отход щие из дуговой печи, охлаждают путем со оо IND сд {непосредственного ввода в них регулируемого потока хладагента,, предпочтительно смеси природного газа и вод ного пара. 9.Способ по п. 1, отличаю и щийс  тем, что железорудный концентрат предварительно восстанавливают с помощью газов, отход щих из установки синтеза. 10.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что расплав чугуна п ер емещивают.

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии, а именно к способам по лучени  передельного чугуна и газа дл  химического синтеза. Сырьем слу жат тонкозернистые материалы, главным образом состо щие из окиси желе за, например железорудный концентра обожженный железный колчедан и другие газообразные и летучие углеводороды и электрическа  энерги . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  способ получени  передельного чугуна и газа дл  химического синтезй, включающий непрерьшный ввод предварительно вос становленного железорудного концентр та с регулируемым количеством шлакообразующих в зону горени  дуги чере полый электрод дуговой печи, в которой находитс  расплав чугуна. В зоне дуги происходит плавление материалов , окончательное восстановление железорудного концентрата, насыщение металлического расплава углеродом. Газ, получаемый на стади х предварительного и конечного восстановлени , частично используетс  в рециркул ции дл  предварительного восстановлени  и нагрева железорудного концентрата, а остальное количество дл  производства электроэнергии Cl Недостатком известного способа  вл етс  применение твердых восстановителей или углеводородов с высоким содержанием углерода дл  получени  чугуна, что вызвано стремлением сделать процесс получени  чугуна эффективным. Использование твер , дьж восстановителей затрудн ет их очистку от вредных примесей, что приводит к загр знению конечного продукта. Отход щие гаэы при проведении процесса используютс  дл  повьтени  экономичности процесса, но использование их дл  синтезировани  химических веществ затруднительно. Целью изобретени   вл етс  эффективное получение чугуна и синтез-газ с низким содержанием примесей. Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу получени  передельного чугуна и газа дл  химического синтеза, включающему непрерывный ввод предварительно восстановлен ного железорудного концентрата с регулируемым количеством шлакообразующих в зону горени  дуги через полый электрод дуговой печи с расплавом чугуна, в расплав чугуна ввод т газообразные углеводороды на глубину йе менее 30 см, а газы, отход щие из дуговой печи, используют дл  синтезировани . Используют дуговую печь, работающую на посто нном токе. Температуру расплава чугуна поддерживают с помощью регулируемой подачи электроэнергии свьше , а содержание растворенного углерода в чугуне - свьш1е 2%. Газообразные углеводороды перед вводом в расплав чугуна подогревают. Газообразные углеводороды ввод т не менее чем на 50 см ниже поверхности расплава. Дл  продувки расплава чугуна используют природный газ, состо щий в основном, из метана. Газы, отход щие из дуговой печи, после регулировани  в них соотнощени  СО и Н2, охлаждени  и оса щени  пыли используют дл  синтеза метанола . Газы, отход щие из дуговой печи, охлаждают путем непосредственного ввода Е них .регулируемого потока хладагента, предпочтительно смеси природного газаи вод ного пара. Железорудный концентрат предвариteльнo восстанавливают с помощью газов отход щих из установки синтеза. Расплав чугуна перемешивают. Химические реакции, имеющие место в дуговой печи, можно проиллюстрировать с помощью следующих уравнений, предполага , например, что в качестве углеводорода используетс , метан, а окись железа - из материала, содержащего ее, была предварительно восстановлена до FeO/, 1,4СН 1,4С -ь 2,8 И 1,4С (Fe+0;2C) + 1,ZCO (2) FeOi,z+ 1,4 СНл (Fe -ь 0,2) -f + 2,8 Н - 1,2 СО ЛН -«-72,2 ккал. (3) Уравнение (1) иллюстрирует то, что происходит при введении предварительно подогретого метана в раслав чугуна, мётан разлагаетс  и содержащийс  в нем углерод раство етс  в расплаве (С обозначает расворенньй углерод). Дл  того, чтобы асщепление было полным и выделивийс  углерод растворилс  в чугуне вод природного газа должен осуествл тьс  на достаточной глуине ниже поверхности расплава чууна . На практике необходима  глубина была найдена равной не менее 30 см, предпочтительно 50 см. Врем  контакта между метаном и сырым чугуном может быть дополнительно увеличено, если расплав сырого чугуна перемешивают, например, с помощью электромагнитного перемешивани . Уравнение (2) иллюстрирует то, что происходит под электродом на поверхности расплава чугуна, когда до некоторой степени предварительно восстановленный материал, содержащий окись железа, нагретый в зоне плазмы сталкиваетс  с поверхностью. Окись железа, содержаща с  в концентрате, восстанавливаетс  благодар  углероду растворенному в расплаве, плавитс  и науглероживаетс , при этом эквивалентное количество углерода окисл етс  до СО. Суммарна  реакци  (3)  вл етс  в значительной степени эндотермической , требует высокой температуры рас плава (1200°С) и дополнительного подогрева газообразных углеводородов Энерги , необходима  дл  реакции, подводитс  с помощью дуги и составл ет 2650 кВт1Ч/т Fe (при указанных услови х и коэффициенте полезного действи  печи, равном 0,85). При использовании высших углеводородов расход энергии йесколько ниже. В дуговой печи таким образом полу чают передельный чугун и газовую смесь, содержащую 70% Н, и 30% СО. При использовании более высших по сравнению с метаном углеводородов концентраци  К. ниже, а концентраци  СО выше. Соотношение между Н и СО можно регулировать путем конвер сии части СО с помощью вод ного пара над катализатором в Hg и C0,j, причем последний затем отмывают. Таким путем можно получить любое необходимое соотношение, которое особенно применимо дл  получени  метанола. Ос новную реакцию при получении метанола можно проиллюстрировать следующим уравнением: 1,2СО+2,,АН2 (4) Как  сно из формулы (4), газ дл  химического синтеза содержит определенньй избыток Hj. Это  вл етс  пред почтительным, поскольку благодар  этому можно предотвратить некоторые побочные реакции, нежелательные при синтезе метанола. Дл  того, чтобы обеспечить достаточную скорость реакции, реакци  (4) 10 4 должна вестись при избыточном давлении и с помощью катализатора. Посколь ку конверси  при прохождении над катализатором  вл етс  неполной, метанол отдел ют, а не подвергнутый конверсии газ рециркулируют. Дл  поддержани  надлежащего избытка Нл часть циркул ционного газа должна, однако, отводитьс . Отведенный газ, состо щий в основном из Нл)согласно изобретению, используют дл  предварительного восстановлени  концентрата , что можно проиллюстрировать с помощью следующего уравнени ; 0,5Fe,0,+0,.,+0,1Еу+ + 0,ЗН.,0 2 V (5) С точки зрени  условий равновеси  реакции (5) лишь 3/4 от содержащегос  Н2 в отводимом газе можно использовать дл  предварительного восстановлени . Энерги , содержаща с  в газах, выход щих после предварительного восстановлени  (физическа  + химическа ) , согласно изобретению, используетс  при сжигании газа с помощью воздуха, соответствующим образом подогретого , дл  подогрева концентрата перед предварительным восстановлением. Из уравнений 1-5 получена суммарна  реакци  0,5Fe20.+1,4CH.(Fe+0,2C)+1,2CH,OH+ + 0, + 0,(6) При приведенных услови х на тонну железа в полученном передельном чугугне теоретически необходимы свьшге 560 нм металла и 2650 кВт. ч, и в качестве побочного продукта получают 680 кг метанола. Передельный чугун полученньй в )цуговой печи, имеет очень низкое содержание серы, поскольку углеводороды известным ранее методом были «Освобождены от серы до-своего введени . Кроме того, чугун, из-за условий в дуговой печи, имеет низкое содержание кремни  (0,1%), а также марганца, что делает чугун, полученный в соответствии с изобретением, :исключительно пригодным дл  бесшлаково:го рафинировани ,а это,в свою очередь удешевл ет производство стали. На чертеже схематически изображен пример реализации предлагаемого способа (согласно данному примеру используетс  природный газ, главным образом состо щий из метана). Мелкозернистый железорудный концентрат , смешанный в регулируемом соотношении с подход щими шлакообразующими материалами и имеющий размер гранул 0-10 мм, достаточно 05 мм и предпочтительно 0-3 мм, перемещают из грохота 1 с помощью пита тел  2 в непрерывном регулируемом потоке в циклоны 3-5 предварительног нагрева. Циклоны вьтолнены таким же образом, как и подогревающие циклоны современной цементной печи. В циклонах смесь вступает в контакт по системе противотока с гор чими газами , получаемыми в камере сгорани  6 сжиганием газов, отход щих из реактора предварительного восстановлени  7, и, возможнор других топлив 8, например природного газа. Сжигание эти газов осуществл етс  с помощью возду ха 9, предварительно нагретого в газовом холодильнике 10. Отход щие газы из циклонов 3-5 очищают в фильтре 11 и затем выбрасывают наружу, в то как отделенную пыль возвращают в концентрат, Предварительно подогре тый материал направл ют в реактор предварительного восстановлени  7, где его в псевдоожиженном слое восстанавливают , приблизительно, до FeO, . После предварительного восстановлени , проход щего при небольшом избыточном давлении, восстановленный материал через шибер 12 направл ют в канал 13, расположенный по оси электрода 14 дуговой печи, работающей на посто нном токе. Электрод подсоединен соответствукицим образом как катод, в то врем  как расплав чугуна 15 подсоединен в качестве анода через один или несколько подовыХ электродов 16. Материал проходит (через канал 13 в зону плазмы 17 под электрод и попадает на поверхность расплава чугуна .15 в фокус 18, образованный дугой 19. Здесь окислы желе за, содержащиес  в материале, восста навливаютс  до Fe с помощью углерода растворенного, в расплаве, при этом вьщел етс  эквивалентное количество СО. Содержание углерода в расплаве поддерживают на уровне свыше 2%, предпочтительно 2,5-4%, благодар  введению природного газа 20, предварительно подогретого в холодильнике 21. Вве дение газа производ т в виде нескольких потоков 22 на глубину не менее 30 см, предпочтительно на 50 см ниже/

поверхности расплава чугуна.

При таком вводе природньй газ разлагаетс , причем реакци   вл етс .

чугуна 15. Очищенные газы компреми- ,., руют в устройстве 30 и направл ют в установку синтеза 31. Здесь часть гакак уже отмечалось, эндотермической. При больших вводимых потоках поглощение тепла может быть настолько значительным , что существует опасность застывани  в отверстии впрыскивающего сопла чугуна. Такое затвердевание можно предотвратить введением инертного газа концентрично по отношению к при-. родному газу. Перемешивание расплава можно осуществл ть , например, наложением посто нного магнитного пол  на расплав. Под вли нием перемешивани  расплав перемещаетс  мимо впрыскивающих сопел , образующиес  газовые пузырьки станов тс  при этом более мелкими и распредел ютс  в большем количестве расплава. Это увеличивает поверхность контакта, а также врем  контакта. Водород, вьщелившийс  при разложении природного газа в расплаве чугуна, смешиваетс  с СО, вьщелившимс  при восстановлении, и вьшускаетс  через канал 23. Возможно охлаждение отход щих из печи газов благодар  непосредственному введению в газовьй поток подход щей охлаждающей среды, предпочтительно эквимолекул рной смеси природного газа и вод ного пара. Охлаждение в этом случае происходит в учетом реакции СН4+Н20 CO-f3H, Н -«-49 ккал, (7) котора   вл етс  в зна чительной степени эндотермической. Расход смеси метана и вод ного пара соответствующим образом регулируют так, что температура газа на входе в холодильнике 10 составл ет 800-1000 С, при этом 90% вводимых СН и Н-О подвергаетс  (Конвертированию. Благодар  теплообмену с воздухом, выводимыми газами и рециркулируемыми газами в холодильниках 10, 24, 21 газы охлаждаютс , при этом осажденна  пыль отдел етс  в устройстве 25 и возвращаетс  в концентрат. Затем газы очищают путем промывки водой 26 в скрубберах Вентури 27 и 28. В выводимой воде 29 содержитс  сажа, котора  может быть превращена в углеводородную фазу, например путем обработки ее с помощью нафты. От нафты сажу можно отделить и продуть с помощью природного газа в расплав зов превращают в жидкие продукты, предпочтительно метанол. После конденсации в устройстве 32 и удалени  жидких продуктов 33 остальные газы 34 рециркулируют через вспомогательный компрессор 35 в установку синтеза . Незначительную часть 36 газов вы . вод т через редукционный клапан 37, с целью поддержать, избыток Н в установке синтеза на соответствующем уровне.. Выводимые газы соответ (ствующим образом используют после предварительного нагрева в одном 1 48 из холодильников 24 дл  предварительного восстановлени  описанным способом. Из дуговой печи вывод т передельньш чугун 38 и шлак. В местах с легко доступным прирбдным или другими, газообразными углеводородами, например этаном , пропаном предлагаекий способ обеспечивает большие экономические преимущества благодар  высокой ценности получаемого продукта, низким производственньм расходам и низким капитальным затратам.

Claims (10)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРЕДЕЛЬНОГО ЧУГУНА И ГАЗА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА, включающий непрерывный ввод предварительно·восстановлен]ного железорудного концентрата с регулируемым количеством·шлакообразующих в зону горения дуги через полый электрод дуговой печи с расплавом чугуна, отличающийся .тем, что, с целью эффективного получе ния чугуна и синтез-газа с низким содержанием примесей, в расплав чугуна вводят газообразные углеводороды на глубину не менее 30 см, а газы, отходящие из дуговой печи, используют для синтезирования.

2. Способ поп. 1, отличающийся тем, что используют дуговую печь, работающую на постоянном токе.

3. Способ по п. 1, о т л и чающий с я тем, что температуру расплава чугуна поддерживают с помощью регулируемой подачи электроэнергии свыше

1200*С, а содержание растворенного 'углерода в чугуне свыше 2%.^:

4. Способ по п. 1, о т л и чающий с я тем, что газообразные углеводороды перёд вводом в расплав чугуна подогревают.

5. Способ поп. 1, отличающийся тем, что газообразные углеводороды вводят не менее чем на 50 см ниже поверхности расплава.

6. Способ по п. 1, отличающий с я тем, что для продувки расплава чугуна используют природный газ, состоящий, в основном, из метана.

7. Способ по п. 6, отличаю- § щ и й с я тем, что газы, отходящие из дуговой печи, после регулирования в них соотношения СО и Н^, охлаждения и осаждения пыли используют для синтеза метанола.

8. Способ по п. 7, отличающ и й с я тем, что газы, отходящие из дуговой печи, охлаждают путем (непосредственного ввода в них регулируемого потока хладагента,, предпочтительно смеси природного газа и водяного пара.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что железорудный концентрат предварительно восстанавливают с помощью газов, отходящих из установки синтеза.

10. Способ поп. 1, отличающийся тем, что расплав чугуна п ер емешивают.