Способ восстановления дисперсной железной руды до губчатого железа

 

О П И С А Н И Е,„,995708

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Саеетскнх

Соцналнстнчесинх

Реснубпни

К ПАТЕНТУ (6l) Дополнительный н патенту

Ф (22) Заявлена 03.09.80(2l) 2979298/22-02 (51) NL. Кл.

С 21 В 13/00 (23) Приоритет - (32) 04.09.79

Мударстаеннй квинтет

ССьр по девам нзвйретеннй.н еткрьпнй

I (3! ) . 072412 (33) США (53) УДК 669.1 81. .423 (088.8) Опубликовано 07..02.83. Бюллетень М 5

Дата опубликования описания 09.02.83 и Иностранцы

Хуан Федерико Прайс-Фалькон и Энрике Рэймо (Мексика} (72) Авторы изобретения

Иностранная фирщ

Ильса С.А, -(Мексика} (7!) заявитель (54} СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДИСПЕРСНОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ

РУДЫ ДО ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА

Изобретение относится к газообраз- ному восстановлению. железной руды в вертикальном шахтном реакторе с подвижным слоем в целях получения губчатого железа, более конкретно к новому способу исцольэования углеводородсодержащего . газа; s частности коксового газа, как

: сырья для восстановительных агрегатов в процессе газообразного восстановления.

Известны способы восстановления дис- ig персной железной руды в шахтных цечах противотоком горячего восстановительного газа, полученного при конверсии метана или другого углеводородсодержащего газа -1 3. 15

Однако. установки для конверсии углеводородного топлива сложны по конструкции и не всегда. удобны в эксплуатации.

Использование в шахтных печах зоны охлаждения повышает эффективность упомянуть1х способов восстановления, но .. требует дополнительных затрат топлива при, работе установки конверсии.

Наиболее| близким к изобретению по технической сук ности и достигаемому: ре» зультату является способ восстановления дисперсной железной руды до губчатого железа в вертикальном- реакторе, включающий противоток руды,и горячего аосста новительного газа, охлаждение губчатого железа в нижней части реактора, рециркуляцию охлаждающего газа, содержащего углеводороды, подачу воды или пара. Для процесса каталитического риформирования, . существующие печи для. риформинга тре буют сравнительно болыних капитапвных затрат, что существенно повышает стою . имость обработанного газа. Кроме того, коксовый газ имеет относительно высокое содержание серы, которое отрицатель но влияет на катализаторы, обычно используемые в известных печах- риформинга..

Следовательно, если коксовый газ подлежит риформированию в печи каталитичеокого риформинга известного типа, содержание серы в газе должно быть снижено до очень низкого уровня. Таким- образом, нео6ходимо создать усовершенствованный мртод повышения восстановительной эффек тнвности сырого коксового газа (2

3 МИЫЬ ф

В случаях, когда губчатое железо необходимо использовать s качестве части сырья для доменной печи, экономически предпочтительнее объединить установку по получению губчатого железа с до- . менной печью и коксовой установкой, т.е. расположить установку по производству губчатого железа вблизи доменных печей. Такое физическое совмещение установки по производству губчатого железа 10 и доменных печей обеспечивает ряд пре имуществ. Таким образом, можно снизить объем погрузораэгрузочных работ с готовым губчатым железом и уменьшить необходимость в охлаждении готового губ-1% чатого железа.

;. Кроме того, в такой объединенной ую»

i тановке можно использовать побочный коксовый гаэ в качестве источника вос- . становительных составляющих для реакто- 20 ра газообразного восстановления руды.

Сырой коксовый гаэ не является эффек- . тивным восстановлением для железной руды. Коксовый газ можно подвергну ь обработке с целью улучшения его восста- 25 новительной эффективности с помощью процесса каталитического риформирования, однако это существенно повышает стоимость газа. Кроме того, коксовый газ имеет высокое содержание газа. 30

Целью изобретения является повышение производительности печи и экономия топлива.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановления дио. 3> персной,железной руды до губчатого железа в вертикальном реакторе, включающему противоток руды и горячего восстановительного газа, охлаждение губчатого железа в нижней час и реактора, рецир- 40 куляцию охлаждающего газа, содержащего углеводороды и подачу воды или пара, пар и углеводородсоцержащий газ добавляют в нижнюю или в середнюю часть зо охлаждения причем пар подают и о 4 ношении 1,0-1,5 к количеству углеводородов, содержащихся в добавляемом газе.

Добавляемый газ содержит по 1030 об.% газообразных углеводородов.

Восстановительный газ, полученный в зоне охлаждения, перед вводом в зону восстановления нагревают.

В качестве добавочного газа в зоне охлаждения используют коксовый газ, Водяной пар вводят непосредственно в зону охлаждения.

Газ, выведенный из зоны охлаждения, является единственным источником восстановительного газа эоны восстановления, В предложенном способе охлаждающую зону используют ие только для охлажде иия и науглероживания губчатого железа, как в предыдущих системах, но также как область риформировання смеси водяного пара и углеродсодержащего газа. Соглаоио данному способу, создан охлаждающий контур, включакяций охлаждающую зону реактора, а водяной пар и углеродсодержащий гаэ, обычно метансодержащий газ, либо вводят в отдельные точки в этом охлакдающем контуре, либо предваритель но смешивают и вводят в вице смеси в охлаждающий контур. Губчатое железо внутри указанной зоны охлаждения исполь зуют в качестве катализатора с тем, чтобы обеспечить риформирование газообразного углеводорода в газопаровой смеси, и полученный газ риформинга затем иопользуют в качестве источника восстановительного газа для зоны восстановления реактора. Сырой коксовый газ не нуждается в полном десульфурировании в данном способе, поскольку осаждение серы на губчатом железе в зоне охлаждения в действительности отрицательно не влияет на его активность и при этом губчатое железо образует постоянно обновленную каталитическую массу. Количество серы, осевшей на губчатом железе, можно легко регулировать в ходе

Последующей операции в производстве стали. С помощью известного процесса снижена себестоимость десульфирования.

В смеси газа с водяным паром долж

"но содержаться приблизительно до 30 об.% метана или другого углеводородного газа.

При исполызовании более высоких coos» ношений s части содержания углеводорода может иметь место черезмерное осаждение углерода на губчатом железе.

На чертеже схематически изображена система непосредственно газообразного восста новления.

Шахтный восстановительйый реактор

1 с подвижным слоем, имеет в верхней своей части восстановительную зону 2 и охлаждающую зону 3, разделенную на верхнюю 4 и нижнюю 5 секции в нижней части реактора. Восстанавливаемая железная руда поступает на верх реактора через входной штуцер 6 и проходит вниз через восстановительную зону 2, где она восстанавливается за счет пропускания снизу вверх газа, а оттуде через зону

5 охлаждения 3 выходит из реактора через, выгруэное отверстие 7.

Восстановление руды осуществляют с помошью восстановительного газа, состоящего главным образом нз окиси углеро)

lla н водорода, который подогревают в подогревателе 8 до температура примерно

750-1000 С и затем направляют по трубопроводу 8 в нагнетательную камеру 10, образованную внутренней кольцевой пере- 10 городкой 11 и смежной стенкой. реактора.

Из .нагнетательной камеры 10 восстановительный газ проходит вокруг нижней кромки- перегородки 11, оттуда вверх через измельченную железную руду в вос-15 становнтельной зоне 2 н восстанавливает руду до губчатого железа. Газ, выходяшнй с верха над слоем руды в восстановительной зоне, выводится иэ реактора через трубопровод 12 и поступает в хо- 20 лодильник-смеситель 13, где он охлаждается н обезвожнвается за счет непосредственного контакта с. охлаждающей водой.

Охлажденный и обеэвоженный восстановнтельный газ выходнт из холоднльнн- д ка 13 по трубопроводу 14 и затем от него отделяется часть газа, направляемая по трубопроводу 15 в подходящее место хранения или место применения, например в качестве топливного газа. Остальная часть восстановительного газа, проходящего через трубопровод 14, поступает по трубопроводу 16 к насосу 17, с помощью которого он перекачнвается по .трубопроводу 18 обратно в подогреватель

8. Такнм образом, значительная часть восстановительного газа циркулирует в замкнутом контуре,, включающем восстановительную зону 2, трубопровод 12, холодильник 13, трубопроводы 14 н 16, 40 насос 17, трубопровод 18, подогреватель

8 н трубопровод 9. Трубопровод 15 снабжен регулятором цротнводавления 19 для поддержання требуемого избыточного давления внутры Реактора. Полученный вос.становительный газ подают в контур воо45 становительного газа иэ трубопровода 20 по способу, описанному ниже.

Зона 3 охлаждения, подобно восстано витальной зоне 2, также составляет часть контура газового потока. Охлаждающий газ входыт в нижнюю часть зоны охлаж. Дения по трубопроводу 21 .и поступает в нагнетательную камеру 22, образованную стенкой реактора и внутренней перегородИ кой в форме усеченного конуса 23. Иэ области повышенного давления 22 камеры охлаждаюший газ проходит вокруг нижней кромки (конуса) 23, оттуда вверх через секции 4 н 5 охлаждаюшей эоны в область повышенного давления 24, огра ниченную стенкой реактора u ttepегоpoaкой в форме усеченного конуса 25. Иэ области повышенного давлення 24 охлаждаюшнй газ проходит цо трубопроводу 26 в холодильник 27, где он охлаждается н обезвожнвается н затем по трубопроводу 28 направляется на прием циркуляционного насоса 29, с помощью которого он подается по трубопроводу 30 обратно

s трубопровод 21.

Охлаждающий газ, направляемый по трубопроводу 21 в нижнюю часть охлам дающей зоны, является также восстано внтельным газом, который имеет сходстВО с гаэомр ВВОдимым В Восстанови тельную зону 2 тем, что в нем содержатся существенные количества окиси уг лерода н водорода. Охлаждакяцяй контур заполнен метансодержашнм газом, который вводится в контур иэ подходящего источника по трубопроводу 31 под контролем автоматического регулятора ðao» хода 32. Полученный газ содержит существенное количество углеводородного газа, нацрнмер газ, содержаший прнмерно до 30 Об.% метана, или коксовый гаэ, который содержит меньшее количество метана. В любом случае в газе, поступающем в ннжнюю часть охлаждающей зоны нэ трубопровода 21, содержится значи тельное количество углеводорода.

Холодный восстановительный газ, подннмающнйся снизу вверх через зону 3

Выполняет, по меньшей мере, трн разлнч ные функции. Две нз атнх функций осуществляются в охлаждающих зонах ранее. нзвестных реакторов с подвижным слоем, а именно охлаждение восстановленной же» лезной руды н науглерожнванне губчатого железа.

В условиях, сушествующнх в охлаждающей зоне, большая часть углерода полученного прн реакцни науглероживання, вступает в реакцню с губчатым железом с образованием карбида железа, который распределен среди частиц губчатого желе» эа, выходяшего из реактора через выпуск ное отверстие 7. В выгруженном губча« том железе содержится относительно ньбольшое количество элементарного углерода.

Охлаждающая зона выполняет и третью функцню, заключающуюся в том, что эта зона служит для превращения углеводородных компонентов проходящего сннзу вверх газа и окись углерода и водород.

7 М87

Лля образования воды, которая может вызнать протекание атой реакции, в реак тор вводят водяной пар, предпочтительно между верхней секций 4 и нижней секцией 5 охлаждающей эоны. Водяной пар nog$ водят из подходящего источника по трубопроводу 33, на котором установлен регулятор расхода 34, и затем по трубопроводу 35, на котором установлен отсеч» ной клапан 36, в область повышенного © давления 37, откуда он проходит через ряд расположенных по периметру отверстий 38 внутрь охлаждающей зоны. Водяной пар смешивается с поднимающимся снизу вверх углеводородсодержащим газом и взаимодействует с ним в соответствии с вышеуказанным уравнением. Реакцию между водяным паром и углеводородом катализируют с помощью горячего губчатого железа в секции 4 охлаждаю- М щей зоны, таким образом, увеличивая содержание окиси углерода и водорода в циркулирующем охлаждающем газе. Стехиометрический избыток водяного пара . используют для замедления нежелатеш ного осаждения углерода на реакторе.

Молярное соотношение между водяным паром и метаном или другим углеводородом может находиться в диапазоне 1,0:

: 1-1,5: 1. Поскольку реакция риформи- 36 рования является эндошзрмической, тепло этой реакции отбирают от горячего губ- чатого железа, способствуя его охлажде- нию.

Как указано на чертеже, водяной пар, подаваемый по трубопроводу 33, можно .. также .направить по трубопроводу 39, на котором имеется отсечный клапан 40, в рециркулируемый газ, проходящий по трубопроводу 21 . Таким образом, водяной пар можно направлять либо в рециркулируемый газ, либо в точку между секциями 4 и 5 охлаждающей зоны, либо в оба места..

Поскольку газ, проходящий снизу вверх, через охлаждающую зону, обогащен окисью углерода и водородом, он полезен в ка1 честве восстановительного газа в восстановительной зоне. Соответственно, часть рециркулируемого газа, проходящего через контур охлаждения, выводят из него йо трубопроводу, на котором установлен регулятор расхода, а оттуда он подается по трубопроводу 20 в качестве добавочного газа в контур восстановительного газа.

$$

Пример. Устройство питается свежим газом (например коксовым), содержащим 25% углеводорода (в данном примере СН ). Общий поток в:трубе 31

Ой 8 составляет 697 7 мЭ/Т железа (МСМ/т

Fe). Таким образом поток СН составляет

174,4 NCN/r Ре (т.е. 25% от 697,7).

Количество газа, инжектируемого в среднюю„часть зоны охлаждения, составляет

251,7 МСМ/r Ре. Таким образом, отношение пар/углерод составляет 1,44. При рабочем давлении 4 атм и температуре газа на входе 950оС, получаемый конечный продукт представляет собой губчатое железо со степенью металлиэации 87% .и содержанием углерода 2,3%.

Изобретение предоставляет собой новый и исключительно аффективный способ риформирования газа, состоящего из содер жащего существенное количество углеводородных составляющих, например коксового или другого газа, содержащего до

30 об.% углеводорода, с целью повышения восстановительной эффективности такого газа. Кроме того, обогащение газа достигается без использования отдельной печи дпя каталитического риформинга, который требует значительных капитальных затрат..

Таким образом, создана исключительно эффективная восстановительная система.

Форм ула иэ обретения

1. Способ восстановления дисперсной железной руды до губчатого железа в вертикальном реакторе, включающий противоток руды и горячего восстановительного газа, охлаждение губчатого железа в нижней части реактора, рециркуляцию охлаждающего газа, содеркащего углеводороды, подачу воды или пара, о т л ич а ю щ и и с.я тем, что, с целью ловы» шения производительности печи и аканомии топлива, пар и углеводородсодержащий газ добавляют в нижнюю или в среднюю часть зоны охлаждения, причем пар подают в отношении 1,0-1,5 к количеству углеводородов, содержащихся в добавляемом газе.

2.Способпоп 1,отличаю— шийся reM, что добавляемый газ содержит 10-30 об.% газообразных угле водородов.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч аю шийся тем, что восстановительный газ, получе.нный в зоне охлаждения, перед вводом в зону восстановления нагревают.

4. Способ.цо пп. 1-3, о т л и ч а юat.è и с s raut, что в качестве добавоч9 998708 10 ного rasa в зоне охлаждения используют точннком восстановительного газа зоны коксовый гаэ. восстановления.

5. Способ по пп. 1-4, о т л и ч а ю- Источники информапни, шийся тем, что водяной пар вводят принятые во внимание при экспертизе в зону охлаждения. 1. Патент США Ne 3769872, 6. Способ по пп. 1-5, о т л н ч а ю- кл. С 21 В 13/00, опублик. 1976. шийся тем, что выведенный ю эоны 2. Патент США N 4150972, охлаждения газ служит единственным ио- кл. С 21 В 13/02, опублик. 24.04.79.

Составитель Л. Панникова

Редактор Ю. Петрушко Техред Ж.Кастелевнч Корректор А. Грнленко

Заказ 681/50 Тираж 566 П одлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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