Установка и способ получения чушкового чугуна и/или губчатого железа

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУШКОВОГО ЧУГУНА И/ИЛИ ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА(57) 1. Установка для получения чушкового чугуна и/или губчатого железа, включающая как минимум один реактор с псевдоожиженным слоем (1, 2), снабженный средством загрузки мелкозернистой железной руды, питающий трубопровод восстановительного газа (7), входящий в упомянутый реактор с псевдоожиженным слоем (1, 2) и снабженный устройством нагрева, отводной трубопровод отработанного газа (8), выходящий из реактора с псевдоожиженным слоем (1) и снабженный устройством очистки, таким как скруббер (9),питающий трубопровод (14) свежего восстановительного газа, входящий в питающий трубопровод восстановительного газа (7), и разгрузочное устройство (17), в частности брикетирующее устройство (6), предназначенное для продукта восстановления, образующегося в реакторе с псевдоожиженным слоем (1, 2), отличающаяся тем, что питающий трубопровод (7) восстановительного газа снабжен устройством удаления С 2 (11), причем питающий трубопровод (14) свежего восстановительного газа соединен с питающим трубопроводом (7) восстановительного газа в обход устройства удаления СО 2 (11), при этом устройство нагрева восстановительного газа выполнено в виде теплообменника (12), последовательно соединенного с устройством частичного сжигания (13) восстановительного газа, снабженного устройством подачи кислорода. 5979 1 2. Способ получения чушкового чугуна и/или губчатого железа, включающий восстановление мелкозернистой руды в губчатое железо восстановительным газом в зоне прямого восстановления (5) с псевдоожиженным слоем способом псевдоожиженного слоя, подачу очищенного отработанного газа, образующегося в зоне прямого восстановления (5) с псевдоожиженным слоем, в зону прямого восстановления (5) с псевдоожиженным слоем как добавку к свежему восстановительному газу и нагрев полученного смешенного восстановительного газа, отличающийся тем, что из очищенного отработанного газа, образующегося в зоне прямого восстановления (5) с псевдоожиженным слоем, удаляют СО 2,после чего его смешивают со свежим восстановительным газом, который подают в зону прямого восстановления (5) с псевдоожиженным слоем в обход устройства удаления СО 2,а нагрев ведут в две стадии, сначала в теплообменнике (12), а затем в устройстве частичного сжигания (13) при помощи кислорода, который подают как минимум в частичное количество восстановительного газа. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что прямое восстановление осуществляют в псевдоожиженном слое в две или несколько стадий.(56)5082251 , 1992.4037977 1, 1992.396255 , 1993.1151220 , 1985.1438615 3, 1988. Изобретение относится к установкам и способам для получения чушкового чугуна и/или губчатого железа. Известны установки для получения чушкового чугуна и/или губчатого железа, в которых кусковая руда восстанавливается в губчатое железо в шахтной печи в фиксированном слое зоны прямого восстановления. Затем губчатое железо плавится в плавильном газификаторе в газификационной зоне плавления при подаче носителей углерода и кислородсодержащего газа. В плавильном газификаторе образуется СО и Н 2-содержащий восстановительный газ, который подают в зону прямого восстановления шахтной печи через питающий трубопровод, соединяющий плавильный газификатор с шахтной печью,где он вступает в реакцию и отводится в виде доменного газа (АТ-В-376 241, 40 37 977). Известен способ прямого восстановления при помощи циркулирующего псевдоожиженного слоя (ЕР-В-0 364 865). Известен способ переработки мелкозернистой руды в губчатое железо в реакторе с псевдоожиженным слоем. В этом способе восстановительный газ вырабатывается путем каталитического преобразования десульфурированного и предварительно нагретого природного газа при помощи перегретого водяного пара в печи реформинга. Этот способ дает возможность получения высококачественного губчатого железа из мелкозернистой руды. Прямое восстановление в способе псевдоожиженного слоя может осуществляться в две или несколько стадий (5,082,251). Задачей данного изобретения является усовершенствование установки описанного типа таким образом, чтобы производимый продукт, т.е. чушковый чугун и/или губчатое железо, соответствовал высокому стандарту качества при минимальном потреблении энергии, в частности, обеспечивал высокую степень металлизации и чистоты, так чтобы дальнейшая переработка осуществлялась без каких-либо проблем. Объектом изобретения является установка для получения чушкового чугуна и/или губчатого железа, включает, как минимум, один реактор с псевдоожиженным слоем,2 5979 1 снабженный средством загрузки мелкозернистой железной руды, питающий трубопровод восстановительного газа, входящий в упомянутый реактор с псевдоожиженным слоем и снабженный устройством нагрева, отводной трубопровод отработанного газа, выходящий из реактора с псевдоожиженным слоем и снабженный устройством очистки, таким как скруббер, питающий трубопровод свежего восстановительного газа, входящий в питающий трубопровод восстановительного газа, и разгрузочное устройство, в частности брикетирующее устройство, предназначенное для продукта восстановления, образующегося в реакторе с псевдоожиженным слоем. Питающий трубопровод восстановительного газа снабжен устройством удаления С 2, причем питающий трубопровод свежего восстановительного газа соединен с питающим трубопроводом восстановительного газа в обход устройства удаления С 2, при этом устройство нагрева восстановительного газа выполнено в виде теплообменника, последовательно соединенного с устройством частичного сжигания восстановительного газа, снабженного устройством подачи кислорода. Другим объектом изобретения является способ получения чушкового чугуна и/или губчатого железа, включающий восстановление мелкозернистой руды в губчатое железо восстановительным газом в зоне прямого восстановления с псевдоожиженным слоем способом псевдоожиженного слоя, подачу очищенного отработанного газа, образующегося в зоне прямого восстановления с псевдоожиженным слоем, в зону прямого восстановления с псевдоожиженным слоем как добавку к свежему восстановительному газу и нагрев полученного смешенного восстановительного газа. Далее из очищенного отработанного газа, образующегося в зоне прямого восстановления с псевдоожиженным слоем, удаляют С 2, после чего его смешивают со свежим восстановительным газом, который подают в зону прямого восстановления с псевдоожиженным слоем в обход устройства удаления С 2, а нагрев ведут в две стадии, сначала в теплообменнике, а затем в устройстве частичного сжигания при помощи кислорода, который подают как минимум в частичное количество восстановительного газа. В предпочтительном варианте прямое восстановление осуществляют в псевдоожиженном слое в две или несколько стадий. Чтобы снизить до желаемой степени содержание СО 2 в восстановительном газе, подаваемом в зону прямого восстановления с псевдоожиженным слоем, отработанный газ из зоны прямого восстановления с псевдоожиженным слоем предпочтительно подвергают удалению С 2. Предпочтительно свежий восстановительный газ подают в зону прямого восстановления с псевдоожиженным слоем в обход устройства удаления С 2, предназначенного для отработанного газа из зоны прямого восстановления с псевдоожиженным слоем. Далее изобретение будет описано более подробно на примере одного из вариантов осуществления, изображенного на рисунке, который представляет собой блок-схему установки по изобретению. Установка включает два реактора с псевдоожиженным слоем 1, 2, расположенных последовательно, при этом мелкозернистая руда проходит через подающий трубопровод мелкозернистой руды 3 в реактор с псевдоожиженным слоем 1, а оттуда через транспортировочный трубопровод 4 - в следующий реактор с псевдоожиженным слоем 2. Материал,полностью восстановленный в одной из зон прямого восстановления с псевдоожиженным слоем 5 каждого из реакторов с псевдоожиженным слоем 1, 2 (губчатое железо), после выхода из второго реактора с псевдоожиженным слоем 2, подается в брикетирующее устройство 6, где брикетируется горячим или холодным способом. Перед введением мелкозернистой руды в реактор с псевдоожиженным слоем 1 она подвергается соответствующей подготовке, такой как сушка (подробно не показана). Восстановительный газ передается через газовый трубопровод 7 противотоком течению руды из реактора с псевдоожиженным слоем 2 в реактор с псевдоожиженным слоем 1, т.е. в зоны прямого восстановления с псевдоожиженным слоем 5, имеющиеся в реакто 3 5979 1 рах с псевдоожиженным слоем 1 и 2, и выводится из первого реактора с псевдоожиженным слоем 1 в виде отработанного газа через отводной трубопровод отработанного газа 8 противотоком относительно направления течения руды. Отработанный газ, отведенный из реактора с псевдоожиженным слоем 1, охлаждается и подвергается очистке в устройстве очистки 9, предпочтительно выполненного в виде влажного скруббера, и затем смешивается со свежим восстановительным газом за счет соединения питающего трубопровода восстановительного газа 10, подающего свежий восстановительный газ, и отводного трубопровода отработанного газа 8. Смешанный газ,полученный таким образом, проходит через устройство удаления С 2 11, предпочтительно выполненного в виде влажного скруббера СО 2, и очищается от СО 2. Затем производится нагрев смешанного газа в теплообменнике 12 в две стадии до температуры около 400 С. После теплообменника расположено устройство дожигания 13, в котором часть смешанного газа сжигается при подаче кислорода, в результате чего смешанный газ приобретает температуру, требуемую для прямого восстановления в реакторах с псевдоожиженным слоем 1, 2, т.е. около 850 С. После этого нагретый смешанный газ пригоден для использования в реакторах с псевдоожиженным слоем 1, 2 в качестве восстановительного газа. Согласно предпочтительному варианту осуществления, только отработанный газ из реакторов с псевдоожиженным слоем 1, 2 подвергается скрубберной очистке от С 2, а свежий восстановительный газ, подаваемый через трубопровод 14, смешивается с отработанным газом только после очистки отработанного газа от С 2. Брикетированное губчатое железо обрабатывается на компактном сталелитейном заводе, например, оборудованном электропечами и конвертерами. Если необходимо, брикетированное губчатое железо при помощи транспортировочного устройства может быть также загружено в плавильно-газификационный аппарат и плавиться там. Это благоприятно, в частности, в тех случаях, когда в плавильно-газификационном аппарате имеется избыточное количество энергии. Удобно также то, что работа теплообменника 12 осуществляется при помощи части отработанного газа после восстановления в псевдоожиженном слое, который подается через трубопровод 15. Отработанный газ, который не требуется для восстановительного процесса или теплообменника 12, подается другим потребителям через отводной трубопровод экспортного газа 16. Отводной трубопровод 16 входит в газо-накопительную емкость, такую как газометр, для промежуточного хранения экспортного газа. Таким образом, различия в выработке газа и отклонения давления внутри системы могут отслеживаться и выравниваться удобным способом. Брикетирующее устройство 6 можно заменить разгрузочным устройством 17, таким как, например, устройство холодной разгрузки. Все транспортировочные устройства и газовые трубопроводы оснащены обычными органами управления или компрессорами, соответственно. Пример. Мелкозернистая руда, которую загружают в реактор с псевдоожиженным слоем 1, состоит из руды с максимальным размером зерна 8 мм. Ее восстанавливают в губчатое железо в две стадии и затем брикетируют горячим способом. Брикетированное губчатое железо имеет степень металлизации (емет/еобш) 92 . Восстановительный газ, вводимый в реакторы с псевдоожиженным слоем 1, 2, получают путем смешивания доменного газа, отводимого из восстановительной шахтной печи,служащей для прямого восстановления кусковой руды, с частью отработанного газа, отводимого из реактора с псевдоожиженным слоем 1, расположенного первым в направлении течения мелкозернистой руды. Этот отработанный газ вырабатывается в количестве 189 766 Нм /ч и имеет химический состав, приведенный ниже. 4 5979 1 ТаблицаСО 41,41 С 225,28 Н 217,10 Н 2 О 1,50 2 млн-1 22,31 СН 43,50 2, Аг 11,21. Его теплотворная способность составляет 8337 кДж/Нм 3. 20905 Нм 3 этого отработанного газа отводят в качестве экспортного газа для других целей через отводной трубопровод экспортного газа 16. 151000 Нм 3/ч этого отработанного газа смешивают с доменным газом, отводимым из восстановительной шахтной печи, после очистки доменного и отработанного газов во влажном скруббере. Полученный таким образом смешанный газ (311000 Нм 3/ч) имеет теплотворную способность 7873 кДж/Нм 3 и следующий химический состав ТаблицаСО 41,87 С 230,73 Н 216,43 Н 2 О 1,89-1 2 млн 75,14 СН 42,24 2, Аг 6,83. После очистки этого смешанного газа от СО 2 в СО 2-скруббере 11 его химический состав имеет следующий вид ТаблицаСО 61,3 С 20,45 Н 224,0 Н 2 О 0,70-1 2 млн 1,11 СН 43,34 2, Аг 10,11. Его количество составляет 210140 Нм 3/ч, а его теплотворная способность 11547 кДж/Нм 3. Из СО 2-скруббера 11 в количестве 100860 Нм 3/ч отводится газ, который в основном содержит СО 2. Его химический состав приведен в таблице . ТаблицаСО 1,29 С 293,8 Н 20,51 Н 2 О 4,37-1 2 млн 229,38 СН 40,00 2, г 0,00. После этого осуществляют нагрев смешанного газа в теплообменнике 12 посредством сжигания отработанного газа, отводимого из реактора с псевдоожиженным слоем 1 через газовый трубопровод 15, в количестве 17861 Нм 3/ч. Для его сгорания требуется подача воздуха в количестве 32184 Нм 3/ч. 5 5979 1 В устройстве дожигания 13 в смешанный газ, нагретый таким образом в теплообменнике 12, подают кислород в количестве 5083 Нм 3/ч, в результате чего происходит частичное сгорание смешанного газа. Этот смешанный газ, нагретый до температуры 820 С,теперь пригоден для использования в качестве восстановительного газа для прямого восстановления мелкозернистой руды в реакторах с псевдоожиженным слоем 1 и 2 в количестве 210846 Нм 3/ч, с теплотворной способностью 10947 кДж/Нм 3. Его химический состав приведен в таблице . ТаблицаСО 58,16 С 23,60 Н 222,82 Н 2 О 2,19 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.