Способ получения восстановительного газа для восстановления окислов железа в шахтной печи

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ГАЗА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКИСЛОВ ЖЕЛЕЗА В ШАХТНОЙ ПЕЧИ, включающий газификацию твёрдого топлива в гази4мйкаторе охлазкдение, очистку и. рециркуляцию отходящих колошниковых газов, разделение их на часть, подаваемую в газификатор, и часть, идущую на смешивание с газом , полученным в газификаторе, и подачу в зону восстановления, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса , газификацию угля осуществляют в кипящем слое с регулированием температуры кипящего слоя путем подачи части рециркулируемого газа под газораспределительную решетку, при этом отходящий от газификатора газ очищают от пыли перед смешиванием с остальной частью рецйркул фуемого газа. 2.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что нагретый газ, идущий на восстановление, смешивают с ненагретым рециркулируемым газом перед образованием восстановительной смеси. 3.способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что измельченный . акцептор серы вводят в камеру с газифицируемым углем. 4.Способ по п. 3, о т л и ч а (А ю щ и и с я тем, что в качестве акцептора серы используют известняк. 5.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что измельченный уголь имеет раэмеры 6,35-10,00 мм. .(ib СП 6.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что отходящий на рециркуляцию колошниковый газ дополф нительно очищают и охлаждают. со 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИН

4(5 ) С 21 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

r (21) 3242792/22-02 (22) 04.02 ° 81 (46) 15.03.85. Вюл. 9 10 (72) Фрэнк Вирджил Саммерс, Дэвщ

Чарльз Мейсснер и Джон Комбс Скарлетт (США) (71) Мидрекс Корпорейшн (США) (53) 669.421.183(088.8) (56) 1. Патент США В 3853538, кл, С 21 В 13/00, опублик, 1974, (54)(57) .1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ГАЗА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКИСЛОВ ЖЕЛЕЗА В ШАХТНОЙ ПЕЧИ, включающий газификацию твердого топлива в гаэифйкаторе, охлаждение, очистку и. рециркуляцию отходящих колошниковых газов ° разделение их на часть, подаваемую в газификатор, и часть, идущую на смешивание с газом, полученным в газнфикаторе, и подачу в зону восстановления, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, газификацию угля осуществляют в кипящем слое с регулированием температуры кипящего слоя путем по„„Я0„„1145934 А дачи части рециркулнруемого газа под газораспределительную решетку, при этом отходящий от гаэификатора газ очищают от пыли перед смешиванием с остальной частью рециркулируемого газа.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что нагретый газ, идущий на восстановление, смешивают с ненагретым рециркулируемым газом перед образованием восстановительной смеси.

3. Способ по .п. 1,. о т л н ч аю шийся тем, что измельченный . акцептор серы вводят в камеру с газифицируемым углем.

4 Способ по и, 3 о т л и ч аю шийся тем, что в качестве акцептора серы используют известняк, 5. Способ по п. 1, о тл и ч аю шийся тем, что измельченный уголь имеет размеры 6,35-10,00 мм.

6. Способпоп. 1, отличаю шийся тем, что отходящий на рециркуляцию колошниковый гаэ дополнительно очищают и охлаждают.

4 3345

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при прямом восстановлении железной руды и гранулированной окиси железа высокотемпературным восстановительным газом, полученным из природного rasa и рециркулированного отработанного колошникового газа.

Примейяют три типа газификации ,угля процесс с увеличенным слоем,. процесс с неподвижным слоем и процесс с псевдоожиженным слоем, В результате процесса с увеличенным слоем получается восстановительный газ с температурой около 1500 C и с атмосферным давлением путем кон; . . курирующей реакции кислорода и пара с увлеченной угольной пылью. Получающийся в результате такого процесса газ имеет восстановительный коэффициент около 5, но должен быть охлажден .прежде, чем он может быть сжат до (приблизительно 2 атм) давления, необходимого для прямого восстановления, а также чтобы дать возможность удалить двуокись углерода, воду и газообразную серу перед нагревом и использованием в прямом восстановлении, Такое охлаждение, очистка и последующий повторный нагрев дороги., З0 потери энергии высокие, Промышленный процесс с псевдоожиженным слоем осуществляется при атмосферном давлении и дает газ, который содержит высокие концентрации З5 окисляющих компонентов, пара и двуокиси углерода. Перед тем, как такой газ может быть использован для прямого восстановления, ои должен быть очищен от пыли, сжат и затем очищен 40 от двуокиси углерода и серосодержащих компонентов, Процесс газификации не является подходящим для использования крупной фракции углерода, подведенного к газификатору, При этом 45 получается обожженный уголь в виде побочного продукта.

Баиболее близким к изобретению по технической. сущности .и достигаемому результату является способ 50 получения восстановительного газа для восстановления окислов железа в шахтной печи, включающий газификацию твердого топлива в газификаторе, охлаждение, очистку и рециркуляцию 55 отходящих колошниковых газов, разделение их на часть, подаваемую в газификатор, и часть, идущую на сме934 шивание с газом, полученным в газификаторе, и подачу в зону восстановления 31.

Процесс .осуществляет газификацию под давлением, при этом процессе имеется горячая зона в пределах псевдоожиженного слоя, где зола а|ломерируется и может выпадать из слоя. Обожженный уголь и зола, удаленные из выходящего газа в циклон.ной установке, возвращаются к горячей зоне, чтобы добиться полного использования обожженного угля и удалить золу в агломерированном виде, Назначением установки является наиболее полная конверсия угля с получением газа при минимальном выводе обожженного угля из установки, Благодаря возвращающейся циклонной установке процесс обеспечивает возможность принимать мелкие частицы в угле. Однако даже при наилучших условиях качество rasa таково, что восстановительный коэффициент не превышает 2 главным образом иэ-за необходимости подводить в газификатор избыточный пар, чтобы охладить обожженный уголь в псевдоожиженном слое для предотвращения агломерации, . Вследствие этого газ не может быть использован без охлаждения, очистки и повторного нагрева. Эти процессы не желательны с точки зрения дорого визны и по энергетическим причинам. . Качество горячего восстановительного

rasa, введенного в печь, должно характеризоваться восстановительным коэффициентом, по крайней мере, 8 °

Цель изобретения — повышение эффективности процесса, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения восстановительного газа для восстановления окислов железа в шахтной печи, включающему газификацию твердого топлива в газификаторе, охлаждение, очистку и рециркуляцию отходящих колошниковых газов, разделение ик на часть, подаваемую s газификатор, и часть, идущую на смешивание.е газом, полученным в газификаторе, и подачу в зону восстановления гази фикацию угля осуществляют в кипящем слое с регулированием температуры кипящего слоя путем подачи части .рециркулируемого газа под гаэораспределительную решетку, при этом отходящий от газификатора ras ечи1!45934

10

f5

35 щают от пыли перед смешиванием с остальной частью рециркулируемого газа.

Нагретый газ, идущий на восстановление, смешчвают с ненагретым рециркулируемым газом перед образованием восстановительной смеси.

Измельченный акцептор серы вводят s камеру с газифицируемым углем.

В качестве акцептора серы используют известняк.

Измельченный уголь имеет размеры 6,35-1:0,0 мм.

Отходящий на рециркуляцию колошниковый газ дополнительно очищают и охлаждают.

На чертеже показана схема потоков в установке газификации угля, соединенной с печью прямого восстановления в соответствии с настоящим изобретением.

Благодаря использованию рециркулированного газа из процесса прямого восстанонлеиия з качестве охла;дителя в газификационной камере псевдоожиженным слоем подвод необходимого для газификатора пара может быгь значительно уменьшен, а в некоторых случаях ликвидирован.

Б результате сопутствующего снижения процентного содержания окислителей в получаемом газификационном газе, в результате увеличения времени нахождения угля в газификаторе, использования высоко реактивных углей и рециркулироваиного газа в качестве охладителя получается высокое качество восстановительного газа, подходящее для прямого восстановления железа беэ какого-либо дальнейшего повышения его качества, т,е, нет необходимости в дальнейшем уменьшении содержания окислителей. Известь или.какие-либо другие акценторы серы, такие как обожженный доломит, могут быть иэмельчены и введены в псевдоожиженный слой вместе с измельчен-. ным углем для обессеривания газов, полученных в псевдоожиженном слое, Такой газ охлаждают ниже восстановительной температуры, необходимой для печи прямого восстановления, Это снижает затраты энергии, а также капиталовложения в случае такой установ,кие

Ъ

Способ осуществляют следующим обКак видно иэ чертежа уголь, который измельчен до размера частиц достаточно малого, чтобы получить хорошее псевдоожижение, подводится из бункера 1 в газификационную камеру

2 с псевдоожиженным слоем через питательную трубу 3. Вес угля должен быть меньше 6 35-10 мм, чтобы получить хорошее псевдоожижение. Измельченный известняк или другой акцептор серы подводится иэ бункера 4 через

4 питательную трубку 3 к гаэификационной камере 2, Наличие извести в слое уменьшает тенденцию к слипанию частиц в слое, допуская использование более высокой температуры, что приводит к лучшему использованию углерода и более высокому качеству получаемого восстановительного газа, .Кислород, смягченный паром, подводится от источника 5 в днище камеры 2 и поднимается в лсевдоожиженный слой с целью псевдоожижения и газификации материала в камере 2, Газ, полученный в гаэификаторе, выводится через внутренний циклон 6. Увеличенные этим газом частицы удаляются с помощью циклона и возвращаются к нижнему участку газификатора с помощью . возвращающей трубы 7. Газ иэ газификатора удаляется из циклона 6 с помощью трубы 8 и подвергается дальнейшей очистке в любом требуемом количестве газоочистителей 9. Состоящие из частиц материала из гаэоочистителей 9 возвращаются к горячей зоне 10 у основания псевдоожиженного слоя с помощью возвращающей системы 11. Очищенный гаэификационный газ поступает в трубу 12, где он перемешивается с нагретым рециркулированным газом из печи прямого восстановления для образования восстановительного rasa с подходящей температурой для восстановления окиси железа. Восстановительная газовая смесь вводится в шахтную печь прямого восстановления 13 через входное отверстие 14. Шахтная печь имеет подводящую окись железа трубу

15 в сноем верхнем конце и средства

16 для удаления металлизированного продукта в своем нижнем конце. Работа этих средств основана на самотеке подведенного материала или шихты. через печь. Восстановительный газ перемещается противотоком по отношению к шихте в печи, причем восотано1145934 6 смягченный паром, от источника 31 вдувается в удаляющую золу систему вители, окись углерода и водорода реагируют с кислородом в окиси желе за для химического восстановления железа до полностью метаплизированного продукта и.образуется колошниковый ras ° содержащий СОр Н О; Н2 И

СНч и,СО. Колошниковый газ выводится иэ печи через выходное отверстие 17, подвергается удалению пыли и существенному удалению вОды в холо- 0 дильном скруббере 18, откуда боль.шея часть свободного от пыли охлажденного колошникового Газа направляется через трубопровод t9 в агрегат

20 для удаления окислительиого газа, fS в котором происходит очистка с целью удаления существенной части СО . Пар 2f или какой-либо другой нсточйнк тепловой энергии проходит через агРегат 28 для Регенерации промывающей 20 жидкости. Выпускаемые окислительные газы, такие как СО» н Й 3, удаляются из установки череэ трубу 22. Процесс удаления окислительного газа дает рециркулированный газ, богатый водо- 25 родом и окисью углерода, от которого отделяется часть, идущая в трубу 23, которая возвращается к днищу газификащюнноЯ камеры для регулирования .температуры слоя путем поглощения З0 экэотермического тенла реакции между кислородом и углем и слое, Оставшаяся честь охлажденного рециркулированного газа поступает в трубопровод 24 для перемешивания с газифика- > ционным газом в трубе 12 с образованием восстановительного газа. Часть

Рециркулироваиного газа нагревается

s нагревателе.25, тогда как оставша,яся часть обходит нагреватель по тру-, бе 26 и затем снова соединяется с горячим рецирнулированным газом для регулирования температуры восстановительного газа, Температура rasa измеряется термопарой 27, которая 45 связана с клапаном 28 для регулирования количества газа в трубе 26, который смешивается с потоком восстановительного rasa. Нагреватель 25 отапливается rорелкой 29, которая N йспольэует часть свободного от пыли отработанного восстановительного .газа из трубопровода ЭО в качестве горелочиого топлива.

В газификациоиной камере 2 теку- 55 щий вверх кислород от источника 5 реагирует с углем с получением вос,становительного газа, Кислород, и реагирует с обожженным углем, полученным из горячего угля, с образованием горячей эоны 10, где частицы- золы агломерируются в регу" лируемых условиях. По мере того, как продолжается агломерация, частицы образуют агломераты-такого раэмера, который достаточен чтобы они выпали из слоя в выходящую систему 32, Б противоположность возврату мелких частиц.иэ циклонов 9 к горячей зоне 10, как это было описано, все мелкие частицы нли их часть иэ трубы

11 могут быть направлены через трубу 33 в поднимающийся вверх поток окислителей от источника 31. Расположение места ввода мелких частиц регулируется клапанами 34 и 35, Данный способ получения восстановительного газа газификацией угля в псевдоожиженном слое для прямого восстановления железа имеет значительные преимущества перед известным процессом газификации в псевдоожиженном слое, где газификационные газы охлаждаются, очищаются от двуокиси углерода, нара и сероводорода, затеи вторично нагреваются вместе с очищенным, охлажденным, отработанным колошниковым газом для получения восстановительного газа для прямого восстановления. В предлагаемом способе значительная часть,рециркулированного rasa вторично нагревается, действуя как охладитель для реакции газификации в псевдоожиженном слое в гаэификационной камере. По данному процессу можно достичь 953 использования угля, как это было установлено по потерям углерода с золой и с уходящими иэ циклонной установки газами. Поскольку нет необходимости в охлаждении. газа, нолученного в гаэификаторе, или в очистке газифнкационного газа .для удаления цвуокиси .углерода, сероводорода или воды, то не требуется охлаждающее или очищающее оборудование. При этом нет необходимости в оборудовании для вторичного нагрева газифнкационнык газов. Двумя источниками тепла ром доведения восстановительного га за до температуры восстановления являются сама газификационная камера и нагреватель 25 рециркулированяого газа. Нагреватель рециркулированного

1145934

Таблица а \ ° ФЮ

Случай

Показатели

436

540

432

43,6

Кислород, нм

241,7

289 ° 3

130 0 а

305, 2.

1092,9

1337;6

Технологический газ

3126,6

3166,9

1886,6

1777 1

2795,4

7 газа много меньше, чем нагреватели, используемые в обычных промышленных процессах, поскольку в процессе требуется нагревать значительно меньшее количество газа. В предлагаемом спо- 5 собе могут бйть также использованы мелкие частицы в подведенном угле, поскольку псевдоожиженный слой и пйклонная. установка могут легко управляться. Обычно мелкие частицы уда- >0 ляются из установок газификации угля.

П р и и е р 1. В качестве примера s табл. 1 сравнивается .процесс, использующий очищенный рециркулированный колошннковый газ иэ трубы 23 15 в качестве охладителя в газификаторе с псевдоожиженныи слоем (случай А), с использованием пара как охпадителя (случай В) .для получения одной тонны железа с металлизацией 923 прямым 20 восстановлением.

В обоих случаях условия процесса почти одинаковы. Сырой газ в трубопроводе 12 который получен из газиФикаторе 2, имеет температуру 1010 С.25

Горячий:сырой газ используется без удаления двуокиси углерода.

Еолошниковь}й газ может быть использован в качестве топлива для получения пара 21 для удаления СО, . 30

Подведенный уголь, кг (теплотворная способность

6943 ккал/кг) Рециркуляция, нмз

Полученный сырой гаэ, ни

Сиеш:}нный газ (14)., ни

Еолашнйковый газ (йз 17) влажный . ни а

Очищенный копошниковый газ (нз 13), им

Экономия угля, рециркулированного газа и кислорода очевидна, В примере сырой газ получается из угля, имеющего по элементному анализу, Ж: С 72,21 Н 4,5» N 1,3 О 6 8)

$ 3,1 и 12, 1 вес.Й золы по сухой йассе. Высшая теплотворная способность составляет 6943 ккал/кг. Сырой газ, полученный в гаэификаторе, имеет состав, представленный в табл. 2.

Качества с}}рого газа в трубе 12, ф получаемого в случае А, по сравненено со случаем В значительно улучшено.

Содержание И + Ar в подводнмом к газификатору кислороде составляет

2Х.

Температура сырого газа в трубе

12 1010 С в обоих случаях, а .температура смешанного газа во входном отверстии 14 устанавливается равной

815 С с помощью нагревателя 25 н холодного газа в трубе 26.

Таким образом, в предлагаемом способе получения железа пряиь}м восстановлением с использованием установки газификации угля в псевдоокнженном слое может быть легко использован мелко измельченный уголь н более эффективно используется тепло, l0

1145934,9.

Продолжение табл. 1

290,?

1486,5

354,7

408,1

1055,2

1749,1

775,4

Таблица 2

А В

59,56 33,41

С0

3,88 14,97

С02

На

28,14 29,86

2,41 17,61

3,90. 3 ° 30

2,11 0,86

Н О я + Ar

Суммарно

100

100 (восстановители) 13 9

Качество

Колошниковое гаэовое топливо (в 23 и для получения пара для удаления СО ), нм

Для удаления СО, (к 20), нм

Удаленная С02 (в 22) ф нм

Продукт после удаления СО (иэ 20), нм

Рециркуляция к гаэификатору (в 23), нм

Пар нв удаление CO (в 21), кг

Содержание компонентов, об.%

305,2

674,0

522,8

2272,6

1145934

Составитель В. Савельев

Редактор И» Ведолуженко Техред ц. у узьыа КорректоР С. Щекиар

Запей 3267/46 .: Тираж 553 . Подписное

ВИИИИИ Государственного коинтета СССР ее дедам изобретений и открытий

3 3635+ Москва, Ж-35, Раушская йаб., д. 4/5

Филиал ИЙП патент" г. Ужгород ул» Проектная, 4