Способ получения передельного чугуна и газа для химического синтеза

 

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 горения дуги через польй электрод дуговой печи с расплавом чугуна, отличающийся ,тем, что, с целью эффективного получе НИН чугуна и синтез-газа с низким содержанием примесей, в расплав чугуна вводят газообразные углеводороды на не менее 30 см, а газы, отходящие из дуговой печи, использупт для синтезирования. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют дуговую печь, работающую на постоянном токе. 3.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что температуру расплава 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 я тем, что газообразные углеводороды перёд вводом в расплав чугуна подогревают. 5.Способ по п. 1, отличающийся тем, что газообразные углеводороды вводят не менее чем на 50 см ниже поверхности расплава. 6.Способ по п. 1, отличающийся тем, что для продувки расплава чугуна используют природный . газ, состоящий, в основном, из метана . 7.Способ по п. 6, о т л и ч а ющ и и с я тем, что газы, отходящие СП из дуговой печи, после регулирования в них соотношения СО и Нл, охлаждения и осаждения пыпи используют для синтеза метанола. 8.Способ по п. 7, отличаю-, щи и с я тем, что газы,- отходящие из дуговой печи, охлаждают путем со оо IND сд {непосредственного ввода в них регулируемого потока хладагента,, предпочтительно смеси природного газа и водяного пара. 9.Способ по п. 1, отличаю и щийся тем, что железорудный концентрат предварительно восстанавливают с помощью газов, отходящих из установки синтеза. 10.Способ по п. 1, отличающийся тем, что расплав чугуна п ер емещивают.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) С 21 В 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ «« o o e s y sQq(«ХМ-!

ТШ..м . <.. ффЯ

: БМБЛ иС» ТРК д

К ПАТЕНТУ (1) 3300249/22-02 (22) 22.06.81 (31) 8018?8 (32) 23.06.80 (33) Норвегия (46) 15 ° 05.84. Бюл. Ф 18 (72) Пер Харальд Коллин (Швеция) (71) Стора Колпарбергс Бергслагс АБ (Швеция) (53) 669.162.8(088.8) (56) 1. Журнал "iron and SteeI Eng.", 1980, 57,8 3, р. 43-45. (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРЕДЕЛЬНОГО ЧУГУНА И ГАЗА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА, включающий непрерывный ввод предварительно восстановленного железорудного концентрата с ре-! гулируемым количеством шлакообразуюI щих 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 глхбину не менее 30 см, а газы, отходящие из дуговой печи, использу т для синтезирования.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что используют дуговую печь, работающую на постоянном гоке.

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

„„SU „„, 1093 254

1200 С, а содержание растворенного углерода в чугуне свйше 2X. .

4. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что газообразные углеводороды перед вводом в расплав чугуна подогревают.

5. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что газообразные углеводороды вводят не менее чем на 50 см ниже поверхности расплава °

6. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что для продувки расплава чугуна используют природный газ, состоящий, в основном, из метана.

7, Способ по п. 6, о т л и ч а ю- Q шийся тем, что газы, отходящие из дуговой печи, после регулирования в них соотношения СО и Н2, охлаждения и осаждения пыли используют для синтеза метанола. Ф2

8. Способ по п. 7, о т л и ч а ю- шийся тем, что газы, отходящие из дуговой печи, охлаждают путем

1непосредственного ввода в них регулируемого потока хладагента, пред- о «» почтительно смеси природного газа и водяного пара.

9. Способ по п. 1, о т л и ч а ю- © шийся тем, что железорудный концентрат предварительно восстанавливают с помощью газов, отходящих из установки синтеза.

10. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что расплав чугуна перемешивают.

1093254

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам по. лучения передельного чугуна и газа для химического синтеза. Сырьем служат тонкозернистые материалы, главным образом состоящие из окиси железа, например железорудный концентрат, обожженный железный колчедан и другие газообразные и летучие углеводороды и электрическая энергия. 10

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения передельного чугуна и газа для химического синтеза, включающий 15 непрерывный ввод предварительно восстановленного железорудного концентра. та с регулируемым количеством шлакообразующих в зону горения дуги через полый электрод дуговой печи, в кото- 20 рой находится расплав чугуна. В зоне дуги происходит плавление материалов, окончательное восстановление железорудного концентрата, насыщение металлического расплава углеродом. 25

Газ, получаемый на стадиях предварительного и конечного восстановления, частично используется в рециркуляции для предварительного восстановления и нагрева железорудного 30 концентрата, а остальное количестводля производства электроэнергии f13.

Недостатком известного способа является применение твердых восстановителей или углеводородов с высоким содержанием углерода для получения чугуна, что вызвано стремлением сделать процесс получения чугуна эффективным. Использование твер. ,дых восстановителей затрудняет

40 их очистку от вредных примесей, что приводит к загрязнению конечного продукта. Отходящие гаэы при проведении процесса используются для повьппения экономичности процесса, но 45 использование их для синтезирования химических веществ затруднительно.

Целью изобретения является эффективное получение чугуна и синтез-газа с низким содержанием примесей.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу получения передельного чугуна и газа для химического синтеза, включающему непрерывный ввод предварительно восстановлен ного железорудного концентрата с регулируемым количеством шлакообразующих в зону горения дуги через полый электрод дуговой печи с расплавом чугуна, в расплав чугуна вводят газообразные углеводороды на глубину йе менее 30 см, а газы, отходящие из дуговой печи, используют для синтезирования.

Используют дуговую печь, работающую на постоянном токе.

Температуру расплава чугуна поддерживают с помощью регулируемой подачи электроэнергии свыше 1200 С, а содержание растворенного углерода в чугу-. не — свьппе 2Х.

Газообразные углеводороды перед вводом в расплав чугуна подогревают.

Газообразные углеводороды вводят не менее чем на 50 см ниже поверхности расплава.

Для продувки расплава чугуна используют природный газ, состоящий в основном, из метана.

Газы, отходящие из дуговой печи, после регулирования в них соотношения СО и Н2, охлаждения и осаждения пыли используют для синтеза метанола.

Газы, отходящие из дуговой печи, охлаждают путем непосредственного ввода в них регулируемого потока хладагента, предпочтительно смеси при родного газа и водяного пара.

Железорудный концентрат предварительно восстанавливают с помощью газов

- В отходящих из установки синтеза.

Расплав чугуна перемешивают.

Химические реакции, имеющие место в дуговой печи, можно проиллюстрировать с помощью следующих уравнений,,предполагая, например, что в качестве углеводорода используется метан, а окись железа — из материала, содержащего ее, была предварительно восстановлена до Ре0 2

1,4СН" = i 4С + 2,8 Н (1)

Ре01,2+ 1,4С = (Fe+ 0,2 g + 1,2 СО (2)

Fe0q,2+ 1,4 СН,1. (Fe + 0,2Я) +

+ 2,8 Н2 + 1,2 СО ЬН =+72,2 ккал. (3)

Уравнение (1) иллюстрирует то, что происходит при введении предварительно подогретого метана в расплав чугуна, мйтан разлагается и содержащийся в нем углерод растворяется в расплаве (С обозначает растворенный углерод). Для того, чтобы расщепление быпо полным и выделившийся углерод растворился в чугуне ввод природного газа должен осуществляться на достаточной глубине ниже поверхности расплава чугуна. На практике необходимая глу10932 з бина была найдена равной не менее

30 см, предпочтительно ) 50 см. Вре-! мя контакта между метаном и сырым чугуном может быть дополнительно увеличено если расплав сырого чугуВ

5 на перемешивают, например, с помощью электромагнитного перемешивания.

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, сталкивается с поверхностью. Окись железа, содержащаяся-в концентрате, восстанавливается благодаря уГлероду, растворенному в расплаве, плавится и науглероживается, при этом эквивалентное количество углерода окисляется до СО.

Суммарная реакция (3) является в значительной степени эндотермической, требует высокой температуры расплава ()1200 С) и дополнительного подогрева газообразных углеводородов.

Энергия, необходимая для реакции, подводится с помощью дуги и составляет 2650 кВт ч/т Ре (при указанных условиях и коэффициенте полезного действия печи, равном 0,85). При использовании высших углеводбродов расход энергии несколько ниже.

В дуговой печи таким образом получают передельный чугун и газовую смесь, содержащую 70Х Н и 307 СО.

При использовании более высших по сравнению с метаном уГлеводородов концентрация Н ниже, а концентрация СО выше. Соотношение между Н и СО можно регулировать путем конвер. сии части СО с помощью водяного пара 4о над катализатором в Н и СО, причем последний затем отмывают. Таким путем можно получить любое необходимое соотношение, которое особенно применимо для получения метанола. Ос. 4> новную реакцию при получении метанола можно проиллюстрировать следующим уравнением:

1,2СО+2,8Н21,2СН ОН+0,4Н (4)

Как ясно из формулы (4), газ для 0 химического синтеза содержит определенный избыток Н . Это является предпочтительным, поскольку благодаря этому можно предотвратить некоторые побочные реакции, нежелательные при 55 синтезе метанола.

Для того, чтобы обеспечить достаточную скорость реакции, реакция (4) 54 4 должна вестись при избыточном давлении и с помощью катализатора. Посколь ку конверсия при прохождении над ка,тализатором является неполной, метанол отделяют, а не подвергнутый конверсии газ рециркулируют. Для поддержания надлежащего избытка Н> часть циркуляционного газа должна, однако, отводиться. Отведенный газ, состоящий в основном из Н„,согласно изобретению, используют для предварительного восстановления концентрата, что можно проиллюстрировать с помощью следующего уравнения:

0,5Fe 03+0,4H2=Fe01 +О, 1"H2+

С точки зрения условий равновесия реакции (5) лишь 3/4 от содержащегося

Н в отводимом газе можно использовать для предварительного восстановления. Энергия, содержащаяся в газах, выходящих после предварительного восстановления (физическая + химическая), согласно изобретению, используется при сжигании газа с помощью воздуха, соответствующим образом подогретого, для подогрева концентрата перед предварительным восстановлением.

Из уравнений 1-5 получена суммарная реакция

О, 5Ге О +1, 4CH =(Fe+0, 2С)+1, 2СН ОН+

+ О,ЗН О + 0,1Н (6)

При приведенных условиях на тонну железа в полученном передельном чугу-. не теоретически необходимы свыше

560 нм металла и 2650 кВт ч, и в качестве побочного продукта получают

680 кг метанола.

Передельный чугун, полученный в круговой печи, имеет очень низкое содержание серы, поскольку углеводороды известным ранее методом были освобождены от серы до.своего введения. Кроме того, чугун, из-за условий в дуговой печи, имеет низкое содержание кремния (0,1X) а также. марганца, что делает чугун, полученный в соответствии с изобретением, :исключительно пригодным для "бесшлаково.

:го рафинирования",а это,в свою очередь удешевляет производство стали.

На чертеже схематически изображен пример реализации предлагаемого способа (согласно данному примеру используется природный газ, главным образом состоящий из метана) °

Мелкозернистый железоруцный концентрат, смешанный в регулируемом соотношении с подходящими шлакообра254

S 1093 зующими материалами и имеющий размер гранул О-tOme достаточно 0-.

5 мм и предпочтительно 0-3 мм, перемещают из грохота 1 с помощью питателя 2. в непрерывном регулируемом потоке в циклоны 3-5 предварительного нагрева. Циклоны выполнены таким же образом, как и подогревающие циклоны современной цементной печи. В циклонах смесь вступает в контакт по си- t0 стеме противотока с горячими газами, получаемыми в камере сгорания 6 сжиганием газов, отходящих из реактора предварительного восстановления

7, и, возможно р других топлив 8, на- 15 пример природного газа.. Сжигание этих газов осуществляется с помощью воздуха 9, предварительно нагретого в газовом холодильнике 10. Отходящие газы из циклонов 3-5 очищают в фильтре 20

11 и затем выбрасывают наружу, в то время как отделенную пыль возвращают в концентрат, Предварительно подогре. тый материал направляют в реактор предварительного восстановления 7, 25 где его в псевдоожиженном слое восстанавливают, приблизительно, до

Fe0e 2

После предварительного восстановления, проходящего при небольшом из -быточном давлении, восстановленный материал через шибер 12 направляют в канал 13, расположенный по оси электрода 14 дуговой печи, работающей на постоянном токе. Электрод

35 подсоединен соответствующим образом как катод, в то время как расплав чугуна 15 подсоединен в качестве анода через один или несколько подовых электродов 16. Материал проходит 40 через канал 13 в зону плазмы 17. под электрод и попадает на поверхность расплава чугуна 1) в фокус 18, образованный дугой 19 ° Здесь окислы железа, содержащиеся в материале восста45 навливаются до Fe с помощью углерода, растворенного. в расплаве, при этом выделяется эквивалентное количество

СО. Содержание углерода в расплаве поддерживают на уровне свыше 27, предпочтительно 2,5-4Х, благодаря введе50 нию природного газа 20, предварительно подогретого в холодильнике 21. Вве дение газа производят в виде нескольких:потоков 22 на глубину не менее

30 см, предпочтительно на 50 см нижд поверхности расплава чугуна.

При таком вводе природный гаэ разлагается, причем реакция является, как уже отмечалось, эндотермической.

При больших вводимых потоках поглощение тепла может быть настолько значительным, что существует опасность застывания в отверстии впрыскивающего сопла чугуна. Такое затвердевание можо но предотвратить введением инертного газа концентрично по отношению к при-. родному газу.

Перемешивание расплава можно осуществлять, например, наложением постоянного магнитного поля на расплав.

Под влиянием перемешивания расплав перемещается мимо впрыскивающих сопел, образующиеся газовые пузырьки становятся при этом более мелкими и распределяются в большем количестве расплава. Это увеличивает поверхность контакта, а также время контакта.

Водород, выделившиися при разложении природного газа в расплаве чугуна, смешивается с СО, выделившимся при восстановлении, и выпускается через канал 23. Возможно охлажде. ние отходящих из печи газов благодаря непосредственному введению в газовый поток подходящЬй охлаждающей среды, предпочтительно эквимолекулярной смеси природного газа и водяного пара.

Охлаждение в этом случае происходит в учетом реакции

СН +Н20= СО+ЗН, ОН=+49 ккал, (7) моль которая является в значительной степени зндотермической. Расход смеси метана и водяного пара соответствующим образом регулируют так, что температура газа на входе в холодильнике о

10 составляет 800-1000 С, при этом

90Х вводимых СН и H 0 подвергается ,конвертированию.

Благодаря теплообмену с воздухом, выводимыми газами и рециркулируемыми газами в холодильниках 10, 24, 21 газы охлаждаются, при этом осажденная пыль отделяется в устройстве 25 и возвращается в концентрат. Затем газы очищают путем промывки водой

26 в сМрубберах Вентури 27 и 28. В выводимой воде 29 содержится сажа, которая может быть превращена в угле водородную фазу, например путем обработки ее с помощью нафты. От нафты сажу можно отделить и продуть с помощью природного газа в расплав чугуна 15. Очищенные газы компремируют в устройстве 30 и направляют в установку синтеза 31. Здесь часть га1093254, г.Уагород, ул.Проектная, 4 зов превращают в жидкие продукты, предпочтительно метанол. После конденсации в устройстве 32 и удаления жидких продуктов 33 остальные газы

34 рециркулируют через вспомогательный компрессор 35 в установку синтеза. Незначительную часть 36 газов вы.водят через редукционный клапан 37, с целью ;поддержать, избыток Н в

2 установке, синтеза на соответствующем уровне. Выводимые газы соответ1ствующим образом используют после предварительного нагрева в одном из холодильников 24 для предварительного восстановления описанным способом. Из дуговой печи выводят .передельный чугун 38 и шлак.

В местах с легко доступным природным газом или другими. газообразными углеводородами, например этаком, пропаном предлаГаем1й способ обеспечивает большие экономические

10 преимущества благодаря высокой ценности получаемого продукта, низким производственным, расходам и низким капитальным затратам.