RU2450057C2 - Method and device to reduce metal-containing material to reduction product - Google Patents
Method and device to reduce metal-containing material to reduction product Download PDFInfo
- Publication number
- RU2450057C2 RU2450057C2 RU2009106036/02A RU2009106036A RU2450057C2 RU 2450057 C2 RU2450057 C2 RU 2450057C2 RU 2009106036/02 A RU2009106036/02 A RU 2009106036/02A RU 2009106036 A RU2009106036 A RU 2009106036A RU 2450057 C2 RU2450057 C2 RU 2450057C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gaseous
- reduction
- metal
- fluidized bed
- containing material
- Prior art date
Links
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title claims abstract description 243
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 158
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 158
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 136
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 102
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 140
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 132
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 117
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 112
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 157
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 139
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 112
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 59
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 57
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 52
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 43
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 33
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 33
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 27
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 27
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 claims description 22
- 229960004424 carbon dioxide Drugs 0.000 claims description 17
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims description 16
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 16
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 16
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical class [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 14
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical class [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 150000002506 iron compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- -1 nickel ore Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 claims description 8
- CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N cadmium oxide Chemical class [Cd]=O CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 5
- 150000001869 cobalt compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 4
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims description 4
- 150000002816 nickel compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 4
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 2
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 claims description 2
- 101000651298 Homo sapiens TRAF-interacting protein with FHA domain-containing protein A Proteins 0.000 claims 1
- 102100027651 TRAF-interacting protein with FHA domain-containing protein A Human genes 0.000 claims 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims 1
- 238000011027 product recovery Methods 0.000 claims 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 abstract description 5
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 abstract 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 202
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 96
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 94
- 235000019800 disodium phosphate Nutrition 0.000 description 24
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 17
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 15
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 12
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 9
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 7
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 7
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 7
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 3
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical class C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- OLBVUFHMDRJKTK-UHFFFAOYSA-N [N].[O] Chemical class [N].[O] OLBVUFHMDRJKTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 101150003203 mec gene Proteins 0.000 description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009687 sponge iron process Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000010878 waste rock Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 1
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910021386 carbon form Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006353 environmental stress Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011019 hematite Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000010405 reoxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000010671 solid-state reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 1
- 239000011275 tar sand Substances 0.000 description 1
- 150000003752 zinc compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/0033—In fluidised bed furnaces or apparatus containing a dispersion of the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/06—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in multi-storied furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
- C21B13/146—Multi-step reduction without melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
- C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
- C21B2100/66—Heat exchange
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
- Manufacture Of Iron (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способу проведения восстановления металлосодержащего материала до продукта восстановления. Изобретение также относится к устройству для проведения восстановления металлосодержащего материала до продукта восстановления.The present invention relates to a method for performing reduction of a metal-containing material to a reduction product. The invention also relates to a device for conducting reduction of a metal-containing material to a reduction product.
Восстановление металлосодержащего материала, такого как соединения металл-кислород, металл-оксиды, таких как, например, железные оксиды, осуществляли в крупных печах с восстановительной атмосферой. Для восстановления соединений железо-кислород доменная печь была основной в производстве чушкового чугуна из металлосодержащего материала, такого как соединения железо-кислород или железной руды в течение более чем столетия. Первичным восстановителем и источником химической энергии в этих доменных печах был кокс.The reduction of metal-containing material, such as metal-oxygen compounds, metal-oxides, such as, for example, iron oxides, was carried out in large furnaces with a reducing atmosphere. To restore iron-oxygen compounds, the blast furnace was the main one in the production of pig iron from metal-containing material, such as iron-oxygen or iron ore compounds for more than a century. The primary reducing agent and source of chemical energy in these blast furnaces was coke.
Кокс получают обжигом угля в отсутствии кислорода, для того чтобы удалить летучие углеводороды и придать коксу крайне необходимые свойства для стабильного функционирования доменной печи. Изготовление кокса является проблематичным с точки зрения охраны окружающей среды, так как многие из летучих углеводородов являются опасными. Также не все типы угля являются пригодными для изготовления кокса. Более того, уменьшился спрос на побочные продукты изготовления кокса. Поэтому последние разработки были сфокусированы, главным образом, на снижении потребления кокса и всеобщего потребления топлива доменной печью. Введение угля непосредственно в домну является одной из таких разработок. Также были разработаны новые технологии по преодолению затруднений доменного процесса, такие как прямое восстановление железной руды.Coke is obtained by burning coal in the absence of oxygen in order to remove volatile hydrocarbons and give coke extremely necessary properties for the stable operation of a blast furnace. The production of coke is problematic from an environmental point of view, as many of the volatile hydrocarbons are hazardous. Also, not all types of coal are suitable for the manufacture of coke. Moreover, the demand for coke by-products has decreased. Therefore, recent developments have focused primarily on reducing coke consumption and overall fuel consumption by the blast furnace. The introduction of coal directly into the blast furnace is one such development. New technologies have also been developed to overcome the difficulties of the blast furnace process, such as direct reduction of iron ore.
Прямое восстановление заключает в себе получение железа путем восстановления железной руды восстановителем, который может быть твердым восстановителем или газообразным восстановителем, при температурах ниже точки плавления железа. Твердыми восстановителями может быть уголь любого размера вместо кокса. Примерами газообразных восстановителей являются природный газ, водород и оксид углерода (СО).Direct reduction involves the production of iron by reducing iron ore with a reducing agent, which can be a solid reducing agent or a gaseous reducing agent, at temperatures below the melting point of iron. Solid reducing agents can be coal of any size instead of coke. Examples of gaseous reducing agents are natural gas, hydrogen, and carbon monoxide (CO).
Прямое восстановление железной руды может давать конечный продукт восстановления в виде железа прямого восстановления, или в комбинации с плавильным устройством - жидкотекучий продукт. Конечный продукт восстановления процесса прямого восстановления может быть выгружен во второй реактор для плавления и необязательного дополнительного рафинирования, или охлажден и складирован для более позднего использования.Direct reduction of iron ore can produce the final reduction product in the form of direct reduction iron, or in combination with a smelting device, a fluid product. The final reduction product of the direct reduction process may be discharged into a second reactor for melting and optional further refining, or cooled and stockpiled for later use.
В настоящее время пыль и шлам из производств с полным металлургическим циклом повторно используют как сырьевой материал в технологической подготовке руды. Такие отходы, часто называемые как "мелочь", могут содержать железосодержащие соединения, такие как оксиды железа. Однако из-за содержания металлов, таких как цинк или соединений цинка в этой "мелочи", накопление таких элементов, а также ограничения количества таких металлов для загрузки в домну, такие отходы часто следует повторно использовать другим способом или устранить, что приводит к дополнительным затратам или нагрузке на окружающую среду.Currently, dust and sludge from plants with a full metallurgical cycle are reused as raw materials in the technological preparation of ore. Such waste, often referred to as “fines”, may contain iron-containing compounds, such as iron oxides. However, due to the content of metals such as zinc or zinc compounds in this "little thing", the accumulation of such elements, as well as the limitation of the amount of such metals for loading into the blast furnace, such waste should often be reused in another way or eliminated, which leads to additional costs or environmental stress.
Из WO 2005/116273 известен процесс для восстановления железной руды, основанный на подаче твердого углеродистого материала, такого как уголь, и кислородсодержащего газа в псевдоожиженный слой в первом конвертере, и получении тепла, преобразовании угля в полукокс, и проведении выгрузки горячего потока отходящего газа, содержащего СО, образованного путем частичного окисления полукокса. СО, полукокс и неизбежные остающиеся твердые частицы (такие как зола) тогда переносят во второй конвертер, где металлосодержащий материал восстанавливается, по меньшей мере, частично. Твердый продукт восстановления, содержащий, по меньшей мере, частично восстановленную железорудную мелочь, может быть подвергнут обработке дополнительно, при необходимости, например, в псевдоожиженном слое для второго этапа восстановления с целью достижения более высокой степени восстановления. В результате высокотемпературных процессов при, по меньшей мере, 900°C железорудная мелочь имеет тенденцию к образованию аккреций и агломератов. Такую слипаемость регулируют при помощи образования избыточных количеств полукокса в первом конвертере. Дополнительным недостатком является рост объемов сложных и опасных углеводородов. Конденсация этих углеводородов должна быть исключена, что требует удаления или дожигания отходящих газов, тогда как повторное окисление должно быть предотвращено. Также из-за высоких рабочих температур, и являющихся результатом тепловых потерь, эффективность использования энергии процессов прямого восстановления является обычно низкой, приводя к высокой норме потребления углерода. Высокие рабочие температуры также приводят к образованию значительных количеств вредных соединений азот-кислород (NOx-газы), или в восстановительной атмосфере - соединений типа аммиака. Кроме того, технологии прямого восстановления, основанные на непосредственном применении угля, имеют дело с более высокими уровнями содержания серы из-за присутствия серы в угле.From WO 2005/116273, a process for reducing iron ore is known based on feeding solid carbonaceous material such as coal and an oxygen-containing gas to a fluidized bed in a first converter, and generating heat, converting coal to semi-coke, and discharging a hot off-gas stream, containing CO formed by partial oxidation of semicoke. CO, semi-coke and the unavoidable remaining solid particles (such as ash) are then transferred to a second converter, where the metal-containing material is reduced, at least in part. A solid reduction product containing at least partially reduced iron ore fines can be further processed, if necessary, for example, in a fluidized bed for the second stage of recovery in order to achieve a higher degree of recovery. As a result of high-temperature processes at at least 900 ° C, iron ore fines tend to form accretions and agglomerates. This cohesion is controlled by the formation of excess amounts of semi-coke in the first converter. An additional drawback is the increase in volumes of complex and hazardous hydrocarbons. Condensation of these hydrocarbons should be avoided, which requires removal or afterburning of the off-gas, while reoxidation must be prevented. Also, due to high operating temperatures, and resulting from heat losses, the energy efficiency of direct reduction processes is usually low, leading to a high rate of carbon consumption. High operating temperatures also lead to the formation of significant amounts of harmful nitrogen-oxygen compounds (NOx gases), or, in a reducing atmosphere, compounds such as ammonia. In addition, direct reduction technologies based on the direct use of coal deal with higher levels of sulfur due to the presence of sulfur in the coal.
Патент США 3788835 раскрывает процесс восстановления железной руды, где большая часть восстановления производится газообразным восстановителем, например метаном, который диссоциирует на водород и СО при высокой температуре. Восстановление железной руды газообразным восстановителем проводят до достижения металлизации примерно в 85-90%. В зоне, где достигается основная часть металлизации, углерод выделяется на руде, в то время, когда руда восстанавливается. После достижения степени металлизации примерно 85-90% выделившемуся углероду потом дают возможность взаимодействовать с остающимися оксидами на отдельном, неактивном этапе, что приводит к повышению металлизации на 0,5-2,5%.US 3,788,835 discloses a process for reducing iron ore, where most of the reduction is carried out by a gaseous reducing agent, for example methane, which dissociates into hydrogen and CO at high temperature. The reduction of iron ore with a gaseous reducing agent is carried out until metallization is achieved in about 85-90%. In the zone where the bulk of the metallization is achieved, carbon is released in the ore, while the ore is being reduced. After reaching the degree of metallization, approximately 85-90% of the carbon released is then allowed to interact with the remaining oxides in a separate, inactive stage, which leads to an increase in metallization by 0.5-2.5%.
EP 1568793 раскрывает способ проведения восстановления соединений металл-кислород в восстановительной реакции, в которой углерод применяют для проведения восстановления соединений металл-кислород, где металл действует как катализатор для восстановительной реакции. EP 1568793 раскрывает типы реакторов для осуществления способа, заключающих в себе экструдер шнекового типа в качестве транспортирующего устройства для твердых реагентов.EP 1,568,793 discloses a process for the reduction of metal-oxygen compounds in a reduction reaction, in which carbon is used to carry out the reduction of metal-oxygen compounds, wherein the metal acts as a catalyst for the reduction reaction. EP 1,568,793 discloses types of reactors for carrying out the process comprising a screw type extruder as a conveying device for solid reactants.
Целью настоящего изобретения является предложить способ и устройство для прямого восстановления металлосодержащего материала, использующие твердый углерод в качестве восстановителя.An object of the present invention is to provide a method and apparatus for the direct reduction of a metal-containing material using solid carbon as a reducing agent.
Также цель изобретения - предложить способ и устройство для проведения восстановления соединений металл-кислород, которые могут работать при относительно низких температурах, для повышения эффективности использования энергии и/или для получения более низких объемов опасных отходящих газов, таких как, например, углеводороды и/или NOx-газы.It is also an object of the invention to provide a method and apparatus for recovering metal-oxygen compounds that can operate at relatively low temperatures, to increase energy efficiency and / or to obtain lower volumes of hazardous exhaust gases, such as, for example, hydrocarbons and / or NOx gases.
Также цель изобретения - предложить способ и устройство для проведения восстановления соединений металл-кислород, которые могут дать в результате повышенную эффективность углерода на единицу веса восстановленного металла.It is also an object of the invention to provide a method and apparatus for carrying out the reduction of metal-oxygen compounds, which can result in increased carbon efficiency per unit weight of the reduced metal.
Для достижения одной или более указанных целей предложен способ проведения восстановления металлосодержащего материала до продукта восстановления, причем способ включает в себя этапы:To achieve one or more of these goals, a method is proposed for carrying out the reduction of a metal-containing material to a reduction product, the method comprising the steps of:
- обеспечения газообразной фазы, включающей в себя газообразный СО, путем газификации углеродсодержащего соединения, используя кислородсодержащий газовый поток;- providing a gaseous phase, including gaseous CO, by gasification of the carbon-containing compound using an oxygen-containing gas stream;
- обеспечения металлосодержащего материала в реакционной камере реактора с псевдоожиженным слоем;- providing a metal-containing material in the reaction chamber of a fluidized bed reactor;
- обеспечения упомянутого газообразного СО в реакционной камере реактора с псевдоожиженным слоем и преобразования газообразного СО в твердый углерод и газообразный диоксид углерода, заставляя твердый углерод осаждаться на металлосодержащий материал и/или на продукт восстановления;- providing said gaseous CO in the reaction chamber of the fluidized bed reactor and converting the gaseous CO to solid carbon and gaseous carbon dioxide, causing solid carbon to precipitate on the metal-containing material and / or on the reduction product;
- проведения восстановления, по меньшей мере, частично металлосодержащего материала твердым углеродом до продукта восстановления, таким образом, используя металлосодержащий материал и/или продукт восстановления в качестве активатора преобразования газообразного СО в твердый углерод и газообразный диоксид углерода;- carrying out the reduction of at least partially the metal-containing material with solid carbon to a reduction product, thus using the metal-containing material and / or reduction product as an activator of the conversion of gaseous CO to solid carbon and gaseous carbon dioxide;
- проведение выгрузки конечного продукта восстановления из реакционной камеры, при этом конечный продукт восстановления дополнительно восстанавливается в реакторе конечного этапа до более высокой степени металлизации при помощи, главным образом, твердофазной реакции между твердым углеродом и неполностью восстановленной части продукта восстановления.- unloading the final reduction product from the reaction chamber, wherein the final reduction product is further reduced in the final stage reactor to a higher degree of metallization using mainly a solid-phase reaction between solid carbon and the incompletely reduced portion of the reduction product.
Твердый углерод называется углеродом Будуара, и типично имеет кристаллическую структуру графита с очень высоким соотношением поверхность/объем. Для полной ясности указано, что любая другая форма углеродсодержащего соединения, такого как уголь или древесный уголь, не считается являющейся твердым углеродом в контексте настоящего описания, даже хотя содержание углерода в этих твердых соединениях является очень высоким. СО может быть по существу чистым СО, но он может быть также частью газообразной смеси, включающей в себя СО. Твердый углерод получается при диссоциации оксида углерода по реакции Будуара:Solid carbon is called Boudoir carbon, and typically has a crystalline graphite structure with a very high surface / volume ratio. For clarity, it is indicated that any other form of carbon-containing compound, such as coal or charcoal, is not considered to be solid carbon in the context of the present description, even though the carbon content in these solid compounds is very high. The CO can be essentially pure CO, but it can also be part of a gaseous mixture including CO. Solid carbon is obtained by dissociation of carbon monoxide by the Boudoir reaction:
2CO → C + CO2 2CO → C + CO 2
Эта реакция, которая является равновесной реакцией, смещена в правую сторону при правильных условиях, таких как температура и давление, так что образуется углерод. Более того, найдено, что металлосодержащий материал или продукт восстановления также активирует образование твердого углерода по реакции Будуара. Это подчеркивает, что продукт восстановления в контексте настоящего изобретения не является продуктом с определенной степенью восстановления, но используется для выражения любого состояния восстановления между состоянием восстановления металлосодержащего материала, который имеет нулевую степень восстановления, и конечного продукта восстановления, который имеет желательную степень восстановления. Это значит, что во время процесса согласно изобретению будут сосуществовать продукты восстановления различной степени восстановления. Степень восстановления конечного продукта восстановления является поэтому усредненной степенью восстановления различных фракций продукта восстановления, составляющих конечный продукт восстановления. Степень металлизации продукта восстановления в случае проведения восстановления железной руды (в качестве неограничивающего примера) как металлосодержащего исходного материала определяют как соотношение между числом атомов железа в карбиде железа и металлическом железе и общим числом атомов железа в продукте восстановления. Соотношение между металлическим железом и железом карбида зависит от условий процесса в реакционной камере.This reaction, which is an equilibrium reaction, is shifted to the right side under the right conditions, such as temperature and pressure, so that carbon forms. Moreover, it was found that the metal-containing material or reduction product also activates the formation of solid carbon by the Boudoir reaction. This emphasizes that the reduction product in the context of the present invention is not a product with a certain degree of reduction, but is used to express any reduction state between a reduction state of a metal-containing material that has a zero reduction degree and a final reduction product that has a desired reduction degree. This means that during the process according to the invention, reduction products of varying degrees of reduction will coexist. The degree of reduction of the final reduction product is therefore the average degree of reduction of the various fractions of the reduction product constituting the final reduction product. The degree of metallization of the reduction product in the case of iron ore reduction (as a non-limiting example) as a metal-containing starting material is defined as the ratio between the number of iron atoms in iron carbide and metallic iron and the total number of iron atoms in the reduction product. The ratio between metallic iron and carbide iron depends on the process conditions in the reaction chamber.
Считают, что восстановление металлосодержащего материала может включать в себя существование метастабильного карбида. Твердый углерод или углерод Будуара может реагировать с металлосодержащим материалом, давая в результате метастабильный карбид, который, в конце концов, распадается на металл металлосодержащего материала и диоксид углерода. Так, в контексте этого изобретения твердый углерод заключает в себе углерод Будуара и метастабильный карбид металла. Этот процесс схематически отображен и упрощен при помощи следующих реакций:It is believed that the reduction of the metal-containing material may include the existence of metastable carbide. Solid carbon or Boudoir carbon can react with the metal-containing material, resulting in a metastable carbide, which ultimately decomposes into the metal-containing material and carbon dioxide. Thus, in the context of this invention, solid carbon comprises Boudoir carbon and metastable metal carbide. This process is schematically displayed and simplified using the following reactions:
MeO + 2CO → MeC + CO2 MeO + 2CO → MeC + CO 2
MeC → Me + CMeC → Me + C
Что касается выбора подходящих условий в реакционной камере, то считается возможным выбор специалистами таких подходящих условий. Известно, что маленькие количества водорода активируют образование твердого углерода и диоксида углерода из СО при помощи реакции Будуара. В случае применения чистого СО маленькие количества водорода могут таким образом быть добавлены к СО. В изобретении типично более 50%, предпочтительно - более 70%, более предпочтительно - более 80%, даже более предпочтительно - более 90% кислорода соединений металл-кислород связано с выделившимся твердым углеродом после конечного восстановления в реакторе последнего этапа. Если газообразную смесь, включающую в себя СО, получают, например, путем газификации угля, то газообразная смесь также может включать в себя водород.With regard to the selection of suitable conditions in the reaction chamber, it is considered possible for specialists to select such suitable conditions. It is known that small amounts of hydrogen activate the formation of solid carbon and carbon dioxide from CO using the Boudoir reaction. In the case of pure CO, small amounts of hydrogen can thus be added to the CO. In the invention, typically more than 50%, preferably more than 70%, more preferably more than 80%, even more preferably more than 90% of the oxygen of the metal-oxygen compounds is associated with the released solid carbon after the final reduction in the last stage reactor. If a gaseous mixture including CO is obtained, for example, by gasification of coal, then the gaseous mixture may also include hydrogen.
Предпочтительно, количество водорода составляет менее 40% об., предпочтительно - менее 30% об., если технически чистый кислород применяют в качестве кислородсодержащего газового потока в газификаторе. Водород не играет значительной роли в восстановлении соединений металл-кислород из-за выбранных рабочих условий.Preferably, the amount of hydrogen is less than 40% by volume, preferably less than 30% by volume, if technically pure oxygen is used as an oxygen-containing gas stream in a gasifier. Hydrogen does not play a significant role in the reduction of metal-oxygen compounds due to the selected operating conditions.
Предпочтительно, полный процесс газификации, восстановления и конечного восстановления осуществляют при давлении выше атмосферного. Авторы изобретения обнаружили, что является желательным давление выше атмосферного, по меньшей мере, на 3 бар (изб.), и предпочтительно - примерно 5 бар(изб.). Из-за потери давления при процессе газификатор может эксплуатироваться при давлении 8 бар (изб.), чтобы гарантировать 5 бар (изб.) в псевдоожиженном слое (ПС). Это делает возможным применение меньших реакторных емкостей, и это может иметь благоприятное влияние на условия процесса в емкостях. Отмечено, что также возможно выполнять только газификацию и восстановление при давлении выше атмосферного, и конечное восстановление - при существенно более низком давлении, предпочтительно - давлении выше атмосферного, но это приводит к значительно большему реактору конечного этапа, и, таким образом, более высоким капитальным и эксплуатационным расходам.Preferably, the complete gasification, reduction and final reduction process is carried out at a pressure above atmospheric. The inventors have found that a pressure above atmospheric of at least 3 bar (g), and preferably about 5 bar (g), is desirable. Due to pressure loss during the process, the gasifier can be operated at a pressure of 8 bar (g) to guarantee 5 bar (g) in the fluidized bed (PS). This makes it possible to use smaller reactor vessels, and this can have a beneficial effect on the process conditions in the vessels. It is noted that it is also possible to carry out only gasification and reduction at a pressure above atmospheric, and final recovery at a significantly lower pressure, preferably above atmospheric pressure, but this leads to a much larger final stage reactor, and thus a higher capital and operating costs.
Следует отметить, что в способе согласно изобретению обязательно то, что углерод, который образуется из газообразного СО в реакционной камере, вводится в реакционную камеру в газообразной форме, и преобразуется в твердый углерод в реакционной камере по реакции Будуара. Изобретение, поэтому, можно было бы характеризовать отсутствием какого-либо добавления углерода в твердой форме в реакционную камеру, за исключением того, что твердый углерод проходил через газообразное состояние как оксид углерода и выделялся в реакционной камере, предпочтительно - на металлосодержащем материале или продукте восстановления, образованного восстановлением металлосодержащего материала, необязательно, через форму карбида металла металлосодержащего материала, или на уже выделившемся углероде в реакции Будуара. Отмечено, что во время запуска реакции там может еще не присутствовать какого-либо продукта восстановления. Он будет присутствовать только после того, как произошло некоторое восстановление металлосодержащего материала. Для стимулирования более быстрого запуска процесса также может быть добавлен предварительно восстановленный продукт восстановления.It should be noted that in the method according to the invention, it is imperative that carbon that is formed from gaseous CO in the reaction chamber is introduced into the reaction chamber in gaseous form and converted to solid carbon in the reaction chamber by the Boudoir reaction. The invention, therefore, could be characterized by the absence of any addition of solid carbon in the reaction chamber, except that the solid carbon passed through a gaseous state as carbon monoxide and was released in the reaction chamber, preferably on a metal-containing material or reduction product, formed by the reduction of the metal-containing material, optionally, through the form of a metal carbide of the metal-containing material, or on carbon already liberated in the Boudoir reaction. It is noted that during the start of the reaction there may not yet be any reduction product present. It will be present only after some reduction of the metal-containing material has occurred. To stimulate a faster start of the process, a pre-reduced recovery product may also be added.
Образование твердого углерода из оксида углерода является экзотермической реакцией в условиях реакционной камеры. Энергия, которая высвобождается при этой экзотермической реакции, может быть преимущественно использована в реакции восстановления в реакционной камере металлосодержащего материала твердым углеродом для получения продукта восстановления.The formation of solid carbon from carbon monoxide is an exothermic reaction in a reaction chamber. The energy that is released during this exothermic reaction can advantageously be used in the reduction reaction in the reaction chamber of the metal-containing material with solid carbon to obtain a reduction product.
Применение псевдоожиженного слоя является решающим из-за высоких коэффициентов тепло- и массопередачи, которые могут быть там получены, обусловленных высоким соотношением площади поверхности к объему частиц. Так как в способе согласно изобретению реагенты вносятся очень определенными дозами вместе, а также являются очень реакционно-способными, и образование одного из реагентов, т.е. твердого углерода, является экзотермическим, то условия в псевдоожиженном слое являются оптимальными для восстановления частицы металлосодержащего материала. Ясно, что металлосодержащий материал также должен быть определенной морфологии, что давало бы возможность создать псевдоожиженный слой. Максимальный размер частиц металлосодержащего материала, который может еще допускаться, зависит от конструктивного исполнения и эксплуатационных параметров псевдоожиженного слоя.The use of a fluidized bed is crucial because of the high heat and mass transfer coefficients that can be obtained there, due to the high ratio of surface area to volume of particles. Since in the method according to the invention, the reagents are introduced in very specific doses together, they are also very reactive, and the formation of one of the reagents, i.e. solid carbon is exothermic, the conditions in the fluidized bed are optimal for the recovery of particles of metal-containing material. It is clear that the metal-containing material must also have a certain morphology, which would make it possible to create a fluidized bed. The maximum particle size of the metal-containing material, which may still be allowed, depends on the design and operational parameters of the fluidized bed.
Способ, согласно изобретению, имеет преимуществом то, что твердый углерод, необходимый для восстановления металлосодержащего материала, образуется на своем месте в очень реакционно-способной форме и в экзотермической реакции. Это предотвращает введение материала, содержащего твердый углерод, менее реакционно-способного по своей природе, или даже природе, вызывающей разрушение состояния, в реакционную камеру, или материала, который не способствует восстановлению вообще, такого как зола. Такая природа, вызывающая разрушение состояния, может обнаруживаться в загрязнении продукта восстановления, например, серой, в нарушении реакции восстановления металлосодержащего материала твердым углеродом или, возможно, в нарушении образования твердого углерода. Так как металлосодержащий материал обеспечивается в реакционной камере из псевдоожиженного слоя, и твердый углерод выделяется в реакционной камере из газообразного оксида углерода, предпочтительно - непосредственно на металлосодержащем материале или продукте восстановления, то нет опасности образования аккреций и агломератов.The method according to the invention has the advantage that the solid carbon necessary for the reduction of the metal-containing material is formed in its place in a very reactive form and in an exothermic reaction. This prevents the incorporation of solid carbon material that is less reactive in nature, or even a disruptive nature, into the reaction chamber, or material that does not contribute to reduction at all, such as ash. Such a nature, causing the destruction of the state, can be found in the contamination of the reduction product, for example, sulfur, in the violation of the reduction reaction of the metal-containing material with solid carbon, or, possibly, in violation of the formation of solid carbon. Since the metal-containing material is provided in the reaction chamber from the fluidized bed, and solid carbon is released in the reaction chamber from gaseous carbon monoxide, preferably directly on the metal-containing material or reduction product, there is no risk of accretion and agglomerates.
В варианте воплощения изобретения конечный продукт восстановления после проведения выгрузки из реакционной камеры реактора с псевдоожиженным слоем имеет степень восстановления, по меньшей мере, 50%. Это количество обеспечивает хорошую отправную точку для восстановления в реакторе конечного этапа.In an embodiment of the invention, the final recovery product after discharge from the reaction chamber of the fluidized bed reactor has a reduction rate of at least 50%. This amount provides a good starting point for recovery in the final stage reactor.
В варианте воплощения восстановление в реакторе конечного этапа происходит в неинертной атмосфере. Неинертная атмосфера важна для создания надлежащих реакционных условий для конечного продукта восстановления, дополнительно восстанавливаемого в реакторе конечного этапа до желательной степени восстановления или металлизации в конце процесса. В варианте воплощения горячий газовый поток, включающий в себя газообразный СО, подают в реактор конечного этапа. Было обнаружено, что введение горячего газового потока, включающего в себя газообразный СО, например, получающийся из газификатора, или рециркулирующий технологический газ, приводит к надлежащим реакционным условиям в реакторе конечного этапа. В варианте воплощения газ, содержащий СО/СО2 и/или кислород, обеспечивается в реакторе конечного этапа, предпочтительно при этом СО/СО2-содержащий газ является свежим синтетическим газом и/или рециркулирующим технологическим газом, и/или при этом кислородсодержащим газом является воздух или технически чистый кислород. Реактор конечного этапа загружают продуктом восстановления последнего CFB (circulating fluidized bed - циркулирующего псевдоожиженного слоя - ЦПС) наряду со свежим синтетическим газом или рециркулирующим технологическим газом, включающим в себя СО и технически чистый кислород или воздух, который вдувают в реактор конечного этапа. Реакция в реакторе конечного этапа является эндотермической, и выделяющееся тепло, как результат вдувания кислорода, предпочтительно - вдувания в нижнюю часть реактора конечного этапа, способствует условиям для создания возможности достигнуть желательной степени восстановления или металлизации в конце процесса.In an embodiment, the reduction in the final stage reactor occurs in a non-inert atmosphere. A non-inert atmosphere is important for creating the proper reaction conditions for the final reduction product, which is additionally reduced in the final stage reactor to the desired degree of reduction or metallization at the end of the process. In an embodiment, a hot gas stream including gaseous CO is fed to the final stage reactor. It has been found that the introduction of a hot gas stream including gaseous CO, for example, obtained from a gasifier, or recycled process gas, leads to the proper reaction conditions in the final reactor. In an embodiment, a gas containing CO / CO 2 and / or oxygen is provided in the final stage reactor, preferably the CO / CO 2 -containing gas is fresh synthesis gas and / or the recycle process gas, and / or the oxygen-containing gas is air or technically pure oxygen. The final stage reactor is charged with the recovery product of the last CFB (circulating fluidized bed) along with fresh synthetic gas or recycle process gas, which includes CO and technically pure oxygen or air, which is blown into the final stage reactor. The reaction in the final stage reactor is endothermic, and the heat generated as a result of blowing oxygen, preferably blowing into the lower part of the final stage reactor, contributes to the conditions for creating the possibility of achieving the desired degree of reduction or metallization at the end of the process.
В варианте воплощения изобретения псевдоожиженный слой является слоем типа быстрого псевдоожижения или типа псевдоожиженного слоя тороидального реактора. Эти типы флюидизированного слоя реактора допускают образование быстро-псевдоожиженного слоя, обеспечивающего высокую скорость реакции для газификации и достаточное время пребывания твердых веществ, чтобы завершить реакции.In an embodiment of the invention, the fluidized bed is a fast fluidization type or a fluidized bed type of a toroidal reactor. These types of fluidized bed of the reactor allow the formation of a fast fluidized bed, providing a high reaction rate for gasification and a sufficient residence time of solids to complete the reaction.
В варианте воплощения способ осуществляют как непрерывный процесс, в котором металлосодержащий материал и газообразный СО непрерывно или партиями подаются в реакционную камеру реактора с псевдоожиженным слоем, для того чтобы непрерывно получать продукт восстановления и в котором конечный продукт восстановления можно выгружать непрерывно или партиями из упомянутой реакционной камеры. В этом варианте воплощения экзотермический характер образования твердого углерода может быть оптимально использован, а процесс может быть проведен наиболее экономичным путем. Емкость реактора в переводе на единицу массы продукта восстановления в единицу времени является одним из параметров, с которым может быть достигнута оптимальная технологическая эффективность и, таким образом, экономичность процесса. Конечный продукт восстановления, который выгружают из реакционной камеры, находится в твердой форме, и имеет степень восстановления, которая является, как само собой разумеющееся, более высокой, чем степень восстановления металлосодержащего материала, который был обеспечен в реакционной камере как загружаемый материал. Следует отметить, что конечный продукт восстановления может быть использован как металлосодержащий материал в следующем процессе его восстановления до еще более высокой степени восстановления. В последнем случае, степень восстановления должны определить относительно степени восстановления металлосодержащего материала до первого процесса восстановления, которая обычно принимается за 0. Степень восстановления 50% продукта восстановления указывает, что 50% кислорода металлосодержащего материала удалили из металлосодержащего материала. 50% металлизации означает, что 50% атомов металла первоначально присутствует в металлосодержащем материале в металлической форме и/или как карбид металла. Другие 50% еще находятся в более или менее окисленном состоянии. Для большей ясности, степень восстановления 50% может означать, что степень металлизации составляет еще 0, если (например) весь МеО2 был восстановлен до МеО. Следует отметить, что преимущества изобретения полностью используются, если металлосодержащий исходный материал имеет степень восстановления 0%, но будет ясно, что если степень восстановления металлосодержащего исходного материала уже более высокая, например, из-за предварительной операции восстановления, так что исходная степень восстановления может быть более высокой, чем 0. В случае железной руды, 100% Fe2O3 имело бы степень восстановления - 0. Предпочтительно, такая исходная степень восстановления металлосодержащего материала составляет менее 25%, предпочтительно - менее 15, более предпочтительно - менее 5%, и наиболее предпочтительно - 0%.In an embodiment, the method is carried out as a continuous process in which the metal-containing material and gaseous CO are continuously or in batches fed into the reaction chamber of a fluidized bed reactor in order to continuously obtain a reduction product and in which the final reduction product can be discharged continuously or in batches from said reaction chamber . In this embodiment, the exothermic nature of the formation of solid carbon can be optimally used, and the process can be carried out in the most economical way. The capacity of the reactor in terms of unit mass of the product of recovery per unit time is one of the parameters with which optimal technological efficiency can be achieved and, thus, the efficiency of the process. The final reduction product that is discharged from the reaction chamber is in solid form and has a reduction degree, which is, of course, higher than the reduction rate of the metal-containing material that was provided in the reaction chamber as feed material. It should be noted that the final reduction product can be used as a metal-containing material in the next process of its reduction to an even higher degree of reduction. In the latter case, the degree of reduction should be determined relative to the degree of reduction of the metal-containing material before the first reduction process, which is usually taken as 0. The degree of reduction of 50% of the reduction product indicates that 50% of the oxygen of the metal-containing material was removed from the metal-containing material. 50% metallization means that 50% of the metal atoms are initially present in the metal-containing material in metallic form and / or as metal carbide. The other 50% are still in a more or less oxidized state. For clarity, a degree of reduction of 50% may mean that the degree of metallization is still 0 if (for example) all MeO 2 has been reduced to MeO. It should be noted that the advantages of the invention are fully utilized if the metal-containing starting material has a degree of reduction of 0%, but it will be clear that if the degree of reduction of the metal-containing starting material is already higher, for example, due to a preliminary reduction operation, so that the initial degree of reduction may be higher than 0. In the case of iron ore, 100% Fe 2 O 3 would have a degree of reduction - 0. Preferably, this initial reduction degree metalliferous material is less than 25%, preferably - less than 15, more preferably - less than 5%, and most preferably - 0%.
В предпочтительном варианте воплощения конечный продукт восстановления после проведения выгрузки из реакционной камеры реактора с псевдоожиженном слоем имеет степень восстановления, по меньшей мере, 50%, предпочтительно, по меньшей мере, 60%, более предпочтительно, по меньшей мере, 60%, более предпочтительно, по меньшей мере, 70%. Хотя оптимальная степень восстановления стремится к степени при полном восстановлении, т.е., по меньшей мере, степени восстановления 90 или 95%, или еще более высокой, и по существу полное восстановление или полная металлизация были бы технически достижимыми в реакторе с псевдоожиженном слоем, и если так делать, то это, похоже, не является наиболее экономичным процессом. Более того, с повышением степени металлизации тенденция к слипанию для восстановленных частиц повышается. Было обнаружено, что является предпочтительным стремиться к несколько более низкой степени восстановления конечного продукта восстановления, по меньшей мере, - 50%, предпочтительно, по меньшей мере, - 60%, предпочтительно, по меньшей мере, - 70%, и осуществлять конечный этап по существу до полной степени, по меньшей мере, в 90 или 95% восстановления в предназначенной для этого технологической операции в реакторе конечного этапа.In a preferred embodiment, the final recovery product after discharge from the reaction chamber of the fluidized bed reactor has a degree of recovery of at least 50%, preferably at least 60%, more preferably at least 60%, more preferably at least 70%. Although the optimal degree of reduction tends to the degree of full recovery, i.e., at least a degree of recovery of 90 or 95%, or even higher, and essentially complete recovery or complete metallization would be technically feasible in a fluidized bed reactor, and if so, then this does not seem to be the most economical process. Moreover, with increasing degree of metallization, the tendency to stick together for the reduced particles increases. It has been found that it is preferable to strive for a slightly lower degree of reduction of the final reduction product of at least 50%, preferably at least 60%, preferably at least 70%, and to carry out the final step of essentially to the full extent, at least 90 or 95% recovery in the intended technological operation in the reactor of the final stage.
В предпочтительном варианте воплощения изобретения металлосодержащим материалом является соединение железа, предпочтительно - железная руда. Авторы изобретения нашли, что процесс согласно изобретению могли бы осуществить преимущественно с использованием соединений железа, предпочтительно железной руды как металлосодержащего материала, потому что преимущественный температурный интервал образования твердого углерода из газообразного СО и преимущественный температурный интервал для восстановления соединения железа, предпочтительно - железной руды, в металлическое железо, по меньшей мере, частично совпадают. Это приводит к очень экономичному процессу для восстановления конечного продукта восстановления с высокой степенью восстановления или металлизации, или даже по существу металлического железа.In a preferred embodiment, the metal-containing material is an iron compound, preferably iron ore. The inventors have found that the process according to the invention could be carried out predominantly using iron compounds, preferably iron ore, as a metal-containing material, because the preferred temperature range for the formation of solid carbon from gaseous CO and the preferred temperature range for the reduction of an iron compound, preferably iron ore, are metallic iron at least partially match. This leads to a very economical process for recovering a final reduction product with a high degree of reduction or metallization, or even essentially metallic iron.
В варианте воплощения изобретения максимальная температура в реакционной камере, особенно при использовании соединения железа, как металлосодержащего материала, составляет 875°C, предпочтительно - 845°C, более предпочтительно - 825°C, и даже более предпочтительно - 800°C или 790°C. Было найдено, что даже при таких низких температурах в реакционной камере могло быть осуществлено восстановление металлосодержащего материала твердым углеродом для получения продукта восстановления. Экзотермическая реакция образования твердого углерода способна во многом поддерживать реакцию, а низкая температура имеет благотворными последствиями то, что ограничена потеря энергии из-за высоких температур процесса, и что предотвращено образование вредных соединений азот-кислород (NOx-газов). Другим преимуществом низких рабочих температур является то, что растворимость различных элементов в металле понижается с температурой, таким образом, получая металл более высокой чистоты. Было найдено, что при температурах в реакционных камерах ниже 400°C не могли наблюдать существенного восстановления. Скорость восстановления значительно повышается при примерно 450°C и выше, например, 500°C. Было обнаружено, что пригодной минимальной температурой для реакционной камеры является 640°C, предпочтительно - 690°C. Однако хотя не наблюдалось существенного восстановления при температурах ниже 500°C, выделение углерода происходит очень легко при температуре между 400 и 500°C, так как присутствие металлосодержащего материала или продукта восстановления, образованного восстановлением металлосодержащего материала, активирует выделение твердого углерода из газообразного СО, необязательно через форму карбида металла металлосодержащего материала, или на уже выделившийся углерод по реакции Будуара. Равновесие реакции Будуара будет смещено влево (в сторону СО) при более высоких температурах, и это смещение становится заметным свыше 600°C. Было обнаружено, что при этих температурах и больше углерода просто выделяется, когда уже присутствует твердый углерод.In an embodiment of the invention, the maximum temperature in the reaction chamber, especially when using an iron compound as a metal-containing material, is 875 ° C, preferably 845 ° C, more preferably 825 ° C, and even more preferably 800 ° C or 790 ° C . It was found that even at such low temperatures in the reaction chamber, the reduction of the metal-containing material with solid carbon could be carried out to obtain a reduction product. The exothermic reaction of the formation of solid carbon is capable of supporting the reaction in many respects, and the low temperature has the beneficial effects that limited energy loss due to high process temperatures and the formation of harmful nitrogen-oxygen compounds (NOx gases) are prevented. Another advantage of low operating temperatures is that the solubility of various elements in the metal decreases with temperature, thereby obtaining a metal of higher purity. It was found that at temperatures in the reaction chambers below 400 ° C, no significant reduction could be observed. The recovery rate increases significantly at about 450 ° C and higher, for example, 500 ° C. It has been found that a suitable minimum temperature for the reaction chamber is 640 ° C, preferably 690 ° C. However, although no significant reduction was observed at temperatures below 500 ° C, carbon evolution occurs very easily at temperatures between 400 and 500 ° C, since the presence of a metal-containing material or a reduction product formed by the reduction of a metal-containing material activates the release of solid carbon from gaseous CO, optionally through the form of a metal carbide of a metal-containing material, or onto carbon already liberated by the Boudoir reaction. The equilibrium of the Boudoir reaction will be shifted to the left (towards CO) at higher temperatures, and this shift becomes noticeable above 600 ° C. It has been found that at these temperatures and more carbon is simply released when solid carbon is already present.
В варианте воплощения изобретения активатор преобразования газообразного СО в твердый углерод и газообразный диоксид углерода также действует как активатор восстановления металлосодержащего материала. Этот активатор может быть причиной более быстрого образования твердого углерода из газообразного оксида углерода и/или восстановления металлосодержащего материала, более полного или при более низких температурах (или их комбинациях), или с помощью катализа, или при помощи другого механизма реакции.In an embodiment of the invention, an activator for converting gaseous CO to solid carbon and gaseous carbon dioxide also acts as an activator for reducing the metal-containing material. This activator can cause faster formation of solid carbon from gaseous carbon monoxide and / or reduction of the metal-containing material, more complete either at lower temperatures (or combinations thereof), or by catalysis, or by another reaction mechanism.
Отмечено, что процесс согласно изобретению подходит для процесса, в котором металлосодержащий материал является соединением никеля, предпочтительно - никелевой рудой, соединением кобальта, предпочтительно - кобальтовой рудой, или их смесью, давая в результате экономичный путь получения металлических кобальта, никеля или их сплавов.It is noted that the process according to the invention is suitable for a process in which the metal-containing material is a nickel compound, preferably a nickel ore, a cobalt compound, preferably a cobalt ore, or a mixture thereof, resulting in an economical way of producing cobalt metal, nickel or alloys thereof.
В варианте воплощения изобретения металлосодержащий материал или, наиболее часто, соединение железа или железную руду, обеспечивают в форме тонкоизмельченного соединения или руды, в которой, предпочтительно, размер зерна соединения или руды заключается между 0,1 и 5000 мкм. Пригодный максимальный размер зерна составляет 200 нм, предпочтительно - 100 мкм. Предпочтительно размер зерна составляет, по меньшей мере, 5 мкм, и предпочтительно - не больше 50 мкм, и более предпочтительно - между 5 и 50 мкм. Применение руд таких типов является особенно действенным с экономической точки зрения, так как мелкозернистые руды обычно дешевле крупнокускового железа, также потому что такие мелкозернистые руды пригодны для обработки в псевдоожиженных слоях.In an embodiment of the invention, the metal-containing material or, most often, an iron compound or iron ore, is provided in the form of a finely divided compound or ore, in which, preferably, the grain size of the compound or ore is between 0.1 and 5000 microns. A suitable maximum grain size is 200 nm, preferably 100 μm. Preferably, the grain size is at least 5 μm, and preferably not more than 50 μm, and more preferably between 5 and 50 μm. The use of ores of these types is particularly effective from an economic point of view, since fine-grained ores are usually cheaper than coarse iron, also because such fine-grained ores are suitable for processing in fluidized beds.
Так как растворимость различных элементов, например углерода, в железе ферритовой морфологии сильно понижается с температурой, и для углерода составляет примерно 0,02% при 720°C, то получающийся конечный продукт восстановления в форме железа содержит очень маленькие количества возможно нежелательных элементов.Since the solubility of various elements, such as carbon, in iron ferrite morphology decreases significantly with temperature, and for carbon is approximately 0.02% at 720 ° C, the resulting reduction product in the form of iron contains very small amounts of possibly undesirable elements.
Согласно варианту воплощения изобретения металлосодержащий материал представляет собой смесь, по меньшей мере, двух соединений из группы соединений, включающей в себя соединение никеля, такое как никелевую руду, соединение кобальта, такое как кобальтовая руда, соединение железа, такое как железная руда. При использовании такой смеси соединений получающийся (конечный) продукт восстановления после полного восстановления металлосодержащего материала представляет собой смесь соответствующих металлов, и поэтому обеспечивается экономичный и простой путь получения сплавов.According to an embodiment of the invention, the metal-containing material is a mixture of at least two compounds from the group of compounds comprising a nickel compound such as nickel ore, a cobalt compound such as cobalt ore, an iron compound such as iron ore. When using such a mixture of compounds, the resulting (final) reduction product after the complete reduction of the metal-containing material is a mixture of the corresponding metals, and therefore an economical and simple way to obtain alloys is provided.
В варианте воплощения изобретения твердый углерод выделяется на металлосодержащем материале и/или на продукте восстановления в форме углеродных нанотрубок. Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что твердый углерод, который образуется из газообразного СО, имеет морфологию углеродных нанотрубок. При соответствующем конструктивном исполнении реакционной камеры и соответствующем выборе параметров процесса процесс согласно изобретению может, в качестве альтернативного для получения металла как продукта восстановления путем проведения восстановления частиц металлосодержащего материала, также быть применен для получения твердого углерода в форме углеродных нанотрубок, продолжая образование твердого углерода из газообразного СО, и используя металлосодержащий материал и/или продукт восстановления в качестве подложки для углерода и/или активатора образования углерода. В последующем процессе твердый углерод может быть отделен от подложки. Подложка может быть тогда повторно использована в процессе, а углеродные нанотрубки могут быть использованы для различных целей.In an embodiment of the invention, solid carbon is released on the metal-containing material and / or on the reduction product in the form of carbon nanotubes. The inventors unexpectedly found that solid carbon, which is formed from gaseous CO, has a morphology of carbon nanotubes. With the appropriate design of the reaction chamber and the appropriate selection of process parameters, the process according to the invention can, as an alternative to obtain metal as a reduction product by performing reduction of particles of metal-containing material, also be used to produce solid carbon in the form of carbon nanotubes, continuing the formation of solid carbon from gaseous СО, and using a metal-containing material and / or reduction product as a substrate for coal kind and / or activator of carbon formation. In a subsequent process, solid carbon can be separated from the substrate. The substrate can then be reused in the process, and carbon nanotubes can be used for various purposes.
В варианте воплощения изобретения газообразный СО, который обеспечивается в реакционной камере реактора с псевдоожиженным слоем, готовят путем газификации углеродсодержащего соединения, используя кислородсодержащий газовый поток, при этом, предпочтительно, упомянутый газовый поток является горячим газовым потоком. Предпочтительно, кислородсодержащий газовый поток является технически чистым кислородом, например, имеющим содержание кислорода, по меньшей мере, 85%, предпочтительно, по меньшей мере, 90%, более предпочтительно, по меньшей мере, 95%. Преимуществом применения кислорода перед воздухом является то, что реакторы могут быть сделаны меньшими, и что процесс является более энергетически эффективным, потому что воздух содержит 80% инертного азота, который нужно нагревать и охлаждать. При помощи использования отдельного этапа газификации СО, которым снабжается реакционная камера, может быть освобожден от нежелательных компонентов, таких как летучие углеводороды или соединения серы, которые присутствуют в углеродсодержащем соединении или образуются путем газификации углеродсодержащего соединения. Этап газификации может быть осуществлен в стандартном газификаторе, но предпочтительно использовать газификатор с газификацией в потоке, потому что основную часть золы удаляют как шлак, так как рабочая температура газификатора с газификацией в потоке значительно выше температуры плавления золы. Будет ясно, что это зависит от того, как газификатор функционирует, какое количество действительно есть газообразного СО в газе, покидающем газификатор (т.е. газификатор отходящего газа или синтетического газа). Синтетический газ может, например, включать в себя разные концентрации CO, CO2, H2, H2O и N2. Количество газообразного СО в газификаторе отходящего газа также зависит от природы газа, который подается в газификатор для газификации угля. Если используют чистый кислород, то уровень содержания СО в отходящем газе более высокий, чем при использовании воздуха. Предпочтительно, количество газообразного СО в газификаторе отходящего газа составляет, по меньшей мере, 10% об. Равновесие CO/CO2, в газификаторе отходящего газа составляет, по меньшей мере, 2, предпочтительно, по меньшей мере, 5, более предпочтительно, по меньшей мере, 10. CO/H2 должно составлять, по меньшей мере, 1, предпочтительно, свыше 3. Углеродсодержащим соединением могут быть коксы, уголь, древесный уголь, нефть, полимеры, природный газ, бумага, биомасса, битуминозный песок или сильно загрязняющие окружающую среду углеродсодержащие источники энергии. Такой путь процесса согласно изобретению может вносить свой вклад в эффективное использование отходов или иным образом неэкономичных источников углерода. Следует отметить, что температура отходящего газа может быть очень высокой, такой как между 1300 и 1600°C, или примерно 1500°C. Чтобы быть пригодным для введения в псевдоожиженный слой реактора для проведения восстановления металлосодержащего материала, отходящий газ газификатора должен быть охлажден. Отходящий газ газификатора охлаждают предпочтительно путем его смешивания с рециркулирующим технологическим газом охладителя или охлажденным свежим синтетическим газом, или охлаждением его в теплообменной установке. Получающаяся газообразная фаза имеет температуру примерно 800°C и подается в ПС, где газообразная фаза входит в процесс восстановления. Будет ясно, что состав газообразной фазы может изменяться, как результат смешивания с рециркулирующим газом, потому что рециркулирующий технологический газ представляет собой газообразную фазу, которую можно было очистить, и очищенную от CO2, после покидания ПС после осуществления взаимодействия с металлосодержащим исходным материалом в ПС.In an embodiment of the invention, gaseous CO which is provided in the reaction chamber of the fluidized bed reactor is prepared by gasifying the carbon-containing compound using an oxygen-containing gas stream, wherein, preferably, said gas stream is a hot gas stream. Preferably, the oxygen-containing gas stream is technically pure oxygen, for example, having an oxygen content of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably at least 95%. The advantage of using oxygen over air is that the reactors can be made smaller and that the process is more energy efficient because the air contains 80% inert nitrogen that needs to be heated and cooled. By using a separate CO gasification step with which the reaction chamber is supplied, it can be freed from undesirable components such as volatile hydrocarbons or sulfur compounds that are present in the carbon-containing compound or are formed by gasification of the carbon-containing compound. The gasification step can be carried out in a standard gasifier, but it is preferable to use a gasifier with gasification in the stream, because the bulk of the ash is removed as slag, since the working temperature of the gasifier with gasification in the stream is much higher than the melting temperature of the ash. It will be clear that this depends on how the gasifier functions, how much CO gas is actually present in the gas leaving the gasifier (i.e., the gasifier of the off-gas or synthetic gas). Synthetic gas may, for example, include various concentrations of CO, CO 2 , H 2 , H 2 O and N 2 . The amount of gaseous CO in the gasifier of the exhaust gas also depends on the nature of the gas that is supplied to the gasifier for gasification of coal. If pure oxygen is used, then the level of CO in the exhaust gas is higher than when using air. Preferably, the amount of gaseous CO in the gasifier of the exhaust gas is at least 10% by volume. The equilibrium of CO / CO 2 in the off gas gasifier is at least 2, preferably at least 5, more preferably at least 10. CO / H 2 should be at least 1, preferably above 3. The carbon-containing compound may be coke, coal, charcoal, oil, polymers, natural gas, paper, biomass, tar sand, or carbon-containing energy sources that are highly polluting. Such a process path according to the invention can contribute to the efficient use of waste or otherwise uneconomical carbon sources. It should be noted that the temperature of the exhaust gas can be very high, such as between 1300 and 1600 ° C, or about 1500 ° C. In order to be suitable for introducing into the fluidized bed of the reactor to carry out the reduction of the metal-containing material, the exhaust gas of the gasifier must be cooled. The gasifier off-gas is preferably cooled by mixing it with a recycle cooler process gas or chilled fresh synthetic gas, or by cooling it in a heat exchange unit. The resulting gaseous phase has a temperature of approximately 800 ° C and is fed to the PS, where the gaseous phase is included in the reduction process. It will be clear that the composition of the gaseous phase can change as a result of mixing with the recycle gas, because the recycle process gas is a gaseous phase that could be purified and purified from CO 2 after leaving the PS after interacting with the metal-containing starting material in the PS .
В варианте воплощения изобретения отходящий газ выгружают из реакционной камеры, в которой, по меньшей части, часть остающегося газообразного СО и/или CO2, отделяют от отходящего газа для повторного введения упомянутого газообразного СО и/или CO2 в реакционную камеру газификатора. CO2 может быть использован как источник для обеспечения СО при помощи реакции, обратной реакции Будуара, взаимодействием с углеродом углеродсодержащего соединения в газификаторе. Также возможно просто повторно использовать соединение СО из отходящего газа. Это значит, что СО следует отделять от отходящего газа, например, применяя разделительное устройство, такое как скруббер. Рециркулирующий СО-газ может быть повторно введен в реакционную камеру псевдоожиженного слоя, или непосредственно, или после прохождения через газификатор или теплообменную установку.In an embodiment of the invention, the off-gas is discharged from the reaction chamber, in which at least a portion of the remaining CO and / or CO 2 gas is separated from the off-gas to reintroduce said CO and / or CO 2 gas into the reaction chamber of the gasifier. CO 2 can be used as a source for providing CO by means of a reaction, a reverse Boudoir reaction, by interaction with carbon of a carbon-containing compound in a gasifier. It is also possible to simply reuse the CO compound from the exhaust gas. This means that the CO should be separated from the exhaust gas, for example, using a separation device, such as a scrubber. The recycle CO gas can be reintroduced into the reaction chamber of the fluidized bed, either directly or after passing through a gasifier or heat exchange unit.
Вместо повторного использования углерода в отходящем газе также возможно повторно использовать любую остающуюся химическую и/или термическую энергии, еще присутствующую в отходящем газе, путем сжигания отходящего газа и/или применения термической энергии, например, для повторного нагревания кислородсодержащего газового потока, входящего в газификатор, например, путем подачи горячего отходящего газа, выходящего из реакционной камеры, через теплообменную установку для повторного нагревания кислородсодержащего газового потока до вхождения в газификатор.Instead of reusing carbon in the off-gas, it is also possible to reuse any remaining chemical and / or thermal energy still present in the off-gas by burning off the off-gas and / or using thermal energy, for example, to re-heat an oxygen-containing gas stream entering the gasifier, for example, by supplying a hot exhaust gas leaving the reaction chamber through a heat exchange unit to reheat the oxygen-containing gas stream to the inlet Denia to the gasifier.
В предпочтительном варианте воплощения восстановление металлосодержащего материала твердым углеродом происходит в реакторе (CFB - circulating fluidized bed) с циркулирующим псевдоожиженным слоем (ЦПС), причем упомянутый реактор, включает в себя верхнюю часть и возвратный путь, при этом металлосодержащий материал и газообразный СО обеспечиваются в вертикальной части и обратном пути ЦПС, и где газовый поток, включающий в себя газообразный СО, двигает металлосодержащий материал в направлении по существу вверх через вертикальную часть ЦПС, и в котором происходит преобразование газообразного СО в твердый углерод и газообразный диоксид углерод, по меньшей мере, частично, во время движения металлосодержащего материала и газообразного СО по существу вверх.In a preferred embodiment, the reduction of the metal-containing material with solid carbon takes place in a circulating fluidized bed (CFB) reactor (CFB), said reactor including a top and a return path, wherein the metal-containing material and gaseous CO are provided in a vertical part and the return path of the DSP, and where a gas stream including gaseous CO, moves the metal-containing material in a substantially upward direction through the vertical part of the DSP, and in which conversion of gaseous CO to solid carbon and gaseous carbon dioxide occurs, at least in part, during the movement of the metal-containing material and gaseous CO substantially upward.
При использовании ЦПС реагенты циркулируют через реакционную камеру, причем реакционная камера включает в себя вертикальную часть и возвратный путь из ЦПС, и считают, что преобразование газообразного СО в твердый углерод и газообразный диоксид углерода происходит, по меньшей мере, частично, во время движения металлосодержащего материала и газообразного СО по существу вверх, и что восстановление металлосодержащего материала происходит по существу во время более или менее неподвижной фазы в возвратном пути до повторного введения в вертикальную часть. Следовательно, в варианте воплощения изобретения металлосодержащий материал и продукт восстановления, получающийся от восстановления металлосодержащего материала, и твердый углерод выгружают в возвратный путь ЦПС, и металлосодержащий материал и продукт восстановления, и твердый углерод двигаются в направлении по существу вниз через возвратный путь ЦПС, и где восстановление металлосодержащего материала и продукта восстановления твердым углеродом происходит, по меньшей мере, частично, и предпочтительно - одновременно, в возвратном пути из ЦПС.When using a DSP, the reagents circulate through the reaction chamber, the reaction chamber including the vertical part and the return path from the DSP, and it is believed that the conversion of gaseous CO to solid carbon and gaseous carbon dioxide occurs at least partially during the movement of the metal-containing material and gaseous CO substantially upward, and that the metal-containing material is reduced substantially during the more or less stationary phase in the return path before being reintroduced into the vert Calne part. Therefore, in an embodiment of the invention, the metal-containing material and the reduction product resulting from the reduction of the metal-containing material and solid carbon are discharged into the DSC return path, and the metal-containing material and the reduction product and solid carbon are moved substantially downward through the DSC return path, and where the reduction of the metal-containing material and the reduction product with solid carbon occurs at least partially, and preferably simultaneously, in the return ty from DSP.
Так как восстановление металлосодержащего материала твердым углеродом является твердофазной реакцией, то скорости реакции ниже, чем скорости реакции образования твердого углерода из газообразного СО в системе газ-твердое. Разница во временах пребывания в вертикальной части и возвратном пути является причиной таких различных скоростей реакции.Since the reduction of the metal-containing material with solid carbon is a solid-phase reaction, the reaction rates are lower than the reaction rates for the formation of solid carbon from gaseous CO in a gas-solid system. The difference in residence times in the vertical part and the return path is the reason for these different reaction rates.
Время пребывания металлосодержащей частицы в ЦПС выбирают так, что осуществляется большое количество циркуляций в зависимости от желательной степени восстановления или металлизации. ЦПС может быть обеспечен разделительным устройством, таким как циклон, для отделения твердых частей, таких как металлосодержащий материал, продукт восстановления, получающийся от восстановления металлосодержащего материала, и твердого углерода из двигающегося вверх потока газа, причем поток газа включает в себя газообразный СО и газообразный диоксид углерода. Такое разделение осуществляют предпочтительно недалеко от верха вертикальной части ЦПС, предпочтительно, при помощи одного или более циклонов.The residence time of the metal-containing particles in the DSP is chosen so that a large number of circulations are carried out depending on the desired degree of reduction or metallization. A DSP can be provided with a separation device, such as a cyclone, for separating solid parts such as metal-containing material, a reduction product resulting from the reduction of the metal-containing material, and solid carbon from an upward flowing gas stream, the gas stream including CO gas and gaseous dioxide carbon. This separation is preferably carried out near the top of the vertical part of the DSP, preferably with one or more cyclones.
Способ согласно изобретению может быть осуществлен как периодический процесс, в котором, когда продукт восстановления достигает желательной степени восстановления или металлизации, его выгружают из реакционной камеры как конечный продукт восстановления. Этим конечным продуктом восстановления мог быть обеспечен следующий этап процесса для дополнительного восстановления или металлизации.The method according to the invention can be carried out as a batch process in which, when the reduction product reaches the desired degree of reduction or metallization, it is discharged from the reaction chamber as a final reduction product. This final reduction product could provide the next step in the process for further reduction or metallization.
В варианте воплощения изобретения восстановление металлосодержащего материала происходит в нескольких реакторах с псевдоожиженным слоем (т.е. 2 и более), в которых конечный продукт восстановления предшествующего реактора (i) с псевдоожиженным слоем выгружают и отправляют в следующий (i+1) реактор с псевдоожиженным слоем для проведения дополнительного восстановления до еще более высокой степени восстановления или металлизации. Температура в (i+1)-м реакторе с псевдоожиженным слоем предпочтительно выше, чем в (i)-м реакторе с псевдоожиженным слоем. В этом варианте воплощения условия процесса и конструктивное исполнение ПС могут быть оптимизированы с целью достижения соответственной степени восстановления или металлизации конечного продукта восстановления. Также он может быть конструктивно исполнен таким образом, что предшествующий реактор с псевдоожиженным слоем или реакторы могут быть оптимизированы для получения твердого углерода, и что последующий реактор или реакторы могут быть оптимизированы для получения желательной степени восстановления или металлизации металлосодержащего материала.In an embodiment of the invention, the reduction of the metal-containing material takes place in several fluidized bed reactors (i.e. 2 or more) in which the final reduction product of the preceding fluidized bed reactor (i) is discharged and sent to the next (i + 1) fluidized bed reactor layer for additional recovery to an even higher degree of recovery or metallization. The temperature in the (i + 1) th fluidized bed reactor is preferably higher than in the (i) th fluidized bed reactor. In this embodiment, the process conditions and the design of the PS can be optimized in order to achieve an appropriate degree of reduction or metallization of the final reduction product. It can also be structurally designed so that the preceding fluidized bed reactor or reactors can be optimized to produce solid carbon, and that the subsequent reactor or reactors can be optimized to obtain the desired degree of reduction or metallization of the metal-containing material.
В предпочтительном варианте воплощения газообразные фазы выгружают из последующего псевдоожиженного слоя в предшествующий реактор с псевдоожиженным слоем для проведения дальнейшего обрабатывания. Так достигается противоточный процесс для газообразных фаз, таким образом, достигая наиболее экономичного использования тепла, присутствующего в газе, и СО-газа в газообразных фазах. Газообразные фазы, имеющие наивысшие концентрации СО, вводят поэтому в реактор с псевдоожиженным слоем, содержащий продукт восстановления с наивысшей степенью восстановления или металлизации. Этот вариант воплощения поэтому характеризуется полным встречным потоком газообразных фаз и металлосодержащих частиц, даже хотя в реакторе с псевдоожиженным слоем газообразные фазы и металлосодержащие частицы не находятся во встречном потоке, но текут в том же направлении.In a preferred embodiment, the gaseous phases are discharged from the subsequent fluidized bed to a preceding fluidized bed reactor for further processing. This achieves a countercurrent process for the gaseous phases, thus achieving the most economical use of the heat present in the gas and the CO gas in the gaseous phases. The gaseous phases having the highest CO concentrations are therefore introduced into the fluidized bed reactor containing the reduction product with the highest degree of reduction or metallization. This embodiment is therefore characterized by a complete counter flow of gaseous phases and metal particles, even though in the fluidized bed reactor the gaseous phases and metal particles are not in the counter flow, but flow in the same direction.
В варианте воплощения изобретения конечный продукт восстановления дополнительно восстанавливают до еще более высокой степени восстановления или металлизации, по меньшей мере, 90%, предпочтительно, по меньшей мере, 95%, более предпочтительно, по меньшей мере, 98% в реакторе конечного этапа до конечного продукта восстановления при помощи по существу твердофазной реакции между остающимся твердым углеродом и неполностью восстановленной частью продукта восстановления, при этом реактор конечного этапа предпочтительно является вращающейся печью, карусельной печью или реактором с псевдоожиженным слоем. Было найдено, что процесс, заключающий в себе 4, предпочтительно - 3, последовательных слоя, предпочтительно циркулирующих псевдоожиженных слоя является достаточным для восстановления металлосодержащего исходного материала, имеющего исходную степень восстановления менее 25%, предпочтительно - менее 15, более предпочтительно - менее 5%, и наиболее предпочтительно - 0%, экономичным образом до степени восстановления или металлизации и количества выделившегося твердого углерода, пригодных для достижения конечного восстановления в реакторе конечной стадии до непосредственно о металла прямого восстановления, такого как железо прямого восстановления DRI (Direct Reduced Iron).In an embodiment of the invention, the final reduction product is further reduced to an even higher degree of reduction or metallization of at least 90%, preferably at least 95%, more preferably at least 98% in the final reactor to the final product reduction by means of a substantially solid-phase reaction between the remaining solid carbon and the incompletely reduced portion of the reduction product, wherein the final stage reactor is preferably a rotary kiln bunker, rotary kiln or fluidized bed reactor. It was found that a process comprising 4, preferably 3, successive layers, preferably circulating fluidized beds, is sufficient to recover a metal-containing starting material having an initial reduction of less than 25%, preferably less than 15, more preferably less than 5%, and most preferably 0%, in an economical manner to the degree of reduction or metallization and the amount of solid carbon released, suitable to achieve final reduction in the reactor ary to step directly on the direct reduction of metal such as direct reduced iron DRI (Direct Reduced Iron).
В этом варианте воплощения металлосодержащий материал почти полностью восстанавливают до соответствующего металла. Было обнаружено, что полезно осуществлять конечное восстановление в реакторе конечной стадии, проводимое до еще более высокой степени восстановления или металлизации, по меньшей мере, 90%, предпочтительно, по меньшей мере, 95%, более предпочтительно, по меньшей мере, 98%. Идеально, чтобы степень металлизации была еще выше, т.е. свыше 99%, или даже свыше 99,5%. Было доказано, что дополнительное восстановление во вращающейся печи, карусельной печи или еще одном реакторе с псевдоожиженным слоем является полезным. Возможно также достигнуть более высокой степени металлизации, подвергая продукт восстановления процессу плавления.In this embodiment, the metal-containing material is almost completely reduced to the corresponding metal. It has been found that it is beneficial to carry out final reduction in a final stage reactor, carried out to an even higher degree of reduction or metallization, of at least 90%, preferably at least 95%, more preferably at least 98%. Ideally, the metallization degree is even higher, i.e. over 99%, or even over 99.5%. It has been proven that additional reduction in a rotary kiln, rotary kiln, or another fluidized bed reactor is useful. It is also possible to achieve a higher degree of metallization by subjecting the reduction product to a melting process.
Продукт конечного восстановления в соответствии с процессом согласно изобретению имеет большую площадь поверхности как прямое следствие процесса. При использовании соединений железо-кислород или железной руды в качестве металлосодержащего материала промежуточный и/или конечный продукт восстановления будет включать в себя металлическое железо или сильно восстановленные соединения железо-кислород. В процессе согласно изобретению получают железо с весьма немногими загрязнениями и с очень высокой удельной площадью поверхности. Это делает продукт восстановления чрезвычайно подходящим для процесса SIP (Sponge Iron Process - процесса прямого получения губчатого железа) для производства водорода. Процесс прямого получения губчатого железа является хорошо известной технологией для получения водорода. Он включает в себя этап, на котором железо или восстановленный оксид железа повторно окисляют водяным паром с образованием магнетита и водорода. Полученный водород имеет высокую степень чистоты, соответствующую требованиям к катализаторам с благородными металлами для топливного элемента. Процесс поэтому представляет большой интерес для производства и очистки водорода с целью применения в высоко- и низкотемпературных топливных элементах. Конечно, этот водород можно использовать для других целей.The final reduction product according to the process of the invention has a large surface area as a direct consequence of the process. When using iron-oxygen or iron ore compounds as the metal-containing material, the intermediate and / or final reduction product will include metallic iron or strongly reduced iron-oxygen compounds. In the process according to the invention, iron is obtained with very few contaminants and with a very high specific surface area. This makes the reduction product extremely suitable for the SIP (Sponge Iron Process) process for the production of hydrogen. The direct production of sponge iron is a well-known technology for producing hydrogen. It includes a step in which iron or reduced iron oxide is re-oxidized with water vapor to form magnetite and hydrogen. The resulting hydrogen has a high degree of purity that meets the requirements for noble metal catalysts for a fuel cell. The process is therefore of great interest for the production and purification of hydrogen for use in high and low temperature fuel cells. Of course, this hydrogen can be used for other purposes.
Продукт конечного восстановления в форме железа или в форме сильно восстановленных соединений железо-кислород, с очень большой удельной площадью поверхности в соответствии с процессом согласно изобретению, применяют в качестве топлива в транспортном средстве, в котором продукт восстановления окисляется водяным паром с образованием водорода, который может, например, использоваться для приведения в действие топливного элемента и приведения в движение транспортного средства, или запуска двигателя или устройства. Водород, который мог быть получен с использованием конечного продукта восстановления в форме железа или сильно восстановленных соединений железо-кислород, полученных с помощью процесса согласно изобретению, является более экономичным, чем тот, который получают из, например, природного газа и производит меньше диоксида углерода с таким же успехом.The final reduction product in the form of iron or in the form of highly reduced iron-oxygen compounds, with a very large specific surface area in accordance with the process of the invention, is used as fuel in a vehicle in which the reduction product is oxidized by water vapor to produce hydrogen, which can for example, be used to drive a fuel cell and propel a vehicle, or to start an engine or device. Hydrogen, which could be obtained using the final reduction product in the form of iron or highly reduced iron-oxygen compounds obtained by the process according to the invention, is more economical than that obtained from, for example, natural gas and produces less carbon dioxide with as much success.
Конечный продукт восстановления может быть подвергнут разделительной обработке с целью отделения металлической части от неметаллической части, такой как пустая порода или шлак. Эта разделительная обработка может включать в себя технологии, такие как гравиметрические обработки, фракционные обработки или магнитную обработку.The final reduction product may be subjected to separation processing to separate the metal part from the non-metal part, such as waste rock or slag. This separation processing may include technologies such as gravimetric processing, fractional processing or magnetic processing.
Конечный продукт восстановления может быть дополнительно подвергнут обработке путем проведения компактирования продукта в компактный продукт, предпочтительно путем брикетирования или путем прокатывания в прокатное изделие. Такое брикетированное или прокатное изделие может быть использовано в процессе плавления. Прокатное изделие может быть использовано в качестве загружаемого материала в дополнительной операции прокатки, или его можно даже использовать по прямому назначению, если прокатанное изделие имеет желательные свойства для такого прямого назначения.The final reduction product may be further processed by compacting the product into a compact product, preferably by briquetting or by rolling into a rolling product. Such a briquetted or rolled product can be used in the melting process. The rolled product can be used as a feed material in an additional rolling operation, or it can even be used for its intended purpose if the rolled product has the desired properties for such a direct use.
Согласно второму аспекту изобретения предложено устройство для проведения восстановления металлосодержащего материала до продукта восстановления согласно способу изобретения, включающее:According to a second aspect of the invention, there is provided a device for recovering a metal-containing material to a reduction product according to the method of the invention, comprising:
- по меньшей мере, один реактор с псевдоожиженным слоем, включающий реакционную камеру;at least one fluidized bed reactor including a reaction chamber;
- газификатор для получения газообразной фазы, включающую газообразный СО, путем газификации углеродсодержащего соединения, используя кислородсодержащий газовый поток, включающий в себя впускное отверстие для обеспечения упомянутого кислородсодержащего газа, впускное отверстие для обеспечения углеродсодержащего соединения, выпускное отверстие для газообразной фазы, включающей газообразный СО, и необязательное выпускное отверстие для твердых отходов, таких как шлак;a gasifier for producing a gaseous phase comprising CO gas by gasifying a carbon-containing compound using an oxygen-containing gas stream including an inlet to provide said oxygen-containing gas, an inlet to provide a carbon-containing compound, an outlet for a gaseous phase comprising CO gas, and an optional outlet for solid waste such as slag;
- первое впускное отверстие в реакционную камеру для введения металлосодержащего материала;- a first inlet into the reaction chamber for introducing a metal-containing material;
- второе впускное отверстие для введения газообразного СО в реакционную камеру;- a second inlet for introducing gaseous CO into the reaction chamber;
- устройство для получения псевдоожиженного слоя, включающего в себя металлосодержащий материал и газообразный СО в реакционной камере;- a device for producing a fluidized bed comprising a metal-containing material and gaseous CO in the reaction chamber;
- устройство для получения подходящей температуры в реакционной камере для создания возможности преобразования газообразного СО в твердый углерод и газообразный диоксид углерода, и выделения твердого углерода на металлосодержащем материале и/или на продукте восстановления, и для проведения восстановления металлосодержащего материала твердым углеродом для получения продукта восстановления;- a device for obtaining a suitable temperature in the reaction chamber to enable the conversion of gaseous CO to solid carbon and gaseous carbon dioxide, and the allocation of solid carbon on the metal-containing material and / or on the reduction product, and for carrying out the reduction of the metal-containing material with solid carbon to obtain a reduction product;
- устройство для направления, по меньшей мере, части составных частей псевдоожиженного слоя к разделительному устройству для отделения продукта восстановления от псевдоожиженного слоя, и необязательно, устройство для направления отходящего газа из псевдоожиженного слоя к рециркуляционному устройству;- a device for directing at least part of the components of the fluidized bed to a separation device for separating the recovery product from the fluidized bed, and optionally, a device for directing the exhaust gas from the fluidized bed to a recirculation device;
- возвратный участок для возвращения, по меньшей мере, части продукта восстановления, отделенного от потока газа, в реакционную камеру, и выпускного отверстия для проведения выгрузки остающегося продукта восстановления из реакционной камеры как конечного продукта восстановления.- a return section for returning at least a portion of the reduction product separated from the gas stream to the reaction chamber, and an outlet for discharging the remaining reduction product from the reaction chamber as a final reduction product.
Реактор с псевдоожиженным слоем обеспечивает очень эффективное устройство для создания возможности для металлосодержащего материала действовать как место, где твердый углерод может выделяться из-за высоких коэффициентов тепло- и массопередачи и благодаря высокому соотношению площади поверхности к объему частиц. Так как реагенты подводятся достаточно близко вместе, а также являются очень реакционно-способными, и образование одного из реагентов, т.е. твердого углерода, является экзотермическим, условия в псевдоожиженном слоя являются оптимальными для восстановления частицы металлосодержащего материала. Ясно, что частица металлосодержащего материала должна быть также определенного размера для возможности псевдоожижения. Максимальный размер частиц, который может быть пригоден, зависит от конструктивного исполнения и эксплуатационных характеристик псевдоожиженного слоя. К тому же, так как твердый углерод выделяется из газообразного оксида углерода в реакционной камере в псевдоожиженном слое, предпочтительно непосредственно на металлосодержащем материале, или, по меньшей мере, частично восстановленном металлосодержащем материале, то нет опасности образования аккреций и агломератов. Впускное отверстие для обеспечения кислородсодержащего газа, и впускное отверстие для обеспечения углеродсодержащего соединения в газификаторе может быть объединено в одно отверстие.The fluidized bed reactor provides a very efficient device for creating the possibility for the metal-containing material to act as a place where solid carbon can be released due to high heat and mass transfer coefficients and due to the high ratio of surface area to volume of particles. Since the reactants are brought close enough together, they are also very reactive, and the formation of one of the reactants, i.e. solid carbon, is exothermic, the conditions in the fluidized bed are optimal for the recovery of particles of metal-containing material. It is clear that the particle of the metal-containing material must also be of a certain size for the possibility of fluidization. The maximum particle size that may be suitable depends on the design and performance of the fluidized bed. In addition, since solid carbon is released from the gaseous carbon monoxide in the reaction chamber in a fluidized bed, preferably directly on a metal-containing material, or at least partially reduced metal-containing material, there is no risk of accretion and agglomerates. An inlet for providing an oxygen-containing gas, and an inlet for providing a carbon-containing compound in the gasifier can be combined into one hole.
В предпочтительном варианте воплощения псевдоожиженный слой реактора является циркулирующим псевдоожиженным слоем (ЦПС), включающим в себя:In a preferred embodiment, the reactor fluidized bed is a circulating fluidized bed (CPS), including:
- вертикальную часть для направления движения псевдоожиженного слоя по существу вверх, причем псевдоожиженный слой включает в себя металлосодержащий материал и газообразный СО;a vertical portion for directing the movement of the fluidized bed substantially upward, wherein the fluidized bed includes metal-containing material and gaseous CO;
- устройство для направления составных частей псевдоожиженного слоя к разделительному устройству при достижении верха вертикальной части для отделения продукта восстановления от псевдоожиженного слоя и устройство для направления газообразных фаз из псевдоожиженного слоя к рециркуляционному устройству и устройство для направления продукта восстановления на возвратный путь;- a device for directing the components of the fluidized bed to a separation device when reaching the top of the vertical part for separating the recovery product from the fluidized bed and a device for directing gaseous phases from the fluidized bed to a recirculation device and a device for directing the recovery product to the return path;
- возвратный путь для направления движения продукта восстановления по существу вверх;- return path for the direction of movement of the recovery product essentially up;
- устройство для проведения выгрузки отходящего газа из псевдоожиженного слоя для проведения дальнейшего обрабатывания;- a device for conducting the discharge of exhaust gas from the fluidized bed for further processing;
- устройство для возвращения, по меньшей мере, части продукта восстановления из возвратного пути в реакционную камеру, причем упомянутое устройство также включает в себя выпускное отверстие для проведения выгрузки остающегося продукта восстановления, как конечного продукта восстановления, из реакционной камеры.a device for returning at least a portion of the reduction product from the return path to the reaction chamber, said device also including an outlet for discharging the remaining reduction product, as a final reduction product, from the reaction chamber.
Время пребывания металлосодержащей частицы в ЦПС такое, что делается большое число циркуляций, зависящее от желательной степени металлизации продукта восстановления. ЦПС может быть обеспечено разделительным устройством, таким как циклоны, один или более, для отделения твердых частиц, таких как металлосодержащий материал, продукт восстановления, а твердый углерод отделяют от движущегося потока газа, причем поток газа включает в себя газообразный СО и газообразный диоксид углерода. Такое разделение предпочтительно осуществляют около верха вертикальной части ЦПС, предпочтительно при помощи одного или более циклонов.The residence time of the metal-containing particles in the DSP is such that a large number of circulations are made, depending on the desired degree of metallization of the reduction product. A DSP can be provided with a separation device, such as cyclones, one or more, for separating solid particles such as metal-containing material, a reduction product, and solid carbon is separated from the moving gas stream, the gas stream including CO gas and gaseous carbon dioxide. Such separation is preferably carried out near the top of the vertical portion of the DSP, preferably with one or more cyclones.
В варианте воплощения изобретения устройство для возвращения, по меньшей мере, части продукта восстановления из возвратного пути в реакционную камеру представляет собой петлевое уплотнение или петлевой уплотнительный клапан. Преимуществом петлевого уплотнения является то, что оно может быть использовано, чтобы селективно допускать процесс восстановления частями в реакционной камере. При использовании многопетлевого уплотнения порции продукта восстановления можно также выгрузить как конечный продукт восстановления.In an embodiment of the invention, the device for returning at least a portion of the reduction product from the return path to the reaction chamber is a loop seal or a loop seal valve. An advantage of the loop seal is that it can be used to selectively allow for the reduction process in parts in the reaction chamber. When using multi-loop compaction, portions of the recovery product can also be discharged as a final recovery product.
В варианте воплощения устройство согласно изобретению включает в себя ряд соединенных реакторов с псевдоожиженным слоем, при этом обеспечивают устройство для транспортирования конечного продукта восстановления из предшествующего псевдоожиженного слоя к реакционной камере последующего реактора с псевдоожиженным слоем для дополнительного восстановления до более высокой степени восстановления. В контексте этого описания понятно, что ряд означает: два или более. Так могут быть использованы два, три, четыре или более, соединенных реактора с псевдоожиженным слоем. Также может быть обеспечено устройство для обеспечения газообразных фаз, выгружаемых из последующего псевдоожиженного слоя для проведения дополнительной обработки в предшествующем реакторе с псевдоожиженным слоем и, таким образом, допуская создание полного встречного потока газа. В варианте воплощения обеспечивают устройство для функционирования последующего реактора с псевдоожиженным слоем при более высокой температуре, нежели предшествующий реактор с псевдоожиженным слоем, при этом предпочтительно, что любой последующий реактор функционирует при более высокой температуре, нежели любой предшествующий реактор с псевдоожиженным слоем.In an embodiment, the device according to the invention includes a series of connected fluidized bed reactors, while providing a device for transporting the final reduction product from the preceding fluidized bed to the reaction chamber of the subsequent fluidized bed reactor for further reduction to a higher degree of reduction. In the context of this description, it is understood that a series means: two or more. So two, three, four or more connected fluidized bed reactors can be used. A device may also be provided for providing gaseous phases discharged from the subsequent fluidized bed to carry out further processing in the preceding fluidized bed reactor, and thereby allowing a complete counter gas flow to be created. In an embodiment, an apparatus is provided for the operation of a subsequent fluidized bed reactor at a higher temperature than the preceding fluidized bed reactor, while it is preferred that any subsequent fluidized bed reactor be operated at a temperature higher than any previous fluidized bed reactor.
В варианте воплощения устройство обеспечивают рециркуляционным устройством для отделения, по меньшей мере, части остающегося газообразного СО и/или СО2 от отходящего газа, например, для повторного введения этого в реакционную камеру реактора с псевдоожиженным слоем или в реакционную камеру одного или более реакторов с псевдоожиженным слоем, или в газификатор, или в теплообменную установку для извлечения, по меньшей мере, части термической или химической энергии, еще присутствующей в отходящем газе, например, путем сжигания горючих компонентов и использования теплоты для подогрева газообразной фазы, входящей в устройство, или путем повторного введения СО и/или СО2 в газификатор для применения его в качестве источника углерода.In an embodiment, the device is provided with a recirculation device for separating at least a portion of the remaining gaseous CO and / or CO 2 from the exhaust gas, for example, for reintroducing this into the reaction chamber of a fluidized bed reactor or into the reaction chamber of one or more fluidized reactors in a layer, or in a gasifier, or in a heat exchanger to extract at least a portion of the thermal or chemical energy still present in the exhaust gas, for example, by burning combustible comp ntents and use of heat to heat the gaseous phase included in the device, or by reintroducing CO and / or CO 2 into the gasifier to use it as a carbon source.
В варианте воплощения устройство снабжают реактором конечного этапа для проведения восстановления до еще более высокой степени восстановления или металлизации при помощи по существу твердофазной реакции твердого углерода с неполностью восстановленной частью продукта восстановления, при этом предпочтительно, реактором конечного этапа является вращающаяся печь, карусельная печь или реактор с псевдоожиженным слоем. Твердый углерод проходит, предпочтительно, из реакторов с псевдоожиженным слоем, где он образовался, с продуктом восстановления в реактор конечного этапа, хотя твердый углерод также мог быть добавлен к продукту восстановления до введения продукта восстановления в реактор конечной стадии в случае, если количество твердого углерода, перенесенного из псевдоожиженного слоя, было бы недостаточным для достижения желательной степени восстановления или металлизации конечного продукта восстановления после покидания реактора конечного этапа. В варианте воплощения устройство согласно изобретению включает в себя устройство для отделения металлической части конечного продукта восстановления от остающейся части, например, при помощи гравиметрического, магнитного устройств или устройства гранулометрического фракционирования.In an embodiment, the apparatus is provided with a final stage reactor for performing reduction to an even higher degree of reduction or metallization using a substantially solid-phase reaction of solid carbon with an incompletely reduced part of the reduction product, preferably, the final stage reactor is a rotary kiln, rotary kiln or reactor with fluid bed. The solid carbon preferably flows from the fluidized bed reactors where it was formed with the reduction product into the final stage reactor, although solid carbon could also be added to the reduction product before introducing the reduction product into the final stage reactor in case the amount of solid carbon transferred from the fluidized bed would not be sufficient to achieve the desired degree of reduction or metallization of the final recovery product after leaving the final stage reactor . In an embodiment, the device according to the invention includes a device for separating the metal part of the final reduction product from the remaining part, for example, using a gravimetric, magnetic device or particle size fractionation device.
В предпочтительном варианте воплощения устройство для осуществления процесса согласно изобретению включает в себя газификатор, предпочтительно - типа с газификацией в потоке, три следующих друг за другом ЦПС-реактора, и реактор конечной стадии типа вращающейся печи или типа с псевдоожиженным слоем, предпочтительно - типа кипящего псевдоожиженного слоя. Вариант воплощения описан для восстановления железной руды, но описание равным образом правомерно для восстановления других металлосодержащих материалов, требующего только незначительных исправлений параметров процесса обработки. Газификатор обеспечивают технически чистым кислородом и угольной пылью. В газификаторе с газификацией в потоке сухой пылевидный уголь превращается в газ с техническим кислородом в параллельном потоке. Реакции превращения в газ происходят в густом облаке тонкодисперсных частиц. Высокие температуры и давления означают, что может быть достигнута более высокая производительность, и что смола и летучие углеводороды, такие как метан, не присутствуют в отходящем газе газификатора. Газификатор с газификацией в потоке удаляет основную часть золы как шлак, так как рабочая температура значительно выше температуры плавления золы. Меньшие фракции золы получаются в виде очень мелкой сухой летающей золы, которая транспортируется с газообразным СО по направлению к последнему ЦПС. Газификатор отходящего газа, включающего СО, имеет очень высокую температуру на выходе из газификатора - примерно 1300-1600°C, предпочтительно - примерно 1400-1500°C. Необязательно, может быть предусмотрен холодный СО2-содержащий газ как регулятор для регулирования температуры газификатора. Обычно используемый водяной пар не является предпочтительным как регулятор, так как это будет отрицательно сказываться на соотношении СО/H2. Отходящий газ газификатора охлаждают, предпочтительно смешиванием его с рециркулирующим технологическим газом охладителя или охлажденным синтетическим газом, или в теплообменной установке. Получающийся охлажденный отходящий газ газификатора имеет температуру примерно 800°C и подается в последний ЦПС, где отходящий газ газификатора (синтетический газ) входит в процесс восстановления. До введения в последний ЦПС отходящий газ газификатора мог быть обработан для удаления серы из газа, например, путем обработки кальцием с образованием CaS.In a preferred embodiment, the apparatus for carrying out the process according to the invention includes a gasifier, preferably of a gasified flow type, three successive DSP reactors, and a final stage reactor of a rotary kiln type or a fluidized bed type, preferably a fluidized bed type layer. An embodiment has been described for reducing iron ore, but the description is equally valid for restoring other metal-containing materials, requiring only minor corrections to the processing parameters. The gasifier is provided with technically pure oxygen and coal dust. In a gasifier with gasification in a stream, dry pulverized coal is converted into a gas with technical oxygen in a parallel stream. Gas conversion reactions occur in a thick cloud of fine particles. High temperatures and pressures mean that higher performance can be achieved, and that tar and volatile hydrocarbons such as methane are not present in the gasifier flue gas. A gasifier with gasification in the stream removes the bulk of the ash as slag, since the operating temperature is much higher than the melting temperature of the ash. Smaller ash fractions are obtained in the form of a very fine dry flying ash, which is transported with gaseous CO towards the last DSP. The gasifier of the exhaust gas, including CO, has a very high temperature at the outlet of the gasifier — about 1300-1600 ° C, preferably about 1400-1500 ° C. Optionally, a cold CO 2 -containing gas may be provided as a regulator to control the temperature of the gasifier. Usually used water vapor is not preferred as a regulator, as this will adversely affect the ratio of CO / H 2 . The gasifier exhaust gas is cooled, preferably by mixing it with a recycle cooler process gas or cooled synthetic gas, or in a heat exchange unit. The resulting cooled gasifier flue gas has a temperature of about 800 ° C and is fed to the last DSP, where the gasifier flue gas (synthetic gas) enters the reduction process. Prior to introducing a gasifier into the final DSP, the offgas of the gasifier could be treated to remove sulfur from the gas, for example, by treatment with calcium to form CaS.
Соединение железа или железную руду обеспечивают в форме тонкоразмолотого соединения или руды, предпочтительно, имеющих размер зерна между 5 и 200 мкм. Этим материалом обеспечивают циркулирующие псевдоожиженные слои в противотоке отходящему газу газификатора, и поэтому входит в устройство в первом ЦПС. Температура в этом первом слое является самой низкой и оптимизированной для цели выделения твердого углерода на соединении или руде. Температуру в первом ЦПС регулируют, чтобы она заключалась между 350 и 600°C, предпочтительно - между 400 и 500°C с целью образования твердого углерода (т.е. углерода Будуара и/или карбида железа). Восстановление железной руды, особенно восстановление гематита до магнетита, уже начинается при таких низких температурах, и начинает образовываться карбид железа (FexC). Соединение железа и/или продукты его восстановления действуют как катализатор для образования твердого углерода при таких низких температурах. Условия в возвратном пути ЦПС являются такими, что делают возможной следующую реакцию:The iron compound or iron ore is provided in the form of a finely ground compound or ore, preferably having a grain size between 5 and 200 microns. This material provides circulating fluidized beds in countercurrent to the exhaust gas of the gasifier, and therefore enters the device in the first DSP. The temperature in this first layer is the lowest and optimized for the purpose of separating solid carbon from the compound or ore. The temperature in the first DSP is controlled to be between 350 and 600 ° C, preferably between 400 and 500 ° C, to form solid carbon (i.e., Boudoir carbon and / or iron carbide). The reduction of iron ore, especially the reduction of hematite to magnetite, already begins at such low temperatures, and iron carbide (Fe x C) begins to form. The iron compound and / or its reduction products act as a catalyst for the formation of solid carbon at such low temperatures. The conditions in the DSC return path are such that the following reaction is possible:
FeO + FexC → (1+x)Fe + COFeO + Fe x C → (1 + x) Fe + CO
При покидании последнего ЦПС-слоя (который из-за принципа противотока является первым слоем для твердых фаз и последним слоем для газовой фазы) продукт восстановления достигал желательной степени восстановления, по меньшей мере, 50%, предпочтительно, по меньшей мере, 60%, более предпочтительно, по меньшей мере, 70%, и/или загружают с достаточным количеством твердого углерода, чтобы делать возможным конечное восстановление до DRI в реакторе конечного этапа до степени восстановления или металлизации, по меньшей мере, 90%, предпочтительно, по меньшей мере, 95%, более предпочтительно, по меньшей мере, 98%. Так, параметры процесса могут быть выбранными такими, что железная руда не достигала желательной степени 50%-ного восстановления при покидании последнего ЦПС, но взамен загружают достаточным количеством твердого углерода, чтобы давать возможность конечного восстановления до DRI упомянутой степени восстановления или металлизации, по меньшей мере, 90%. В этом случае реакторы с ЦПС применяют для получения твердого углерода, необходимого для восстановления железной руды, а не для восстановления железной руды, и восстановление железной руды, поэтому, происходит в реакторе конечного этапа.When leaving the last CPS layer (which, due to the countercurrent principle, is the first layer for solid phases and the last layer for the gas phase), the reduction product reaches the desired degree of recovery of at least 50%, preferably at least 60%, more preferably at least 70% and / or loaded with a sufficient amount of solid carbon to allow final reduction to DRI in the final stage reactor to a reduction or metallization degree of at least 90%, preferably at least at least 95%, more preferably at least 98%. Thus, the process parameters may be selected such that the iron ore does not achieve the desired degree of 50% reduction upon leaving the last DSP, but instead is charged with a sufficient amount of solid carbon to enable final reduction to DRI of the said reduction or metallization level, at least , 90%. In this case, DPS reactors are used to produce solid carbon, which is necessary for reducing iron ore, and not for reducing iron ore, and reducing iron ore, therefore, occurs in the final stage reactor.
Реактор конечного этапа загружают продуктом восстановления из последнего ЦПС наряду со свежим синтетическим газом, включающим в себя СО, и технически чистым кислородом или воздухом, который вдувают в реактор конечного этапа. Реакция в реакторе конечного этапа является эндотермической, и выделяющееся тепло, как результат кислородного дутья, предпочтительно, при помощи дутья с подины реактора конечного этапа, способствует условиям для создания возможности вышеупомянутого конечного восстановления. Так как реактор конечного этапа является псевдоожиженным слоем, то возникновение локальных участков перегрева предотвращается, и сведены к минимуму опасности закупоривания процесса за счет коагуляции мелких частиц в реакторе. Опасность закупоривания процесса может быть дополнительно уменьшена, при необходимости, путем добавления добавок к псевдоожиженному слою, как описано в патенте США № 3615352. Температура в реакторе конечного этапа составляет предпочтительно между 680 и 850°C, например, примерно 750°C±20°C. Считают, что большинство реакций в реакторе конечного этапа являются чисто твердофазными реакциями, а не реакциями в системе твердое-газ. Присутствующие газы просто помогают созданию условий, чтобы делать возможными твердофазные реакции, которые происходят при помощи управления CO-CO2-T диаграммой устойчивости для железа и его оксидов. Авторы изобретения нашли, что коэффициент дожигания газовой фазы, входящей в реактор конечного этапа, является по существу таким же, как коэффициент дожигания (PCR =
Конечный продукт восстановления, выходящий из реактора конечной стадии, может также включать в себя пустую породу, шлак, CaS или другие нежелательные примеси, и они могут быть отделены от металлической фазы в операции магнитного разделения.The final reduction product exiting the final stage reactor may also include waste rock, slag, CaS or other undesirable impurities, and they can be separated from the metal phase in a magnetic separation operation.
Конечный отходящий газ процесса, который могут больше не вводить в процесс, может еще сохранять некоторое количество химической или термической энергии, которую можно использовать, например, путем его сжигания и/или используя теплоту.The final process off-gas, which may no longer be introduced into the process, may still retain some chemical or thermal energy that can be used, for example, by burning it and / or using heat.
В варианте воплощения устройство включает в себя установку для восстановления Zn, и/или Pb, и/или Cd из содержащего Zn, и/или Pb, и/или Cd металлосодержащего материала, причем установка включает в себя устройство для создания возможности восстановления Zn-, Pb- и/или Cd-содержащих соединений твердым углеродом до металлических Zn, Pb и/или Cd, и чтобы испарить Zn, Pb, и/или Cd для получения газообразных Zn, Pb, и/или Cd.In an embodiment, the device includes an apparatus for recovering Zn and / or Pb and / or Cd from Zn and / or Pb and / or Cd metal-containing material, the apparatus including a device for enabling Zn-, Pb and / or Cd-containing compounds with solid carbon to metallic Zn, Pb and / or Cd, and to vaporize Zn, Pb, and / or Cd to produce gaseous Zn, Pb, and / or Cd.
В варианте воплощения устройство включает в себяIn an embodiment, the device includes
- конденсационное устройство для конденсирования и/или отвердевания газообразных Zn, Pb, и/или Cd в жидкотекучие и/или твердые Zn, Pb, и/или Cd, илиa condensing device for condensing and / or solidifying gaseous Zn, Pb, and / or Cd into liquid flowing and / or solid Zn, Pb, and / or Cd, or
- окислительное устройство для окисления газообразных Zn, Pb, и/или Cd до соединений цинк-кислород, соединений свинец-кислород и/или соединений кадмий-кислород.- an oxidizing device for oxidizing gaseous Zn, Pb, and / or Cd to zinc-oxygen compounds, lead-oxygen compounds and / or cadmium-oxygen compounds.
Этот вариант воплощения допускает проведение обрабатывания, например, богатых железом отходов производства сталелитейной промышленности. Эти материалы, такие как богатая железом пыль из производства стали, могут быть использованы в качестве металлосодержащего материала в процессе и устройстве согласно изобретению. Кроме соединений железо-кислород эти материалы могут также включать в себя соединения цинк-кислород, соединения свинец-кислород или соединения кадмий-кислород. Эти соединения поступают в оборот из металлосодержащего материала при восстановлении соединений железо-кислород до соединений железа. Zn, Cd или Pb также восстанавливаются в ходе процесса и переходят в газообразное состояние. Восстановление соединений цинк-кислород, соединений свинец-кислород или соединений кадмий-кислород может происходить твердым углеродом или по прямой реакции с газообразными СО или Н2. После этого металлы Zn, Cd или Pb могут быть сконденсированы из газообразных состояний, или окислены и собраны как соединения цинк-кислород, соединения свинец-кислород и/или соединения кадмий-кислород. В предпочтительном варианте воплощения устройство включает в себя установку обесцинкования, причем установка обесцинкования включает в себя нагревающее устройство для нагрева металлосодержащего материала или продукта восстановления, или конечного продукта восстановления, для проведения восстановления Zn-содержащих соединений до металлического цинка, чтобы испарить Zn с образованием газообразного цинка или окислить Zn с образованием соединения цинк-кислород, такого как ZnO или Zn(OH)2. Такой вариант воплощения является особенно преимущественным для проведения обрабатывания богатых цинком отходов, содержание Zn в которых является слишком высоким, чтобы применить их, например, в обычном производстве железа и стали. Процесс можно также приспосабливать для извлечения Zn, Cd или Pb из мелочи, и с использованием мелочи в технологическом маршруте обычного производства железа, заключающем в себе доменную печь.This embodiment allows for the processing of, for example, iron-rich steel industry wastes. These materials, such as iron-rich dust from steelmaking, can be used as the metal-containing material in the process and apparatus of the invention. In addition to iron-oxygen compounds, these materials may also include zinc-oxygen compounds, lead-oxygen compounds, or cadmium-oxygen compounds. These compounds enter into circulation from a metal-containing material during the reduction of iron-oxygen compounds to iron compounds. Zn, Cd or Pb are also reduced during the process and go into a gaseous state. The reduction of zinc-oxygen compounds, lead-oxygen compounds or cadmium-oxygen compounds can occur by solid carbon or by direct reaction with gaseous CO or H 2 . After that, Zn, Cd or Pb metals can be condensed from gaseous states, or oxidized and collected as zinc-oxygen compounds, lead-oxygen compounds and / or cadmium-oxygen compounds. In a preferred embodiment, the apparatus includes a dezincification unit, wherein the dezincification unit includes a heating device for heating the metal-containing material or reduction product, or the final reduction product, for reducing Zn-containing compounds to metallic zinc to vaporize Zn to form gaseous zinc or oxidize Zn to form a zinc-oxygen compound, such as ZnO or Zn (OH) 2 . This embodiment is particularly advantageous for treating zinc-rich wastes whose Zn content is too high to be used, for example, in conventional iron and steel production. The process can also be adapted to extract Zn, Cd or Pb from fines, and using fines in the process route of conventional iron production comprising a blast furnace.
В варианте воплощения устройство включает в себя конденсационное устройство для конденсирования и/или затвердевания газообразного Zn в жидкотекучий и/или твердый Zn.In an embodiment, the device includes a condensation device for condensing and / or solidifying gaseous Zn into a fluid and / or solid Zn.
Теперь изобретение будет дополнительно объяснено посредством следующих, неограничивающих фигур. На фигуре 1 показана основная схема реактора с псевдоожиженным слоем. На фигуре 2 показана основная схема полного устройства для осуществления способа изобретения. На фигуре 3 показана основная схема устройства для осуществления способа изобретения, включающего, по меньшей мере, два реактора с циркулирующим псевдоожиженным слоем, и реактор конечного этапа. На фигуре 4 показана основная схема устройства согласно фигуре 2, включающего в себя установку для восстановления Zn из содержащего Zn металлосодержащего материала. Фигуры 5 и 6 показывают альтернативные варианты воплощения фигур 2 и 3, соответственно.Now the invention will be further explained by the following, non-limiting figures. Figure 1 shows a basic diagram of a fluidized bed reactor. Figure 2 shows a basic diagram of a complete device for implementing the method of the invention. Figure 3 shows a basic diagram of a device for implementing the method of the invention, comprising at least two circulating fluidized bed reactors, and a final stage reactor. Figure 4 shows the main circuit of the device according to figure 2, which includes an installation for recovering Zn from Zn-containing metal-containing material. Figures 5 and 6 show alternative embodiments of figures 2 and 3, respectively.
На фигуре 1 реактор 1 с псевдоожиженным слоем, в этом примере - циркулирующим псевдоожиженным слоем, обеспечивают металлосодержащим материалом 2, а также газовым потоком 3, включающим в себя газообразный СО. После движения вверх через вертикальную часть циркулирующего псевдоожиженного слоя 1 металлосодержащего материала 2 и газового потока, содержащего газообразный СО, материал направляют к устройству 5 для проведения разделения газа и твердых частиц. Отходящий газ направляют наружу из устройства 5, что показано стрелкой, указывающей вверх от устройства 5.In FIG. 1, a
Твердые части, включающие в себя твердый углерод, который образуется из газообразного СО, и металлосодержащий материал реагируют так, чтобы восстановить металлосодержащий материал до продукта восстановления. Этот продукт восстановления спускается через возвратный путь к устройству 7, такому как петлевое уплотнение, для возвращения, по меньшей мере, части продукта восстановления в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя для одного или более дополнительных циклов. Альтернативно, по меньшей мере, часть продукта восстановления может быть выгружена как конечный продукт восстановления, что показано указывающей стрелкой вправо от устройства 7.Solid parts, including solid carbon, which is formed from gaseous CO, and the metal-containing material are reacted so as to reduce the metal-containing material to a reduction product. This reduction product descends through a return path to a
На фигуре 2 часть продукта восстановления, которая может быть выгружена из устройства 7, обеспечивается в устройстве 4. Этим устройством 4 может быть реактор конечного этапа, такой как вращающаяся печь, карусельная печь или реактор с псевдоожиженным слоем. Альтернативно, устройство 4 может быть с одним или более циклами, включающими в себя части 1, 5, 6 и 7, где 6 представляет собой схематическое представление возвратного пути реактора с циркулирующим псевдоожиженным слоем, 1 - вертикальная часть и 5 - разделительное устройство, такое как циклон. Эта ситуация схематически указана на фигуре 3. Устройство 4 может также представлять один или более реакторов с циркулирующим псевдоожиженным слоем и реактор конечного этапа. На фигуре 2 и 3 газовые потоки указаны схематически пунктирными или штриховыми стрелками ("г-газ") и негазовые потоки указаны сплошными стрелками ("тв-твердое"). Газообразные продукты, отделенные устройством 5, могут быть направлены к газоочистной установке 11 и выведены, или они могут быть отведены из газоочистной установки 11 к газовому источнику 12, такому как газификатор, для повторного использования газа и/или для целей предварительного нагрева. На фигуре 2, газ, включающий газообразный СО, получают в газовом источнике 12, например, газификацией угля, и горячий газовый поток 8, включающий в себя газообразный СО, подают обычно через устройство 4, или полным противотоком металлосодержащему материалу и/или продукту восстановления. Это указывается при помощи газового потока 3. В вертикальной части циркулирующего псевдоожиженного слоя течение металлосодержащего материала и/или промежуточного продукта восстановления является одновременным с газовым потоком, как указано жирной стрелкой в вертикальной части 1 и 1а.In Figure 2, a portion of the reduction product that can be discharged from
На фигуре 4 устройство из фигуры 2 комбинируют с установкой для восстановления Zn и/или Pb, и/или Cd из содержащего Zn и/или Pb, и/или Cd металлосодержащего материала. Конечный продукт восстановления 9, еще включающий в себя содержащий Zn и/или Pb, и/или Cd металлосодержащий материал, помещают в устройство 13 вместе с горячим газовым потоком 8, включающим газообразный СО, который используется для восстановления соединений цинк-кислород или соединений свинец-кислород, или соединений кадмий-кислород до металлических свинца, цинка или кадмия. Этот металлический свинец, цинк или кадмий могут быть затем переведены в газообразное состояние и обеспечены в устройстве 15. В устройстве 15 металлы могут конденсироваться из газообразных состояний, или окисляться и собираться как соединения цинк-кислород, соединения свинец-кислород и/или кадмий-кислород.In figure 4, the device from figure 2 is combined with a plant for recovering Zn and / or Pb and / or Cd from Zn and / or Pb and / or Cd containing metal-containing material. The
На фигуре 5 представлен вариант воплощения, альтернативный варианту воплощения на фигуре 2, в котором синтетический газ из газификатора после его охлаждения до примерно 800°C вводят в ЦПС. Синтетический газ отделяют от твердых частиц в устройстве 5 и рециркулирующий газ очищают в газоочистительном установке 11. После газоочистительной установки рециркулирующий технологический газ может быть отведен в реактор 4 конечного этапа или газификатор 12. Рециркулирующий газ может быть введен прямо в газификатор или он может быть использован для охлаждения свежего синтетического газа, полученного при помощи газификатора до примерно 800°C. Устройство 4 может иметь такие же альтернативные обозначения, как представлено на фигуре 2. Альтернативный газовый поток, как представлено на фигуре 5, может также быть применен к варианту воплощения фигуры 3 (смотри фигуру 6) и фигуры 4.Figure 5 shows an embodiment alternative to the embodiment of Figure 2, in which the syngas from the gasifier, after being cooled to about 800 ° C, is introduced into the DSP. The synthetic gas is separated from the solid particles in the
Claims (35)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP06015277.4 | 2006-07-21 | ||
| EP06015277 | 2006-07-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009106036A RU2009106036A (en) | 2010-08-27 |
| RU2450057C2 true RU2450057C2 (en) | 2012-05-10 |
Family
ID=37672250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009106036/02A RU2450057C2 (en) | 2006-07-21 | 2007-07-18 | Method and device to reduce metal-containing material to reduction product |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20090308204A1 (en) |
| EP (1) | EP2046999A2 (en) |
| JP (1) | JP2009544846A (en) |
| KR (1) | KR20090034386A (en) |
| CN (1) | CN101512021B (en) |
| AU (1) | AU2007276431B2 (en) |
| BR (1) | BRPI0715424A2 (en) |
| CA (1) | CA2658524A1 (en) |
| MX (1) | MX2009000735A (en) |
| RU (1) | RU2450057C2 (en) |
| UA (1) | UA97375C2 (en) |
| WO (1) | WO2008009433A2 (en) |
| ZA (1) | ZA200900427B (en) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2440677B1 (en) * | 2009-06-10 | 2018-08-08 | Keki Hormusji Gharda | Method of production of iron, semi steel and reducing gases |
| WO2012024274A2 (en) | 2010-08-16 | 2012-02-23 | Energy & Environmental Research Center Foundation | Sandwich gasification process for high-efficiency conversion of carbonaceous fuels to clean syngas with zero residual carbon discharge |
| CN103725819B (en) * | 2013-12-31 | 2015-06-03 | 中国科学院过程工程研究所 | Iron ore powder fluidized reduction system and method |
| CN103695588B (en) * | 2013-12-31 | 2015-04-01 | 中国科学院过程工程研究所 | System and method for reducing powdery iron ore by fluidized beds |
| WO2015137348A1 (en) * | 2014-03-11 | 2015-09-17 | 新日鐵住金株式会社 | Method and facility for producing reduced iron |
| KR101493211B1 (en) * | 2014-07-25 | 2015-02-24 | 한국에너지기술연구원 | Apparatus and methods for smelting rare metal using multi-stage fluidized reaction by hydrogen reduction |
| CN105755196B (en) * | 2016-03-30 | 2018-06-29 | 北京大学 | A kind of Ferrous Metallurgy method of clean and effective |
| CN106086463B (en) * | 2016-08-02 | 2019-04-09 | 中国恩菲工程技术有限公司 | Smelting equipment for lead and zinc ore |
| RU2644892C1 (en) * | 2016-12-29 | 2018-02-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Extraction method of metals at the gasification of solid fuel in a polyfuel gas generator |
| JP7251922B2 (en) * | 2018-03-05 | 2023-04-04 | 住友金属鉱山株式会社 | Fluidized roasting furnace |
| KR102272196B1 (en) * | 2019-08-22 | 2021-07-05 | 신광진 | Direct reduced iron manufacturing plant based on cement manufacturing plant and manufacturing method using the same |
| WO2021097363A1 (en) * | 2019-11-15 | 2021-05-20 | Susteon Inc. | Production of high purity particulate silicon carbide by hydrocarbon pyrolysis |
| CN111232956B (en) * | 2020-02-29 | 2023-02-14 | 太原理工大学 | Device for reforming and reducing iron and generating carbon nano tube by methane and carbon dioxide |
| BR112022023733A2 (en) * | 2020-05-29 | 2023-02-07 | Tech Resources Pty Ltd | REDUCED IRON DIRECT FROM BIOMASS |
| WO2022077062A1 (en) * | 2020-10-13 | 2022-04-21 | Roundhill IP Pty Ltd | Process of thermally treating minerals and apparatus therefor |
| EP4039779A1 (en) * | 2021-11-02 | 2022-08-10 | Doosan Lentjes GmbH | Method and system for processing biomass |
| WO2024064293A1 (en) * | 2022-09-21 | 2024-03-28 | Omnis Advanced Technologies, LLC | Ultra-high temperature continuous reduction of metal compound particles with subsequent selective separation |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3637368A (en) * | 1968-10-16 | 1972-01-25 | Exxon Research Engineering Co | Increased metallizations of iron ore from fluidized bed processes |
| US3788835A (en) * | 1970-12-30 | 1974-01-29 | Exxon Research Engineering Co | Iron ore reduction process(nu-9) |
| US4396423A (en) * | 1981-06-22 | 1983-08-02 | Stephens Jr Frank M | Process for recovering iron and zinc from steel making dusts |
| RU2104309C1 (en) * | 1992-10-22 | 1998-02-10 | Фоест-Альпине Индустрианлагенбау ГмбХ | Method and installation for producing molten cast iron or molten steel intermediate products from iron ore material |
| US5785733A (en) * | 1994-12-31 | 1998-07-28 | Pohang Iron & Steel Co., Ltd. | Fluidized bed type reduction apparatus for iron ore particles and method for reducing iron ore particles using the apparatus |
| EP1568793A1 (en) * | 2004-02-23 | 2005-08-31 | Corus Technology BV | Method and apparatus for reducing metal-oxygen compounds |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3246978A (en) * | 1963-04-19 | 1966-04-19 | Exxon Research Engineering Co | Fluid bed process |
| EP0449891B1 (en) * | 1988-12-20 | 1996-10-30 | Cra Services Limited | Manufacture of iron and steel in a duplex smelter and solid state oxide suspension prereducer |
| US5629102A (en) * | 1992-04-24 | 1997-05-13 | H Power Corporation | Electrical automobile having a fuel cell, and method of powering an electrical automobile with a fuel cell system |
| US5510201A (en) * | 1992-04-24 | 1996-04-23 | H Power Corporation | Method of operating a fuel cell wherein hydrogen is generated by providing iron in situ |
| US5876793A (en) * | 1996-02-21 | 1999-03-02 | Ultramet | Fine powders and method for manufacturing |
| AT407530B (en) * | 1999-07-29 | 2001-04-25 | Voest Alpine Ind Anlagen | METHOD FOR DISTRIBUTING FINE PARTICLE-SHAPED MATERIAL FROM A FLUID BED |
| ATE377658T1 (en) * | 2004-05-31 | 2007-11-15 | Outotec Oyj | METHOD AND DEVICE FOR DIRECT REDUCTION |
-
2007
- 2007-07-18 AU AU2007276431A patent/AU2007276431B2/en not_active Ceased
- 2007-07-18 CA CA002658524A patent/CA2658524A1/en not_active Abandoned
- 2007-07-18 CN CN2007800332861A patent/CN101512021B/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-07-18 KR KR1020097003545A patent/KR20090034386A/en not_active Withdrawn
- 2007-07-18 JP JP2009521144A patent/JP2009544846A/en not_active Withdrawn
- 2007-07-18 UA UAA200901345A patent/UA97375C2/en unknown
- 2007-07-18 EP EP07786150A patent/EP2046999A2/en not_active Withdrawn
- 2007-07-18 BR BRPI0715424-0A patent/BRPI0715424A2/en not_active IP Right Cessation
- 2007-07-18 ZA ZA200900427A patent/ZA200900427B/en unknown
- 2007-07-18 MX MX2009000735A patent/MX2009000735A/en unknown
- 2007-07-18 WO PCT/EP2007/006376 patent/WO2008009433A2/en not_active Ceased
- 2007-07-18 US US12/373,967 patent/US20090308204A1/en not_active Abandoned
- 2007-07-18 RU RU2009106036/02A patent/RU2450057C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3637368A (en) * | 1968-10-16 | 1972-01-25 | Exxon Research Engineering Co | Increased metallizations of iron ore from fluidized bed processes |
| US3788835A (en) * | 1970-12-30 | 1974-01-29 | Exxon Research Engineering Co | Iron ore reduction process(nu-9) |
| US4396423A (en) * | 1981-06-22 | 1983-08-02 | Stephens Jr Frank M | Process for recovering iron and zinc from steel making dusts |
| RU2104309C1 (en) * | 1992-10-22 | 1998-02-10 | Фоест-Альпине Индустрианлагенбау ГмбХ | Method and installation for producing molten cast iron or molten steel intermediate products from iron ore material |
| US5785733A (en) * | 1994-12-31 | 1998-07-28 | Pohang Iron & Steel Co., Ltd. | Fluidized bed type reduction apparatus for iron ore particles and method for reducing iron ore particles using the apparatus |
| EP1568793A1 (en) * | 2004-02-23 | 2005-08-31 | Corus Technology BV | Method and apparatus for reducing metal-oxygen compounds |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MX2009000735A (en) | 2009-03-06 |
| BRPI0715424A2 (en) | 2013-05-21 |
| RU2009106036A (en) | 2010-08-27 |
| CN101512021A (en) | 2009-08-19 |
| AU2007276431A1 (en) | 2008-01-24 |
| WO2008009433A3 (en) | 2008-06-12 |
| JP2009544846A (en) | 2009-12-17 |
| US20090308204A1 (en) | 2009-12-17 |
| KR20090034386A (en) | 2009-04-07 |
| CA2658524A1 (en) | 2008-01-24 |
| EP2046999A2 (en) | 2009-04-15 |
| AU2007276431B2 (en) | 2011-07-07 |
| WO2008009433A2 (en) | 2008-01-24 |
| ZA200900427B (en) | 2010-04-28 |
| UA97375C2 (en) | 2012-02-10 |
| CN101512021B (en) | 2012-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2450057C2 (en) | Method and device to reduce metal-containing material to reduction product | |
| EP0063924B1 (en) | Methods for melting and refining a powdery ore containing metal oxides and apparatuses for melt-refining said ore | |
| US5338336A (en) | Method of processing electric arc furnace dust and providing fuel for an iron making process | |
| RU2618971C2 (en) | Processing method for exhaust gases from plants for iron and / or synthetic gas production | |
| Kurunov | The direct production of iron and alternatives to the blast furnace in iron metallurgy for the 21st century | |
| RU2118374C1 (en) | Method and installation for producing cast iron from metal ores | |
| EA026243B1 (en) | Process and plant for producing hot metal | |
| KR20150010997A (en) | Method and device for introducing fine particle-shaped material into the fluidised bed of a fluidised bed reduction unit | |
| JP3543837B2 (en) | Method for directly reducing iron oxide-containing raw materials using a solid carbon-containing reducing agent | |
| Zervas et al. | Developments in iron and steel making | |
| RU2477755C2 (en) | Method and device for preparation of reducing agent to be used during metal production, metal production process and metal production unit using above described device | |
| US9371487B2 (en) | Process and plant for producing char and fuel gas | |
| EP1529121A1 (en) | Process and apparatus for the direct reduction of iron oxides in an electrothermal fluidized bed and resulant product | |
| US5542963A (en) | Direct iron and steelmaking | |
| AU2005300680B2 (en) | Process and plant for producing titania slag from ilmenite | |
| US5320676A (en) | Low slag iron making process with injecting coolant | |
| JPS59129707A (en) | Method and device for direct refining of metallic oxide | |
| EP0840807B1 (en) | Direct iron and steelmaking | |
| WO2025227186A1 (en) | Production of iron and steel | |
| EP1670959B1 (en) | Method for reducing iron-oxygen compounds | |
| EP1568793A1 (en) | Method and apparatus for reducing metal-oxygen compounds | |
| CN1871366B (en) | Method and apparatus for reducing metal-oxygen compounds | |
| JPS5811707A (en) | Method and device for refining metallic oxide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120719 |