Способ прямого восстановления материала, содержащего оксид железа, и установка для его осуществления

21 13/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА,СОДЕРЖАЩЕГО ОКСИДЫ ЖЕЛЕЗА, И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) 1. Способ прямого восстановления материала, содержащего оксиды железа, согласно которому газ синтеза смешивают с колошниковым газом, образующимся при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, и используют в качестве восстановительного газа для прямого восстановления и для нагрева содержащего оксиды железа материала до температуры восстановления, отличающийся тем, что как газ синтеза, так и колошниковый газ подвергают очистке от СО 2 и затем используют как восстановительный газ,а по крайней мере часть серы, имеющейся в содержащем оксиды железа материале, вместе с колошниковым газом подают в восстановительный газ в форме 2, образующегося при нагреве или при прямом восстановлении. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объемное содержание 2 в восстановительном газе поддерживают в пределах 2010-6 - 4010-6, предпочтительно 2510-6. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что регулирование содержания 2 в восстановительном газе осуществляют путем примешивания непосредственно к восстановительному газу по крайней мере части объема колошникового газа, не очищенного от СО 2. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве упомянутого газа синтеза используют преобразованный природный газ, при этом часть объема преобразованного природного газа примешива 3197 1 ют непосредственно к восстановительному газу без очистки от СО 2. 5. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что регулирование содержания 2 в восстановительном газе осуществляют путем изменения степени очистки от СО 2, оставляя часть СО 2 и часть 2 в газе. 6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что к материалу, содержащему оксиды железа, добавляют сернистый материал типа серного колчедана. 7. Способ по любому из пп. 1-3 или 6-7, отличающийся тем, что в качестве упомянутого газа синтеза используют один или несколько следующих газов отходящий газ кислородных конвертеров, отходящий газ электродуговых печей, колошниковый газ от доменных печей, колошниковый газ от установок Корекс, каменноугольный газ, газ от плавильных газификаторов установки Корекс, химические газы. 8. Установка для прямого восстановления материала, содержащего оксиды железа, включающая по крайней мере один реактор прямого восстановления, скруббер СО 2, канал для подачи газа синтеза, который связан по потоку с каналом подачи восстановительного газа, ведущим к упомянутому реактору восстановления, канал для отвода колошникового газа из упомянутого реактора прямого восстановления, который введен в скруббер СО 2 и соединен по потоку с каналом подачи восстановительного газа посредством обводного канала в обход скруббера СО 2, отличающаяся тем, что канал для подачи газа синтеза соединен по потоку со скруббером СО 2, а для подачи восстановительного газа, образованного из газа синтеза и колошникового газа, в реактор прямого восстановления последний и скруббер СО 2 соединены каналом. 9. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что для получения газа синтеза она снабжена реформером для преобразования природного газа и каналом для вывода преобразованного газа из реформера, который подключен к каналу отвода колошникового газа, соединенному со скруббером СО 2. 10. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что канал для вывода преобразованного газа из реформера соединен с каналом подачи восстановительного газа посредством обводного канала в обход скруббера СО 2. 11. Установка по любому из пп. 8-10, отличающаяся тем, что оба обводных канала оборудованы регулирующими клапанами, предпочтительно управляемыми, с возможностью управления средствами измерения концентрации 2. Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам и установкам для прямого восстановления содержащего оксиды железа материала. Известен способ, в котором газ синтеза, предпочтительно преобразованный природный газ, смешивают с колошниковым газом, образующимся при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, и используют как восстановительный газ для прямого восстановления и нагревания этого материала до температуры восстановления, а также для осуществления этого способа 1-4 . Известен также способ прямого восстановления материала, содержащего оксиды железа, согласно которому газ синтеза смешивают с образующимся при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала колошниковым газом и используют в качестве восстановительного газа для прямого восстановления и для нагрева содержащего оксиды железа материала до температуры восстановления, а также установка для прямого восстановления материала, содержащего оксиды железа, включающая по крайней мере один реактор прямого восстановления, скруббер СО 2, канал для подачи газа синтеза, который связан по потоку с каналом подачи восстановительного газа, ведущим к упомянутому реактору прямого восстановления, канал для отвода колошникового газа из упомянутого реактора прямого восстановления, который введен в скруббер СО 2 и соединен по потоку с каналом подачи восстановительного газа посредством обводного канала в обход скруббера СО 2 5. Металлические части установки, которые входят в контакт с СО-содержащим восстановительным газом,подвержены сильной коррозии, в результате которой происходит разложение металла, которое в технической литературе называется.происходит более интенсивно при повышенных температурах, следовательно, части объекта, контактирующие с горячим восстановительным газом, подвержены особой опасности. В упомянутой выше установке такими частями являются прежде всего реакторы, в которых осуществляют прямое восстановление, и нагреватели для нагрева восстановительного газа до температуры восстановления. Известно, что для исключения или уменьшенияв состав восстановительного газа вводят серу посредством вдувания через фурмы 2 в виде газа. Введение 2 в виде газа не только является техно 2 3197 1 логически сложным, но и дорогим, а кроме того, вызывает процедурные трудности, так как регулирование заданного содержания 2 в восстановительном газе как функции химического состава восстановительного газа является сложной задачей. Задачей данного изобретения является обеспечение способа для прямого восстановления содержащего оксиды железа материала и установки для осуществления способа, которые позволят осуществить регулирование заданного содержания 2 с достаточной точностью при значительном снижении расходов и стоимости. В соответствии с изобретением эта задача решается способом прямого восстановления материала, содержащего оксиды железа, в котором газ синтеза смешивают с колошниковым газом, образующимся при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, и используют в качестве восстановительного газа для прямого восстановления и для нагрева содержащего оксиды железа материала до температуры восстановления, причем как газ синтеза, так и колошниковый газ подвергают очистке от СО 2 и затем используют как восстановительный газ, а по крайней мере часть серы, имеющейся в содержащем оксиды железа материале, вместе с колошниковым газом подают в восстановительный газ в форме 2, образующегося при нагреве или при прямом восстановлении. В предпочтительном варианте реализации способа в качестве упомянутого газа синтеза используют преобразованный природный газ, при этом часть объема преобразованного природного газа примешивают непосредственно к восстановительному газу без очистки от СО 2. Объемное содержание 2 в восстановительном газе поддерживают в пределах 2010-6-4010-6, предпочтительно 2510-6. Регулирование содержания 2 в восстановительном газе осуществляют путем примешивания непосредственно к восстановительному газу по крайней мере части объема колошникового газа, не очищенного от СО 2. В другом варианте реализации способа регулирование содержания 2 в восстановительном газе осуществляют путем изменения степени очистки от СО 2, оставляя часть СО 2 и часть 2 в газе. В одном из вариантов к материалу, содержащему оксиды железа, добавляют сернистый материал типа серного колчедана. В качестве упомянутого газа синтеза могут использовать один или несколько следующих газов отходящий газ кислородных конвертеров, отходящий газ электродуговых печей, колошниковый газ от доменных печей, колошниковый газ от установок Корекс, каменноугольный газ, газ от плавильных газификаторов установки Корекс, химические газы. Другим объектом данного изобретения является установка для прямого восстановления материала, содержащего оксиды железа, включающая по крайней мере один реактор прямого восстановления, скруббер СО 2, канал для подачи газа синтеза, который связан по потоку с каналом подачи восстановительного газа, ведущим к упомянутому реактору прямого восстановления, канал для отвода колошникового газа из упомянутого реактора прямого восстановления, который введен в скруббер СО 2 и соединен по потоку с каналом подачи восстановительного газа посредством обводного канала в обход скруббера СО 2, причем канал для подачи газа синтеза соединен по потоку со скруббером СО 2, а для подачи восстановительного газа, образованного из газа синтеза и колошникового газа, в реактор прямого восстановления последний и скруббер СО 2 соединены каналом. В предпочтительном варианте исполнения установка для получения газа синтеза снабжена реформером для преобразования природного газа и каналом для вывода преобразованного газа из реформера, который подключен к каналу отвода колошникового газа, соединенному со скруббером СО 2. В одном из вариантов канал для вывода преобразованного газа из реформера соединен с каналом подачи восстановительного газа посредством обводного канала в обход скруббера СО 2. В другом варианте обводные каналы восстановительного и преобразованного газов оборудованы регулирующими клапанами, предпочтительно управляемыми, с возможностью управления средствами измерения концентрации 2. Данное изобретение основано на использовании серы, которая обычно содержится в руде и которая еще не использовалась при дальнейшей обработке, при этом преимущества достигаются за счет того, что 2 образуется в процессе нагрева сульфидных руд. Согласно изобретению, 2 вместе с восстановительным газом, который осуществляет нагрев и которым он поглощается, выделяется как колошниковый газ и вводится в восстановительный газ. Очень прост для реализации вариант способа, согласно которому регулирование содержания 2 в восстановительном газе осуществляют путем непосредственного примешивания к восстановительному газу по крайней мере части объема колошникового газа, не очищенного от СО 2, потому что единственно что для этого требуется - это обводной канал в обход скруббера СО 2. Вымывание 2 в этой части объема колошникового газа исключено, тогда как из оставшейся части колошникового газа, подвергаемой очистке от СО 2, 3 3197 1 2 вымывается. Как следствие, желательное содержание 2 в восстановительном газе может быть отрегулировано простым способом путем изменения количества колошникового газа, не очищаемого от СО 2. В результате реализации предпочтительного варианта способа, в котором газ синтеза, а именно преобразованный природный газ, так же как и колошниковый газ, подвергают очистке от СО 2 до использования в качестве восстановительного газа, а часть газа синтеза вводят непосредственно в восстановительный газ без очистки от СО 2, простым способом может быть получено любое желательное содержание СО 2, а изменения содержания СО 2 и соотношения СО/СО 2 в восстановительном газе, вызываемые прямой добавкой части не очищенного от СО 2 колошникового газа, могут быть сбалансированы при желательном содержании 2. Преимуществом другого варианта реализации способа, в котором регулирование содержания 2 в восстановительном газе осуществляют посредством изменения степени очистки от СО 2 при сохранении в очищенном газе части СО 2 и, следовательно, части 2, является значительное сокращение структурных расходов. Изобретение объясняется более подробно с помощью чертежа. Установка, согласно изобретению, включает четыре реактора вихревого слоя 1-4, последовательно соединенные в группу, где материал, содержащий оксиды железа, типа тонкоизмельченной руды подают через канал загрузки руды 5 в первый вихревой реактор 1, в котором материал нагревают до температуры восстановления (или повторного восстановления), и затем передают от одного вихревого реактора к другому по конвейерному транспортеру 6. Полностью восстановленный материал (губчатое железо) подвергают горячему брикетированию в устройстве брикетирования 7. При необходимости восстановленное железо защищают от переокисления в процессе брикетирования системой инертного газа, которая на фигуре не показана. До подачи в первый реактор вихревого слоя 1 мелкоизмельченную руду подвергают предварительной обработке, такой, как сушке и просеиванию, которая подробно не иллюстрируется. Восстановительный газ пропускают в противотоке к рудному потоку от реактора вихревого слоя 4 к реакторам вихревого слоя 3-1 и выпускают из последнего по направлению движения газа реактора 1, как колошниковый газ через канал выпуска колошникового газа 8, охлаждают и подвергают мокрой очистке в скруббере 9. Восстановительный газ получают в установке для реформинга 10 путем преобразования природного газа,который подают по каналу 11, и десульфурируют в установке десульфурирования 12. Газ, выходящий из установки для реформинга, получен из природного газа и пара и по существу состоит из Н 2, СО, СН 4, 2 и СО 2. Этот преобразованный природный газ подают через канал для преобразованного газа 13 в несколько теплообменников 14, в которых он охлаждается и освобождается от воды, которая здесь конденсируется. Канал для преобразованного газа 13 входит в канал выпуска колошникового газа 8 после того, как колошниковый газ сжимают посредством компрессора 15. Полученная таким образом смесь газов проходит через скруббер СО 2 16, где она очищается от СО 2 и также от 2. После этого смесь пригодна для использования в качестве восстановительного газа. Этот восстановительный газ транспортируют по каналу подачи восстановительного газа 17, нагревают до температуры около 800 С в газонагревателе 18, установленном последовательно после скруббера СО 2, и подают в первый по направлению газового потока реактор вихревого слоя 4, где он вступает в реакцию с мелкоизмельченной рудой с получением прямо восстановленного железа. Реакторы вихревого слоя 4-1 последовательно соединены в группу восстановительный газ поступает из одного реактора вихревого слоя в другой через соединительные каналы 19. Для того, чтобы избежать переобогащения инертными газами типа 2, часть колошникового газа выводят из системы циркуляции газа 8, 17, 19. Отводимый колошниковый газ через ответвление 20 подают к нагревателю восстановительного газа 18, где он сгорает. Возможный недостаток энергии пополняют посредством подачи природного газа по трубопроводу 21. Существенно высокое теплосодержание преобразованного природного газа, выходящего из реформера 10, а также дымовых газов реформера используют в рекуператоре 22 для предварительного нагрева природного газа после прохождения им десульфурирующей установки 12, для получения пара, требующегося для реформинга, и для предварительного нагрева воздуха, подаваемого к газонагревателю 18 по каналу 23, а также, если требуется, восстановительного газа. Воздух, подаваемый в установку для реформинга по каналу 24, также предварительно нагревают. Колошниковый газ, покидающий реактор вихревого слоя 1, имеет объемное содержание 2 от 4010-6 до 14010-6 в зависимости от содержания серы в руде. 2 образуется при нагреве мелкоизмельченной руды до температуры восстановления или при предварительном восстановлении мелкоизмельченной руды, соответственно. Согласно изобретению, 2 не вымывается полностью из колошникового газа в скруббере СО 2, но обеспечивается, чтобы из колошникового газа в восстановительный газ было внесено необходимое содержание 2. С одной стороны, это может быть реализовано с помощью обводного канала 25, который в обход скруббера СО 2 16 выходит из канала выпуска колошникового газа 8, проходит через регулятор или клапан 26 и входит в канал подачи восстановительного газа 17. Регулятор или регулирующий клапан 26 настроен таким 4 3197 1 образом, чтобы объемное содержание 2 в восстановительном газе составляло от 2010-6 до 4010-6, предпочтительно около 2510-6. Предпочтительно, регулятор или регулирующий клапан 26 управляется с помощью средства измерения концентрации 2 27. Желательное содержание 2 в восстановительном газе может быть также получено при пропускании всего колошникового газа через скруббер СО 2 при регулировании степени очистки в последнем так, чтобы часть СО 2 и, следовательно, также часть 2 оставалась в газе, выходящем из скруббера СО 2 16. При этом обеспечивается преимущество, заключающееся в отсутствии вспомогательного средства в виде обводного канала 25 с регулирующим клапаном 26, однако требуется, чтобы весь суммарный объем газа, то есть весь колошниковый газ и весь преобразованный природный газ, проходил через скруббер СО 2 16, который, таким образом, должен иметь соответствующие для такого объема размеры. Для получения желательного содержания СО 2 или желательного соотношения СО/СО 2, соответственно,на которые влияет изменение в степени очистки в скруббере СО 2 16 или прямая подача части колошникового газа через обводной канал 25, часть преобразованного природного газа может быть подведена в канал подачи восстановительного газа 17 через обводной канал 29, обходящий скруббер СО 2 16, аналогично оборудованный регулирующим клапаном 28 этот обводной канал 29 выходит из канала для преобразованного газа 13. Указанные выше средства регулирования желательного содержания 2 в восстановительном газе могут быть реализованы раздельно или совместно. Регулирование 2 до 10-6 будет объяснено посредством следующего примера. 100 т/час высушенной мелкоизмельченной руды загружали в установку для прямого восстановления, выполненную в соответствии с рисунком и предназначенную для производства 70 т/час губчатого железа. Мелкоизмельченная руда имела следующий состав гематит 94,2 порода 2,2 сера 0,02 . 78000м 3/час колошникового газа, образующегося при прямом восстановлении, смешивали с 48000 м 3/час преобразованного природного газа и пропускали через скруббер СО 2 16, в котором смесь газов очищали от СО 2 и основной части серы (объемы газов приведены для нормальных условий). Преобразованный природный газ и колошниковый газ имели химические составы, указанные в таблице ниже. Преобразованный природный газ Колошниковый газ СН 4 2,80 30,60 СО 4,80 5,80 СО 2 14,50 5,30 Н 2 64,40 53,002 13,50 0,70 2 0,0 4,602 0,0 60,010-6 (по объему) Газовая смесь, выходящая из скруббера СО 2 16, образована из очищенного преобразованного природного газа и очищенного колошникового газа и имеет следующий состав СН 4 22,80 СО 6,15 СО 2 0,80 Н 2 64,90 2 2,10 2 3,25 2 210-6 (по объему). Эту газовую смесь смешивали с 78000 м 3/час колошникового газа, который не прошел через скруббер СО 2 16. Полученная газовая смесь образует восстановительный газ, который подают к газонагревателю 18 и далее к реакторам вихревого слоя 1-4, и имеет следующий состав СН 4 24,50 СО 6,0 СО 2 3,6 Н 2 60,90 2 1,5 2 3,5 2 210-6 (по объему). Степень металлизации губчатого железа составила 92 . В следующем примере содержание 2 составило 3510-6. 3197 1 100 т/час высушенной мелкоизмельченной руды загружали в установку для прямого восстановления, оборудованную в соответствии с рисунком и предназначенную для производства 70 т/час губчатого железа. Мелкоизмельченная руда имела следующий состав гематит 94,2 порода 2,2 сера 0,02 . 63000 м 3/час колошникового газа, образующегося при прямом восстановлении, смешивали с 54000 м 3/час преобразованного природного газа и пропускали через скруббер СО 2 16, в котором смесь газов очищалась от СО 2 и основной части серы (объемы газов приводятся для нормальных условий). Преобразованный природный газ и колошниковый газ имели химические составы, указанные в таблице ниже. Преобразованный природный газ Колошниковый газ СН 4 2,80 30,75 СО 4,80 5,60 СО 2 14,50 5,10 Н 2 64,40 53,252 13,50 0,70 2 0,0 4,602 0,0 73,010-6 (по объему) Газовая смесь, выходящая из скруббера СО 2 16, образована из очищенного преобразованного природного газа и очищенного колошникового газа и имеет следующий состав СН 4 20,60 СО 6,00 СО 2 0,80 Н 2 67,50 2 2,20 2 2,90-6 2 210 (по объему). Эту газовую смесь смешивали с 94000 м 3/час колошникового газа, который не прошел через скруббер СО 2 16. Полученная газовая смесь образует восстановительный газ, который подают к газонагревателю 18 и далее к реакторам вихревого слоя 1-4 и который имеет следующий состав СН 4 20,60 СО 6,00 СО 2 0,80 Н 2 67,50 2 2,20 2 2,90 2 210-6 (по объему). Степень металлизации губчатого железа составила 92 . Изобретение не ограничено описанными выше примерами и применимо также к другим процессам прямого восстановления, например к таким, в которых реакторы вихревого слоя 1-4 заменены шахтными печами для крупнокусковой руды. Преобразованный природный газ также может быть заменен другими восстановительными газами, прежде всего содержащими СО и Н 2, типаотходящий газотходящий газ доменный газ от доменных печей колошниковой газ от Корексустановок каменноугольный газ корекс газ от Корексгазификаторов химические газы. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 6