Способ исключения коррозии металла (metal dusting) при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала (варианты) и установка для их осуществления

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ИСКЛЮЧЕНИЯ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛА ( ) ПРИ ПРЯМОМ ВОССТАНОВЛЕНИИ СОДЕРЖАЩЕГО ОКСИДЫ ЖЕЛЕЗА МАТЕРИАЛА (ВАРИАНТЫ) И УСТАНОВКА ДЛЯ ИХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) 1. Способ исключения коррозии металла ( ) при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, включающий использование для его восстановления СО- и Н 2-содержащего восстановительного газа, полученного путем смешивания газа синтеза, в качестве которого используют преобразованный путем парового реформинга природный газ, с колошниковым газом, образующимся при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, отличающийся тем, что в восстановительном газе поддерживают отношение СО/СО 2 1-3 посредством регулирования параметров работы реформера, в котором осуществляют паровой реформинг природного газа, путем изменения отношения пар/природный газ. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение пар/природный газ поддерживают равным 34,5 в частности приблизительно 3,5. 3. Способ исключения коррозии металла ( ) при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, включающий использование для его восстановления СО- и Н 2-содержащего восстановительного газа, полученного путем смешивания газа синтеза, в качестве которого используют преобразованный путем парового реформинга природный газ, с колошниковым газом, образующимся при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, отличающийся тем, что в восстановительном газе поддерживают отношение СО/СО 2 1-3 путем разделения преобразованного природного газа на две части, одну из которых перед подачей на смешивание с колошниковым газом подвергают СО-конверсии, а другую подают на смешивание, минуя СО-конверсию,3257 1 при этом часть преобразованного газа, подаваемого непосредственно на смешивание с колошниковым газом,изменяют. 4. Способ исключения коррозии металла ( ) при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, включающий использование для его восстановления СО- и Н 2-содержащего восстановительного газа, полученного путем смешивания газа синтеза с колошниковым газом, образующимся при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, отличающийся тем, что в восстановительном газе поддерживают отношение СО/СО 2 1-3 путем очистки газа синтеза, а по выбору и колошникового газа от СО 2 до использования в качестве восстановительного газа и добавления непосредственно к восстановительному газу по крайней мере части объема синтеза без очистки от СО 2. 5. Способ исключения коррозии металла ( ) при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, включающий использование для его восстановления СО- и Н 2-содержащего восстановительного газа, полученного путем смешивания газа синтеза с колошниковым газом, образующимся при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, отличающийся тем, что в восстановительном газе поддерживают отношение СО/СО 2 1-3 путем очистки газа синтеза, а по выбору и колошникового газа от СО 2 до использования в качестве восстановительного газа и добавления непосредственно к восстановительному газу по крайней мере части объема колошникового газа без очистки от СО 2. 6. Способ исключения коррозии металла ( ) при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, включающий использование для его восстановления СО- и Н 2-содержащего восстановительного газа, полученного путем смешивания газа синтеза с колошниковым газом, образующимся при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, отличающийся тем, что в восстановительном газе поддерживают отношение СО/СО 2 1-3 путем очистки газа синтеза, а по выбору и колошникового газа от СО 2 до его использования в качестве восстановительного газа, при этом содержание СО 2 в очищенном газе регулируют, изменяя степень очистки от СО 2. 7. Способ исключения коррозии металла ( ) при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, включающий использование для его восстановления СО- и Н 2-содержащего восстановительного газа, полученного путем смешивания газа синтеза с колошниковым газом, образующимся при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, отличающийся тем, что в восстановительном газе поддерживают отношение СО/СО 2 1-3 путем подачи в восстановительный газ по крайней мере части серы, имеющейся в содержащем оксиды железа материале в виде Н 2, образующегося при нагревании или при прямом восстановлении, вместе с колошниковым газом. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что объемное содержание Н 2 в восстановительном газе с помощью колошникового газа поддерживают равным (20-40).10-6, предпочтительно 25.10-6. 9. Способ по п. 7 или 8, отличающийся тем, что к содержащему оксиды железа материалу добавляют сернистый материал типа серного колчедана. 10. Способ по любому из пп. 4-9, отличающийся тем, что в качестве газа синтеза используют один или несколько следующих газов отходящий газ кислородных конвертеров (-отходящий газ), отходящий газ электродуговых печей (-отходящий газ), отходящий газ доменных печей, колошниковый газ от Корекс-установок, отходящий газ от Корексгазификаторов, каменноугольный газ, химические газы. 11. Способ по любому из пп. 4-9, отличающийся тем, что в качестве газа синтеза используют преобразованный природный газ. 12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что отношение СО/СО 2 в восстановительном газе поддерживают равным 1,5-2,0. 13. Установка для осуществления способа по любому из пп. 1-12, содержащая по крайней мере один реактор прямого восстановления для восстановления содержащего оксиды железа материала, канал для подачи восстановительного газа, ведущий к реактору прямого восстановления, канал для выпуска из реактора прямого восстановления колошникового газа, образующегося при прямом восстановлении, реформер, канал преобразованного газа, выходящий из реформера и соединенный с каналом для выпуска колошникового газа, и скруббер СО 2, к которому подведены канал преобразованного газа и канал для выпуска колошникового газа и от которого отходит канал восстановительного газа, отличающаяся тем, что канал преобразованного газа соединен по потоку с каналом подачи восстановительного газа посредством обводного канала в обход скруббера СО 2. 14. Установка по п. 13, отличающаяся тем, что канал выпуска колошникового газа связан по потоку с каналом подачи восстановительного газа посредством обводного канала в обход скруббера СО 2. 15. Установка по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что обводной(ые) канал(ы) оборудован(ы) регулирующим клапаном с возможностью управления от средств измерения концентрации СО 2 и при необходимости Н 2. 16. Установка по любому из пп. 13-15, отличающаяся тем, что она снабжена СО-конвертором для преобразованного газа, установленным после реформера с возможностью его обхода для части преобразованного газа по обводному каналу. Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам исключения коррозии металла( ) при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, а также к установкам для осуществления этого способа. Известен способ непосредственного восстановления кусковой или агломерированной железной руды в шахтной печи с помощью водородсодержащих восстановительных газов при повышенном давлении, в котором восстановление осуществляют с использованием водорода в качестве восстановительного газа с максимальным содержанием примесей СО - 5 об. , 2 - 5 об. , СН 2 - 5 об.и водяной пар - 2 об. . Водородсодержащий восстановительный газ, который содержит приблизительно 90 об.Н 2, может содержать 1,9 об.2 и 4,1 об.СО. В этом случае СО и 2 являются просто примесями 1. Способ исключения коррозии металла при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, в котором газ синтеза смешивают с колошниковым газом, образующимся при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, и используют как СО- и Н-содержащий восстановительный газ для прямого восстановления известен, например, из 2-5. Известен способ восстановления тонкоизмельченной руды не исключительно по строго эндотермической реакции с Н 2 е 233 Н 223 Н 2-Н,а дополнительно по реакции с СО е 233 СО 23 С 2 Н,которая является экзотермической. В результате становится возможным значительно снизить эксплуатационные затраты, в частности энергетические затраты 6. Однако, металлические части устройства, которые контактируют с СО-содержащим восстановительным газом, подвержены сильной нагрузке из-за коррозии, результатом которой является 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 нагревания восстановительного газа до температуры восстановления. Известно, что для исключения или уменьшенияв состав восстановительного газа вводят серу посредством вдувания 2 в виде газа через фурмы. Введение 2 в виде газа не только является технологически 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 исключения коррозии металла ( ) при прямом восстановлении содержащего оксида железа материала и установки для осуществления способа, в которых, несмотря на повышенное содержание СО в восстановительном газе,минимизировано или предотвращено простым образом, в частности процедурно и структурно простым и экономичным способом, так, чтобы срок службы металлических частей установки был значительно большим. Эта задача решается способом исключения коррозии металла ( ) при прямом восстановлении содержащего оксида железа материала, включающим использование для его восстановления СО- и 2 содержащего восстановительного газа, полученного путем смешивания газа синтеза, в качестве которого используют преобразованный путем парового реформинга природный газ, с колошниковым газом, образующимся при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала, причем в восстановительном газе поддерживают отношение /2 1-3 посредством регулирования параметров работы реформера, в котором осуществляют паровой реформинг природного газа, путем изменения отношения пар/природный газ. В предпочтительном варианте отношение пар/природный газ поддерживают равным 3-4,5, в частности приблизительно 3,5. В другом варианте при прямом восстановлении содержащего оксиды железа материала в восстановительном газе поддерживают отношение /2 1-3 путем разделения преобразованного природного газа на две части, одну из которых перед подачей на смешивание с колошниковым газом подвергают СО-конверсии, 3 3257 1 а другую подают на смешивание, минуя СО-конверсию, при этом часть преобразованного газа, подаваемого непосредственно на смешивание с колошниковым газом, изменяют. В еще одном варианте в восстановительном газе поддерживают отношение СО/С 2 1-3 путем очистки газа синтеза, а по выбору и колошникового газа от 2 до использования в качестве восстановительного газа и добавления непосредственно к восстановительному газу по крайней мере части объема газа синтеза без очистки от 2. В другом варианте в восстановительном газе поддерживают отношение /2 1-3 путем очистки газа синтеза, а по выбору и колошникового газа от 2 до использования в качестве восстановительного газа и добавления непосредственно к восстановительному газу по крайней мере части объема колошникового газа без очистки от 2. В еще одном варианте в восстановительном газе поддерживают отношение СО/СО 2 1-3 путем очистки газа синтеза, а по выбору и колошникового газа от 2 до его использования в качестве восстановительного газа, при этом содержание 2 в очищенном газе регулируют, изменяя степень очистки от 2. В другом варианте в восстановительном газе поддерживают отношение /2 1-3 путем подачи в восстановительный газ по крайней мере части серы, имеющейся в содержащем оксиды железа материале в виде 2, образующегося при нагревании или при прямом восстановлении, вместе с колошниковым газом. В предпочтительном варианте объемное содержание 2 в восстановительном газе с помощью колошникового газа поддерживают равным (20-40)10-6, предпочтительно 2510-6. В предпочтительном варианте к содержащему оксиды железа материалу добавляют сернистый материал типа серного колчедана. В предпочтительном варианте в качестве газа синтеза используют один или несколько следующих газов отходящий газ кислородных конвертеров (-отходящий газ), отходящий газ электродуговых печей (отходящий газ), отходящий газ доменных печей, колошниковый газ от Корекс (СОЕХ)-установок, отходящий газ от Корексгазификаторов, каменноугольный газ, химические газы. В предпочтительном варианте в качестве газа синтеза используют преобразованный природный газ. В предпочтительном варианте отношение /2 в восстановительном газе поддерживают равным 1,52,0. Другим объектом изобретения является установка для осуществления способа исключения коррозии металла ( ) при прямом восстановлении содержащего оксида железа материала, содержащая по крайней мере один реактор прямого восстановления для восстановления содержащего оксиды железа материала, канал для подачи восстановительного газа, ведущий к реактору прямого восстановления, канал для выпуска из реактора прямого восстановления колошникового газа, образующегося при прямом восстановлении, реформер, канал преобразованного газа, выходящий из реформера и соединенный с каналом для выпуска колошникового газа, и скруббер 2, к которому подведены канал преобразованного газа и канал для выпуска колошникового газа и от которого отходит канал восстановительного газа, причем канал преобразованного газа соединен по потоку с каналом подачи восстановительного газа посредством обводного канала в обход скруббера 2. В предпочтительном варианте канал выпуска колошникового газа связан по потоку с каналом подачи восстановительного газа посредством обводного канала в обход скруббера 2. В предпочтительном варианте обводной(ые) канал(ы) оборудован(ы) регулирующим клапаном с возможностью управления от средств измерения концентрации 2 и при необходимости 2. В предпочтительном варианте установка снабжена СО-конвертором для преобразованного газа, установленным после реформера с возможностью его обхода для части преобразованного газа по обводному каналу. Поддержание соотношения /2 в пределах от 1 до 3 существенно уменьшает воздействие СО, содержащегося в восстановительном газе, на металл, в частности на сталь, и, следовательно, снижает потребность в ремонте установки для прямого восстановления без необходимости отказываться от повышенного содержания СО, позволяющего реализовать технологически выгодную экзотермическую реакцию с е 23. Далее изобретение будет объясняться более подробно с помощью рисунка, представляющего процесс согласно предпочтительному варианту. Установка по изобретению включает четыре реактора псевдоожиженного слоя 1-4, последовательно соединенные в группу, где содержащий оксиды железа материал типа тонкоизмельченной руды по каналу загрузки руды 5 подают в первый реактор псевдоожиженного слоя 1, в котором ее нагревают до температуры восстановления (или предварительного восстановления) и затем направляют из одного реактора псевдоожиженного слоя в другой реактор псевдоожиженного слоя 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 псевдоожиженного слоя 1 тонкоизмельченную руду подвергают предварительной обработке, такой как сушке и просеиванию, которая подробно не иллюстрируется. 4 3257 1 Восстановительный газ пропускают в противотоке к рудному потоку от реактора псевдоожиженного слоя 4 к реакторам псевдоожиженного слоя 3-1 и выпускают из последнего по направлению движения газа реактора псевдоожиженного слоя 1 как колошниковый газ через канал выпуска колошникового газа 8, охлаждают и подвергают мокрой очистке в скруббере 9. Восстановительный газ получают в реформере 10 путем преобразования природного газа, который подают по каналу 11, и десульфурируют в установке десульфурирования 12. Газ, выходящий из реформера, получают из природного газа и пара и по существу он состоит из 2, СО, СН 4, 2 и 2. Этот преобразованный природный газ подают по каналу для преобразованного газа 13 в несколько теплообменников 14, в которых он охлаждается до температуры 80-150 С 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 2 16, где она очищается от 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 2, и подают в первый по направлению газового потока реактор псевдоожиженного слоя 4, где он вступает в реакцию с тонкоизмельченной рудой с получением прямо восстановленного железа. Реакторы псевдоожиженного слоя 4-1 последовательно соединены в группу восстановительный газ поступает из одного реактора псевдоожиженного 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. Для того чтобы обеспечить заданное отношение /2, которое должно быть равно от 1 до 3, предпочтительно от 1,5 и 2,0, и исключить или существенно уменьшить, первый вариант изобретения предусматривает изменение отношения пар/природный газ питания реформера 10, при этом отношение пар/природный газ предпочтительно поддерживают равным 3-4,5, в частности равным 3,5. Регулирующие клапаны или управляющие клапаны, предназначенные для этой цели, обозначены позициями 25 и 26 и осуществляют соответственно регулирование или управление по результатам измерения соотношения СО/СО 2 в восстановительном газе измерительным устройством 29. Как видно из рисунка, преобразованный газ, по крайней мере часть его объема, подают в СО-конвертер 28 для увеличения в нем содержания 2 до того, как он будет направлен в скруббер 2 16. Остальную часть объема преобразованного газа непосредственно примешивают к колошниковому газу в обход СО-конвертера 28 через обводной канал 29. Это позволяет поддерживать содержание СО таким, чтобы получить требующееся соотношение /2, позволяющее исключить. Далее, регулирование соотношения /2 может быть осуществлено посредством введения части объема колошникового газа непосредственно в канал подачи восстановительного газа 17 по обводному каналу 30 в обход скруббера 2 16. Кроме того, часть объема преобразованного газа также может быть непосредственно подана в канал подачи восстановительного газа 17 в обход скруббера 2 16 через обводной канал 31, который в этом случае выходит из канала для преобразованного газа 13. Все обводные каналы 26, 27, 28 оборудованы регулирующими или управляющими клапанами 32, 33, 34,действующими на основании измерения соотношения /2 в восстановительном газе измерительным устройством 29. Соотношение СО/СО 2 в восстановительном газе также может быть доведено до требующегося значения посредством пропускания всего колошникового газа и всего преобразованного газа через скруббер 2 16,регулируя при этом степень очистки в нем так, чтобы часть 2 (и, следовательно, также часть 2, поглощенного колошниковым газом из руды при ее нагреве) оставалась в газе, покидающем 2 скруббер 16. При этом обеспечивается преимущество, заключающееся в отсутствии вспомогательных средств в виде обводных каналов 29, 30, 31 с регулирующими клапанами 32, 33, 34, однако требуется, чтобы суммарный объем газа, то есть весь колошниковый газ и весь преобразованный природный газ проходили через скруббер 2 16, и последний, таким образом, должен иметь соответствующие для такого количества размеры. Колошниковый газ, покидающий реактор псевдоожиженного слоя 1, имеет объемное содержание 2 от 4010-6 до 14010-6 в зависимости от содержания серы в руде. Газообразный 2 образуется при нагреве тон 5 3257 1 коизмельченной руды до температуры восстановления или при предварительном восстановлении тонкоизмельченной руды. Так как повышенное содержание 2 в восстановительном газе также приводит к уменьшению, особенно целесообразно 2 не полностью удалять из колошникового газа в скруббере 2, а обеспечить, чтобы требующееся количество 2 в восстановительном газе было внесено в него колошниковым газом. В данном случае это может быть осуществлено с помощью обводного канала 30 в обход скруббера 2 16, который выходит из канала отвода колошникового газа 8 через управляющий или регулирующий клапан 33 и соединен с каналом подачи восстановительного газа 17. Регулирующий клапан 33 настроен таким образом, чтобы поддерживать объемное содержание 2 в восстановительном газе в пределах 2010-6 4010-6, предпочтительно около 2510-6. В этом случае регулирующие клапаны предпочтительно управляются с помощью средства измерения концентрации 2 30. Описанные выше меры для поддержания желательного соотношения /2 в восстановительном газе могут быть использованы в отдельности или также в совокупности нескольких из них или всех их таким образом, чтобы был обеспечен наиболее благоприятный вариант способа для соответствующих условий работы как функция состава руды, и т.д. Регулирование соотношения /2, равным приблизительно 1,7, и регулирование объемного содержания 2, равным 2510-6 в восстановительном газе, будет объяснено с помощью следующего примера. 100 т/ч высушенной тонкоизмельченной руды загружали в установку для прямого восстановления тонкоизмельченной руды, выполненную в соответствии с рисунком и предназначенную для производства 70 т/час губчатого железа. Тонкоизмельченная руда имела следующий состав гематит 94,2 порода 2,2 сера 0,02 . 78000 м 3/ч колошникового газа, образующегося при прямом восстановлении, смешивали с 48000 м 3/ч преобразованного холодного природного газа и пропускали через скруббер 2 16, в котором смешанный газ очищался от 2 и основной части серы (объемы газов приведены при нормальных условиях). Преобразованный природный газ и колошниковый газ имели химические составы, указанные в таблице ниже. СН 4 Преобразованный природный газ 2,80 4,80 14,50 64,40 13,50 0,0 0,0 Газообразная смесь, выходящая из скруббера 2 имела следующий состав СН 4 СО 2 Н 2 Н 2 22 Эту газообразную смесь смешали с 78000 м 3/ч колошникового газа, который не прошел через скруббер 2 16, но был введен в канал подачи восстановительного газа 17 через обводной канал 30. Образовавшийся при таком смешивании восстановительный газ подали в газонагреватель 18 и далее в реакторы псевдоожиженного слоя 1-4. Этот восстановительный газ имел следующий химический состав СН 4 24,50 СО 6,00 2 3,60 Н 2 60,90 Н 2 1,50 2 3,502 210-6 (по объему) Степень металлизации губчатого железа составила 92 . 3257 1 Изобретение не ограничено описанными выше примерами и применимо также к другим процессам прямого восстановления, например, к таким, в которых реакторы псевдоожиженного слоя 1-4 заменены шахтными печами для крупнокусковой руды. Преобразованный природный газ также может быть заменен другими восстановительными газами, прежде всего содержащими СО и 2, типаотходящий газ.отходящий 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.