Способ восстановления железосодержащих концентратов в трехзонном реакторе псевдоожиженного слоя

 

О П

<>645596

Союз Соеетскнк

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕН Ия

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительньш к патенту— (51) М.Кл. С 21 В 15 90 (22) Заявлено 08.09.75 (21) 2178996/22-02 (23) Приоритет — (32)—

Государстеенный комитет (33)— (31)— (43) Опубликовано 30.01.79. Бюллетень ¹ 4 (53) УДК 662.784 (688.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.01.79 (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Пер Харальд Коллин, Сунэ Натанаэль Флинк, Бьерн Виделл (Швеция) Мартин Хирш и Лотар Ре (evr) Иностранная фирма

«Стора Коппарбергс Бергслагс АБ» (Швеция) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КОНЦЕНТРАТОВ

В ТРЕХ3ОННОМ РЕАКТОРЕ

П С ЕВДОО)К ИВЕН НОГО СЛОЯ

Изобретение относится к способам полного или частичного восстановления железорудных концентратов, содержащих окислы железа, смешанного с тонко измельченным твердым топливом при температуре меньшей, чем точка плавления железа.

Изобретение относится к процессу в псевдоожиженном слое, в котором существуют три отдельные реакционные зоны в псевдоожиженном слое, в результате чего различные реакционные, рециркулирующие и выходные потоки совмещаются в едином процессе, основанном на совместном действии или взаимодействии этих потоков.

Под твердым угольным материалом подразумевается кокс и другие углеродсодержащие материалы, например, антрацит, уголь или нефть.

Под взвешенным (кипящим) материалом, содержащим окиси железа, подразумевается концентрат железной руды, кальцинированные пириты или другие материалы, содержащие окись железа. Указанный материал имеет размер частиц до 1 ял.

Известно применение для восстановления кипящего материала, содержащего окиси железа, смешанного с твердым угольным материалом, вращающих печей или процессов в псевдоожиженном слое обычного типа, Общие условия для циркулирующего псевдоожиженного слоя в таких процессах известны (1).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления железорудных концентратов в трехзонном реакторе псевдоожиженного слоя, включающий их смешивание с твердым углеродсодержащим материалом, вдувание топлива и кислородсодержащего газа в среднюю зону, вывод газа и концентрата из верхней зоны, ввод сжатого нагретого газа в нижнюю зону после сепарации твердых частиц концентрата и выгрузку восстановленного продукта из нижней зоны (2).

Попытки интенсифицировать процесс в реакторе по известным способам путем увеличения температуры реакции приводят к слипанию, т. е. малые частицы материала в

20 слое агломерируются, образуя большие куски и агрегаты, что в конечном итоге делает псевдоожижение невозможным, Целью изобретения является устранение слипания продукта восстановления.

Это достигается тем, что твердые частицы концентрата, удаленные из верхней зоны, вводят обратно в среднюю зону при весовом соотношении топлива и концентраЗ0 тов, равном 005 — 1,0. При этом возможна

645596 часть. Теплопередача от промежуточной секции реакционной зоны к нижней части, однако, поддерживается в основном за счет внутренней циркуляции материала в реакционной зоне. Выгружаемый твердый материал содержит кокс и полностью или частично восстановленные окиси железа, как указано выше, и преимущественно охлажденные до температуры ниже точки Кюри железа (т. е. придавая им ферромагнитные свойства) и разделяется магнитно на железную фракцию, в основном свободную от кокса, и на коксовую фракцию, в основном свободную от железа. Охлаждение прово15 дится путем пропускания материала через обычный псевдоожиженный слой, образованный самим материалом, со встроенными охлаждающими поверхностями. Газ, содержащий молекулярный кислород, обычно ис2О пользуется как охладитель и посредством этого он предварительно нагревается.

Целесообразно регулировать поток газа, содержащего кислород, например воздуха, возможно смешанного с СО и/или водой (Π— 10% С02 и 1 — 10% воды по объему), так чтобы тепло, требуемое для поддержания йужной температуры в циркулирующем слое, было достигнуто. Тепло генерируется за счет частичного сжигания угольного мазО териала. Также можно подавать тепло полностью или частично непосредственно от внешнего источника тепла, такого как ядерный реактор. В этом случае тепло может передаваться горячим газом к нагревающим поверхностям, встроенным в реакционную зону.

65 замена 0 — 60% твердого углеродсодержащего материала на жидкое топливо, Материал, содержащий окиси железа, подается к псевдоожиженному слою, имея размер частиц меньший, чем 1 мл (преимущественно меньший, чем 0,5 лм), измельченное твердое топливо может иметь размер частиц меньше 3 мм.

Реакционная зона может быть условно представлена как разделенная на верхнюю, нижнюю и промежуточную части. В предлагаемом способе вдуваемый материал, содержащий окиси железа, угольный материал и газ, содержащий молекулярный кислород, подаются в промежуточную секцию.

Частичное сжигание угольного материала в этой секции создает тепло, необходимое для процесса. Коксов ание и дегазация угольного материала проводятся в верхней части реакционной зоны, так же как восстановление двуокиси углерода и воды углем во время сжигания с образованием газообразного водорода и моноокиси углерода.

Здесь также имеет место определенное восстановление материала, содержащего окиси железа. Такая реакция проводится при

850 — 1000 С. Поток твердого углеродсодержащего материала регулируется таким образом, чтобы всегда было достаточно угольного материала в псевдоожиженном слое для предотвращения взаимодействия в псевдоожиженном слое, приводящего к агломерации. Получаемый газ выгружается из верхней части смешанным с твердым материалом из слоя. Твердый материал отделяется от газа и возвращается к промежуточной секции.

С целью предотвращения слипания найдено, что при 900 С и при использованип обычного концентрата железной руды весовое соотношение между твердым угольным материалом (кокс) и концентратом железной руды в реакционной зоне должно быть

0,05: 1.

Часть выпускаемого газа подвергается дополнительной сепарации от пыли, большая часть двуокиси углерода и воды удаляются из газа, и он возвращается в нижнюю часть реакционной зоны в качестве псевдоожижающего и восстанавливающего газа. Таким образом, поддерживается полностью восстанавливающая атмосфера в нижней части и имеет место непрерывное восстановление материала, содержащего окиси железа, такой газ обычно имеет следующий состав: 24,5% СО; 1,2% СО, .1,7% Н,.

04% воды; 25 % углеводорода; 63 7% N>.

Твердый материал выгружается, когда это необходимо, из нижней части реакционной зоны так, что количество твердого материала в твердой зоне поддерживается постоянным.

Транспорт твердого материала, полученного таким образом, имеет встречное направление к газу, вводимому в нижнюю

Для того чтобы предотвратить. избыточную генерацию тепла на единицу объема реакционной зоны, что может вызвать местный перегрев и создать опасность, связанную с возможной агломерацией материала псевдоожиженного слоя, поток газа, содержащего молекулярный кислород, преимущественно разделяется на несколько подпотоков, которые вводятся в отдельных точках на нескольких уровнях в промежуточной секции реакционной зоны.

Твердый углеродсодержащий материал подается к промежуточной секции реакционной зоны в нескольких форсунках, преимущественно с помощью восстанавливающего и/или нейтрального газа, вдуваемого через сопла. Однако при использовании материа-, ла, имеющего низкое содержание летучих компоьентов, такого как антрацит, можно использовать газ, содержащий молекулярный кислород, такой как воздух, в таком случае он предпочтительно не нагревается предварительно, для того чтобы избежать . опасности местного перегрева. Для этой цели требуется общий поток газа, содержащий 10 — 30% общего потока угольного материала, в зависимости от формы вдувающего сопла.

645596

Формула изобретения

Составитель Л, Панникова

Редактор 3. Ходакова

Текред А. Камышникова

Корректор С. Файн

Заказ 1138/34 Изд. М 117 Тираж 557 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк, фил. пред. «Патент»

Также можно вводить топливо вдоль малой вспомогательной реакционной зоны, отделенной от реакционной зоны, в которой псевдоожиженный слой поддерживается с помощью частичного потока газа, содержащего молекулярный кислород. В этом случае газ и твердый материал подводятся от вспомогательной реакционной зоны через общую трубу в промежуточную секцию реакционной зоны. Определенное частичное сжигание угольного материала имеет место во вспомогательной реакционной зоне и можно избежать агломерации вокруг входов распределителя за счет того, что угольный материал проходит здесь в короткий промежуток времени, а значит только некоторые частицы имеют достаточно времени, чтобы сжигаться до золы. При более высоких концентрациях и в случае местного перегрева здесь легко может возникнуть агломерация и образование корки.

Некоторое количество твердого топлива может быть заменено жидкими углеводородами, такими как нефть, в количестве до

60 /о по весу, В этом случае она преимущественно вводится в промежуточную секцию реакционной зоны через ряд форсунок.

Так называемая атомизация нефти, проводимая для полного сжигания, не требуется. Относительно грубое диспергирование нефти достигается, если она подается несколькими потоками через трубы вместе с неокисляющим газом. Для газа и используемой нефти подходит объемное соотношение 100: 1. Если используется вспомогательная реакционная зона, то нефть преимущественно подается к этой зоне, а уровень, на котором она подается, должен быть примерно на 0,5 м выше распределителей для газа, содержащего молекулярный кислород.

Выпуск из реакционной зоны может быть по крайней мере частично использован для предварительного нагрева загружаемого материала, содержащего окиси железа, за счет приведения в непосредственный контакт его с загружаемым материалом. После чего эта часть выходящего газа рециркулирует к нижней части реакционной зоны после удаления большей части СО, и воды способом, хорошо известным в технике, и используется как псевдоожи5

15

6 жающий и восстанавливающий газ в нижней части реакционной зоны.

Часть выходящего потока, в основном свободном от СО> и воды, используется как псевдоожижающий газ в охлаждающей и магнитной сепарации материала, выгружаемого из нижней части реакционной зоны.

При проведении всего процесса при давлении выше атмосферного, например 1—

10ати, размеры, необходимые для аппарата, могут быть значительно уменьшены.

Тепло, содержащееся в выходящем потоке (физическое и химическое), используется для получения электрической энергии, при помощи которой, например, восстановленный железный материал может быть расплавлен и, возможно, полностью восстановлен.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет устранить слипание исходных продуктов и продуктов восстановления.

1. Способ восстановления железосодержащих концентратов в трехзонном реакторе псевдоожиженного слоя, включающий смешивание с твердым углеродсодержащим материалом, вдувание топлива и кислородсодержащего газа в среднюю зону, вывод газа и концентратов из верхней зоны, ввод сжатого нагретого газа в нижнюю зону после сепарации твердых частиц концентрата и выгрузку восстановленного продукта и-, нижней зоны, отлич а ю щи йся тем, что, с целью предотвращения слипания продукта, твердые частицы концентрата, удаленные из верхней зоны псевдоожиженного слоя, вводят обратно в среднюю зону псевдоожиженного слоя при весовом соотношении топлива и концентратов, равном 0,05—

1,0.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что до 60% вдуваемого в среднюю зону твердого углеродсодержащего материала заменяют жидким топливом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Chemical Engineering Progress, 1971, 67, № 2,5. 58-63.

2. Патент Австрии № 415247, кл. С 21 В, 1971.