PL223634B1 - Sposób i urządzenie do redukcji bezpośredniej tlenków żelaza - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i instalacja do redukcji bezpośredniej (DRI z ang. Directed Reduced Iron) tlenków metali, a zwłaszcza tlenków żelaza i cynku, umożliwiające odzysk metali, zwłaszcza żelaza i cynku z odpadów hutniczych.

W świetle istniejących problemów z jakimi borykają się huty oparte o procesy wielkopiecowe oraz wzrastającego zapotrzebowania na żelazo, zasadne jest poszukiwanie alternatywnych metod produkcji żelaza. Stopniowo obserwuje się wzrost udziału procesów bezpośredniej redukcji tlenków żelaza (DRI z ang. Directed Reduced Iron) w całkowitej produkcji żelaza z rud. Związane jest to m.in. z dużo mniejszymi nakładami energii w porównaniu z zużyciem energii w procesie wielkopiecowym, która ma największy udział w odniesieniu do całkowitej ilości energii potrzebnej na wyprodukowanie 1 Mg stali i wynosi od 70 do 80%. Ponadto pojawia się również narastający problem związany z deficytem węgli koksujących, które stanowią źródło ciepła i reduktora w procesach wielkopiecowych. W procesach redukcji bezpośredniej istnieje natomiast możliwość stosowania reduktora gazowego. Na wzrost znaczenia procesu DRI wpływa również nadmierna kumulacja w stali szkodliwych pierwiastków tj. Cu, Sn, As, Zn i in., ze względu na coraz szersze stosowanie recyrkulacji wyrobów stalowych. Metoda ta pozwala na rozcieńczanie tych domieszek w procesie stalowniczym żelazem gąbczastym, który stanowi produkt procesu DRI. Zatem produkt DRI stanowi pełnowartościowy wsad we wszystkich procesach stalowniczych.

Jednym z niekwestionowanych problemów hut są odpady hutnicze zawierające cynk. Na przestrzeni lat huty wypracowały sobie odpowiednie sposoby postępowania z odpadami hutniczymi, jednak te zawierające cynk nadal stanowią ogromny problem. Odpad ten ze względu na zawartość zanieczyszczeń ropopochodnych oraz cynku, który m.in. niszczy wyłożenie ogniotrwałe wielkiego pieca, nie może być ponownie zawrócony do procesu. W związku z tym faktem rośnie ilość tych odpadów na składowiskach, a zawarte w nich szkodliwe substancje zanieczyszczają środowisko.

Według dostępnej literatury, w związku ze znacznymi nakładami na budowę instalacji redukcyjnej (związanej bezpośrednio z konstrukcją instalacji hutniczej), a także małą elastycznością samego procesu redukcji bezpośredniej, zastosowanie mają najczęściej trzy główne metody redukcji bezpośredniej metali: MIDREX o wydajności do 23 Mt/rok, HyL (I, II i III) o wydajności do 7 Mt/rok i FIOR o wydajności do 0,5 Mt/rok.

Z uwagi na pożądaną większą elastyczność produkcji, wynikającą ze znacznego rozdrobnienia odbiorców stali i wysokiej specyfikacji zamówień, wdrożono nowsze technologie nazywane w literat urze FASTMET, IRON CARBIDE, CIRCORED, INMETCO i FINMET, które pozostają na etapie testów i mają wydajność nie przekraczającą 0,5 Mt/rok. Metody te oparte są o zasadę zmniejszenia wielkości wsadu i zmniejszenia samych komór reakcyjnych, a pierwsze wybudowane w tej technologii zakłady nie osiągnęły jeszcze pełnej mocy produkcyjnej. Metody te znane są także z literatury patentowej.

Z opisu wynalazku WO2012034015 znana jest konstrukcja i sposób do redukcji bezpośredniej żelaza, w którym w obrotowym, ażurowym bębnie materiał wsadowy jest ogrzewany i jednocześnie poddawany działaniu czynnika redukcyjnego. Zanieczyszczenia materiału wsadowego przesypują się przez obrotowy bęben, a nieznaczne pochylenie wzdłużne osi bębna zapewnia samoczynny transport materiału wsadowego podczas redukcji bezpośredniej. Proces redukcji jest jednak powolny, co wynika z konstrukcji obrotowego bębna, konieczności zapewnienia kontroli dostępu powietrza do procesu i potrzeby wysuszenia, a następnie zwęglenia i rozdrobnienia zanieczyszczeń przesypujących się przez bęben. Skutkiem tego jest znaczna energochłonność procesu według omawianego patentu i konieczność wprowadzania do procesu buforowych ilości materiału wsadowego i gazu syntezowego dla otrzymania projektowanej ilości czystego żelaza.

Z kolei w opisie MX2010002075 ujawniono sposób redukcji bezpośredniej żelaza, w którym gaz zawierający związki węgla i siarki przed wprowadzeniem do komory reaktora jest ogrzewany, a następnie przepuszczany przez złoże z materiałem wsadowym. Temperatura gazu podczas przechodzenia przez złoże wynosi od 750°C do 1100°C. Komora reaktora jest hermetyczna, co umożliwia recyrkulację gazu przez złoże, wymusza jednak zastosowanie dodatkowych pomp do jego tłoczenia, a czas konieczny do każdorazowego (przed wprowadzeniem do złoża) ogrzania gazu i jego energochłonność zmniejsza ekonomiczny sens stosowania tego rozwiązania. Dodatkowo gaz wprowadzany do reaktora oziębia się w skutek kontaktu materiałem wsadowym, co zwiększa wydatki energetyczne procesu.

PL 223 634 B1

Z kolei opis wynalazku EP1036203 ujawnia sposób redukcji bezpośredniej żelaza, w którym proces redukcji jest kontrolowany poprzez wprowadzanie do reaktora jednocześnie z gazem wody i tlenu w proporcjach określonych żądanymi warunkami przebiegu procesu. Zawartość węgla jest zależna od ilości wprowadzonej do reaktora wody, a dodatek tlenu zapewnia energię konieczną do n awęglenia otrzymywanego w procesie żelaza. Niedogodnością tej metody, podobnie jak w wypadku wielkich pieców hutniczych, jest duża bezwładność procesu i podatność na niekontrolowane skoki ciśnienia pary wodnej i temperatury w komorze reaktora. Skutkiem takich awaryjnych przebiegów redukcji są opisywane w literaturze awaryjne zatrzymania instalacji DRI oraz także wielkopiecowych instalacji wytopu z jakimi zwykle się je zestawia.

Dlatego celowym było opracowanie metody redukcji bezpośredniej tlenków żelaza, w której przy minimalnych nakładach energetycznych, i przy wykorzystaniu stechiometrycznych ilości materiału wsadowego oraz gazu syntezowego, możliwe jest otrzymanie metalicznego żelaza o wysokich parametrach. Celem niniejszego wynalazku było także wyeliminowanie, charakterystycznej dla znanych procesów, konieczności zapewnienia rezerwy reagentów w postaci dodatkowej, wprowadzanej do reaktorów ilości redukowanych tlenków oraz gazu reakcyjnego. Równocześnie metoda redukcji oraz urządzenie do redukcji bezpośredniej według wynalazku pozwala na całkowite oczyszczenie odpadu hutniczego z cynku oraz innych zanieczyszczeń, których obecność nie jest pożądana w wielkopiecowych procesach wytopu żelaza. Warunki takie zapewnia sposób i urządzenie (instalacja) według wynalazku.

Sposób redukcji bezpośredniej tlenków żelaza, w którym materiał wsadowy oczyszcza się z zanieczyszczeń ropopochodnych oraz mineralnych w komorze urządzenia do odolejania odpadów hutniczych, przy czym komora grzejna odolejacza posiada wydzielone co najmniej następujące obszary: dozowania, odbioru pary wodnej, grzania i odbierania produktów końcowych, a następnie przetapia się zredukowany do żelaza materiał wyjściowy, charakteryzuje się tym, że materiał wsadowy w postaci oczyszczonych, całkowicie odolejonych odpadów hutniczych gromadzi się w zbiorniku odolejonych tlenków żelaza i następnie wprowadza się go do komory wstępnej redukcji bezpośredniej, wprowadzając jednocześnie do komory gaz syntezowy, po czym mieszaninę materiału wsadowego oraz gazu syntezowego przemieszcza się do komory właściwej redukcji bezpośredniej i prowadzi redukcję tlenków żelaza, po zakończeniu której usuwa się z komory lotne związki reakcji substratów, a otrzymany produkt redukcji wprowadza się następnie do pieca topielnego, w którym oddziela się frakcję metaliczną, korzystnie żelazową, od stałych zanieczyszczeń w postaci żużla. Przy czym korzystnie jest, gdy materiał wsadowy w postaci tlenków metali, szczególnie żelaza, ogrzewa się do temperatury z zakresu 500-1000°C, korzystnie 800°C.

Gaz syntezowy wprowadza się z reaktora przepływowego połączonego bezpośrednio z instalacją degradacji odpadów polimerowych, w której to instalacji rozdrobniony materiał wejściowy - odpady polimerowe - dostarcza się w sposób ciągły poprzez dozownik celkowy na przenośnik kuwetowy i poddaje obróbce termicznej z odzyskaniem z nich związków węglowodorowych, przy czym obróbka termiczna jest dwuetapowa i odbywa się w co najmniej jednej komorze przerobu wstępnego - topielniku, gdzie materiał wsadowy jest podgrzewany do uplastycznienia i upłynnienia, a następnie przekazywany jest w sposób ciągły do co najmniej jednej komory przerobu ostatecznego - parownika, gdzie w procesie pełnej pirolizy płynne polimery poddaje się degradacji na frakcje gazowe i ciekłe, które rozdziela się w bloku skraplania, przy czym frakcję gazową o składzie węglowodorowym C1-C4 gromadzi się w zbiorniku buforowym po czym podaje się ją w sposób ciągły do reaktora przepływowego, w którym prowadzi się konwersję frakcji gazowych C1-C4 do gazu syntezowego H2/CO, zaś otrzymany gaz syntezowy przepompowuje się do zbiornika buforowego, a następnie wprowadza go, podgrzewając, do komory wstępnej redukcji bezpośredniej. Korzystnie, gdy gaz syntezowy podgrzewa się do temperatury z zakresu 400-800°C.

Korzystnie, gdy gaz syntezowy po wprowadzeniu do komory ogrzewa się dalej wraz z materiałem wsadowym. Korzystnie, gdy substraty ogrzewa się tak, aby ich temperatura nie przekraczała 1050°C i nie była niższa niż 900°C.

Korzystnie, gdy komora wyposażona jest w system przemieszczania kaskadowego i własny układ grzewczy.

Korzystnie, gdy gaz syntezowy oraz materiał wsadowy wprowadza się do komory w ilościach stechiometrycznych wynikających z równań reakcji redukcji tlenków żelaza.

Czas w jakim w komorze przemieszczana jest jednostkowa masa tlenków żelaza jest funkcją kąta pochylenia komory i prędkości obrotowej bębna komory, a prędkość przemieszczania jednostko4

PL 223 634 B1 wej masy tlenków żelaza jest skorelowana z prędkością przemieszczania jednostkowej objętości gazu syntezowego korzystnie w taki sposób, że prędkości ich przemieszczania są takie same dla wytworzenia teoretycznego krążka zawiesinowego, w którym gaz syntezowy i tlenki żelaza znajdują się w stosunku stechiometrycznym zapewniającym pełną redukcję.

Korzystnie, gdy jednostkowa masa tlenków żelaza jest maksymalnie rozproszona w teoretycznym krążku zawiesinowym.

Uwalniane z mieszaniny gazu syntezowego oraz materiału wsadowego substancje lotne odprowadza się do urządzenia filtrującego oraz płuczki wodnej.

Korzystnie, gdy substancje lotne odprowadza się z komory redukcji bezpośredniej, w której temperatura wynosi co najmniej 900°C.

W komorze wstępnej redukcji bezpośredniej następuje inicjacja procesu redukcji w wyniku kontaktu gazu syntezowego z mieszaniną tlenków doprowadzoną do komory wstępnej redukcji bezpośredniej. Temperatura reakcji redukcji zachodzącej w komorze wstępnej redukcji bezpośredniej jest średnią arytmetyczną temperatur wprowadzanych do komory wstępnej reagentów procesu: tlenków metali i gazu syntezowego oraz temperatury uzyskanej z układu grzewczego komory wstępnej. Gaz syntezowy, który pełni również rolę nośnika tlenków metali, przepływa wraz z tlenkami wzdłuż komory wstępnej redukcji bezpośredniej do komory właściwej redukcji bezpośredniej.

Uzyskane w reakcji materiału wsadowego i gazu syntezowego zredukowane metale po opuszczeniu komory redukcji bezpośredniej wprowadza się do pieca topielnego za pomocą przenośnika ślimakowego i ogrzewa się do temperatury z zakresu 1500-1650°C, korzystnie 1500°C, do momentu rozdzielenia się frakcji stopionych metali, w zależności od ich gęstości, na frakcje żelaza i innych m etali, oraz pozostałości w postaci niezredukowanych uprzednio tlenku cynku i żelaza, wchodzących w skład żużla.

Korzystnie, gdy proces według wynalazku odbywa się w przestrzeni zamkniętej, hermetycznie szczelnej.

Instalacja do redukcji bezpośredniej tlenków żelaza zawiera urządzenie do odolejania odpadów hutniczych z odolejaczem, urządzenie do degradacji odpadów polimerowych, reaktor przepływowy, komorę wstępnej redukcji bezpośredniej, komorę właściwą redukcji bezpośredniej, odprowadzenie substancji lotnych oraz piec topielny. Urządzenie do degradacji odpadów polimerowych wyposażone jest w blok skraplania i w połączony bezpośrednio z nim zbiornik buforowy na frakcje gazowe o składzie węglowodorowym C1-C4, przy czym zbiornik buforowy przyłączony jest do reaktora przepływowego, w którym zachodzi konwersja frakcji gazowych C1-C4 do gazu syntezowego H2/CO, a reaktor wyposażony jest w zbiornik buforowy, który połączony jest z komorą wstępnej redukcji bezpośredniej. Korzystnie, gdy armatura przyłączeniowa zbiornika buforowego do komory wstępnej redukcji bezpośredniej wyposażona jest w źródła ciepła dla ogrzewania gazu syntezowego przesyłanego do komory wstępnej redukcji bezpośredniej.

Korzystnie, gdy komora wstępnej redukcji bezpośredniej ma postać wyposażonego w umies zczone naprzemiennie półki szybu, połączonego za pomocą dozownika układu dozującego z odolejaczem, przy czym w strukturę półek wbudowane jest doprowadzenie gazu syntezowego.

Korzystnie, gdy komora wstępnej redukcji bezpośredniej połączona jest bezpośrednio z komorą właściwej redukcji bezpośredniej, we wnętrzu której zamocowany jest obrotowy bęben wyposażony w łopatki przerzucające.

Korzystnie, gdy bęben umieszony jest wewnątrz walca, na powierzchni którego umieszczony jest układ grzewczy połączony z układem sterującym, utrzymującym w bębnie stałą, założoną temp eraturę.

Komora właściwej redukcji bezpośredniej połączona jest z piecem topielnym za pomocą przenośnika ślimakowego. Korzystnie, gdy piec topielny ma konstrukcję syfona uformowanego z rury w kształcie litery U o dwóch „ramionach”, której najniższy punkt wyposażony jest w zawór spustowy, zaś pomiędzy zaworem spustowym a górną krawędzią pieca znajdują się: odprowadzenie czystego żelaza oraz odprowadzenie żużla.

Korzystnie, gdy średnica wewnętrzna pieca zawiera się w granicach 400-1000 mm, przy czym odprowadzenia czystego żelaza i innych metali znajdują się w różnych „ramionach” pieca. Odprowadzenie żużla znajduje się nad powierzchnią roztopionego żelaza w „ramieniu” połączonym z przenośnikiem ślimakowym, natomiast odprowadzenie żelaza znajduje się w drugim „ramieniu” pieca, przy czym odprowadzenie żelaza znajduje się poniżej odprowadzenia żużla.

PL 223 634 B1

Sposób redukcji bezpośredniej według wynalazku daje możliwość przetworzenia wszelkich odpadów hutniczych, w tym przede wszystkim zawierających cynk. Jednocześnie pozwala na wykorz ystanie odpadów polimerowych, głównie z tworzyw sztucznych, do wytworzenia czynnika redukującego tj. gazu syntezowego. Sposób wprowadzania reagentów procesu DRI do komory redukcyjnej, poleg ający na dozowaniu ciągłym i powtarzalnym, w założonych stechiometrycznych ilościach w jednostce czasu, daje możliwość pełnego kontrolowania procesu na każdym etapie jego prowadzenia. Ponadto pozwala na przerwanie procesu w sytuacji awarii na każdym etapie jego zachodzenia, oraz pozwala na ponowne wznowienie produkcji w jak najkrótszym czasie. Wysoki poziom rozdrobnienia materiału zapewnia dużą powierzchnię właściwą, a tym samym powierzchnię aktywną procesu, co pozwala na przeprowadzenie procesu redukcji materiału jednostkowego w jak najkrótszym czasie przy jak najwyższym stopniu przereagowania. Niski poziom ogólnych nakładów energetycznych procesu jest możliwy dzięki temu, że substraty wprowadzane są do przestrzeni komory reakcyjnej o temperaturze bliskiej optymalnej temperatury procesu DRI, korzystnie 800°C. Temperaturę reakcyjną odpad hutniczy uzyskuje w procesie odolejania, a gaz syntezowy w procesie konwersji gazowej mieszaniny C1-C4 produktu degradacji odpadów polimerowych.

Sposób i instalacja według wynalazku przedstawione zostały na rysunku fig. 1, który przedstawia schemat i rozmieszczenie elementów instalacji według wynalazku, a fig. 2 przedstawia schemat komór redukcji bezpośredniej.

P r z y k ł a d

W procesie redukcji bezpośredniej tlenków żelaza materiał wsadowy oczyszcza się z zanieczyszczeń ropopochodnych oraz mineralnych w komorze urządzenia do odolejania odpadów hutn iczych, przy czym komora grzejna odolejacza posiada wydzielone obszary: dozowania, odbioru pary wodnej, grzania i odbierania produktów końcowych, a następnie przetapia się zredukowany do żelaza materiał wyjściowy. Instalacja do oczyszczania zaolejonych metali, zwłaszcza zendry, zawiera dozownik zaolejonego metalu połączony z komorą grzejną odolejacza wyposażoną w przenośnik paletowy i zgarniacz listwowy, znajdujący się po przeciwległej stronie w stosunku do dozownika węzeł odbioru odolejonego metalu oraz blok kondesacji frakcji węglowodorowych i pary wodnej. Dozownik zaolejonego metalu, zwłaszcza zendry, ma postać zaworu jednokierunkowego, który umożliwia dostęp powietrza do wnętrza komory grzejnej odolejacza, zaś komorę grzejną odolejacza tworzy hermetycznie zamknięty kanał, którego górną ścianę stanowi płyta grzejna, której grzałki nie obejmują strefy dozowania w jakiej znajduje się dozownik. Dozownik połączony jest trwale z komorą grzejną odolejacza, umieszczony jest w strefie dozowania i dozuje zaolejony metal, zwłaszcza zendrę, na przenośnik paletowy, który ma postać podajnika taśmowego utworzonego przez „Z” kształtne płyty. Prędkość przesuwu podajnika paletowego jest stała, a pod przenośnikiem paletowym, po przeciwnej stronie w stosunku do obszaru dozowania, znajduje się zbiornik odolejonego metalu, który stanowi integralną część komory grzejnej odolejacza. Materiał wsadowy w postaci oczyszczonych, całkowicie odolejonych odpadów hutniczych gromadzi się w zbiorniku (5) odolejonych tlenków żelaza i następnie wprowadza się go do komory (1) wstępnej redukcji bezpośredniej, wprowadzając jednocześnie do komory (1) gaz syntezowy, po czym mieszaninę materiału wsadowego oraz gazu syntezowego przemieszcza się do komory (2) właściwej redukcji bezpośredniej i prowadzi redukcję tlenków żelaza, po zakończeniu której usuwa się z komory (2) lotne związki reakcji substratów, a otrzymany produkt redukcji wpr owadza się następnie do pieca topielnego (3), w którym oddziela się frakcję metaliczną, korzystnie żelazową, od stałych zanieczyszczeń w postaci żużla.

Materiał wsadowy w postaci tlenków metali, szczególnie żelaza, ogrzewa się do temperatury z zakresu 500-1000°C, korzystnie 800°C.

Gaz syntezowy wprowadza się z reaktora przepływowego (6) połączonego bezpośrednio z instalacją (7) degradacji odpadów polimerowych, w której to instalacji rozdrobniony materiał wejściowy odpady polimerowe - dostarcza się w sposób ciągły poprzez dozownik celkowy (8) na przenośnik kuwetowy i poddaje obróbce termicznej z odzyskaniem z nich związków węglowodorowych, przy czym obróbka termiczna jest dwuetapowa i odbywa się w co najmniej jednej komorze przerobu wstępnego topielniku (9), gdzie materiał wsadowy jest podgrzewany do uplastycznienia i upłynnienia, a następnie przekazywany jest w sposób ciągły do co najmniej jednej komory przerobu ostatecznego - parownika (10), gdzie w procesie pełnej pirolizy płynne polimery poddaje się degradacji na frakcje gazowe i ci ekłe, które rozdziela się w bloku skraplania (11), przy czym frakcję gazową o składzie węglowodorowym C1-C4 gromadzi się w zbiorniku buforowym (12) po czym podaje się ją w sposób ciągły do reaktora przepływowego (6), w którym prowadzi się konwersję frakcji gazowych C1 -C4 do gazu syntezo6

PL 223 634 B1 wego H2/CO, zaś otrzymany gaz syntezowy przepompowuje się do zbiornika buforowego (13), a następnie wprowadza go, podgrzewając, do komory (1) wstępnej redukcji bezpośredniej. Gaz syntezowy podgrzewa się do temperatury z zakresu 400-800^oC.

Gaz syntezowy po wprowadzeniu do komory (1) ogrzewa się dalej wraz z materiałem wsadowym. Substraty ogrzewa się tak, aby ich temperatura nie przekraczała 1050°C i nie była niższa niż 900°C.

Komora (1) wyposażona jest w system przemieszczania kaskadowego i własny układ grzewczy.

Gaz syntezowy oraz materiał wsadowy wprowadza się do komory (1) w ilościach stechiometrycznych wynikających z równań reakcji redukcji tlenków żelaza.

Czas w jakim w komorze (2) przemieszczana jest jednostkowa masa tlenków żelaza jest funkcją kąta pochylenia komory (2) i prędkości obrotowej bębna komory (2), a prędkość przemieszczania jednostkowej masy tlenków żelaza jest skorelowana z prędkością przemieszczania jednostkowej objętości gazu syntezowego w taki sposób, że prędkości ich przemieszczania są takie same dla wytworzenia teoretycznego krążka zawiesinowego, w którym gaz syntezowy i tlenki żelaza znajdują się w stosunku stechiometrycznym zapewniającym pełną redukcję.

Jednostkowa masa tlenków żelaza jest maksymalnie rozproszona w teoretycznym krążku zawiesinowym.

Uwalniane z mieszaniny gazu syntezowego oraz materiału wsadowego substancje lotne odprowadza się do urządzenia filtrującego oraz płuczki wodnej.

Substancje lotne odprowadza się z komory (2), której temperatura wynosi co najmniej 900°C, gdyż w tej temperaturze zredukowany z tlenków cynk przechodzi w stan lotny i jest usuwany poza komorę.

W komorze (1) wstępnej redukcji bezpośredniej następuje inicjacja procesu redukcji w wyniku kontaktu gazu syntezowego z mieszaniną tlenków doprowadzoną do komory wstępnej redukcji bezpośredniej. Temperatura reakcji redukcji zachodzącej w komorze (1) jest średnią arytmetyczną temperatur wprowadzanych do komory wstępnej reagentów procesu: tlenków metali i gazu syntezowego oraz temperatury uzyskanej z układu grzewczego komory wstępnej. Gaz syntezowy, który pełni również rolę nośnika tlenków metali, przepływa wraz z tlenkami wzdłuż komory wstępnej redukcji bezpośredniej do komory właściwej redukcji bezpośredniej.

Uzyskane w reakcji materiału wsadowego i gazu syntezowego zredukowane metale po opuszczeniu komory (2) wprowadza się do pieca topielnego (3) za pomocą przenośnika ślimakowego (15) i ogrzewa się do temperatury 1500°C, do momentu rozdzielenie się frakcji stopionych metali, w zależności od ich gęstości, na frakcje żelaza i innych metali, oraz pozostałości w postaci niezredukowanych uprzednio tlenku cynku i żelaza, wchodzących skład żużla.

Proces według wynalazku odbywa się w przestrzeni zamkniętej, hermetycznie szczelnej.

Instalacja do redukcji bezpośredniej tlenków żelaza zawiera urządzenie do odolejania odpadów hutniczych z odolejaczem (4), urządzenie (7) do degradacji odpadów polimerowych, reaktor przepływowy (6), komorę (1) wstępnej redukcji bezpośredniej, komorę (2) właściwą redukcji bezpośredniej, odprowadzenie substancji lotnych oraz piec topielny (3). Urządzenie do degradacji odpadów polim erowych wyposażone jest w blok skraplania (11) i w połączony bezpośrednio z nim zbiornik buforowy (12) na frakcje gazowe o składzie węglowodorowym C1-C4, przy czym zbiornik buforowy (12) przyłączony jest do reaktora przepływowego (6), w którym zachodzi konwersja frakcji gazowych C1-C4 do gazu syntezowego H2/CO, a reaktor (6) wyposażony jest w zbiornik buforowy (13), który połączony jest z komorą (1) wstępnej redukcji bezpośredniej. Armatura przyłączeniowa zbiornika buforowego (13) do komory (1) wstępnej redukcji bezpośredniej wyposażona jest w źródła ciepła dla ogrzewania gazu syntezowego przesyłanego do komory (1).

Komora (1) ma postać wyposażonego w umieszczone naprzemiennie półki (18) szybu, połączonego za pomocą dozownika układu dozującego z odolejaczem (4), przy czym w strukturę półek (18) wbudowane jest doprowadzenie gazu syntezowego.

Komora (1) połączona jest bezpośrednio z komorą (2) właściwej redukcji bezpośredniej, we wnętrzu której zamocowany jest obrotowy bęben (14) wyposażony w łopatki przerzucające. Bęben (14) umieszczony jest wewnątrz walca, na powierzchni którego umieszczony jest układ grzewczy połączony z układem sterującym, utrzymującym w bębnie (14) stałą, założoną temperaturę.

Komora (2) właściwej redukcji bezpośredniej połączona jest z piecem topielnym (3) za pomocą przenośnika ślimakowego (15). Piec topielny (3) ma konstrukcję syfona uformowanego z rury w kształcie litery U o dwóch „ramionach”, której najniższy punkt wyposażony jest w zawór spustowy,

PL 223 634 B1 zaś pomiędzy zaworem spustowym a górną krawędzią pieca znajdują się: odprowadzenie (16) cz ystego żelaza oraz odprowadzenie (17) żużla.

Średnica wewnętrzna pieca zawiera się w granicach 400-1000 mm, przy czym odprowadzenia czystego żelaza i innych metali znajdują się w różnych „ramionach” pieca. Odprowadzenie (17) żużla znajduje się nad powierzchnią roztopionego żelaza w „ramieniu” połączonym z przenośnikiem ślimakowym (15), natomiast odprowadzenie (16) żelaza znajduje się w drugim „ramieniu” pieca, przy czym odprowadzenie (16) żelaza znajduje się poniżej odprowadzenia (17) żużla.

Claims (24)

1. Sposób redukcji bezpośredniej tlenków żelaza, w którym materiał wsadowy oczyszcza się z zanieczyszczeń ropopochodnych oraz mineralnych w komorze urządzenia do odolejania odpadów hutniczych, przy czym komora grzejna odolejacza posiada wydzielone co najmniej następujące obszary: dozowania, odbioru pary wodnej, grzania i odbierania produktów końcowych, a następnie przetapia się zredukowany do żelaza materiał wyjściowy, znamienny tym, że materiał wsadowy w postaci oczyszczonych, całkowicie odolejonych odpadów hutniczych gromadzi się w zbiorniku (5) odolejonych tlenków żelaza i następnie wprowadza się go do komory (1) wstępnej redukcji bezpośredniej, wprowadzając jednocześnie do komory (1) gaz syntezowy, po czym mieszaninę materiału wsadowego oraz gazu syntezowego przemieszcza się do komory (2) właściwej redukcji bezpośredniej i prowadzi redukcję tlenków żelaza, po zakończeniu której usuwa się z komory (2) lotne związki reakcji substratów, a otrzymany produkt redukcji wprowadza się następnie do pieca topielnego (3), w którym oddziela się frakcję metaliczną, korzystnie żelazową, od stałych zanieczyszczeń w postaci żużla.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał wsadowy w postaci tlenków metali, szczególnie żelaza, ogrzewa się do temperatury z zakresu 500-1000°C, korzystnie 800°C.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz syntezowy wprowadza się z reaktora przepływowego (6) połączonego bezpośrednio z instalacją (7) degradacji odpadów polimerowych, w której to instalacji rozdrobniony materiał wejściowy - odpady polimerowe - dostarcza się w sposób ciągły poprzez dozownik celkowy (8) na przenośnik kuwetowy i poddaje obróbce termicznej z odzyskaniem z nich związków węglowodorowych, przy czym obróbka termiczna jest dwuetapowa i odbywa się w co najmniej jednej komorze przerobu wstępnego - topielniku (9), gdzie materiał wsadowy jest podgrzewany do uplastycznienia i upłynnienia, a następnie przekazywany jest w sposób ciągły do co najmniej jednej komory przerobu ostatecznego - parownika (10), gdzie w procesie pełnej pirolizy płynne polimery poddaje się degradacji na frakcje gazowe i ciekłe, które rozdziela się w bloku skraplania (11), przy czym frakcję gazową o składzie węglowodorowym C1 -C4 gromadzi się w zbiorniku buforowym (12) po czym podaje się ją w sposób ciągły do reaktora przepływowego (6), w którym prowadzi się konwersję frakcji gazowych C1-C4 do gazu syntezowego H2/CO, zaś otrzymany gaz syntezowy przepompowuje się do zbiornika buforowego (13), a następnie wprowadza go, podgrzewając, do komory (1) wstępnej redukcji bezpośredniej.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że gaz syntezowy podgrzewa się do temperatury z zakresu 400-800°C.

5. Sposób według zastrz. 1 albo 3 albo 4, znamienny tym, że gaz syntezowy po wprowadzeniu do komory (1) ogrzewa się dalej wraz z materiałem wsadowym.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że substraty ogrzewa się tak, aby ich temperatura nie przekraczała 1050°C i nie była niższa niż 900°C.

7. Sposób według zastrz. 1 albo 3 albo 5, znamienny tym, że komora (1) wyposażona jest w system przemieszczania kaskadowego i własny układ grzewczy.

8. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5 albo 6, znamienny tym, że gaz syntezowy oraz materiał wsadowy wprowadza się do komory (1) w ilościach stechiometrycznych wynikających z równań reakcji redukcji tlenków żelaza.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas w jakim w komorze (2) przemieszczana jest jednostkowa masa tlenków żelaza jest funkcją kąta pochylenia komory (2) i prędkości obrotowej bębna komory (2), przy czym prędkość przemieszczania jednostkowej masy tlenków żelaza jest skorelowana z prędkością przemieszczania jednostkowej objętości gazu syntezowego w taki sposób, że prędkości ich przemieszczania są takie same dla wytworzenia teoretycznego krążka zawiesinowego,

PL 223 634 B1 w którym gaz syntezowy i tlenki żelaza znajdują się w stosunku stechiometrycznym zapewniającym pełną redukcję.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że jednostkowa masa tlenków żelaza jest maksymalnie rozproszona w teoretycznym krążku zawiesinowym.

11. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5 albo 6 albo 8, znamienny tym, że uwalniane z mieszaniny gazu syntezowego oraz materiału wsadowego substancje lotne odprowadza się do urządzenia filtrującego oraz płuczki wodnej.

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że substancje lotne odprowadza się z komory (2), której temperatura wynosi co najmniej 900°C.

13. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5 albo 6 albo 7 albo 8 albo 9 albo 10 albo 11 albo 12, znamienny tym, że uzyskane w reakcji materiału wsadowego i gazu syntezowego zredukowane metale po opuszczeniu komory wprowadza się do pieca topielnego (3) za pomocą przenośnika ślimakowego (15) i ogrzewa się do temperatury z zakresu 1500-1650°C, korzystnie 1500°C, do momentu rozdzielenia się frakcji stopionych metali, w zależności od ich gęstości, na frakcje żelaza i innych metali, oraz pozostałości w postaci niezredukowanych uprzednio tlenku cynku i żelaza, wchodzących skład żużla.

14. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5 albo 6 albo 7 albo 8 albo 9 albo 10 albo 11 albo 12 albo 13, znamienny tym, że proces odbywa się w przestrzeni zamkniętej, hermetycznie szczelnej.

15. Instalacja do redukcji bezpośredniej tlenków żelaza, znamienna tym, że zawiera urządzenie do odolejania odpadów hutniczych z odolejaczem (4), urządzenie (7) do degradacji odpadów polimerowych, reaktor przepływowy (6), komorę (1) wstępnej redukcji bezpośredniej, komorę (2) właściwą redukcji bezpośredniej, odprowadzenie substancji lotnych oraz piec topielny (3).

16. Instalacja według zastrz. 15, znamienna tym, że urządzenie (7) do degradacji odpadów polimerowych wyposażone jest w blok skraplania (11) i w połączony bezpośrednio z nim zbiornik buforowy (12) na frakcje gazowe o składzie węglowodorowym C1 -C4, przy czym zbiornik buforowy (12) przyłączony jest do reaktora przepływowego (6), w którym zachodzi konwersja frakcji gazowych C1-C4 do gazu syntezowego H2/CO, a reaktor (6) wyposażony jest w zbiornik buforowy (13), który połączony jest z komorą (1) wstępnej redukcji bezpośredniej.

17. Instalacja według zastrz. 16, znamienna tym, że armatura przyłączeniowa zbiornika buforowego (13) do komory (1) wstępnej redukcji bezpośredniej wyposażona jest w źródła ciepła dla ogrzewania gazu syntezowego przesyłanego do komory (1).

18. Instalacja według zastrz. 15 albo 16 albo 17, znamienna tym, że komora (1) ma postać wyposażonego w umieszczone naprzemiennie półki (18) szybu, połączonego za pomocą dozownika układu dozującego z odolejaczem (4), przy czym w strukturę półek (18) wbudowane jest doprowadzenie gazu syntezowego.

19. Instalacja według zastrz. 15 albo 16 albo 17 albo 18, znamienna tym, że komora (1) połączona jest bezpośrednio z komorą (2) właściwej redukcji bezpośredniej, we wnętrzu której zamocow any jest obrotowy bęben (14) wyposażony w łopatki przerzucające.

20. Instalacja według zastrz. 19, znamienna tym, że bęben (14) umieszczony jest wewnątrz walca, na powierzchni którego umieszczony jest układ grzewczy połączony z układem sterującym, utrzymującym w bębnie (14) stałą, założoną temperaturę.

21. Instalacja według zastrz. 15 albo 19, znamienna tym, że komora (2) właściwej redukcji bezpośredniej połączona jest z piecem topielnym (3) za pomocą przenośnika ślimakowego (15).

22. Instalacja według zastrz. 15 albo 21, znamienna tym, że piec topielny (3) ma konstrukcję syfona uformowanego z rury w kształcie litery U o dwóch „ramionach”, której najniższy punkt wypos ażony jest w zawór spustowy, zaś pomiędzy zaworem spustowym a górną krawędzią pieca znajdują się: odprowadzenie (16) czystego żelaza oraz odprowadzenie (17) żużla.

23. Instalacja według zastrz. 22, znamienna tym, że średnica wewnętrzna pieca zawiera się w granicach 400-1000 mm, przy czym odprowadzenia czystego żelaza i innych metali znajdują się różnych „ramionach” pieca.

24. Instalacja według zastrz. 22, znamienna tym, że odprowadzenie (17) żużla znajduje się nad powierzchnią roztopionego żelaza w „ramieniu” połączonym z przenośnikiem ślimakowym (15), natomiast odprowadzenie (16) żelaza znajduje się w drugim „ramieniu” pieca, przy czym odprowadzenie (16) żelaza znajduje się poniżej odprowadzenia (17) żużla.