Способ прямого получения губчатого железа из кусковых руд, окатышей или их смеси в реакторе с подвижным слоем

 

1. СПОСОБ ПРЯМОГО ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА ИЗ КУСКОВЫХ РУД, ОКАТЫШЕЙ ИЛИ ИХ. СМЕСИ В РЕАКТОРЕ С ПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ, включающий противоток горячих восстановительных газов, содержащих окись углерода, водород и незначительную часть воды и двуокиси углерода, с материалом, восстановление в верхней части реактора и охлаждение в нижней его части, рециркуляцию , очистку и нагрев газов перед подачей на восстановление, рециркуляцию охлаждающих газов, их охлаждение, добавление к ним мётана и выпуск готового продукта, о т л ичающийся тем, что, с целью предупреждения слипания при высоких температурах, восстановительный газ с температурой 900-960 С смешивают с 1-2 об .% охлаждающего газа, содержащегопо меньшей мере 75% метана. ,2. Способ по п. 1,отличающ и и с я тем, что рециркулируемый восстановительный газ смешивают с потоком свежего реформируемого газа. /) 3. Способ по П-. 2, о .т л и 1 аю щ и и с я тем, что перед смешиванием рецирк улируемый восстановительный Газ нагревают.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1179935 A (51)4 С 21 В 13/00

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Г Г

Н ПАТЕНТУ

/ .

klan;,,...

> ъ, (21) 3597819/22-02 (22) 23.05.83 (46) 15.09.85. Бюл. У 34 (72) Энрике Рамон Мартинес-Вера и Альберто Вустани-Адем (MX) (71) Ильса С.В. (МХ) (53) 669.181(088.8) (56) Патент США Р 4268303, кл. С 21 В 13/00, 1980.

Патент США Р 4049440, кл. С 21 В 13/00, 1978. (54)(57) 1. СПОСОБ ПРЯМОГО ПОЛУЧЕНИЯ

ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА ИЗ КУСКОВЫХ РУД, ОКАТЫШЕЙ ИЛИ ИХ СМЕСИ В PEAKTOPE С

ПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ, включающий противоток горячих восстановительных газов, содержащих окись углерода, водород и незначительную часть воды и двуокиси углерода, с материалом; восстановление в верхней части реактора и охлаждение в нижней его части, рециркуляцию, очистку и нагрев газов перед подачей на восстановление, рециркуляцию охлаждающих газов, их охлаждение, добавление к ним метана и выпуск готового продукта, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью предупреждения слипания при высоких температурах, восстановительный газ о с температурой 900-960 С смешивают с 1-2 об .Ж охлаждающего газа, содержащего по меньшей мере 757 метана.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что рециркулируемый восстановительный газ смешивают с Ф потоком свежего реформируемого газа °

3. Способ по и; 2, о,т л и 4 аю шийся тем, что перед смешивакием рециркулируемый восстановительный газ. нагревают.

1179935

Изобретение относится к способам получения железа путем прямого восстановления железных руд, позволяющим работать при высоких температурах восстановления с минимальным спека- 5 нием и агломерацией частиц железной руды.

Целью изобретения является предотвращение слипания при высоких температурах. 10

Задача состоит в том, чтобы создать способ, который позволил бы работать с окатьппами, имеющими высокое содержание железа (свыше 67 ), о при 900-960 С без агломерации частиц,Ю и при этом уменьшить эквивалентный размер установки для реформинга, связанной с восстановительным реактором, так как установка для реформинга является наиболее дорогостоящей в 20 установке для прямого восстановленйя.

На фиг. 1 показан график зависимости производительности установки для прямого восстановления от рабочей температуры; на фиг. 2 — график зави-р5 симости показателя агломерации от содержания железа в окатышах; на фиг. 3 — график зависимости размеров установки для приготовления восста" новительного газа от рабочей температуры при вводе природногб газа в охлаждающий контур и без такого ввода; на фиг. 4 — схема реализации. предлагаемого способа.

Как видно видно из1 производительность установки увеличивается на 17

35 и количество применяемого реформированного газа уменьшается, когда температура восстановления увеличивается до 850-960 С. Таким образом, О желательно работать при высоких.

40 температурах восстаиовлейия.

Основной проблемой, которая возникает. в ходе работы при высоких температурах с окатышами, имеющими вы- 45 сокое содержание железа (свыше 67 ), является агломерация этих окатьнпей; когда они металлизированы. Присутствие агломератов вызывает нарушения в потоке твердых частиц и в потоке 50 газа в реакторах с подвижным слоем, которые применяют для прямого восстановления окатышей из железной руды. Такие помехи приводят к низкой скорости использования установки 55 (т.е. потерям в производительности) и к понижению качества изделия (из-за неравномерности потока массы, нерав-. номерной обработки, и соедовательно, получения наоднородного изделия).

На фиг. 2 показано влияние содержания железа в шихте на образование агломератов, основанное на так называемом показателе агломератов, Ig.

1.u Mi

И lu Ц . где И вЂ” вес агломератов во время работы;

Mg — недопустимый вес агломератов.

Согласно этой формуле, значение

Ig должно быть всегда ниже 1,0 для устойчивой работы установки.

Две сплошные кривые на фиг. 2 представляют работу соответственно при 900 и 960 С без ввода природного газа, а пунктирная кривая представляет ведение процесса сого ласно изобретению при 960 С с вводом природного газа.

Согласно этим данным, для устойчивой работы установки при 960 С без ввода природного газа требуется, чтобы содержание железа в окатьппах быпо ниже 66,6 или температура была понижена до 900 С для рабоо ты с окатышами, имеющими содержание железа свьппе 67 . (при этом эначение

I< ниже 1 ).

В то же время предлагаемый способ позволяет работать при 96(У С с содержанием железа в окатышах порядка 67,5% (показатель агломерации g 1). Этот способ обеспечивает высокую производительность установки, а также лучший контроль за качеством изделий при высокой степени металлизации и низкой степени образования . мелких фракций, позволяет применять ! шихту из окатышей с высоким содержанием железа. .Как показано на фиг. 2, для осуществления сПособа с окатышами, содержащими 67,4 железа, беэ ввода природного газа необходимо понизить

Ф температуру приблизительно до 900 С, при этом производительность снижается на 10 .

Когда в зону охлаждения вводят природный газ, можно передвинуть. вправо кривые зависимости Ig от Т при 960" С благодаря внезапному охлаждению горячего восстановленного материала, а гакже уменьшению време ,ни нахождения восстановленных частиц

3 1179 при высокой температуре, Такое внезапное охлаждение вызывается главным образом поднимающимся потоком метана, вводимого в замкнутую систему охлаждения, в частности, реформацией метана окисляющими элементами газа, который входит из системы восстановления и часть которого смешивается в промежуточной зоне реакто-. ра, способствуя проведению эндотер- 10 мических реакций реформинга:

СН +. Н20 СО + 3H2

СН + СОН 2CO + ЗНй

Горячий восстановительный гаэ, который входит в систему восстановления, содержит 2-157 двуокиси углерода, его влажность 1-4Х. Эти окислители применяют для деформинга

У который проходит в промежуточной 20 зоне реактора.

На фиг. 3 показано влияние темпе. ратуры и инжекции природного газа на производительность установки для реформинга в установке для восста- 25 новления. При 960 С процесс инжекции б. природного газа проходит в установке для реформинга, примерно на 15Ж меньшей, чем согласно способу без ввода природного газа.

По предлагаемому способу часть природного газа вводят в систему охлаждения. Следовательно, охлаждение ускоряется и становится более эффективным, Поскольку система охлаждения пред35 ставляет собой замкнутый контур, введенный природный газ проходит вверх через реактор в промежуточную зону, в которой он соприкасается с

40 частью горячего восстановительнбго газа, способствуя реформингу части этого природного газа.

Во время реформинга метана внутри реактора образуются восстановитель45 ные элементы, которые используются в зоне восстановления, делая восстановление более эффективным (кроме того, уменьшаются требования к емкости установки для реформинга).

Нереформированный метан в проме50 жуточной зоне проходит восстановительную зону, действуя на носитель тепла и ускоряя нагрев окислов железа в;зоне восстановления..

Наконец, этот метан (смешанный с водородом, окисью углерода, двуокисью углерода и влагой) выходит из реак935 тора, а часть этой смеси становится . газом продувки, который используется как топливо.

Таким образом, метан, вводимый в сис. тему охлаждения, обеспечивает ряд преимуществ,: улучшает охлаждение изделия в зоне охлаждения, препятствует агломерации окатышей благодаря резкому эндотермическому охлаждению в промежуточной зоне, уменьшает требования, к емкости установки для реформинга благодаря реформингу, который проводится в промежуточной зоне, служит в восстановительной зоне носителем тепла и, наконец, обогащает смесь газа продувки, применяемого KGK топливо в установке для реформинга и в горелках нагревателя.

Восстановление железной руды проводят в реакторе (фиг. 4) с подвижным слоем 1, который имеет.три зоны: зону восстановления 2, промежуточ- . ную зону 3 и зону охлаждения 4.

Реактор предпочтительно работает под давлением выше атмосферного; обычно под давлением 5 кг/см . Железную руду непрерывно загружают в реактор

1 по подводящему трубопроводу 5, и руда проходит под действием силы тяжести через три зоны, Скорость потока твердых частиц регулируется с помощью поворотной заслонки 6, устайовленной на дне реактора. Регун лируя поток твердых частиц, эта заслонка также регулирует время нахождения твердых частиц в реакторе и его производительность.

В нижней части зоны восстановле-. ния 2 вводят поток 7 восстановительного газа при 900-960 С. Этот поток проходит вверх через восстановительную зону 2, где он соприкасается с опускающимся потоком твердых частиц. Когда горячий газ соприкасается с железной рудой, происходит восстановление.

Восстановительный газ выходит иэ реактора в его верхней части через трубу 8. Он охлаждается в закалочном холодильнике 9, откуда вода, которая образуется йо время .реакции восстановления водородом, удаляют посредством конденсации, Таким образом увеличивается восстановительная спо собность выходящего из .реактора гаэа.

Газ, выходящий из закалочного холодильника 9 разделяется на два

1179935 потока 10 и 13. Первый поток рециркулирует при помощи .компрессора 11 и через нагреватель 12 в точку ввода горячего восстановительного газа в нижней части восстановительной эоны 2. Второй поток 13 направляется в коллектор для использования его как топлива в горелках нагревателя

12 и в установке для реформинга.

Рециркулированный поток 10 газа до его прохождения, через нагреватель

12 смешивается с холодным потоком рефбрмированного газа, выходящим из установки 14 для реформинrа. В установке 14 для реформинга проводят каталитическую конверсию природного газа и пара для получения газовой смеси, в основном состоящей из водорода и окиси углерода. Поток 15 природного газа и поток 16 пара подают в установку для реформинга с целью проведения каталитической конверции.

Установка 14 представляет собой обычную установку для реформинга, в которой применяют никелевый катализатор для реформации метана, содержащегося в природном газе.

Для защиты катализатора от осаждения избыточного количества углерода реформинг-установка 14 обычно работает с избытком по отношению к стехиометрическому количеству. Посколь-. ку такой пар является нежелательным элементом в системе восстановления, 35 требуется удалять не вступивший в реакцию паз из газа, выходящего из реформинг-установки 14. Для этой цели применяют закалочный холодильник 17, из которого выходит поток 18, по существу свободный от воды и имеющий высокое содержание водорода и окиси углерода.. Поток 18 смешивают с рециркулируемым газом 10 и подают в нагреватель 12, где егб темпера45 тура повышается до егб ввода в зону восстановлений 2. В нижней части зоны охлаждения 4 холодный поток 19 газа вводят в про" тивотоке с опускающимися твердыми частицами. Этот холодный газ выходит из реактора через трубу 20,расположенную в верхней части зоны охлаждения 4.

Затем его охлаждают в закалочном холодильнике 21. Холодный газ рециркулирует в замкнутом контуре в нижнюю часть зоны охлаждения 4 при помощи компрессора 22.

Холодный поток 23 природного газа 23 вводят как свежий газ, смешиваемый с рецикловым, в систему охлаждения. Он образует вместе с рецикловым охлаждающим газом поток 19, который затем вводят в зону охлаждения 4.

Так как система охлаждения предР ставляет собой замкнутый контур, часть потока 19 проходит из зоны охлаждения 4 в промежуточную зону 3, как обозначено стрелками 24, В промежуточной зоне 3 метан, проходящий из зоны охлаждения 4, соприкасается с окисляюшими элементами, которые присутствуют в потоке 7 горячего восстановительного газа, способствуя реформингу части введенного метана.

Поток 23 должен быть небольшим по сравнению с потоком 7, для того, чтобы восстанОвительный газ не охлаждался сильно и не влиял на реаккии восстановЛения в зоне восстановления 2. По предлагаемому способу скорость потока 23 составляет 1-2% скорости потока 7. Кроме потоков

15 и 23 природного газа имеется третий поток 24 природного газа, который применяется как топливо. Поток 24 смешивают с частью рециркулируемого продувочного потока 13 в точке 25. Эту смесь применяют для образования тепла в горелках 26 нагревателя 12 и горелках 27 реформинг-установки 14.

Иэ данных таблицы можно видеть, что введение природного газа (поток

23) обеспечивает возможность работы о при температурах выше 900 С, когда содержание железа в окатьппах превьпнает 67%. При температурах около 900 С агломерация окатьппей или кусков железной руды с содержанием железа 67% происходит до такой степени, что индекс агломерации для него становится меньше 1.

Газовый поток 23 (и, следовательно, четвертый газовый поток 24 из охлаждающего контура в восстанавливающий контур) составляет 1-2% йотока восстанавливающего газа /.

Нижний предел этого диапазона выбран для того, чтобы обеспечить достаточную эффективность. Верхний предел выбран для того,. чтобы не вызывать излишнего охлаждения восстанавливающего газа и отрицательного влияния на реакции восстановСпособ по примерам

t L t I

Показатели о

Температура потока 7, 940

960

890

900

920

Содержание железа в окатьппах, Я

67,0 67,5,67,2 67,2

66,35

Скорость потока 7, фунт моль/т Fe

223,7 239,9

234,5

244,1 243

Скорость потока 23, фунт моль/т Fe

4,8

2,8

О

Содержание добавок

СН, в потоке 23, Ж от первого уменьшения потока 7 (Р2 х 100/F ) 1,2

О

Содержание СН, в уменьшенном потоке 7

5,97

4-, 24

6,38

3,52

Содержание СН,1 в поднимающемся потоке 24 (измеренное при 20) 43,53 30,33

0,0 0,074

16, 85

16,88 Индекс агломератов

0,51

1,57

0,35

Ф

Не обнаружен вследствие неустойчивости процесса.

7 1179 пения. Этот предел может быть повышен до 37., хо1я, как видно иэ таблицы, оптимальным является 2Х.

Ограничение содержания метана до

75% выбрано эмпирически, чтобы выде- лить более эффективный и продуктивный способ (например,,не требующий ие" пользования слишком больших компрессоров). - - 1p

Добавление дополнительного метана в зону восстановления не принесло

935 8 бы пользы, поскольку это вызвало бы эндотермическую реакцию, что препят ствовало бы процессу вЬсстановйения

Введение метана в зону охлаждения вызывает эндотермическую реакцию именно там, где йеобходимо охлажде» . ние. Кроме того,.метан превращается в превосходныЕ вбсстановители - coe" динения водорода и моноокиси углеро, да — до достижения зоны восстановления. Восстановленное губчатое железо .служит катализатором этой реакции.

2 3 4 5

1179935

8И 870 Ид ЮУО 900 gr0 920 УЮ У40 ИО УЮ

red) Ф

1179935

Фиг 2

1179935 фм4

Составитель А. Савельев

Редактор M. Циткина Техред N.Êóçüìà

Корректор М. Розман

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113635, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 5706/63 Тираж 553 Подписное