Способ восстановления на основе риформинг-газа с рециркуляцией восстановительных газов и декарбонизацией части отходящего газа, использованного в качестве горючего газа для риформинг-установки



Способ восстановления на основе риформинг-газа с рециркуляцией восстановительных газов и декарбонизацией части отходящего газа, использованного в качестве горючего газа для риформинг-установки
Способ восстановления на основе риформинг-газа с рециркуляцией восстановительных газов и декарбонизацией части отходящего газа, использованного в качестве горючего газа для риформинг-установки
Способ восстановления на основе риформинг-газа с рециркуляцией восстановительных газов и декарбонизацией части отходящего газа, использованного в качестве горючего газа для риформинг-установки
Способ восстановления на основе риформинг-газа с рециркуляцией восстановительных газов и декарбонизацией части отходящего газа, использованного в качестве горючего газа для риформинг-установки

 


Владельцы патента RU 2532202:

СИМЕНС ФАИ МЕТАЛЗ ТЕКНОЛОДЖИЗ ГМБХ (AT)

Настоящее изобретение относится к восстановлению оксидов (3) металлов до металлизированного материала путем контакта с горячим газообразным восстановителем, который, по меньшей мере, частично получают каталитическим риформингом смеси из газа, который содержит диоксид углерода (СО2) и/или водяной пар (Н2О), с газообразными углеводородами. Горючий газ для горелок (8а, 8b, 8с), поставляющих теплоту для протекающего при конверсии эндотермического процесса риформинга, по меньшей мере, частично получают из частичного количества колошникового газа, образовавшегося при восстановлении оксидов (3) металлов до металлизированного материала. Причем частичное количество колошникового газа перед его использованием в качестве компонента горючего газа подвергают обеспыливанию и вводят в реакцию конверсии СО, и конвертированный газ, полученный в реакции конверсии СО, после охлаждения подвергают обработке для удаления СО2. Изобретение позволяет устранить СО2 из газообразных продуктов сгорания с использованием малогабаритных установок при более низких показателях потребления. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Настоящее изобретение относится к способу восстановления оксидов металлов до металлизированного материала путем контакта с горячим газообразным восстановителем, который, по меньшей мере, частично получают каталитическим риформингом смеси из

- газа, который содержит диоксид углерода (СО2) и/или водяной пар (Н2О), с

- газообразными углеводородами,

причем горючий газ для горелок, поставляющих теплоту для протекающего при конверсии эндотермического процесса риформинга, по меньшей мере, частично получают из частичного количества колошникового газа, образующегося при восстановлении оксидов металлов до металлизированного материала, причем это частичное количество колошникового газа перед его использованием в качестве компонента горючего газа сначала подвергают обеспыливанию и затем вводят в реакцию конверсии СО, и конвертированный газ, полученный в реакции конверсии СО, после охлаждения подвергают обработке для удаления СО2. Кроме того, настоящее изобретение относится к устройству для исполнения способа.

Способ восстановления оксидов металлов до металлизированного материала путем контакта с горячим газообразным восстановителем, который получают каталитическим риформингом смеси природного газа с колошниковым газом, выведенным из восстановительного реактора, причем горючий газ для горелок, поставляющих теплоту для протекающего при конверсии эндотермического процесса риформинга, получают из частичного количества колошникового газа, образующегося при восстановлении оксидов металлов до металлизированного материала, и природного газа, описан, например, в Фиг.1 патентного документа WO2006135984. Вследствие все ужесточающихся законодательных нормативных актов по охране окружающей среды является желательным отделение СО2 для создания концентрированных потоков СО2 из отходящих газов, образующихся при исполнении способа, с возможностью последующего связывания потоков СО2, прежде, чем обработанные таким образом отходящие газы будут выпущены в окружающую среду. Согласно способу, как показанному в патентном документе WO2006135984, горючий газ для риформинг-установки сжигают с воздухом как источником кислорода, вследствие чего газообразные продукты сгорания содержат большое количество азота. Соответственно этому, последующие установки для выделения СО2 из газообразных продуктов сгорания должны быть крупногабаритными. К тому же в основном принимают во внимание только способ химического поглощения для удаления СО2 из газообразных продуктов сгорания, который отличается крупными габаритами установки и большим потреблением энергии, которую, например, подводят с помощью пара.

Задача настоящего изобретения состоит в создании способа, который позволяет устранить СО2 из газообразных продуктов сгорания с использованием малогабаритных установок - при соответственно более низких показателях потребления - и другим способом удаления СО2, а также устройства для исполнения способа.

Эта задача решена с помощью

способа восстановления оксидов металлов до металлизированного материала путем контакта с горячим газообразным восстановителем, причем газообразный восстановитель, по меньшей мере, частично получают каталитическим риформингом смеси из

- газа, который содержит диоксид углерода (СО2) и/или водяной пар (Н2О), с

- газообразными углеводородами,

причем теплоту для протекающего при конверсии эндотермического процесса риформинга, по меньшей мере, частично подводят сжиганием горючего газа, и образовавшиеся при этом газообразные продукты сгорания выводят, причем горючий газ, по меньшей мере частично, получают из частичного количества колошникового газа, образовавшегося при восстановлении оксидов металлов до металлизированного материала, отличающегося тем, что частичное количество колошникового газа, из которого получают горючий газ, сначала подвергают обеспыливанию и затем вводят в реакцию конверсии СО, и конвертированный газ, полученный в реакции конверсии СО, после охлаждения подвергают обработке для удаления СО2, и образовавшийся при этом конвертированный газ с низким содержанием СО2 используют по меньшей мере в качестве компонента горючего газа.

В отношении оксидов металлов речь преимущественно идет об оксидах железа. Но наряду с этим, согласно диаграмме Ричардсона-Джеффа, также могут быть восстановлены, например, никель, медь, свинец, кобальт.

Газообразный восстановитель, по меньшей мере, частично получают каталитическим риформингом смеси

- газа, который содержит диоксид углерода (СО2) и/или водяной пар (Н2О), с

- газообразными углеводородами.

Этот риформинг проводят по меньшей мере частичным преобразованием газообразных углеводородов в присутствии Н2О и СО2 с образованием водорода (Н2) и монооксида углерода (СО). Необходимые для риформинга вещества Н2О и/или СО2 могут быть в каждом случае введены в реакционную смесь для риформинга по отдельности или совместно, и/или для этого используют Н2О и/или СО2, имеющиеся в газе, который содержит диоксид углерода СО2 и/или водяной пар Н2О. Предпочтительно к смеси добавляют по меньшей мере Н2О - в виде водяного пара.

Под газообразными углеводородами понимают, например, природный газ, метан, пропан, синтез-газ из процесса газификации угля, коксовый газ. Понятие «газообразный углеводород» охватывает как возможность, что имеется только одно соединение, например, чистый пропан, так и возможность, что имеется смесь из многих соединений, например, смесь из пропана и метана.

Газ, который содержит диоксид углерода СО2 и/или водяной пар Н2О, представляет собой, например, колошниковый газ из соответствующего изобретению способа восстановления оксидов металлов. При этом под колошниковым газом понимают газ, который выводят из восстановительного реактора, в котором происходит восстановление оксида металла для металлизированного материала. При необходимости его дополнительно очищают перед риформингом, например, отделением увлеченной пыли и/или воды.

Газ, который содержит диоксид углерода СО2 и/или водяной пар Н2О, может представлять собой, например, также отходящий газ из другого процесса восстановления оксидов металлов, например, способа восстановительной плавки, или синтез-газ из способа газификации угля, как например, из газификатора Лурги с неподвижным слоем или газификатора во взвешенном потоке фирмы Siemens.

Предпочтительным является колошниковый газ из соответствующего изобретению способа восстановления оксидов металлов.

Типичный состав колошникового газа из способа прямого восстановления приведен в Таблице 1:

Таблица 1
Типичный состав газа для колошникового газа из процесса прямого восстановления (DR)
Состав колошникового газа после очистки газа
CO [объемных %] 20-25
CO2 [объемных %] 15-20
H2 [объемных %] 40-46
H2O [объемных %] 0-18
CH4 [объемных %] 2-4
N2 [объемных %] 1-2

В газе, который содержит диоксид углерода СО2 и/или водяной пар Н2О, нижний предел содержания диоксида углерода СО2 составляет 0% по объему, предпочтительно 5% по объему, в особенности предпочтительно 15% по объему, и верхний предел количества в отношении содержания диоксида углерода СО2 составляет 25% по объему, предпочтительно 30% по объему, в особенности предпочтительно 40% по объему.

В газе, который содержит диоксид углерода СО2 и/или водяной пар Н2О, нижний предел содержания водяного пара Н2О составляет 0% по объему, предпочтительно 10% по объему, и верхний предел количества в отношении содержания водяного пара Н2О составляет 20% по объему, предпочтительно 55% по объему.

Каталитическим риформингом получают газообразный восстановитель, который в качестве восстановительных компонентов содержит главным образом Н2 и СО. Известно, что в отношении такого риформинга речь идет об эндотермической реакции, и поэтому к риформинг-установке подводят теплоту, например, путем сожжения горючего газа с кислородом в горелках, которыми оснащают риформинг-установку. Кислород подводят, например, подачей воздуха, подачей другой кислородсодержащей газовой смеси, или подачей технически чистого кислорода.

Для повышения продуктивности всего способа в целом горючий газ получают, по меньшей мере, частично из частичного количества колошникового газа, образующегося при восстановлении оксидов металлов до металлизированного материала. Этот колошниковый газ еще содержит горючие компоненты, например, такие как СО и Н2, которые используются в горелках риформинг-установки для получения теплоты, необходимой для конверсии.

Согласно изобретению, частичное количество колошникового газа, из которого получают горючий газ, подвергают обработке в реакции конверсии СО, также называемой как «реакция СО-конверсии» или «реакция конверсии водяного газа». Эта известная реакция предназначена для уменьшения содержания СО в колошниковом газе и одновременно для увеличения содержания Н2, причем в то же время образуется СО2.

После реакции конверсии СО согласно изобретению проводят охлаждение и удаление содержащихся СО2 и Н2О в установке для отделения СО2, прежде чем используют в качестве горючего газа. При этом СО2 эффективно удаляют уже до сожжения. Соответственно сокращаются расходы, необходимые для удаления СО2 из газообразных продуктов сгорания.

В результате этих действий к горелкам риформинг-установки подводят горючий газ, который в качестве горючего компонента содержит главным образом водород Н2. Этим обеспечивается то преимущество, что при сгорании в горелках образуется меньшее количество СО2, поскольку содержание СО-компонентов в горючем газе, генерирующих СО2, является незначительным.

Реакцию конверсии СО преимущественно проводят согласно высокотемпературному способу или способу конверсии неочищенного газа, так как оба способа не проявляют слишком высокой чувствительности к присутствию сероводорода (H2S) в обрабатываемом газовом потоке.

Реакция конверсии СО является экзотермической, но также может быть проведена изотермически, и при этом, например, использована для получения водяного пара. Для работы СО-конверсионного реактора в зависимости от способа конверсии СО температуру на входе поддерживают на уровне 160-450°С, при высокотемпературном способе конверсии СО предпочтительно на уровне 300-450°С. В случае мокрой очистки колошникового газа вследствие связанного с этим снижения температуры после промывки необходимо проводить нагревание до такой температуры перед реакцией конверсии СО. В случае сухого обеспыливания колошникового газа перед реакцией конверсии СО можно использовать температуру колошникового газа наравне с последующей реакцией конверсии СО.

Согласно изобретению, по окончании реакции конверсии СО проводят охлаждение конвертированного газа, полученного в реакции конверсии СО, и отделяют СО2, а также Н2О от газового потока. Поскольку газовый поток конвертированного газа, в отличие от газообразных продуктов сгорания, содержит лишь незначительное количество азота, и соответственно более обогащен диоксидом углерода (СО2), чем газообразные продукты сгорания, и поскольку удаление СО2 проводят до сожжения, из подвергнутых обработке объемов газа приходится удалять меньше СО2, чем при удалении СО2 из газообразных продуктов сгорания. Соответственно этому, удаление является менее дорогостоящим.

СО2 не вносит никакого вклада в теплотворную способность горючего газа. Поэтому в традиционном способе для использования колошникового газа - который после восстановления оксида металла уже содержит СО2 - в горючем газе часто необходимо примешивание газообразных углеводородов, например, таких как природный газ, чтобы повысить теплоту сгорания до уровня, необходимого для достижения нужной температуры пламени в риформинг-установке. На основе соответствующего изобретению удаления СО2 перед сожжением - и тем самым соответствующего повышения теплоты сгорания горючего газа - можно, как правило, отказаться от такого примешивания газообразных углеводородов. Само собой разумеется, при необходимости возможно дополнительное примешивание газообразных углеводородов.

Такое примешивание может быть проведено так, что газообразные углеводороды подмешивают к обедненному диоксидом углерода (СО2) конвертированному газу для получения горючего газа.

Когда примешивание к обедненному диоксидом углерода (СО2) конвертированному газу перед использованием в качестве горючего газа не производят, то горючим газом является обедненный диоксидом углерода (СО2) конвертированный газ. Когда к обедненному диоксидом углерода (СО2) конвертированному газу что-то примешивают, например, газообразные углеводороды, он является компонентом горючего газа.

Дополнительное преимущество изобретения состоит в том, что газообразные продукты сгорания после выполняемого при необходимости отделения воды предпочтительно могут быть использованы в качестве газового затвора. Термином «газовый затвор» обозначают негорючий и инертный газ для уплотнения против выхода наружу технологического газа и для создания инертной атмосферы над материалом. Так называемый газовый затвор используют, например, при загрузке сырьевого материала и при выгрузке материала из восстановительной шахты, или при транспортировании горячего материала. Газ, полученный соответствующим изобретению способом после проведенного при необходимости отделения воды от газообразных продуктов сгорания, в качестве основного компонента содержит азот и едва ли СО2. В отличие от этого, газообразные продукты сгорания, образующиеся согласно способу, как показанному в фиг.1 патентного документа WO2006135984, содержат от 18 до 20% по объему СО2, который при контакте с продуктом процесса восстановления, например, горячим DRI (железом прямого восстановления), например, при выгрузке из шахты восстановительной установки или при транспортировании горячего материала, может обусловливать повторное окисление и тем самым вести к ухудшению качества продукта. При применении образующихся согласно изобретению отходящих газообразных продуктов сгорания в качестве газового затвора такая опасность не возникает.

Вследствие высокой температуры образующегося конвертированного газа в соответствующем изобретению способе необходимо охлаждать конвертированный газ перед удалением СО2, чтобы достигнуть нужной для удаления СО2 температуры, предпочтительно 30-60°С. Преимущественно при этом с помощью конденсации освобождаются также от введенного при реакции конверсии, но не прореагировавшего водяного пара.

Кроме того, частичное количество колошникового газа, из которого получают горючий газ, необходимо обеспыливать перед реакцией конверсии СО, чтобы сократить затраты на техническое обслуживание, обусловленные отложениями и повреждением деталей установки, обеспечить высокую эксплуатационную готовность установки, а также соблюсти экологические предписания для выпускаемых в окружающую среду газов в отношении содержания пыли. Обеспыливание может быть проведено мокрым или сухим способом. Преимущество сухого обеспыливания состоит в том, что может быть использовано теплосодержание для поддержания температуры, необходимой для проведения реакции конверсии СО. Температура колошникового газа на выходе из восстановительного реактора типично варьирует в диапазоне 250-500°С. Для оптимального температурного режима последующей стадии процесса, может быть необходимым некоторое дополнительное регулирование температуры путем охлаждения, нагревания или испарения воды. Преимущественным является использование теплосодержания для получения водяного пара, который применяют для проведения реакции конверсии СО. Также предпочтительным является, когда водяной пар, который используют для проведения реакции конверсии СО, получают в других технологических позициях соответствующего изобретению способа.

В случае мокрого обеспыливания при необходимости перед проведением реакции конверсии СО нужно выполнять нагревание потока колошникового газа, чтобы обеспечить температуру газового потока, необходимую для реакции конверсии СО.

Обеспыливание можно провести так, что обеспыливают весь колошниковый газ в целом, и после этого обеспыливания отводят частичное количество для получения горючего газа, или же обеспыливание может быть выполнено после отведения частичного количества для получения горючего газа.

Диоксид углерода (СО2), полученный при удалении СО2, можно, например, подвергнуть сжатию, сконденсировать и/или связать, чтобы снизить выбросы СО2 из процесса, которые выпускаются в окружающую атмосферу.

Дополнительным предметом настоящего изобретения является

устройство для исполнения соответствующего изобретению способа, с восстановительным реактором для восстановления оксидов металлов до металлизированного материала, риформинг-установкой для проведения каталитического риформинга смеси

- газа, который содержит диоксид углерода (СО2) и/или водяной пар (Н2О), с

- газообразными углеводородами,

причем риформинг-установку оснащают питающим трубопроводом для подачи смеси, и, причем риформинг-установку оборудуют горелками для подведения теплоты путем сожжения горючего газа, которые соединены с трубопроводом для подачи кислорода, вытяжным трубопроводом для выведения газообразных продуктов сгорания из риформинг-установки, трубопроводом для подведения газообразного восстановителя для горячего восстановительного газа из риформинг-установки в восстановительный реактор,

выпускным трубопроводом для отведения колошникового газа из восстановительного реактора, причем горелки соединяют с выпускным трубопроводом через соединительный трубопровод, ответвленный от выпускного трубопровода,

причем по меньшей мере

в выпускном трубопроводе между восстановительным реактором и ответвленным от него соединительным трубопроводом,

или

в соединительном трубопроводе имеется обеспыливающее устройство,

отличающееся тем, что в соединительном трубопроводе, между имеющимся при необходимости обеспыливающим устройством и горелками, если смотреть со стороны выпускного трубопровода, присутствуют последовательно размещенные СО-конверсионный реактор, устройство для охлаждения газа и устройство для удаления СО2.

В отношении газообразных углеводородов речь идет, как правило, о природном газе, метане, пропане.

Согласно одному варианту исполнения, к соединительному трубопроводу подсоединяют питающий трубопровод для подведения газообразных углеводородов, благодаря чему при необходимости может быть выполнено примешивание газообразных углеводородов, чтобы получить горючий газ с желательной теплотворной способностью.

При этом питающий трубопровод для подведения газообразных углеводородов может быть подсоединен после устройства для удаления СО2, если смотреть со стороны выпускного трубопровода.

Согласно одному варианту исполнения, обеспыливающее устройство представляет собой устройство для сухого обеспыливания, например, такое как циклон, фильтр для горячего газа, рукавный фильтр.

Согласно другому варианту исполнения, обеспыливающее устройство представляет собой устройство для мокрого обеспыливания.

Может быть предусмотрено более, чем одно обеспыливающее устройство. Они могут быть размещены, например, как

в выпускном трубопроводе между восстановительным реактором и ответвленным от него соединительным трубопроводом,

так и в соединительном трубопроводе.

Согласно одному варианту исполнения, при этом, например, в выпускном трубопроводе размещают устройство для мокрого обеспыливания между восстановительным реактором и ответвленным от него соединительным трубопроводом, и устройство для сухого обеспыливания в соединительном трубопроводе.

При этом в соединительном трубопроводе между устройством для мокрого обеспыливания и СО-конверсионным реактором предпочтительно имеется газонагревательное устройство.

Далее настоящее изобретение будет более подробно разъяснено с привлечением схематических фигур.

Фиг.1 показывает соответствующее изобретению устройство, в котором предусмотрено мокрое обеспыливание.

Фиг.2 показывает соответствующее изобретению устройство с комбинированным мокрым и сухим обеспыливанием.

Фиг.3 показывает соответствующее изобретению устройство только с сухим обеспыливанием и охлаждением колошникового газа.

Фиг.4 показывает способ согласно фиг.2, причем газ, который содержит диоксид углерода (СО2) и/или водяной пар (Н2О), происходит из иного источника, нежели в фиг.2.

В фиг.1 в восстановительный реактор 1, здесь восстановительную шахту с неподвижным слоем, через устройство 2 для добавления оксидов вносят оксиды 3 металлов - в данном случае оксиды железа, например, в виде гранул или кусковой руды. Через выпускной трубопровод 5 из восстановительного реактора выводят колошниковый газ, который образуется в восстановительном реакторе из газообразного восстановителя при восстановлении оксидов металлов до металлизированного материала. В выпускном трубопроводе 5 имеются компрессоры 17а, 17b, чтобы компенсировать возникающее в установке падение давления. В риформинг-установку 4 для каталитического риформинга смеси из колошникового газа и газообразных углеводородов через питающий трубопровод 6 вводят смесь колошникового газа и газообразных углеводородов, в этом случае природного газа. При этом природный газ подводят через газопровод 7 для природного газа. Риформинг-установку 4 оснащают горелками 8а, 8b, 8с для снабжения теплом, необходимым для конверсии, путем сожжения горючего газа. Горячий газообразный восстановитель, образующийся в риформинг-установке 4, по трубопроводу 9 для восстановительного газа подают в восстановительный реактор 1. Через вытяжной трубопровод 10 для выведения газообразных продуктов сгорания, образовавшихся при сгорании горючего газа в риформинг-установке, выводят газообразные продукты сгорания из риформинг-установки. При этом газообразные продукты сгорания протекают из риформинг-установки 4 наружу.

Вытяжной трубопровод 10 содержит устройство 11 для охлаждения газообразных продуктов сгорания и для отделения воды из газообразных продуктов сгорания. Охлаждение и отделение воды проводят в одном и том же устройстве. Вытяжной трубопровод 10 подсоединен к дымовой трубе, через которую газообразные продукты сгорания могут быть выпущены в окружающую среду.

С помощью устройства 11 или посредством дополнительного отходящего тепла процесса, например, из колошникового газа или конвертированного газа после конверсии СО, также может быть получен водяной пар, который может быть использован для конверсии СО.

Горелки 8а, 8b, 8с оснащают устройствами для подведения горючего газа, поставляемого через соединительный трубопровод 12, ответвленный от выпускного трубопровода 5. По соединительному трубопроводу 12 к горелкам 8а, 8b, 8с подводят горючий газ.

По кислородному газопроводу 13 для подачи кислорода - в этом случае путем подведения воздуха - горелки 8а, 8b, 8с снабжают кислородом, необходимым для сгорания горючего газа. Воздух подводят с помощью компрессора 14 в питающем трубопроводе для подачи кислорода.

В вытяжном трубопроводе 10 имеется устройство для нагревания воздуха, подводимого в питающий трубопровод 13 для подачи кислорода, в этом случае рекуператор 15 для косвенного теплообмена между воздухом в питающем трубопроводе 13 для подачи кислорода и газообразными продуктами сгорания в вытяжном трубопроводе 10.

Кроме того, в вытяжном трубопроводе 10 имеется устройство для нагревания смеси из колошникового газа и газообразных углеводородов в питающем трубопроводе 6 для смеси, в этом случае рекуператор 16 для косвенного теплообмена между смесью из колошникового газа и газообразных углеводородов в питающем трубопроводе 6 для смеси и газообразными продуктами сгорания в вытяжном трубопроводе 10.

В выпускном трубопроводе 5 между восстановительным реактором 1 и ответвлением соединительного трубопровода 12 имеется обеспыливающее устройство 18, в этом случае устройство для мокрого обеспыливания.

В соединительном трубопроводе 12 имеются последовательно размещенные друг за другом, если смотреть со стороны ответвления от выпускного трубопровода 5, газонагревательное устройство 19, в этом случае рекуператор для косвенного теплообмена, СО-конверсионный реактор 20, устройство 21 для охлаждения газа и устройство 22 для удаления СО2.

При этом, если смотреть со стороны ответвления от выпускного трубопровода 5, к соединительному трубопроводу 12 перед СО-конверсионным реактором 20 подсоединяют трубопровод 23 для подведения водяного пара. Выведение выпускаемого водяного пара из СО-конверсионного реактора 20 обозначено отходящей от него пунктирной стрелкой. Выведение конденсата из устройства 21 для охлаждения газа представлено отходящей от него стрелкой. Выведение обогащенного диоксидом углерода (СО2) газового потока из устройства 22 для удаления СО2 представлено отходящей от него пунктирной стрелкой. Обогащенный диоксидом углерода (СО2) газовый поток может быть, например, подвергнут обработке с химическим связыванием.

После устройства 22 для удаления СО2, если смотреть со стороны выпускного трубопровода, к соединительному трубопроводу 12 присоединяют питающий трубопровод 24 для подачи газообразных углеводородов.

Восстановленные в восстановительном реакторе 1 оксиды 3 металлов, как обозначено стрелкой, выводят из восстановительного реактора 1.

Образующийся при восстановлении колошниковый газ выводят из восстановительного реактора через выпускной трубопровод 5. После удаления пыли в обеспыливающем устройстве 5 частичное количество колошникового газа в соединительном трубопроводе 12 направляют к горелкам 8а, 8b, 8с, причем сначала его нагревают в устройстве 19 для нагревания газа до температуры, которая необходима для работы СО-конверсионного реактора 20, и после введения водяного пара через трубопровод 23 для подачи водяного пара подвергают обработке в СО-конверсионном реакторе 20 в условиях реакции конверсии СО. Полученный при этом продукт, называемый конвертированным газом, охлаждают в устройстве 21 для охлаждения газа и путем конденсации освобождают от увлеченного водяного пара, и затем в устройстве 22 для удаления СО2 отделяют диоксид углерода (СО2). Обедненный диоксидом углерода (СО2) продукт этой стадии, называемый как обедненный диоксидом углерода (СО2) конвертированный газ, после примешивания газообразных углеводородов через питающий трубопровод 24 для углеводородов используют в горелках 8а, 8b, 8с в качестве горючего газа. Необходимый для горения кислород подводят по питающему трубопроводу 13 для подачи кислорода в форме воздуха, сжатого с помощью компрессора 14. В риформинг-установке 4 конверсией смеси из колошникового газа и газообразных углеводородов получают горячий газообразный восстановитель, и через питающий трубопровод 9 для восстановительного газа вводят в восстановительный реактор.

Фиг.2 показывает устройство, аналогичное фиг.1, причем различие состоит в том, что отсутствуют устройство 18 для удаления пыли и газонагревательное устройство 19. Вместо этого

- в выпускном трубопроводе 5, если смотреть со стороны восстановительного реактора 1, после ответвления соединительного трубопровода 12 имеется устройство 25 для удаления пыли, которое исполнено как устройство для мокрого обеспыливания, и

- в соединительном трубопроводе 12 между ответвлением соединительного трубопровода 12 от выпускного трубопровода 5 и СО-конверсионным реактором 20 имеется устройство 26 для удаления пыли, которое исполнено как устройство для сухого обеспыливания. Поскольку в устройстве 26 для удаления пыли не происходит никакого снижения температуры, газонагревательное устройство 19 для обеспечения необходимой для СО-конверсионного реактора температуры становится ненужным. Для большей наглядности в фиг.2 кодовые номера позиций приведены только для частей устройства, добавленных сравнительно с фиг.1.

Фиг.3 показывает устройство, аналогичное фиг.1, причем различие состоит в том, что отсутствуют устройство 18 для удаления пыли и газонагревательное устройство 19. Вместо этого

- в выпускном трубопроводе 5, если смотреть со стороны восстановительного реактора 1, перед ответвлением соединительного трубопровода 12 имеется устройство 27 для удаления пыли, которое исполнено как устройство для сухого обеспыливания, и

- в выпускном трубопроводе 5, если смотреть со стороны восстановительного реактора 1, после ответвления соединительного трубопровода 12 имеется устройство для охлаждения колошникового газа, включающее охлаждающий элемент 28, выполненный в виде теплообменника, и газоохладитель 30, снабжаемый холодной водой 29.

Поскольку в устройстве 27 для удаления пыли не происходит никакой потери температуры, газонагревательное устройство 19 для обеспечения нужной для СО-конверсионного реактора температуры не требуется. Для большей наглядности в фиг.2 кодовые номера позиций приведены только для частей устройства, добавленных сравнительно с фиг.1.

Фиг.4 показывает устройство, аналогичное фиг.2, с тем отличием, что в качестве газа, который содержит диоксид углерода (СО2) и/или водяной пар (Н2О), применяют не колошниковый газ, а синтез-газ из процесса газификации угля с содержанием до 40% по объему диоксида углерода и до 55% по объему водяного пара. Этот синтез-газ вводят из непоказанного процесса газификации угля в питающий трубопровод 6 для смеси через трубопровод 31 для синтез-газа, присоединенный к питающему трубопроводу 6 для смеси. При этом смесь синтез-газа и природного газа, полученную в питающем трубопроводе 6 для смеси, подвергают конверсии в риформинг-установке 4. Для лучшей наглядности в фиг.4 кодовые номера приведены только для частей устройства, добавленных сравнительно с фиг.2, а также трубопровода 7 для природного газа.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ:

1 Восстановительный реактор

2 Устройство для добавления оксидов

3 Оксиды металлов

4 Риформинг-установка

5 Выпускной трубопровод

6 Питающий трубопровод для смеси

7 Трубопровод для природного газа

8а, 8b, 8с Горелки

9 Питающий трубопровод для восстановительного газа

10 Вытяжной трубопровод

11 Устройство для охлаждения/удаления Н2О

12 Соединительный трубопровод

13 Питающий трубопровод для подачи кислорода

14 Компрессор

15 Теплообменник

16 Теплообменник

17а, 17b Компрессор

18 Устройство для удаления пыли

19 Газонагревательное устройство

20 СО-Конверсионный реактор

21 Устройство для охлаждения газа

22 Устройство для удаления СО2

23 Трубопровод для подачи водяного пара

24 Питающий трубопровод для природного газа

25 Обеспыливающее устройство

26 Обеспыливающее устройство

27 Обеспыливающее устройство

28 Охлаждающий элемент

29 Холодная вода

30 Газоохладитель

31 Трубопровод для синтез-газа

1. Способ восстановления оксидов металлов до металлизированного материала путем контакта с горячим газообразным восстановителем, включающий получение газообразного восстановителя, по меньшей мере, частично каталитическим риформингом смеси из газа, который содержит диоксид углерода (CO2) и/или водяной пар (H2O), с газообразными углеводородами,
причем теплоту для протекающего при конверсии эндотермического процесса риформинга, по меньшей мере, частично подводят сжиганием горючего газа, а образовавшиеся при этом газообразные продукты сгорания выводят, причем горючий газ, по меньшей мере, частично получают из части колошникового газа, образовавшегося при восстановлении оксидов металлов до металлизированного материала,
отличающийся тем, что часть колошникового газа, из которого получают горючий газ, сначала подвергают обеспыливанию и затем вводят в реакцию конверсии СО, а конвертированный газ, полученный в реакции конверсии СО, после охлаждения подвергают обработке для удаления СО2, и образовавшийся при этом конвертированный газ с низким содержанием СО2 используют по меньшей мере в качестве компонента горючего газа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ, который содержит диоксид углерода (CO2) и/или водяной пар (H2O), представляет собой колошниковый газ из процесса восстановления оксидов металлов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ, который содержит диоксид углерода (CO2) и/или водяной пар (H2O) , представляет собой отходящий газ из процесса восстановительной плавки или синтез-газ из процесса газификации угля.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что к обедненному диоксидом углерода (CO2) конвертированному газу для получения горючего газа примешивают газообразные углеводороды.

5. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что обеспыливание проводят сухим методом.

6. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что обеспыливание проводят мокрым методом.

7. Устройство для восстановления оксидов металлов способом по одному из пп.1-6, содержащее восстановительный реактор (1) для восстановления оксидов (3) металлов до металлизированного материала, риформинг-установку (4) для проведения каталитического риформинга смеси газа, который содержит диоксид углерода (CO2) и/или водяной пар (Н2О), с газообразными углеводородами,
причем риформинг-установка (4) оснащена питающим трубопроводом (6) для подачи смеси и оборудована горелками (8а, 8b, 8с) для подведения теплоты путем сжигания горючего газа, которые соединены с питающим трубопроводом (13) для подачи кислорода, вытяжным трубопроводом (10) для выведения газообразных продуктов сгорания из риформинг-установки (4), трубопроводом (9) для подведения газообразного восстановителя для горячего восстановительного газа из риформинг-установки (4) в восстановительный реактор (1), и выпускным трубопроводом (5) для выведения колошникового газа из восстановительного реактора (1), причем горелка (8а, 8b, 8с) соединена с выпускным трубопроводом (5) через соединительный трубопровод (12), ответвленный от выпускного трубопровода (5), и по меньшей мере в выпускном трубопроводе (5) между восстановительным реактором (1) и ответвленным от него соединительным трубопроводом (12), или в соединительном трубопроводе (12) имеется обеспыливающее устройство (18),
при этом в соединительном трубопроводе (12) между имеющимся при необходимости обеспыливающим устройством (18) и горелками (8а, 8b, 8с), если смотреть со стороны выпускного трубопровода (5), имеются последовательно размещенные СО-конверсионный реактор (20), устройство (21) для охлаждения газа и устройство (22) для удаления СО2.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что питающий трубопровод (24) для газообразных углеводородов присоединен к соединительному трубопроводу (12).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что питающий трубопровод (24) для газообразных углеводородов присоединен к соединительному трубопроводу (12) после устройства (22) для удаления СО2, если смотреть со стороны выпускного трубопровода (5).

10. Устройство по одному из пп.7-9, отличающееся тем, что обеспыливающее устройство (18) представляет собой устройство для сухого обеспыливания.

11. Устройство по одному из пп.7-9, отличающееся тем, что обеспыливающее устройство (18) представляет собой устройство для мокрого обеспыливания.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что между устройством для мокрого обеспыливания и СО-конверсионным реактором (20) в соединительном трубопроводе имеется газонагревательное устройство (19).

13. Устройство по одному из пп.7-9, отличающееся тем, что восстановительный реактор (1) представляет собой каскадный реактор с псевдоожиженным слоем.

14. Устройство по одному из пп.7-9, отличающееся тем, что восстановительный реактор (1) представляет собой восстановительную шахту с неподвижным слоем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству для производства железа прямым восстановлением. Устройство содержит установку риформинга с внутренним нагревом для осуществления риформинга природного газа добавлением пара и кислорода к природному газу и частичным сжиганием природного газа для производства газа-восстановителя, содержащего водород и монооксид углерода, для производства железа прямым восстановлением, печь производства железа прямым восстановлением для производства железа прямым восстановлением из сырья, содержащего оксид железа, с использованием газа-восстановителя, устройство удаления диоксида углерода для удаления диоксида углерода из отходящего газа, получаемого в печи производства железа прямым восстановлением с получением газа, из которого удален диоксид углерода, рециркуляционную линию отходящего газа для рециркуляции газа, из которого удален диоксид углерода, в печь производства железа прямым восстановлением в качестве газа-восстановителя, теплообменник для увеличения температуры газа, из которого удален диоксид углерода, до диапазона от 400 до 700 ºС отходящим газом, получаемым в печи производства железа прямым восстановлением, перед рециркуляцией газа, из которого удален диоксид углерода, в качестве газа-восстановителя для производства железа прямым восстановлением.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к процессам получения металлического железа. Способ получения металлического железа с использованием устройства для его осуществления включает формирование исходной сырьевой массы в виде содержащей соединения железа водяной суспензии, полученной введением в заранее заданный объем воды частиц железной руды, перемещение исходной сырьевой массы через последовательно расположенные рабочие зоны обработки, в которых осуществляют восстановление металла с помощью углерода, входящего в состав содержащих его газов, подаваемых в упомянутые рабочие зоны, и посредством воздействия генерируемых в этих зонах переменных вращающихся магнитных полей, осаждение полученных частиц металла с их накоплением и последующей выгрузкой готового металла, причем процесс проводят без остановки обработки сырьевой массы.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для эффективной переработки титаномагнетитовых руд сложного состава. Перед загрузкой в плавильную камеру шихту подогревают отходящими из плавильной камеры газами, имеющими температуру 1850-1900°C.

Изобретение относится к черной металлургии, пирометаллургическому переделу бурожелезняковых руд. .
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при переработке ванадийсодержащих титаномагнетитовых концентратов для прямого получения железа и извлечения ванадия.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления окатышей или брикетов. .

Изобретение относится к способу и устройству получения чугуна или исходных продуктов стали плавлением в плавильном или угольном газогенераторах. .

Изобретение относится к восстановлению оксидов металлов до металлизированного материала путем контакта с горячим газообразным восстановителем. Газообразный восстановитель, по меньшей мере частично, получают каталитическим риформингом смеси газа, содержащего диоксид углерода (СО2) и/или водяной пар (Н2О), и газообразных углеводородов. Причем теплоту для протекающего при конверсии эндотермического процесса риформинга, по меньшей мере частично, получают сжиганием горючего газа и образовавшиеся при этом газообразные продукты сгорания выводят, причем их охлаждают и освобождают от воды. При этом кислород, необходимый для сжигания горючего газа, подводят в горючий газ в составе газовой смеси, приготовленной из частичного количества охлажденных и освобожденных от воды газообразных продуктов сгорания и чистого кислорода. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам и устройству для обработки железных руд с высоким содержанием фосфора. Способ включает смешивание железной руды, содержащей высокофосфористые оксиды железа, со щелочным раствором, значение рН которого лежит приблизительно между 12,5 и 13,5, сортировку смеси за счет гравитации с целью отделения высокофосфористого щелочного раствора от низкофосфористой железной руды и восстановление низкофосфористой железной руды природным газом. Изобретение позволяет эффективно удалять фосфор из железных руд для их последующего использования в процессе прямого восстановления. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к процессам получения жидкого металла из окисленного железосодержащего сырья, техногенных отходов черной и цветной металлургии, в том числе содержащего примеси цветных металлов. Шихтовые материалы в виде железосодержащих материалов, флюсующих добавок и углеродсодержащих материалов загружают в плавильную зону двухзонной печи. Расплавляют их в железосодержащем расплаве, барботируемом кислородсодержащим дутьем, дожигают отходящие газы с последующей подачей расплава в восстановительную зону. В восстановительную зону загружают уголь, восстанавливают железо с образованием железоуглеродистого расплава и шлака, дожигают отходящие из ванны зоны восстановления горючие газы, осуществляют раздельный выпуск продуктов плавки. Причем в плавильной зоне отношение кислорода, поступающего с барботажным дутьем, к углероду, поступающему с шихтовыми материалами, поддерживают на уровне, обеспечивающем отношение CO/CO2 в отходящих из ванны плавильной зоны газах в пределах 0,01-0.5. Изобретение позволяет снизить удельные расходы энергоносителей, обеспечивает возможность переработки шихтовых материалов крупностью свыше 20 мм, повышенной влажности и смерзшихся шихтовых материалов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к трубе риформинга с переменной толщиной стен, предназначенной для риформинга газа в процессе прямого восстановления железа. Труба содержит аксиально выровненную трубчатую конструкцию, выполненную из металлического материала. Аксиально выровненная трубчатая конструкция содержит фланцевую секцию, верхнюю секцию, среднюю секцию и нижнюю секцию. Верхняя секция содержит первый участок, имеющий первую толщину стены, второй участок, имеющий вторую толщину стены и третий участок, имеющий переходную толщину стены, который соединяет первый участок со вторым участком. Причем первый участок, второй участок и третий участок имеют постоянный внутренний диаметр. Изобретение обеспечивает более продолжительную работу при текущих требованиях к температуре или равную продолжительность работы в условиях повышенных температур. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к металлургической газификации твердого топлива и может быть использовано в энергетике, металлургии, переработке промышленных и твердых бытовых отходов. Способ включает обработку газообразным окислителем с содержанием 40-95 объемных процентов газообразного кислорода всего объема ванны оксидного расплава, в который подают твердое топливо. При этом отношение количества кислорода в газообразном окислителе составляет 0,4-0,7 от теоретически необходимого для окисления углерода и водорода твердого топлива до диоксида углерода и воды. Температуру расплава поддерживают на 50-350°С выше температуры его плавления путем изменения отношения количества кислорода к количеству твердого топлива, причем для повышения температуры увеличивают это соотношение, а для снижения - уменьшают. Изобретение обеспечивает стабильный тепловой режим газификации и повышает качество получаемого готового топлива. 2 з.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к устройству для производства синтез-газа из биомассы путем газификации во взвешенном потоке. Устройство включает в себя топливоприготовительную установку, в которой биомассу подают в устройство грубого помола, которая ниже по течению соединена через первый шлюз с установкой для карбонизации, находящейся под давлением, для получения гидротермальным способом карбонизированного угля из биомассы. При этом установка для карбонизации включает в себя по меньшей мере один подогреватель и один карбонизирующий реактор, установленный ниже подогревателя и соединенный ниже по течению через второй шлюз по меньшей мере с одним устройством для разделения на твердую и жидкую фазы для приготовления топлива. Ниже устройства для разделения на твердую и жидкую фазы предусмотрено сушильное устройство для сушки топлива, которое подключено к измельчителю для измельчения топлива в пылевидное топливо с размерами частиц от 55 до 500 мкм. Устройство также имеет устройство перенесения топлива для перевода топлива в установку для газификации во взвешенном потоке, так что топливоприготовительная установка связана с установкой для газификации во взвешенном потоке (22). Раскрыт способ производства синтез-газа из биомассы путем газификации во взвешенном потоке с применением заявленного устройства. Обеспечивается достижение высокого энергетического коэффициента полезного действия, снижение эксплуатационных затрат, возможность переработки малоценных биомасс с получением синтез-газа, свободного от смол. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления прессованных изделий, содержащих прямо восстановленное тонкодисперсное железо (DRI) из установки (1) для восстановления в кипящем слое для прямого восстановления тонкодисперсной железной руды (2). Полученное в установке (1) для восстановления в кипящем слое при прямом восстановлении прямо восстановленное тонкодисперсное железо (DRI) брикетируют с получением прессованных изделий (8). В прямо восстановленное тонкодисперсное железо (DRI) подмешивают сухой тонкодисперсный материал, который содержит по меньшей мере тонкодисперсную железную руду (2), а также тонкодисперсное железо и углерод. Количественная доля сухого тонкодисперсного материала в смеси имеет нижний предел, равный 0,25 мас.%, предпочтительно равный 0,5 мас.%, и составляет до 10 мас.%, предпочтительно до 5 мас.%. Изобретение позволяет повысить плотность прессованных изделий и снизить затраты. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к установке для производства железа прямого восстановления. Установка содержит восстановительную печь 13, устройство 16 удаления кислых газов, устройство 17 для удаления продуктов разложения, обводной контур L11 для байпасирования части бедного растворителя, подлежащего возврату из регенератора в абсорбер и фильтр 41, размещенный в обводном контуре. При этом восстановительная печь 13 предназначена для восстановления железной руды 12а непосредственно в восстановленное железо 12b с использованием высокотемпературного восстановительного газа 11, содержащего водород и моноксид углерода. Устройство 16 удаления кислых газов содержит абсорбер 16а для удаления с помощью абсорбента 15, такого как растворитель на основе аминов, кислых газов (СО2, H2S), содержащихся в отходящем газе 14 восстановительной печи, выпускаемом из восстановительной печи 13, и регенератор 16b для извлечения кислого газа. Устройство 17 для удаления продуктов разложения предназначено для отделения и удаления продукта разложения, содержащегося в абсорбенте 15, используемом посредством циркуляции через абсорбер 16а и регенератор 16b. Изобретение обеспечивает уменьшение количества используемого абсорбента кислых газов, устранение вспенивания, стабилизацию рабочего процесса и подавление коррозии оборудования. 3 з.п.ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к экстракции металлов из красного шлама. Красный шлам измельчают до размера частиц 5-500 мкм. Полученный порошкообразный красный шлам соединяют с углеродистым восстановителем для получения смеси с соотношением порошкообразного красного шлама и углеродистого восстановителя 88:12-95:5. Полученную смесь прессуют с получением формованного материала, выбранного из группы, включающей пеллеты, блоки и брикеты. Формованный материал плавят, по меньшей мере частично, для получения масс железа и шлака, содержащего массу по меньшей мере одного металла из алюминия и титана. Отделяют массу железа от шлака и отделяют из шлака по меньшей мере одну массу металла, выбранного из группы, включающей алюминий и титан. Обеспечивается эффективная экстракция масс металла высокой чистоты. 8 з.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к способу прямой плавки, который включает регулирование условий процесса в емкости для прямой плавки таким образом, что расплавленный шлак в расплавленной ванне металла и шлака имеет вязкость в диапазоне 0,5-5 Пуаз, когда температура шлака в расплавленной ванне в емкости составляет в диапазоне 1400-1550°С. Причем условия процесса включают: рабочие условия внутри емкости для прямой плавки, в том числе температуру и давление, и скорости вдувания твердых исходных материалов и кислородосодержащего газа в емкость; состав расплавленной ванны, в том числе состав шлака; и характеристики расплавленной ванны. Изобретение обеспечивает возможность плавить титансодержащие материалы с получением расплавленного железного продукта, который может содержать металлический ванадий, и шлакового продукта, который имеет по меньшей мере 50% оксидов титана в виде TiO2, который может быть использован в качестве сырья для сульфатного процесса получения пигментного диоксида титана. В частности, изобретение обеспечивает возможность регулировать скорость охлаждения расплавленного шлака, выводимого из процесса, чтобы предпочтительно образовывались микроструктуры, поддающиеся обработке в сульфатном процессе. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.
Наверх