UA129931C2 - Спосіб виготовлення заліза прямого відновлення - Google Patents

Abstract

Спосіб виготовлення заліза прямого відновлення, за яким окиснене залізо відновлюють в печі прямого відновлення відновним газом, при цьому зазначене окиснене залізо спочатку змішують з біовугіллям для формування твердої композиції і завантажують в зазначену тверду композицію в зазначену піч прямого відновлення.

Description

Цей винахід відноситься до способу виготовлення заліза прямого відновлення (ОКІ) і обладнання для виготовлення продукту ОКІ.

Зараз сталь можна одержувати за двома основними технологічними маршрутами. На зараз технологічний маршрут, що найбільш широко застосовується, полягає в одержанні чавуну в доменній печі з використанням відновника, головним чином, коксу, для відновлення оксидів заліза. В цьому способі витрачається приблизно від 450 до 600 кг коксу на тонну чавуну; в рамках цього способу і при одержанні коксу з вугілля на коксохімічному заводі і виробництві чавуну виділяються значні кількості СО».

Другий основний маршрут включає так звані "способи прямого відновлення". Серед них є способи, які відповідають маркуванням МІОКЕХ, РІММЕТ, ЕМЕКСІКОМ/НУЇГ, СОКЕХ, РІМЕХ тощо, в яких одержують губчасте залізо у вигляді НОКІ (гаряче залізо прямого відновлення),

СОКІ (холодне залізо прямого відновлення) або НВІ (гаряче брикетоване залізо) в результаті прямого відновлення носіїв оксиду заліза. Губчасте залізо у формі НОКІ, СОБІ і НВІ зазвичай зазнає додаткової обробки в електродугових печах.

В шахті кожної печі прямого відновлення з вивантаженням холодного продукту ОКІ є три зони: зона відновлення нагорі, перехідна зона всередині, зона охолодження в конусоподібному днищі. Під час вивантаження гарячого продукту ОКІ зазначена нижня частина використовується головним чином для гомогенізації продукту перед вивантаженням.

Відновлення оксидів заліза відбувається у верхній секції печі при температурі до 950 "С. В верхню частину шахти печі прямого відновлення завантажують залізооксидні руди і котуни, які містять близько 30 95 мас. кисню, і дають їм опускатися під дією сили тяжіння серед відновного газу. Зазначений відновний газ надходить в піч з нижньої частини зони відновлення і протікає протитечією по відношенню до завантаженого окисненого заліза. Кисень, що міститься в рудах і котунах, видаляють ступінчастим відновленням оксидів заліза в умовах протиточної взаємодії між газами і оксидом. Вміст окиснювача в газі збільшується у міру просування газу до верху печі.

Відновний газ зазвичай містить водень і оксид вуглецю (сингаз), і його одержують каталітичним риформінгом природного газу. Наприклад, у так званому способі МІОКЕХ спочатку метан перетворюється в реакторі риформінгу з утворенням сингазу або відновного газу за о такою реакції:

СНа-СО» -» 200-2Н»2 а оксид заліза реагує із відновним газом, наприклад, відповідно до такої реакції:

ЗБегОз-СО/Н?о -» 2гезО4-СОНгОо

ЕезО4-СО/Н»? -» З ГРеО-СОНго

ЕеОСО/Н» -» Ге-СОУНгОо

Наприкінці зони відновлення руда перетворюється на метал.

Під секцією відновлення знаходиться перехідна секція; ця секція має достатню довжину для відділення секції відновлення від секції охолодження, забезпечуючи можливість незалежного контролю обох секцій. В цій секції відбувається навуглецювання металізованого продукту.

Навуглецювання являє собою процес збільшення вмісту вуглецю в металізованому продукті всередині відновної печі відповідно до таких реакцій:

ЗБенСНя -» БезС--2Н»о (Ендотермічна)

ЗБен2СО -» РезСіСО» (Екзотермічна)

ЗБеСоОН»о - РезС-Н2гО (Екзотермічна)

При впорскуванні природного газу в перехідній зоні використовується тепловміст металізованого продукту, що знаходиться в перехідній зоні, для активування розщеплення вуглеводнів і відкладення вуглецю. Внаслідок відносно низької концентрації окиснювачів, більш імовірно, що в перехідній зоні природний газ розщеплюватиметься на Но і вуглець, ніж зазнавати риформінгу на Но ії СО. Розщеплення компонентів газу поставляє вуглець для навуглецювання продукту ОКІ і водночас додає відновник (Н?2) до газу, що підвищує відновний потенціал газу.

Зважаючи на значне підвищення концентрації СО в атмосфері від початку минулого століття і до наступного парникового ефекту, істотно важливо знижувати викиди СО»? там, де його виробляють у великій кількості, і, отже, зокрема, при виготовленні продукту ОКІ.

Одним із рішень, яке зараз розробляється, є поступове підвищення вмісту водню у відновному газі, для одержання відновного газу у вигляді чистого водню. В даному випадку має місце така реакція відновлення:

ЕегОз3 Но-2 Бе3 НО з виділенням нешкідливого НгО, замість парникового газу СО».

Однак це передбачає, що вміст вуглецю у відновному газі зменшуватиметься, і в певний момент вуглець більше не вводитиметься в шахту печі. Як було пояснено вище, це впливає на продукт ОКІ, який буде містити все менше і менше вуглецю.

Вміст вуглецю в продукті ОКІ є ключовим параметром, оскільки він відіграє важливу роль на наступних стадіях, таких як спінювання шлаку в електродуговій печі, а також сприяє покращенню можливості транспортування продукту ОКІ.

Рішення, спрямовані на підвищення вмісту вуглецю в продукті, вже відомі, і в основному, вони полягають у введенні в шахту печі вуглеводнів, зазвичай СНа або газу коксової печі. Однак зазначені гази сприятимуть збільшенню вуглецевого сліду процесу одержання ОКІ, що не узгоджується з перемиканням на відновлення чистим Н».

Існує потреба в способі, який дозволяє збільшувати вміст вуглецю в продукті ОКІ при одночасному зменшенні вуглецевого сліду цього процесу.

Зазначена проблема вирішується з допомогою способу, відповідного цьому винаходу, в якому окиснене залізо відновлюють відновним газом в печі прямого відновлення, при цьому зазначене окиснене залізо спочатку змішують з біовугіллям для формування твердої композиції і завантажують зазначену тверду композицію в зазначену піч прямого відновлення.

Спосіб, відповідний цьому винаходу, також може включати такі необов'язкові ознаки, які враховуються окремо або відповідно до всіх можливих технічних поєднань: - біовугілля одержують піролізом біомаси, - тверда композиція являє собою брикет і/або котун, - відновний газ містить більше 50 95 об. водню, - відновний газ містить більше 99 95 об. водню, - водень відновного газу, щонайменше, частково одержують електролізом, - електроліз здійснюють з використанням відновлюваної енергії, - відновний газ, який відходить зверху, уловлюють на виході з печі прямого відновлення і здійснюють, щонайменше, одну стадію його розділення, призначену для розділення газу, збагаченого на СО», і газу, збагаченого на Но, при цьому зазначений газ, збагачений на Н», щонайменше, частково використовують як відновний газ, - здійснюють стадію метанування газу, збагаченого СО».

Інші характеристики і переваги цього винаходу стануть очевидними з його опису, який наведений нижче як показовий і який жодним чином не є обмежувальним, з посиланням на додані фігури, на яких: на Фіг. 1 зображена схема установки прямого відновлення, яка дозволяє втілювати спосіб, відповідний цьому винаходу.

Елементи на фігурах є суто ілюстративними і можуть бути виконані не в масштабі.

На Фіг. 1 зображена схема установки прямого відновлення, яка дозволяє втілювати спосіб, відповідний цьому винаходу. В зазначеному способі зверху печі 1 прямого відновлення (або шахти печі) завантажують композицію 10, приготовлену із суміші окисненого заліза і біовугілля.

Зазначена композиція може мати будь-яку відповідну форму, що дозволяє завантажувати Її в піч, переважно, її завантажують у формі брикетів і/або котунів. У переважному варіанті здійснення композиція 10 містить від 0,01 до 10 95 мас. біовугілля. Під біовугіллям мається на увазі деревне вугілля, яке одержують піролізом біомаси за відсутності кисню.

Біомаса є відновлюваним органічним матеріалом, який одержують з рослин і тварин.

Джерела біомаси для вироблення енергії включають відходи деревини і деревообробки: дрова, деревні гранули і деревні стружки, тирсу і відходи лісопильних і меблевих підприємств, а також чорний луг целюлозно-паперових підприємств; сільськогосподарські культури і відходи: кукурудзу, соєві боби, цукрову тростину, просо подібне до прута, деревні рослини і водорості, а також залишки сільськогосподарських культур і відходи виробництва харчових продуктів; біогенетичні матеріали у твердих побутових відходах: папір, вироби їх бавовни і вовни, харчові, садово-городні і деревні відходи, а також гній і побутові стоки.

Композиція 10 забезпечуватиме і оксиди заліза, які підлягають відновленню, і джерело вуглецю, необхідне для навуглецювання металізованого продукту. В переважному варіанті здійснення вміст вуглецю в залізі прямого відновлення задають в діапазоні від 0,5 до З 95 мас., переважно від 1 до 2 95 мас., що дозволяє одержувати залізо прямого відновлення, з яким можна легко поводитись і яке зберігає хороший потенціал згоряння для свого використання в майбутньому.

Зазначену композицію 10 відновлюють в печі 1 відновним газом 11, який впорскується в піч і протікає протитечією по відношенню до композиції 10. Відновлене залізо 12 надходить вниз печі 1 для додаткової обробки, як наприклад, брикетування, перед використанням на наступних стадіях сталеваріння. Після відновлення заліза відновний газ виходить вгорі печі у вигляді відновного газу, який відходить зверху, відновного газу 20 (ТК).

Охолоджувальний газ 13 можна уловлювати з зони охолодження печі, здійснювати стадію його очищення в очисному пристрої 30, такому як скрубер, стискати в компресорі 31, а потім направляти назад в зону охолодження шахтної печі 1.

У переважному варіанті здійснення відновний газ 11 містить, щонайменше, 50 95 об. водню, а більш переважно, більше 99 95 об. Но. Для одержання зазначеного відновного газу 11 можна подавати потік 40 Но з установки 9, призначеної для одержання НН», такої як установка електролізу. Вона може бути установкою електролізу води або водяної пари. Переважно, вона працює з використанням електричної енергії, що генерується без викидів СО», що включає помітну кількість електричної енергії з відновлюваного джерела, що визначається як енергія, яку відбирають з відновлюваних джерел, які поповнюються природним чином в масштабі часу життя людини, включаючи джерела, подібні до сонячного світла, вітру, дощу, припливів, хвиль і геотермального тепла. В деяких варіантах здійснення можна використовувати застосування електричної енергії, що надходить з ядерних джерел, оскільки вона не пов'язана з викидом СО2 для її виробництва.

В іншому варіанті здійснення потік 40 Но можна змішувати з частиною відновного газу 20, який відходить зверху, для утворення відновного газу 11. При роботі на природному газі відновний газ 20, який відходить зверху, зазвичай містить від 15 до 25 95 об. СО, от 12 до 20 95 об. СО», от 35 до 55 95 об. Н»о, от 15 до 25 95 об. НО, от 1 до 4 95 М». Він має температуру від 250 до 500 "С. При використанні чистого водню в якості відновного газу, склад зазначеного відновного газу, який відходить зверху, швидше за все, буде містити 40-80 95 об. Но, 20-50 95 об.

НО і деякі можливі газоподібні домішки, що надходять з системи ущільнень шахти або присутні в потоці 40 водню. Якщо кількість Нео у відновному газі варіюється і завантажується композиція 10, колошниковий газ 20 матиме склад, який є проміжним між двома описаними раніше випадками.

В одному з варіантів здійснення способу згідно з цим винаходом, після стадії видалення пилу і туману в очисному пристрої 5, такому як скрубер і відбійник крапель, відновний газ 20, який відходить зверху направляють на установку б розділення, де його розділяють на два о) потоки 22, 23. Перший потік 22 являє собою газ, збагачений на СО», який можна уловлювати і використовувати в різних хімічних процесах. У переважному варіанті здійснення втілюють стадію метанування зазначеного потоку 22 газу, збагаченого на СО». Другий потік 23 являє собою газ, збагачений на Но, який направляють у підготовчий пристрій 7, де він буде змішуватися з іншим газом і, необов'язково піддаватися риформінгу і нагріватися для одержання відновного газу 11. У переважному варіанті здійснення підготовчий пристрій 7 являє собою нагрівач.

Спосіб відповідний цьому винаходу, дозволяє одержувати продукт ОКІ, який має достатній вміст вуглецю без погіршення сліду СО» цього процесу. 4о

Claims (9)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб виготовлення заліза прямого відновлення, за яким окиснене залізо відновлюють в печі прямого відновлення відновним газом, при цьому зазначене окиснене залізо спочатку змішують з біовугіллям для формування твердої композиції, причому зазначена композиція містить від 0,01 до 10 мас. 95 біовугілля, і завантажують зазначену композицію в зазначену піч прямого відновлення, при цьому вміст вуглецю в залізі прямого відновлення задають у діапазоні від 0,5 до З мас. 5.

2. Спосіб за п. 1, за яким зазначене біовугілля одержують піролізом біомаси.

3. Спосіб за п. 1 або 2, за яким зазначена тверда композиція являє собою брикет і/або окатиш.

4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, за яким відновний газ містить більше 50 об. 95 водню.

5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, за яким відновний газ містить більше 99 об. 95 водню.

б. Спосіб за п. 4 або 5, за яким водень відновного газу щонайменше частково одержують електролізом.

7. Спосіб за п. б, за яким зазначений електроліз здійснюють з використанням відновлюваної енергії.

8. Спосіб за будь-яким з пп. 1-7, за яким відновний газ, що відходить зверху, уловлюють на виході з печі прямого відновлення і здійснюють щонайменше одну стадію його розділення, призначену для розділення газу, збагаченого СО», і газу, збагаченого Н», при цьому зазначений газ, збагачений Но, щонайменше частково використовують як відновний газ. бо

9. Спосіб за п. 8, за яким здійснюють стадію метанування зазначеного газу, збагаченого СО».