Способ восстановления измельченной железной руды до губчатого железа

 

1. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ ДО ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА, включающий противоток материала, загружаемого сверху шахтной печи, с газом в зонах восстановления , промежуточной и зоне охлаждения , рециркуляцию, охлаждение и очистку отходящего газа в контуре восстановления , а также риформинг смеси водного пара и метана, отличающийся тем,что, с целью уменьшения затрат на риформинг, риформинг осуществ ляют путем подачи предварительно нагретой до 700-900 С смеси пара и газа в промежуточную зону, при этом газ содержит 20-30% метана. 2.Способ по п. 1,. о т л и ч а ющ и и с я тем, что газ, содержащий 20-30% метана, добавляют в зону охлаждения , и охлаждающий газ удаляют с контролируемой скоростью. 3.Способ поп, 1, отличающийся тем, что в зону охлаждения добавляют часть охлажденного газа, ре циркулируемого из контура восстановления . 4.Способ по п. .1, отличающийся тем, что в качестве метансодержащего газа используют коксовый газ. . §. 5.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в зону охлаждения вводят смесь коксового газа из контура восстановления. 6.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в зону охлаждения вводят добавочный газ в количестве , достаточном для подъема газа в. промежуточную зону. 7.Способ по п. 1, отличающий с. я тен, что соотношение объемов пара и метана в подаваемой смеси составляет

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1) С 21 В 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

OllHCAHME ИЗОБРЕТЕНИЯ

И flATEHTY. <."., Р

/j

4 У,ъ

Р

/ (21) 2996297/22-02 (22) 14.10.80 (31) 084750 (32) 15. 10. 79 (33) США (46) 07.12.84,. Бюл. Ф 45 (72) Хуан Федерико Прайс-Фалькон и. Энрике Рамон Мартинез-Вера (Мексика) (71) Ипьса С.А. (Мексика) (53) 669.183.421(088.8) (56), 1. Патент США N - 3816102, кл. С 21 В 13/02, 1976.

2. Патент США У 3765872, кл. С 21 В 13/00,. 1973. (54)(57) 1. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ ДО ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА, включающий противоток материала, загружаемого сверху шахтной печи, с газом в зонах восстановления, промежуточной и зоне охлаждения, рециркуляцию, охлаждение и очист ку отходящего газа в контуре восстановления, а также риформинг смеси водного пара и метана, о т л и ч а ю— шийся тем,что,с цельюуменьшения затрат нариформинг,риформинг осуществляют путемподачи предварительно нагретой до 700-900"С смеси пара и газа

„„Я0„„1ЛВВ42 А в промежуточную зону, при этом газ содержит 20-30Х метана.

2. Способ по п. 1,. о т л и ч а юшийся тем, что газ, содержащий

20-307 метана, добавляют в зону охлаждения, и охлаждающий газ удаляют с контролируемой скоростью.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в зону охлаждения добавляют часть охлажденного газа, рециркулируемого из контура восстановления.

4. Способ по п. 1, отличающ и и с .я тем, что в качестве метансодержащего газа используют коксовый газ.

° .В

Я

5. Способ поп. 1, отличаюшийся тем, что в зону охлаждения Д) вводят смесь коксового газа из контура восстановления.

6. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в зону охлаждения вводят добавочный газ в количест. ве, достаточном для подъема газа в. М промежуточную зону. Ю

7. Способ поп. 1, о тлич аю- Я) щ и и с..я тек, что соотношение объе- Я мов пара и метана в подаваемой смеси д составляет (1, 0-1, 5): 1. Щ

42 2

1 11288

Чзобретение относится к газообраз ному восстановлению железной руды в

-вертикальной шахтной печи с подвижным слоем с целью получения губчатого железа.

Известны газообразные восстано5 вительные системы, включающие вертикальные шахтные реакторы с подвижным слоем.

Восстановление руды. достигается с помощью восстановительного газа,. состоящего в основном из окиси углерода и водорода, полученного путем каталитического реформирования смеси природного газа и водяного нара. Такие системы содержат вертикальный шахтный реактор, имеющий восстановительную зону в верхней части и охлаждающую зону — в нижней части. Востанавливаемую руду вводят в верхнюю часть реактора и она проходит сверху вниз, сначала через восстановительную зону, где ее приводят в контакт с подогретым восстановительным газом из печи рефЬрминга, а затем через охлаждающую зону, где ее охлаждают газообразным охлаждающим агентом перед тем, как выводят из нижней части реактора.

Выходящий из восстановительной

30 зоны газ охлаждают. с целью удаления из него воды и в большинстве случаев большую часть охлажденного отходящего газа подогревают и возвращают в восстановительную зону. Часть охлаждающего газа, выведенного из охлаждающей зоны, также охлаждают и возвращают в охлаждающую зону. В нижнем конце реактор снабжен средствами для регулирования выпуска охлажденного губчатого железа из ре-, 40 актора, например вращающимся разгру-. .зочным клапаном, вибрационным желобом, ленточным транспортером и т.п.

Использование полученного в реак- торе губчатого железа в качестве час-4> тичного сырья для доменной печи может увеличить производительность печи и снизить потребность печи в коксе f1) . щего газа, а также риформинг смеси водяного пара и метана 2) .

Недостатком известных способов яв ляется необходимость создания мощной установки для риформинга метана с целью получения восстановительного газа.

Цель изобретения - уменьшение затрат на риформинг .

Поставленная цель достигается тей, что согласно способу восстановления измельченной железной руды до губчатого железа, включающему противоток материала, загружаемого сверху шахтной печи, с газом в зонах восстановления, промежуточной и в зоне охлаждения, рециркуляцию, охлаждение и очистку отходящего газа, а также риформинг смеси водяного пара и метана, риформинг осуществляют путем предвао рительно нагретой до 700-900 С смеси пара и газа в промежуточную зону, при этом газ содержит 20-30Х метана.

При этом газ, содержащий 20-30Х метана, добавляют в зону охлаждения, и охлаждающий газ удаляют с контролируемой скоростью.

Причем в зону охлаждения добавляют часть охлажденного газа, рециркулируемого из контура восстановления.

Кроме того, в качестве метансодер жащего газа используют коксовый газ.

В зону охлаждения вводят смесь коксового газа из контура восстановления.

В зону охлаждения вводят добавочный газ в количестве, достаточном для подъема газа в промежуточную зону .

Соотношение объемов пара и метана; в подаваемой смеси составляет (1,01,5): 1.

На фиг. 1 изображена установка для осуществления способа на фиг. 2— упрощенная технологическая схема процесса.

Вертикальный шахтный реактор I c подвижным слоем содержит восстановительную зону 2, зону 3 риформирования и охлаждающую зону 4. ВосстанавНаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления измельченной железной руды, включающий противоток материала, загружаемого сверху шахтной печи, с газом в зонах восстановления, промежуточной и в зоне охлаждения, рецирку. ляцию, охлаждение и очистку отходяливаемую железную руду загружают через верх реактора 1 через входной штуцер 5, а губчатое железо выгружают снизу реактора через выходное отверстие 6.

Коксовый газ поступает в систему по трубопроводу 7, на котором установлен регулятор 8 расхода, и смешивается с водяным паром, подаваемым по трубопроводу 9 с находящимся

42 4 пает в замкнутый контур, включающий холодильник 15, насос 17, перегреватель 19 и восстановительную зону реактора, в которую из эоны 3 риформирования подводится свежий восстано. вительный газ.

Определенное количество рециркулируемого восстановительного газа отбирается из контура восстановитель ного газа по трубопроводу 23, содержащему регулятор 24 расхода направляется в охлаждающий контур. Таким образом, охлажденный газ из трубопро вода 23 поступает в трубопровод 25 и оттуда в нижнюю часть охлаждающей . зоны реактора. Гаэ, протекающий по трубопроводу 25, поступает в кольцевое пространство 26 образованное имеющей форму усеченного конуса пере городкой 27 и примыкающей частью боко вых стенок реактора. Охлаждающий .газ затем проходит под нижней кромкой перегородки 27 и направляется вверх сквозь слой губчатого железа внутри охлаждающей зоны. После прохождения через охлаждающую зону гаэ поступает в кольцевое пространство, образованное перегородкой, имеющей форму усе.ченного конуса, и примыкающей боковой стенкой реактора, а оттуда выходит

-из реактора по трубопроводу 28 через смесительный холодильник 29, где охлаждается и обезвоживается.

Иэ холодильника 29 охлажденный гаэ поступает по трубопроводам 30 и 31 на прием к насосу 32, откуда сбрасывается в трубопровод 25 и возвраща-. ется в охлаждающую зону. Часть циркуляционного охлаждающего газа отбирают иэ охлаждающего контура по трубопроводу 33, на котором установлен регулятор 34 расхода, направляют в пункт хранения или используют в качестве топлива. Газ можно отвести из трубо. провода 7 по трубопроводу 35» на котором установлен регулятор 36 расхода и подгести к трубопроводу 25 с целью обеспечения подвода свежего газа в охлаждающий контур.

Изобретение обеспечивает эффективный способ получения и использования риформированного коксового газа при непосредственном восстановлении же-< лезной руды для получения губчатого железа. Губчатое железо можно смешивать со слоем железной руды в доменной печи для повышения ее производительности. Кроме того, доменные, печи обычно размещают в местах, где

3 11288 на нем регулятором 10 расхода. Водяной пар вводят в достаточном количестве для взаимодействия с метаном, содержащимся в коксовом газе, с целью превращения его в окись углерода и водород.

Для ингибирования нежелательного осаждения углерода внутри реактора используют стехиометрическое количество водяного пара. Обычно молярное соотношение между водяным паром и метаном может быть в пределах 1: 11.5:1.

Смесь коксового газа и водяного пара поступает в подогреватель 11, о где ее подогревают до 700-900 С и оттуда поступает по трубопроводу в реак тор. Реактор снабжен внутренней пере" городкой 12 в форме усеченного конуса которая со стенкой реактора образует кольцевое пространство 13, в которое поступает газовая смесь. Из пространства 13 газ проходит вокруг нижней ( кромки перегородки 12 в зону 3 риформинга, где вступает в контакт с опускающимся книзу слоем железосодержащего материала, который на этом уровне в реакторе в значительной .степени восстанавливается до .губчатого железа. Губчатое железо катали30 .зирует реакцию между водяным паром и метаном с образованием окиси углерода и водорода, которые являются активными восстанови .елями для железной руды, и риформированный газ затем поднимается снизу вверх в восстанови- 5 тельную зону, где он восстанавливает поступающую железную руду.

Для повышения эффективности использования восстановительного газа часть его подвергают рециркуляции. Таким

40 образом, газ, выходящий сверху железосодержащего слоя в реакторе, отводится по трубопроводу 14 и проходит через смесительный холодильник 15,где он охлаждается с удалением из не- 45

ro воды. Охлажденный газ затем поступает по трубопроводу 16 через насос

17 и по трубопроводу 18 в подогреватель 19, где он подогревается до 7501000 С. Из подогревателя 19 подогре- 50 тый газ поступает по трубопроводу 20 в кольцевое пространство 21, образованное внутренней перегородкой 22 и смежной боковой стенкой реакторй, и оттуда двигаясь вокруг нижней кром- 55 ки перегородки 22 поступает обратно в восстановительную зону 2. Таким образом, восстановительный газ посту1128842 можно использовать побочный коксовый газ. Такой коксовый газ используется в качестве топлива, его значение в на стоящем процессе значительно повышается в связи с тем, что его используют в качестве одного из сырьевых материалов в химической восстанови. тельной реакции. Кроме того, благодаря проведению ка1алитической конверсии смеси водяного пара и метана 10 внутри зоны риформирования реактора, Ъ ограничивается потребность в отдельной печи для каталитического рйформинга и обеспечивается исключительно экономическая стадия газового рифор- 15 мирования.

В случаях применения коксового газа повышенная эффективность способа частично связана с тем, что побочный коксовый газ, который также можно.ис- 20 пользовать в качестве топлива, исполь. зуют в качестве химического сырья, и частично с тем, что реакцию риформирования проводят в восстановительном реакторе, а не в отдельной печи 25 каталитического риформинга. Кроме того, предлагаемый способ облегчает комбинирование установки но производству губчатого железа с существующими доменными печами и коксовыми установ- Зп ками с целью обеспечения общего.увеличения производительности доменной печи и улучшения экономии тепла.

В случаях, когда в газе, циркулирующем через охлаждающую зону содер- >> жатся восстановительные примеси, может оказаться желательным так построить работу охлаждающей зоны, чтобы на. править часть циркуляционного газа снизу вверх в восстановительную зону.

Составы газовых потоков приведены. в таблице 1.

Пример 1. Температура на вхо- де промежуточной зоны равна 850 С, а на входе зоны восстановления 950 С. 1

Восстановленный продукт, имеет степень металлизации 87Х и содержание углерода 2,24Х. Коксовый газ содержит 25X: метана. Соотношение пар/метан равно

1,23 1.

S0

Пример 2. Процесс осуществляют,при Т, = 700 С, отношение объема о пара к объему метана составляет 1,5: 1

4 и используется газ, содержащий 20Õ метана. Полученный продукт имеет степень металлизации 80,5Х и содержание углерода 3,36Х.

Пример 3, Способ осуществля,ют при температуре на входе в промежуточную зону Т = 900 С, отношение объема пара к объему метана составляет 1,0:1, а питающий газ содержит

ЗОХ метана. Полученный продукт имеег степень металлизации,94,3Х и содер- жание углерода 1,1Х.

При температуре ниже 700 С реак0 ция взаимодействия СН с Н О имеет очень низкую скорость превращения и равновесие смещается в сторону образования СН1 вместо жедательного разложения на Н2 и СО. Если смесь пара и газа нагревают до температуры, ниже 700 С, необходимо увеличить ко0 личество рециркулированного газа для поддержания адекватной высокой температуры для осуществления восстановления. Сравнение значения Г,3 (4096,7

ИСИ/То и Fe) в примере 2 со значением

F (2120,4 NCN/То и Fe) в примере показывает, что размеры компрессора и нагревателя также удваиваются.,При температуре ниже 700 С будет получен д продукт с низкой металлизацией и очень высоким содержанием углерода. Если емесь пара и метана нагревают до темо пературы выше 900 С, метан может расщепляться путем пиролиза, образуя сажу. Образование сажи может вызвать серьезные проблемы в процессе высокого давления и неравномерное распределение газов, протекающих через восстановительную зону. Сажа также представляет опасность для нагревающих трубок нагревателя. Температура выше

900 С может также вызывать проблемы спекания и агломерации в восстановительном реакторе. Пар и метан смешива ется с горячим восстановительным газом внутри реактора.

Из приведенных примеров очевидно также ухудшение качества губчатого железа, получаемого при граничных значениях соотношения пара и метана, равных (1,0-1,5):1,g, и их необходимость в пределах заявленных температур.

1128842

2 Э 4 5 6

Состав по примеру, мол.7

58,70 58,70

Н2

17,80 17 80

СО

20,30 20,30

4,00

18,48 18,48

4,00

СО

СН4

2,96

25,0 25,0

2;96

2,20

2,20

1,00 1,00

1,00

0,00

1,00

0,00

Н. 0

711, 9 50,9

58,66 58,66 42,68 42,68 55,91 55,91

17,07 17,07 31,77 31,77 15,50 15,50

СО

4,27 4,27

СН4

20 00 20 00 7 73 7,73

3,79

3,79

0,00 0,00

1,00

1,00

1,00 1,00

Н20

584,8 52174

4096,7 483, 1

711,9 50,9 ни

51,34 51,34 54,79 54,79 56,46 56,46

14, 93 14, 93 26, 57 26, 57 21, 06 21, 06 н

СО

3,73

3,73

Со

3,79 3,79

30,00 30,00 2,20 2,20

1,00

1,00

1,00 1,00

0,00

0,00

Но

711, 9 50,9

55,00 55,00

16,00 16,00

53,58 53,59

23,98 23,98

2120,4 653,9 413,9 701,7

16,82 16,82 ° 23,80 23,80

15,44 15,44 17,69 17,69

2110,9 727,4 340,5 760,6

I 128842

1128842

Фиг.2

Составитель Л. Панникова

Редактор А. Шишкина Техред Т.Фанта Корректор О. Тигор

Заказ 9098/47 Тираж 539 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Финиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4