Способ восстановления состоящего из частиц оксидсодержащего материала и установка для его осуществления

22 1/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СОСТОЯЩЕГО ИЗ ЧАСТИЦ ОКСИДСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) 1. Способ восстановления состоящего из частиц оксидсодержащего материала, в частности мелкой руды,методом кипящего слоя, согласно которому оксидсодержащий материал поддерживают в кипящем слое с помощью восстановительного газа, протекающего от основания к вершине реактора, отличающийся тем,что скорость восстановительного газа исключительно выше кипящего слоя понижают непрерывно и с предотвращением вихреобразования по всему свободному поперечному сечению пространства над кипящим слоем. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что восстановление оксидсодержащего материала осуществляют ступенчато посредством последовательного расположенных кипящих слоев при повышении степени восстановления от ступени к ступени, при этом скорость восстановительного газа понижают начиная со ступени,на которой минимальная степень восстановления составляет 25 . Фиг. 1 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость восстановительного газа понижают со ступени, на которой минимальная степень восстановления составляет 50 . 4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что скорость восстановительного газа над кипящим слоем понижают по крайней мере на 25 , предпочтительно по крайней мере на 50 . 3198 1 5. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что скорость восстановительного газа понижают с 0,8-1,5 м/с на входе до 0,4-0,7 м/с на выходе. 6. Способ по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что скорость в кипящем слое и в зоне выше пространства, в котором скорость восстановительного газа понижают, поддерживают постоянной. 7. Установка для восстановления состоящего из частиц оксидсодержащего материала методом кипящего слоя, содержащая по крайней мере один оборудованный трубопроводами подачи и выпуска восстановительного газа и каналами загрузки и выгрузки реактор кипящего слоя с переменным поперечным сечением,имеющий нижнюю и верхнюю цилиндрические секции, соединенные между собой конической секцией,расширяющейся кверху, отличающаяся тем, что нижняя цилиндрическая секция снабжена газораспределительной подиной, на которой располагается кипящий слой оксидсодержащего материала, а трубопровод подачи восстановительного газа расположен ниже и каналы загрузки и выгрузки оксидсодержащего материала расположены выше газораспределительной подины, при этом верхняя цилиндрическая секция выполняет функцию успокоительной секции и снабжена крышкой, из которой выведен трубопровод выпуска восстановительного газа, а максимальный наклон стенки конической секции относительно центральной оси реактора равен 10. 8. Установка по п. 7, отличающаяся тем, что выходное поперечное сечение конической секции больше по крайней мере на 25 , предпочтительно на 50 , относительно ее входного поперечного сечения. 9. Установка по п. 7 или 8, отличающаяся тем, что в реакторе кипящего слоя установлено по крайней мере одно пылеотделяющее устройство, вход которого для пыленасыщенного восстановительного газа размещен в области успокоительной секции, а его трубопровод для рециркулируемой пыли введен в нижнюю секцию с кипящим слоем. 10. Установка по одному из пп. 7-9, отличающаяся тем, что наклон стенки конической секции относительно центральной оси реактора не превышает 8. 11. Установка по п. 10, отличающаяся тем, что наклон стенки конической секции относительно центральной оси реактора составляет 6-8. 12. Установка по одному из пп. 7-11, отличающаяся тем, что включает множество последовательно установленных реакторов кипящего слоя, связанных трубопроводами для восстановительного газа и трубопроводами для передачи оксидсодержащего материала от одного реактора к другому, при этом конической секцией снабжены только последние по направлению потока оксидсодержащего материала реакторы,предпочтительно только последний реактор. Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам и установкам для восстановления состоящего из частиц оксидсодержащего материала, в частности мелкой руды или рудной мелочи. Известен способ восстановления оксидсодержащего материала, например мелкой руды, который осуществляется в кипящем слое, поддерживаемом восстановительным газом в реакторе кипящего слоя, в котором восстановительный газ, который вводят в восстановительный реактор кипящего слоя через фурменную сетку, проходит через восстановительный реактор снизу вверх, тогда как оксидсодержащий материал пропускают через восстановительный реактор приблизительно в обратном относительно потока газа направлении. Для поддержания кипящего слоя требуется определенная скоростьвосстановительного газа в пределах зоны кипящего слоя 1. Способ восстановления состоящего из частиц оксидсодержащего материала, в частности мелкой руды или рудной мелочи, при котором оксидсодержащий материал посредством восстановительного газа, текущего снизу вверх, поддерживается в кипящем слое и восстанавливается, известен также из 2-8. При относительно высокой скорости восстановительного газа сверхмелкие частицы оксидсодержащего материала и уже восстановленного в процессе восстановления оксидсодержащего материала выносятся из кипящего слоя, и эти частицы тогда будут содержаться в восстановительном газе. Для того чтобы выделить 2 3198 1 такие сверхмелкие частицы из восстановительного газа так, чтобы, с одной стороны, частично окисленный восстановительный газ можно было бы далее использовать, например, в предшествующих реакторах восстановления и, с другой стороны, устранить потери оксидсодержащего материала или уже восстановленного материала, восстановительный газ, содержащий упомянутые сверхмелкие частицы, пропускают через пылеуловители типа циклонов, и отделенную пыль направляют на повторную обработку в кипящий слой. Пылеуловители или циклоны предпочтительно размещены в пределах реакторов 9 но они также могут быть установлены вне реакторов. Способ восстановления состоящего из частиц оксидсодержащего материала, в частности мелкой руды,методом кипящего слоя, согласно которому оксидсодержащий материал поддерживают в кипящем слое с помощью восстановительного газа, протекающего от основания к вершине реактора, а также установка для восстановления состоящего из частиц оксидсодержащего материала известны из 10. Как показала практика, частично или полностью восстановленные мелкозернистые частицы оксидсодержащего материала имеют тенденцию к слипанию или спеканию друг с другом и/или со стенками реакторов или циклонов, а также соединительных и транспортирующих трубопроводов. Эти явления названы налипанием или загрязнением соответственно. Налипание или загрязнение зависят от температуры и от степени восстановления оксидсодержащего материала. Из-за налипания или отложения частично или полностью восстановленного оксидсодержащего материала на стенках реакторов восстановления или других частей устройства могут возникать отказы, из-за которых становится невозможной непрерывная эксплуатация устройства свыше некоторого периода времени без остановки. Известно, что установку необходимо останавливать каждые три-четыре месяца. Удаление отложений и нагара является очень трудоемким и дорогостоящим процессом, увеличивающим как трудозатраты, так и затраты из-за потери производительности устройства. Часто такие отложения отделяются сами по себе и попадают либо в кипящий слой и вредят процессу восстановления или, в случае отделения отложений от циклона, забивают каналы рециркуляции пыли, которые ведут от циклона к кипящему слою, что делает полностью невыполнимым дальнейшее отделение пыли от восстановительного газа. Задачей данного изобретения является создание способа восстановления состоящего из частиц оксидсодержащего материала и установки для осуществления данного способа, посредством которых восстановление состоящего из частиц оксидсодержащего материала возможно в течение очень длительного периода времени без опасности прерываний работы, вызываемых налипанием или загрязнением. В соответствии с изобретением эта задача решается способом восстановления состоящего из частиц оксидсодержащего материала, в частности мелкой руды, методом кипящего слоя, согласно которому оксидсодержащий материал поддерживают в кипящем слое с помощью восстановительного газа, протекающего от основания к вершине реактора, при этом скорость восстановительного газа исключительно выше кипящего слоя понижают непрерывно и с предотвращением вихреобразования по всему свободному поперечному сечению пространства над кипящим слоем. Способ восстановления оксидсодержащего материала осуществляют ступенчато посредством последовательно расположенных кипящих слоев при повышении степени восстановления от ступени к ступени, при этом скорость восстановительного газа понижают начиная со ступени, на которой минимальная степень восстановления составляет 25 . В другом варианте осуществления способа скорость восстановительного газа понижают начиная со ступени, на которой минимальная степень восстановления составляет 50 . Скорость восстановительного газа над кипящим слоем понижают по крайнеймере на 25 , предпочтительно по крайней мере на 50 . Скорость восстановительного газа понижают с 0,8-1,5 м/с на входе до 0,4-0,7 м/с на выходе. Скорость в кипящем слое и в зоне выше пространства, в котором скорость восстановительного газа понижают, поддерживают постоянной. Другим объектом данного изобретения является установка для восстановления состоящего из частиц оксидсодержащего материала методом кипящего слоя, содержащая по крайней мере один оборудованный трубопроводами подачи и выпуска восстановительного газа и каналами загрузки и выгрузки реактор кипящего слоя с переменным поперечным сечением, имеющий нижнюю и верхнюю цилиндрические секции, соединенные между собой конической секцией, расширяющейся кверху, причем нижняя цилиндрическая секция снабжена газораспределительной подиной, на которой располагается кипящий слой оксидсодержащего материала, а трубопровод подачи восстановительного газа расположен ниже и каналы загрузки и выгрузки оксидсодержащего материала расположены выше газораспределительной подины, при этом верхняя цилиндрическая секция выполняет функцию успокоительной секции и снабжена крышкой, из которой выведен трубопровод выпуска восстановительного газа, а максимальный наклон стенки конической секции относительно центральной оси реактора равен 10. Выходное поперечное сечение конической секции установки больше по крайней мере на 25 , предпочтительно на 50 , относительно ее входного поперечного сечения. 3198 1 В реакторе кипящего слоя установлено по крайней мере одно пылеотделяющее устройство, вход которого для пыленасыщенного восстановительного газа размещен в области успокоительной секции, а его трубопровод для рециркулируемой пыли введен в нижнюю секцию с кипящим слоем. В другом варианте осуществления наклон стенки конической секции установки относительно центральной оси реактора не превышает 8. В предпочтительном варианте осуществления наклон стенки конической секции установки относительно центральной оси реактора составляет 6-8. В другом варианте установка включает множество последовательно установленных реакторов кипящего слоя, связанных трубопроводами для восстановительного газа и трубопроводами для передачи оксидсодержащего материала от одного реактора к другому, при этом конической секцией снабжены только последние по направлению потока оксидсодержащего материала реакторы, предпочтительно только последний реактор. В результате, в соответствии с данным изобретением, понижения скорости восстановительного газа по всему поперечному сечению над кипящим слоем исключает вихреобразование и сокращает вынос оксидсодержащего материала восстановительным газом, вследствие чего налипание и загрязнение уменьшаются настолько существенно, что вызываемые ими прерывания работы исключаются. Этим достигается увеличение периодов непрерывной работы не только реакторов восстановления, но также циклонов и всех других частей установки, в которых имеется тенденция к налипанию и загрязнению (транспортирующие трубопроводы и т.д.). В качестве преимущества изобретения следует отметить также то, что содержание мелкодисперсной фракции в зернистом оксидсодержащем материале может быть увеличено без какого-либо риска нарушения процесса, чем обеспечивается увеличение гибкости процесса восстановления. Изобретение поясняется более подробно с помощью чертежей, где фиг. 1 иллюстрирует способ согласно одному варианту исполнения, на фиг. 2 представлено поперечное сечение по линии - реактора восстановления кипящего слоя, изображенного на фиг. 1. На фиг. 3 показаны ступенчато установленные четыре реактора восстановления согласно другому варианту реализации. Устройство, согласно изобретению, включает четыре реактора восстановления кипящего слоя 1-4, последовательно установленных в группу. Материал, содержащий оксиды железа, типа мелкой руды, подают в первый реактор кипящего слоя 1 по каналу подачи руды 5 и пропускают от одного реактора восстановления кипящего слоя к другому реактору восстановления кипящего слоя по транспортирующему трубопроводу 6, и полностью восстановленный материал (губчатое железо) подвергают горячему брикетированию на брикетирующей установке 7. Если требуется, восстановленное железо защищают от переокисления при брикетировании инертной газовой системой, которая не показана. Перед подачей в первый реактор восстановления 1 мелкую руду подвергают процессу рудной подготовки типа высушивания и просеивания, который подробно не иллюстрируется. Восстановительный газ пропускают в противотоке к рудному потоку от одного реактора восстановления 4 к другому реактору восстановления 3-1 и выпускают из последнего по отношению к газовому потоку реактора восстановления 1 как колошниковый газ через канал выпуска колошникового газа 8, охлаждают и очищают в мокром скруббере 9. Восстановительный газ получают посредством преобразования в реформере 10 природного газа, который подают через трубопровод 11 и десульфурируют в десульфуризационной установке 12. Преобразованный газ, полученный из природного газа и пара, по существу состоит из Н 2, СО, СН 4, Н 2 О и СО 2. Этот преобразованный природный газ по трубопроводу подачи преобразованного газа 13 подают на несколько теплообменников 14, в которых газ охлаждается, а содержащаяся в нем вода конденсируется. Трубопровод подачи преобразованного газа 13 входит в канал выпуска колошникового газа 8 после компрессора 15, предназначенного для сжатия колошникового газа. Полученную таким образом смесь газов пропускают через скруббер СО 2 16 и очищают от СО 2, после чего она может быть использована в качестве восстановительного газа. Этот восстановительный газ, нагретый до температуры около 800 С в газонагревателе 18, установленном после скруббера СО 2 16, подают по каналу подачи восстановительного газа 17 в первый по отношению к газовому потоку реактор кипящего слоя 4, где он реагирует с мелкой рудой с получением непосредственно восстановленного железа. Реакторы восстановления 4-1 связаны последовательно восстановительный газ поступает из одного реактора восстановления в другой реактор восстановления по соединительному трубопроводу 19. Часть колошникового газа выводят из системы циркуляции газа 8, 17, 19 для того, чтобы избежать переобогащения инертными газами типа 2. Выводимый колошниковый газ через ответвление 20 подают в газонагреватель 18 для нагрева восстановительного газа, где он сгорает. Возможный недостаток энергии восполняют природным газом, который подают по трубопроводу подачи 21. Теплосодержание преобразованного газа, покидающего реформер 10, а также дымовых газов реформера утилизируют в рекуператоре 22 для предварительного нагрева подаваемого газа ( смесь природного газа и водяного пара) и для получения пара, необходимого для преобразования. Необходимый для горения воздух,который подают в реформер 10, также предварительно нагревают. 4 3198 1 Согласно примеру реализации устройства восстановления, показанного на фиг. 1, два реактора восстановления 3 и 4, которые являются оконечными по отношению к направлению рудного потока, устроены следующим образом (см. фиг. 2). Каждый из реакторов восстановления 3, 4 включает цилиндрическую нижнюю секцию кипящего слоя 25,в которой размещен кипящий слой 24, снабженную расположенным на определенном уровне газораспределяющим днищем, выполненным в виде фурменной решетки 26, служащей для подачи и равномерного распределения восстановительного газа. Выходя из фурменной решетки 26, восстановительный газ проходит через каждый из реакторов восстановления 3 и 4 от основания к вершине. Выше фурменной решетки 26, но в пределах цилиндрической секции кипящего слоя 25, размещены транспортирующие трубопроводы 6 (трубопроводы подачи и выгрузки) для мелкой руды. Кипящий слой 24 имеет высоту слоя 27 и возвышается над фурменной решеткой 26 так, чтобы превышать уровень, на котором находятся трубопроводы 6 подачи и выпуска мелкой руды. Коническая секция 28 конически расширяется вверх и расположена над цилиндрической секцией кипящего слоя 25, при этом угол наклона стенки 29 этой конической секции 28 относительно центральной оси 30 реактора составляет максимум 10, предпочтительно 6-8. В этой области происходит постепенное и непрерывное уменьшение скорости потока текущего вверх восстановительного газа, которое обусловлено постепенным увеличением внутреннего поперечного сечения секции 31. Увеличение площади внутреннего поперечного сечения должно быть таким, чтобы выходное поперечное сечение 33 конической секции 28 было больше ее входного поперечного сечения 32 по крайней мере на 25 , предпочтительно по крайней мере на 50 . Таким образом, при небольшом наклоне стенки 29 конической секции 28 возможно получить поток без вихреобразования и отделения потока от стены 29 несмотря на расширение поперечного сечения 31 в этой конической секции 28. Этим исключается образование вихрей, которые вызывали бы местное увеличение скорости восстановительного газа. Следовательно, обеспечивается плавное и непрерывное уменьшение скорости потока восстановительного газа по всему поперечному сечению 31 конической секции 28 на любом ее уровне. Выше верхнего конца конической секции 28 размещена успокоительная секция 35, которая снабжена цилиндрической стенкой 34 и закрыта сверху полусферической крышкой 36. В крышке 36 реактора, расположенной над крышкой 36, выполнено центральное отверстие 37 для вывода восстановительного газа, при этом упомянутый восстановительный газ через отверстие 37 подается в предшествующие реакторы восстановления 3 и 2 соответственно по соединительному трубопроводу 19. Во внутреннем пространстве реактора восстановления размещены циклоны 38, установленные в цилиндрической части успокоительной секции 35, которые предназначены для отделения пыли от восстановительного газа. Трубопроводы рециркуляции пыли 39 выведены из циклонов 38 вертикально вниз и введены в кипящий слой 24. Трубопроводы выпуска газа циклонов 38 соединены с пространством между крышкой 36 и реакторной крышкой 36. Степень восстановления мелкой руды в реакторе 1 составляет приблизительно 8 , в реакторе восстановления 2 - приблизительно 31 , в реакторе восстановления 3 -приблизительно 72 и в реакторе восстановления 4 - приблизительно 95 . Понижая скорость восстановительного газа в двух реакторах восстановления 3 и 4 с 1,2 м/с в секции кипящего слоя 25 до 0,6 м/с в верхнем конце конической секции 28, пылевая нагрузка циклонов 38 может быть уменьшена от приблизительно 3000 г/м 3 до приблизительно 650 г/м 3. В результате достигается в среднем более чем на шесть месяцев продление периода, в течение которого установка может работать без остановки. Согласно представленному на фиг. 3 варианту части установки восстановления, три реактора восстановления 1-3 также установлены последовательно, однако только реактор восстановления 4, который установлен последним относительно направления потока мелкой руды, снабжен конической секцией 28. Хотя этот реактор восстановления, установленный последним, имеет металлическую внешнюю стенку, конически сужающуюся к основанию реактора, здесь также имеется секция кипящего слоя 25, образованная цилиндрической стеной, как это показано прерывистыми линиями, обозначающими внутреннюю стенку 40 реактора восстановления 4. Степень восстановления мелкой руды, загружаемой в последний реактор восстановления,превышает 72 . В этом случае также может быть достигнуто продление срока непрерывной работы установки в среднем на шесть месяцев. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.