UA129932C2 - Спосіб рециркуляції відпрацьованого відновного газу в системі прямого відновлення залізної руди, в якій використовується електричний нагрівач газу - Google Patents
Спосіб рециркуляції відпрацьованого відновного газу в системі прямого відновлення залізної руди, в якій використовується електричний нагрівач газуInfo
- Publication number
- UA129932C2 UA129932C2 UAA202400631A UAA202400631A UA129932C2 UA 129932 C2 UA129932 C2 UA 129932C2 UA A202400631 A UAA202400631 A UA A202400631A UA A202400631 A UAA202400631 A UA A202400631A UA 129932 C2 UA129932 C2 UA 129932C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- gas
- hydrogen
- enriched
- separation unit
- reducing
- Prior art date
Links
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
- C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft 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
- C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces
- C21B13/023—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces wherein iron or steel is obtained in a molten state
- C21B13/026—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces wherein iron or steel is obtained in a molten state heated electrically
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces
- C21B13/029—Introducing coolant gas in the shaft furnaces
-
- 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
- C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
- C21B2100/22—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by reforming
-
- 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
- C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
- C21B2100/28—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation
- C21B2100/282—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation of carbon dioxide
-
- 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
- C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
- C21B2100/28—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation
- C21B2100/284—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation of nitrogen
-
- 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
-
- 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
- Y02P10/122—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by capturing or storing CO2
-
- 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]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Спосіб одержання заліза прямого відновлення зі збагаченим воднем газом, за яким використовують нагрівач відновного газу без згоряння, такий як електричний нагрівач з нагріванням відновного газу до температур, достатніх для відновлення заліза, який включає: забезпечення шахтної печі для відновлення оксиду заліза збагаченим воднем відновним газом; вилучення пари й частинок з колошникового газу шахтної печі за допомогою скрубера; повну або часткову обробку обробленого в скрубері колошникового газу в установці сепарації газу, такій як мембранна установка і установка PSA сепарації газу, зі створенням збагаченого воднем потоку, рециркульованого назад у шахтну піч як відновного агента, так що споживання водню може бути зменшене, коли застосовується нагрівач відновного газу без згоряння.
Description
ПЕРЕХРЕСНЕ ПОСИЛАННЯ НА СПОРІДНЕНУ ЗАЯВКУ
Дана звичайна заявка на патент заявляє перевагу пріоритету попередньої заявки на патент
США Мо 63/232 748, поданої 13 червня 2021 року за назвою "МЕТНОЮ БОК КЕСУСІ МО 5РЕМТ
КЕВИСТІОМ САБ5 ІМ А ПОІКЕСТ КЕВОСТІОМ ОБ КОМ ОКЕ 5УЗТЕМ ОТІ2ІМО АМ ЕГЕСТАКІС
САБ5 НЕАТЕК", вміст якої в повному обсязі включений у даний документ за допомогою посилання.
ГАЛУЗЬ ТЕХНІКИ
Даний винахід в цілому стосується галузей заліза прямого відновлення (ОК) і виготовлення сталі. Зокрема, даний винахід стосується способу й системи одержання заліза прямого відновлення (ОК), при цьому відновний газ нагрівається способами, відмінними від спалювання
ПЕРЕДУМОВИ ВИНАХОДУ
Залізо прямого відновлення (ОКІ), яке часто називається губчатим залізом, зазвичай виготовляється шляхом забезпечення реакції залізної руди із синтез-газом, газом, який містить водень і монооксид вуглецю. У загальноприйнятих способах синтез-газ генерується із природного газу або за допомогою його риформінгу на місці усередині відновної печі, або в окремій установці каталітичного риформінгу. У цьому випадку ОКІ стосується будь-якої зі звичайних форм виробів, таких як холодне залізо прямого відновлення (СОКІ), гаряче залізо прямого відновлення (НОМ), гаряче брикетоване залізо (НВІ) або будь-яке інше ОКІ, яке одержують шляхом відновлення залізної руди на основі газу в шахтній печі.
В рамках глобальних зусиль по боротьбі зі зміною клімату у сталеливарній галузі шукають шляхи зменшення або усунення викидів СО». У традиційному виробництві заліза найбільша частка викидів СО» виникає під час відновлення залізної руди, при цьому оксид заліза відновлюється до металевого заліза за допомогою вугілля у випадку доменної печі й природного газу у випадку печі для прямого відновлення. Введення викопного палива використовується не тільки для забезпечення хімії, необхідної для відновлення, але й для подачі енергії, необхідної для проведення реакції. У випадку прямого відновлення водень, одержаний з екологічно безпечних джерел, який називається екологічно чистим воднем, може потенційно бути заміною природному газу, при цьому значно зменшуються викиди під час фази відновлення у виробництві заліза. о Незважаючи на те що для розробки й поліпшення традиційних процесів, призначених для використання з екологічно чистим воднем, були прикладені значні зусилля, залишаються істотні складності. Одна з основних проблем полягає у великому споживанні водню, необхідного для загальноприйнятих процесів. Оскільки загальноприйняті технології відновлення грунтуються на полум'яних нагрівачах для подачі енергії для відновлення, то значну кількість водню необхідно додати не тільки через вимоги до реакції відновлення, але й для відповідності вимогам до нагрівання в процесі за допомогою спалювання. Це може негативно відбиватися на витратах, тому що повинна бути встановлена додаткова потужність для електролізу й необхідно використовувати додаткову електрику.
Відповідно, існує необхідність у поліпшених способах і системах одержання заліза прямого відновлення (ОК), у яких відновний газ нагрівається способами, відмінними від спалювання
СУТЬ ВИНАХОДУ
Варіанти здійснення даного винаходу поліпшують відомі способи й системи одержання заліза прямого відновлення (ОКІ). Наприклад, було визначено, що електричний нагрівач газу, що використовує електрику, одержану від джерела поновлюваної енергії, який також використовується для одержання екологічно чистого водню за допомогою електролізу, може бути типовим прикладом зниження викидів СО».
Таким чином, у цьому випадку було переважно визначено, що заміна полум'яного нагрівача відновного газу, використовуваного в традиційній технології, електричним варіантом може зменшити не тільки потребу в екологічно чистому водні, але також необхідну кількість електрики 5О в цілому. Споживання електрики для електричного нагрівача відновного газу значно менше, ніж кількість електрики, необхідної для генерування водню, використовуваного полум'яним нагрівачем відновного газу, через меншу теплову ефективність полум'яного нагрівача.
Газоподібний водень для адіабатичного спалювання під час нагрівання відновного газу до температури 8000-1000 "С, зазвичай необхідної для відновлення оксиду заліза, забезпечує тільки 40-50 95 загальної доступної енергії, оскільки 50-60 95 енергії забирають із собою димові гази згоряння. З іншого боку, ефективність електричного нагрівання зазвичай вище 90 95, оскільки його втрати енергії тільки механічні й електричні.
Було також визначено, що процеси в рівні техніки несумісні з електричним нагріванням.
Наприклад, у печі для прямого відновлення надлишковий непридатний до конденсування 60 інертний і окисний газ повинен бути вилучений із процесу для запобігання накопичення в основному контурі технологічного газу. Наразі це робиться шляхом спускання частини відпрацьованого газу, називаного паливом з колошникового газу в процесі МІОКЕХО (див. фіг. 1), для використання як палива для установки риформінгу/нагрівача. У сучасному процесі прямого відновлення із застосуванням установки риформінгу із природним газом для компенсації розширення об'єму газу, спричиненого реакцією риформінгу, потік палива з колошникового газу може сягати до 1/3 колошникового газу, що означає рециркуляцію 2/3 газу за прохід. На сучасній установці Міадгех із природним газом, однак, кількість генерованого палива з колошникового газу добре збалансована з вимогою до паливного газу з установкою риформінгу, і потрібно лише незначне підживлення паливним газом.
У сучасному процесі прямого відновлення з вмістом водню, близьким до 100 95, існує схожа ситуація під час спроби одержання ОКІ, що містить вуглець, що є бажаною властивістю для плавки нижче за потоком, завдяки введенню вуглецевмісного газу, такого як природний газ. У цій ситуації зазвичай 10-20 У5 колошникового газу шахтної печі потрібно спустити як паливо з колошникового газу, залежно від цільового вмісту вуглецю в ОК, для вилучення непридатного до конденсації окисника, такого як СО», без риформінгу СО», де СО» може бути конвертований в
СО для повторного використання у відновній печі. Процес відновлення воднем без установки риформінгу буде генерувати спущене паливо з колошникового газу, що містить багато цінного екологічно чистого водню в залишку, а також СО і СО», які повинні бути використані полум'яним нагрівачем відновного газу з підживленням паливним газом, наприклад з підживленням воднем або природним газом. Отже, процеси відновлення воднем для одержання ОКІ, що містить вуглець у рівні техніки потребують полум'яного нагрівача відновного газу для використання палива з колошникового газу й повинні допускати більше споживання паливного газу під час одержання ОКІ, що містить вуглець.
Існують способи й системи видалення СО? з колошникового газу, але вони також мають обмеження за умови використання водню як основного газу для відновлення. Мала кількість
СО» у колошниковому газі шахтної печі обмежує робочу ефективність загальноприйнятих технологій сепарації газів, наприклад роботу скруберів для аміноочищення й установок адсорбції за змінного тиску. Низька концентрація СО» у газовому потоці може приводити до роботи порівняно великих установок для захоплення СО» з меншою ефективністю або більшого зо потрапляння водню у скидуваний газ для цього застосування. Приклади в даній галузі також демонструють високу інтегрованість із полум'яними нагрівачами, оскільки тут вони також використовуються для обробки скидуваних газів і використання залишкової теплотворної здатності в процесі.
У випадку відновлення 100 95-м воднем для одержання безвуглецевого ОКІ без введення вуглецевмісного газу частина, що спускається, колошникового газу шахтної печі не настільки значна, як у першому випадку. Непридатний до конденсування інертний газ, такий як азот, однак, повинен бути видалений, щоб не допускати накопичення в контурі технологічного газу у вигляді палива з колошникового газу, основна фракція якого являє собою водень. Спущене паливо з колошникового газу потрібно використовувати в полум'яному нагрівачі відновного газу, за відсутності інших придатних споживачів, або просто відвести через факельну систему, що збільшує кількість споживання Ну», як і в попередньому випадку.
Таким чином, у варіантах здійснення даного винаходу, у даному винаході запропоновані спосіб і система одержання ОК з водню з використанням механізму без згоряння, наприклад з електричним нагріванням, з одночасним значним поліпшенням ефективності використання енергії порівняно з наявними сучасними технологіями полум'яного нагрівання.
У різних варіантах здійснення в даному винаході запропоновані нові способи й системи для рециркуляції відпрацьованого колошникового газу з відновної шахтної печі й керування накопиченням непридатного до конденсування інертного й окисного газу усередині основного рециркуляційного контуру. Переважно, споживання водню для відновлення оксиду заліза зменшується в порівнянні з існуючими технологіями, що тим самим поліпшує ефективність процесу.
У представленому як приклад варіанті здійснення спосіб рециркуляції відпрацьованого відновного газу в системі прямого відновлення залізної руди із застосуванням нагрівача відновного газу без згоряння, такого як електричний нагрівач газу, з нагріванням відновного газу до температур, достатніх для відновлення заліза, включає: а. забезпечення шахтної печі виробництва з прямого відновлення з відновленням оксиду заліза до металевого заліза за допомогою збагаченого воднем відновного газу;
Б. видалення пари й частинок з відпрацьованого відновного газу за допомогою скрубера з обробкою колошникового газу шахтної печі;
с. повну або часткову обробку обробленого в скрубері колошникового газу в установці сепарації газу зі створенням збагаченого воднем потоку зі зменшеною фракцією неводневих сполук у ньому і збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, що містить СО», СО,
СнНуа, Н», М; і інші сполуки; і а. рециркуляцію збагаченого воднем потоку після сепарації газу і залишкової частини обробленого в скрубері колошникового газу зі свіжим воднем зі створенням збагаченого воднем відновного газу для даного способу.
У деяких варіантах здійснення під час одержання ОКІ, що містить вуглець, з подачею газу для осадження вуглецю в перехідну зону шахтної печі, газ, що додають в перехідну зону, утворюють шляхом змішування частини збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, що генерується під час сепарації газу, з газом для осадження вуглецю ззовні.
У деяких варіантах здійснення спосіб додатково включає вибіркове видалення частково або цілком СО»52 зі збагаченого інертними/окисними компонентами потоку перед змішуванням зі створенням газу перехідної зони.
У деяких варіантах здійснення спосіб включає повну або часткову обробку обробленого в скрубері колошникового газу в установці сепарації газу за допомогою адсорбції за змінного тиску (РБА) з генеруванням двох (2) потоків газу; збагаченого воднем/азотом потоку й збагаченого метаном/окисним компонентом потоку, вибіркове вилучення збагаченого воднем потоку зі збагаченого воднем/азотом потоку за допомогою установки мембранної сепарації газу перед рециркуляцією збагаченого воднем потоку назад в основний контур технологічного газу, і/або вибіркове вилучення метану зі збагаченого метаном/окисним компонентом потоку за допомогою установки мембранної сепарації газу перед спрямуванням у перехідну зону після змішування з газом для осадження вуглецю ззовні.
В іншому представленому як приклад варіанті здійснення в даному винаході запропонований спосіб одержання заліза прямого відновлення із застосуванням збагаченого воднем відновлювального газу, із застосуванням нагрівача відновного газу без згоряння для нагрівання збагаченого воднем відновного газу до температури, достатньої для відновлення заліза. Спосіб включає забезпечення відновної шахтної печі установки прямого відновлення з відновленням оксиду заліза до металевого заліза із застосуванням збагаченого воднем відновного газу; забезпечення потоку колошникового газу відновної шахтної печі, що містить відпрацьований відновний газ, на скрубер для видалення пари й частинок з відпрацьованого відновного газу за допомогою скрубера для обробки колошникового газу шахтної печі й одержання обробленого в скрубері колошникового газу; повну або часткову обробку обробленого в скрубері колошникового газу в установці сепарації газу зі створенням збагаченого воднем потоку зі зменшеною фракцією неводневих сполук у ньому й збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, що містить СО», СО, СНа, Но і М»; і рециркуляцію збагаченого воднем потоку із установки сепарації газу й щонайменше частини обробленого в скрубері колошникового газу з додаванням водню або підживленням паливом з іншого збагаченого воднем потоку зі створенням збагаченого воднем відновного газу, що вводиться в шахтну піч, при цьому перед введенням у шахтну піч збагачений воднем відновний газ нагрівають у нагрівачі відновного газу без згоряння з нагріванням збагаченого воднем відновного газу до 8000-1100 "С. Спосіб може включати введення під тиском частини збагаченого інертними/окисними компонентами потоку видаленого з установки сепарації газу в перехідну зону шахтної печі з навуглецюванням заліза прямого відновлення, після змішування з газом, що містить вуглеводні. Спосіб може включати надання відокремлювача СО»; повну або часткову обробку збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, видаленого із установки сепарації газу за допомогою відокремлювача СО» з вилученням очищеного СО»; і введення під тиском частини збідненого СО» газу, випущеного з відокремлювача СО», у перехідну зону шахтної печі з навуглецюванням заліза прямого відновлення, після змішування з газом, що містить вуглеводні. Установка для сепарації газу може являти собою мембранний сепаратор газу, установку для сепарації газу за допомогою адсорбції за змінного тиску або кріогенну установку для сепарації газу. Відокремлювач СО» може являти собою аміновий абсорбер/відокремлювач або установку для сепарації газу за допомогою адсорбції за змінного тиску. Нагрівач відновного газу без згоряння може являти собою електричний нагрівач, який використовує електричну енергію.
В іншому представленому як приклад варіанті здійснення спосіб одержання заліза прямого відновлення із застосуванням збагаченого воднем відновного газу, із застосуванням нагрівача відновного газу без згоряння з нагріванням збагаченого воднем відновного газу до температури, бо достатньої для відновлення заліза, включає забезпечення відновної шахтної печі установки прямого відновлення для відновлення оксиду заліза до металевого заліза із застосуванням збагаченого воднем відновного газу; забезпечення потоку колошникового газу відновної шахтної печі, що містить відпрацьований відновний газ, на скрубер для вилучення пари і частинок з відпрацьованого відновного газу за допомогою скрубера з обробкою колошникового газу шахтної печі й одержанням обробленого в скрубері колошникового газу; повну або часткову обробку обробленого в скрубері колошникового газу в установці сепарації газу за допомогою адсорбції за змінного тиску зі створенням сухого збагаченого воднем/азотом потоку зі зменшеною фракцією неводневих або неазотних сполук у ньому, і збагаченого метаном/окисним компонентом потоку, що містить СНа, СО», СО, НоО, СНа, Но ї Мо; додаткову обробку збагаченого воднем/азотом потоку в установці мембранної сепарації газу з одержанням збагаченого воднем потоку; і рециркуляцію збагаченого воднем потоку з установки мембранної сепарації газу й щонайменше частини обробленого в скрубері колошникового газу з воднем з іншого збагаченого воднем потоку зі створенням збагаченого воднем відновного газу, що вводиться в шахтну піч, при цьому перед введенням у шахтну піч створений збагачений воднем відновний газ нагрівають у нагрівачі відновного газу без згоряння з нагріванням збагаченого воднем відновного газу до 8000-1100 "С. Нагрівач відновного газу без згоряння може являти собою електричний нагрівач, який використовує електричну енергію.
У ще одному представленому як приклад варіанті здійснення спосіб одержання заліза прямого відновлення із застосуванням збагаченого воднем відновного газу, із застосуванням нагрівача відновного газу без згоряння з нагріванням збагаченого воднем відновного газу до температури, достатньої для відновлення заліза, включає забезпечення відновної шахтної печі установки прямого відновлення з відновленням оксиду заліза до металевого заліза із застосуванням збагаченого воднем відновного газу; забезпечення потоку колошникового газу відновної шахтної печі, що містить відпрацьований відновний газ, на скрубер з видаленням пари й частинок з відпрацьованого відновного газу за допомогою скрубера з обробкою колошникового газу шахтної печі й одержанням обробленого в скрубері колошникового газу; повну або часткову обробку обробленого в скрубері колошникового газу в установці сепарації газу за допомогою адсорбції за змінного тиску зі створенням сухого збагаченого воднем/азотом потоку зі зменшеною фракцією неводневих або неазотних сполук у ньому, і збагаченого метаном/окисним компонентом потоку, що містить СНа, СО», СО, НоО, СНа, Но ї Мо; додаткову обробку збагаченого метаном/окисним компонентом потоку в установці мембранної сепарації газу зі створенням збагаченого метаном потоку; і введення збагаченого метаном потоку із установки мембранної сепарації газу в перехідну зону шахтної печі з навуглецюванням заліза прямого відновлення, після змішування з газом, що містить вуглеводні. Спосіб може включати рециркуляцію збагаченого воднем потоку із установки сепарації газу й щонайменше частини обробленого в скрубері колошникового газу разом з воднем з іншого збагаченого воднем потоку зі створенням збагаченого воднем відновного газу, що вводиться в шахтну піч, при цьому перед введенням у шахтну піч збагачений воднем відновний газ нагрівають у нагрівачі відновного газу без згоряння з нагріванням збагаченого воднем відновного газу до 800-1100 "С. Нагрівач відновного газу без згоряння може містити електричний нагрівач, який використовує електричну енергію.
В іншому представленому як приклад варіанті здійснення система одержання заліза прямого відновлення із застосуванням збагаченого воднем відновного газу, яка містить нагрівач відновного газу без згоряння для нагрівання збагаченого воднем відновного газу до температури, достатньої для відновлення заліза, містить відновну шахтну піч установки прямого відновлення, виконану з можливістю відновлення оксиду заліза до металевого заліза із застосуванням збагаченого воднем відновного газу; скрубер, виконаний з можливістю приймання потоку колошникового газу відновної шахтної печі, що містить відпрацьований відновний газ, і видалення пари й частинок з відпрацьованого відновного газу за допомогою 5О0 скрубера для обробки колошникового газу шахтної печі й одержання обробленого в скрубері колошникового газу; установку сепарації газу, виконану з можливістю повної або часткової обробки обробленого в скрубері колошникового газу для створення збагаченого воднем потоку зі зменшеною фракцією неводневих сполук у ньому й збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, що містить СО2?, СО, СНая, Н5о їі М2; ії рециркуляційну лінію, виконану з можливістю рециркуляції збагаченого воднем потоку із установки сепарації газу й щонайменше частини обробленого в скрубері колошникового газу разом з воднем з іншого збагаченого воднем потоку зі створенням збагаченого воднем відновного газу, що вводиться в шахтну піч, при цьому перед введенням у шахтну піч забезпечена можливість нагрівання збагаченого воднем відновного газу в нагрівачі відновного газу без згоряння для нагрівання збагаченого бо воднем відновного газу до 8000-1100 "С. Система може містити компресор, виконаний з
А можливістю стискання обробленого в скрубері колошникового газу. Система може містити іншу рециркуляційну лінію, виконану з можливістю введення під тиском частини збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, вилученого із установки сепарації газу, у перехідну зону шахтної печі для навуглецювання заліза прямого відновлення, після змішування з газом, що містить вуглеводні. Система може містити відокремлювач СО», виконаний з можливістю вилучення очищеного СО» зі збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, випущеного із установки сепарації газу для обробленого в скрубері колошникового газу.
Установка для сепарації газу може являти собою мембранний сепаратор газу, установку для сепарації газу за допомогою адсорбції за змінного тиску або кріогенну установку для сепарації газу. Відокремлювач СО» може являти собою аміновий абсорбер або установку сепарації газу за допомогою адсорбції за змінного тиску. Нагрівач відновного газу без згоряння може являти собою електричний нагрівач, який використовує електричну енергію.
У ще одному представленому як приклад варіанті здійснення система одержання заліза прямого відновлення із застосуванням збагаченого воднем відновного газу, яка містить нагрівач відновного газу без згоряння для нагрівання збагаченого воднем відновного газу до температури, достатньої для відновлення заліза, містить відновну шахтну піч установки прямого відновлення, виконану з можливістю відновлення оксиду заліза до металевого заліза із застосуванням збагаченого воднем відновного газу; скрубер, виконаний з можливістю приймання потоку колошникового газу відновної шахтної печі, що містить відпрацьований відновний газ, і видалення пари й частинок з відпрацьованого відновного газу за допомогою скрубера для обробки колошникового газу шахтної печі й одержання обробленого в скрубері колошникового газу; установку сепарації газу за допомогою адсорбції за змінного тиску, виконану з можливістю повної або часткової обробки обробленого в скрубері колошникового газу зі створенням сухого збагаченого воднем/азотом потоку зі зменшеною фракцією неводневих або неазотних сполук у ньому й збагаченого метаном/окисним компонентом потоку, що містить СНа, СО», СО, НО, СнНае, Но їі М;; вторинну установку мембранної сепарації газу, виконану з можливістю обробки сухого збагаченого воднем/азотом потоку й створення збагаченого воднем потоку; і рециркуляційну лінію, виконану з можливістю рециркуляції збагаченого воднем потоку із вторинної установки мембранної сепарації газу й щонайменше частини обробленого в скрубері колошникового газу з воднем з іншого збагаченого воднем потоку зі створенням збагаченого воднем відновного газу, що вводиться в шахтну піч, при цьому перед введенням у шахтну піч забезпечена можливість нагрівання збагаченого воднем відновного газу в нагрівачі відновного газу без згоряння для нагрівання збагаченого воднем відновного газу до 8000-1100 "С. Система може додатково містити компресор, виконаний з можливістю стискання обробленого в скрубері колошникового газу. Нагрівач газу без згоряння може являти собою електричний нагрівач, який використовує електричну енергію.
В іншому представленому як приклад варіанті здійснення система одержання заліза прямого відновлення із застосуванням збагаченого воднем відновного газу, яка містить нагрівач відновного газу без згоряння для нагрівання збагаченого воднем відновного газу до температури, достатньої для відновлення заліза, містить відновну шахтну піч установки прямого відновлення, виконану з можливістю відновлення оксиду заліза до металевого заліза із застосуванням збагаченого воднем відновного газу; скрубер, виконаний з можливістю приймання потоку колошникового газу відновної шахтної печі, що містить відпрацьований відновний газ, і видалення пари й частинок з відпрацьованого відновного газу за допомогою скрубера для обробки колошникового газу шахтної печі й одержання обробленого в скрубері колошникового газу; установку сепарації газу за допомогою адсорбції за змінного тиску, виконану з можливістю повної або часткової обробки обробленого в скрубері колошникового газу зі створенням сухого збагаченого воднем/азотом потоку зі зменшеною фракцією неводневих або неазотних сполук у ньому й збагаченого метаном/окисним компонентом потоку, 5О0 що містить СНа, СО», СО, НО, СНа, Нео ї М2; вторинну установку мембранної сепарації газу, виконану з можливістю обробки збагаченого метаном/окисним компонентом потоку зі створенням збагаченого метаном потоку; і лінію введення під тиском, виконану з можливістю введення під тиском збагаченого метаном потоку із установки мембранної сепарації газу в перехідну зону шахтної печі для навуглецювання заліза прямого відновлення, після змішування з газом, що містить вуглеводні. Нагрівач відновного газу без згоряння може являти собою електричний нагрівач, який використовує електричну енергію.
СТИСЛИЙ ОПИС ГРАФІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ
Даний винахід проілюстрований й описаний з посиланням на різні графічні матеріали, на яких: 60 фіг. 1 являє собою схематичне зображення, що ілюструє вищезгаданий процес МІОКЕХФ);
фіг. 2 являє собою схематичне зображення, що ілюструє один представлений як приклад варіант здійснення способу й системи за даним винаходом для рециркуляції відпрацьованого відновного газу, де частина колошникового газу стискається й відправляється в установку мембранної сепарації, у якій водень вилучається назад в основний технологічний контур, і потік вилученого непридатного до конденсування інертного й окисного газу направляється на відведення у, наприклад, факельну систему; фіг. З являє собою схематичне зображення, що ілюструє інший представлений як приклад варіант здійснення способу й системи за даним винаходом для рециркуляції відпрацьованого відновного газу, де частина колошникового газу стискається й відправляється в установку мембранної сепарації, у якій водень вилучається з надходженням назад в основний технологічний контур, а вилучений непридатний до конденсування інертний компонент і частина потоку окисного газу змішується з газом, що містить вуглеводні, для введення в перехідну зону відновної шахтної печі; фіг. 4 являє собою схематичне зображення, що ілюструє інший представлений як приклад варіант здійснення способу й системи за даним винаходом для рециркуляції відпрацьованого відновного газу, де частина колошникового газу стискається й відправляється в установку багатоступінчастої сепарації, що містить РБА і скрубер для аміноочистки, у якій водень вилучається з надходженням назад в основний технологічний контур, діоксид вуглецю високої чистоти (наприклад, щонайменше 95 95) вилучається в скрубер для аміноочистки, а залишкова частина збідненого СО» потоку змішується з газом, що містить вуглеводні, для введення в перехідну зону відновної шахтної печі; і фіг. 5 являє собою схематичне зображення, що ілюструє інший представлений як приклад варіант здійснення способу й системи за даним винаходом для рециркуляції відпрацьованого відновного газу, де частину колошникового газу стискають і відправляють в установку багатоступінчастої сепарації, що містить установки РБА і мембранної сепарації. Збагачений воднем/азотом газ, вилучений установкою РБА, додатково обробляють мембранною установкою для видалення азоту, у якій водень рециркулюють в основний технологічний контур, а азот направляють на відведення в, наприклад, факельну систему. Збагачений метаном/окисником потік, вилучений за допомогою РБ5А, додатково обробляють мембранною установкою для добування метану, у якій збагачений метаном потік вводять у перехідну зону з підживленням газом, що містить вуглеводні, і залишковий потік газу мембранної установки направляють на відведення у факельну систему.
ДОКЛАДНИЙ ОПИС ВАРІАНТІВ ЗДІЙСНЕННЯ
Знов таки, у різних представлених як приклад варіантах здійснення згідно із даним винаходом переважно запропоновані спосіб і система одержання ОКІ з водню з використанням електричного нагрівання зі значним поліпшенням ефективності використання енергії в порівнянні з наявними сучасними технологіями. Крім того, у різних варіантах здійснення даного винаходу запропоновані нові способи й системи для рециркуляції відпрацьованого колошникового газу з відновної шахтної печі й регулювання накопичення непридатного до конденсування інертного й окисного газу в межах основного рециркуляційного контуру, при цьому накопичення інертного газу в основному спричинене азотом в ущільнювальному газі, використовуваному в системі завантаження/вивантаження матеріалу в шахтній печі, і накопичення непридатного до конденсування окисного газу в основному спричинене СО», особливо у випадку, в якому вуглецевмісний газ вводиться в одержання ЮОКІ, що містить вуглець. Переважно споживання водню для відновлення оксиду заліза зменшується в порівнянні з існуючими технологіями, з регулюванням тим самим накопичення непридатного до конденсування інертного й окисного газу й поліпшенням ефективності процесу.
Як далі показано, зокрема, на фіг. 1, система/спосіб 90 показують сучасний процес прямого відновлення з використанням природного газу. Оксид 2 заліза завантажується з верхньої частини шахтної печі 1 і відновлюється в ОК 3, яке вивантажується з нижньої частини шахтної печі 1, при цьому гарячий відновний газ 11, одержаний за допомогою установки риформінгу
МІОКЕХ, вводиться в кільцевий трубопровід шахтної печі 1. Колошниковий газ 4 шахтної печі, що містить багато продуктів відновлення, таких як НгО і СО», обробляється скрубером 5 колошникового газу, при цьому колошниковий газ охолоджується для зменшення вмісту НО і частинки вилучаються з колошникового газу. Частину обробленого в скрубері колошникового газу необхідно спустити й використати як паливо для установки риформінгу/нагрівача, яке називається паливом з колошникового газу в процесі МІОКЕХ, для видалення надлишкового непридатного до конденсування інертного й окисного газу, такого як азот і СО», що залишилися в рециркульованому газі. У загальноприйнятому процесі МІОКЕХ з ефективною установкою 60 риформінгу, яка перетворює СО» в СО для повторного використання у відновній печі, для компенсації розширення об'єму газу, спричиненого реакцією риформінгу, співвідношення газу, що спускається, після скрубера може становити до 1/3 колошникового газу, що означає, що тільки 2/3 газу можуть бути рециркульовані за прохід.
Як далі показано, зокрема, на фіг. 2, одержання ОКІ з водню показані тут система/спосіб 100 виконані з можливістю рециркуляції відпрацьованого відновного газу, при цьому частина обробленого в скрубері колошникового газу спускається, стискається й відправляється в установку мембранної сепарації, у якій водень вилучається з надходженням назад в основний контур технологічного газу, а потік вилученого непридатного до конденсування інертного й окисного газу направляється в, наприклад, факельну систему.
В одному представленому як приклад варіанті здійснення колошниковий газ 4 шахтної печі, що містить багато продуктів відновлення, як у процесі МІОКЕХ по фіг. 2, таких як НО і СО», обробляється скрубером 5, при цьому газ охолоджується для зменшення вмісту НО і частинки віддаляються з колошникового газу. Для вилучення надлишкового непридатного до конденсування інертного й окисного газу, такого як СО, і регулювання накопичення в основному контурі технологічного газу частина обробленого в скрубері колошникового газу 12 спускається, при цьому зазвичай 10-20 95 колошникового газу шахтної печі повинно бути спущене, залежно від цільового вмісту вуглецю в ОКІ. Спущений колошниковий газ стискається компресором 13 і відправляється в установку 15 мембранної сепарації газу за допомогою потоку 14. Із установки 15 сепарації газу генеруються два потоки газу: збагачений воднем потік 20 і збагачений інертними/окисними компонентами потік 21. Збагачений воднем потік 20, який зазвичай містить більше ніж 9095 водню, вилучається з надходженням назад в основний технологічний контур і змішується з залишковим газом б, що відходить, скрубера. Ці газові суміші стискаються компресорами 7 технологічного газу з наступним підживленням потоком 9 свіжого водню для переробки відновного газу 11. Відновний газ 11 нагрівається в електричному нагрівачі 10 або іншому придатному пристрої нагрівання без згоряння до температури зазвичай 800-1000"С, необхідної для відновлення оксиду заліза в шахтній печі 1. Ця точка змішування збагаченого воднем потоку 20 з газом б, що відходить, скрубера може виникати або перед компресорами 7 технологічного газу або після них залежно від рівноваги тисків. Збагачений інертними/окисними компонентами потік 21, який є сухим газом, що зазвичай містить більше 7095 неводневих сполук, або використовується іншими споживачами на майданчику, або спалюється за допомогою загальноприйнятих засобів, таких як у факелі або термічному окиснику.
У випадку відновлення 100 95-м воднем одержання безвуглецевого ЮКІ без введення вуглецевмісного газу величина збагаченого інертними/окисними компонентами потоку 21 менше, ніж під час одержання ОКІ, що містить вуглець, хоча кількість залежить від вмісту залишкового азоту у відновному газі 11. Збагачений воднем потік 20 зазвичай містить більше ніж 90 95 водню, і збагачений інертними/окисними компонентами потік 21 зазвичай містить азоті деяку кількість пропущеного Но. Отже, система/спосіб 100 за фіг. 2, цілком імовірно, можуть бути застосовані для зменшення споживання водню.
Як далі показано, зокрема, на фіг. 3, показані тут система/спосіб 110 пристосовані для рециркуляції відпрацьованого відновного газу, при цьому частина обробленого в скрубері колошникового газу спускається, стискається й відправляється в установку мембранної сепарації, у якій водень вилучається з надходженням назад в основний контур технологічного газу. Частина потоку вилученого непридатного до конденсування інертного й окисного газу змішується з газом, що містить вуглеводні, перед введенням під тиском у перехідну зону шахтної печі. Така конфігурація є переважною для процесу відновлення воднем під час одержання ОКІ, що містить вуглець, шляхом введення вуглецевмісного газу, такого як природний газ, у перехідну зону відновної шахтної печі.
В одному представленому як приклад варіанті здійснення, показаному на фіг. З і подібному зображеному на фіг. 2, спущений оброблений у скрубері колошниковий газ 12 стискається компресором 13 і відправляється в установку 15 мембранної сепарації газу за допомогою потоку 14. Із установки 15 сепарації газу генеруються два потоки газу: збагачений воднем потік 20 і збагачений інертними/окисними компонентами потік 16 (див. 21 за фіг. 2). Збагачений воднем потік 20 зазвичай містить більше ніж 90 95 водню. Збагачений інертними/окисними компонентами потік 16 є сухим газом, що зазвичай містить більше ніж 70 95 неводневих сполук, у тому числі метан і СО, здатні до навуглецювання ОК. Відмінність від фіг. 2 полягає в тому, що в даному випадку збагачений інертними/окисними компонентами потік направляється в перехідну зону шахтної печі, як показано на фіг. 3, для повторного використання як газу для навуглецювання замість відправлення іншим споживачам або спалювання у факелі або 60 термічному окиснику, як на фіг. 2. Для запобігання накопиченню інертного й окисного газу,
такого як Мо ї СО», у контурі технологічного газу частина збагаченого інертними/окисними компонентами потоку 16 може бути спущена, як показано, у потоці 22, який направляється для зовнішнього використання або може бути спалений за допомогою загальноприйнятих засобів, наприклад у факелі або термічному окиснику. Залишкова частина збагаченого інертними/окисними компонентами потоку 16 направляється в перехідну зону в потоці 19 газу для навуглецювання після додавання, газу 17 що забезпечує наявність вуглецю, такого як природний газ, у газовому змішувачі 18.
Різні гази за необхідності можуть подаватися для забезпечення змішування перехідної зони в газовому змішувачі 18. Основний фактор під час вибору складу газу полягає в його здатності до відкладання вуглецю на залізі за температур вище 650"С. Придатні гази містять гази з рівнями метану й більш важких вуглеводнів від середніх до високих. Також можна використовувати гази з низькими рівнями метану, але з потенційною втратою певного рівня вуглецю на продукт ОКІ.
Необхідна кількість збагаченого інертним компонентом/окисником газу, що спускається в потоці 21 на фіг. 2 або потоці 22 на фіг. 3, визначається накопиченням інертного й окисного газу в контурі технологічного газу. У випадку відновлення 100 95-м воднем одержання безвуглецевого ОКІ без введення вуглецевмісного газу величина потоку 21 на фіг. 2 буде, цілком імовірно, регулюватися завдяки вмісту азоту в потоці 11 відновного газу. У випадку одержання ЮОКІ, що містить вуглець, величина потоку 21 на фіг. 2 буде, цілком імовірно, регулюватися завдяки вмісту СО» у потоці 11 відновного газу, і величина потоку 22 на фіг. З буде, цілком імовірно, регулюватися завдяки вмісту СО» у потоці 19 газу для навуглецювання, а також завдяки вмісту СО: у потоці 11 відновного газу. Кількість газів, що спускаються, може бути зменшена, і споживання водню може бути додатково поліпшене шляхом додаткового видалення інертного й окисного газу зі збагаченого інертними/окисними компонентами потоку 16 перед спрямуванням у перехідну зону шахтної печі, як також указано нижче.
Як далі показано, зокрема, на фіг. 4, показані тут система/спосіб 120 виконані з можливістю рециркуляції відпрацьованого відновного газу, при цьому частина обробленого в скрубері колошникового газу стискається й відправляється на адсорбцію за змінного тиску (РБА) і в скрубер для аміноочистки, у якій водень вилучається з надходженням назад в основний технологічний контур; діоксид вуглецю високої чистоти вилучається в скрубері для аміноочистки, і частина залишкового потоку збідненого СО» газу змішується з газом, що містить вуглеводні, перед введенням під тиском у перехідну зону відновної шахтної печі.
В одному представленому як приклад варіанті здійснення спущений оброблений у скрубері колошниковий газ 12 стискається компресором 13 і відправляється в установку 23 адсорбції за змінного тиску (РБА) за допомогою потоку 14. Генеруються два потоки газу (як на фіг. 2 і 3): збагачений воднем потік 20 і збагачений інертними/окисними компонентами потік 24 (21 за фіг. 2). Збагачений воднем потік 20 є сухим газом, що зазвичай містить більше ніж 90 95 водню, який вилучається з надходженням назад в основний технологічний контур і змішується з залишковим газом 6, що відходить, скрубера. Ці газові суміші стискаються компресором 7 технологічного газу з наступним додаванням потоку 9 свіжого водню для переробки відновного газу 11.
Відновний газ 11 нагрівається в електричному нагрівачі 10 або іншому придатному пристрої електричного нагрівання до необхідної температури, зазвичай 800-1000"С, для відновлення оксиду заліза в шахтній печі 1. Ця точка змішування збагаченого воднем потоку 20 з залишковим газом 6, що відходить, скрубера може виникати або перед, або після компресора 7 технологічного газу залежно від рівноваги тисків.
Збагачений інертними/окисними компонентами потік 24, що зазвичай містить більше ніж 70 95 неводневих сполук, таких як Мо, СО, СО», НоО і метан, частково або повністю стискається компресором 24" і направляється в установку 25 амінового абсорбера/відокремлювача для подальшої обробки. Потік 26 СО» високої чистоти, що зазвичай містить більше ніж 99 95 СО; у 5О перерахуванні на суху речовину, вилучається для зовнішнього використання. Деякі приклади можливих застосувань включають використання СО? в іншому процесі або секвестрації за умови довгострокового зберігання. Для регулювання накопичення М» і СО» в основному контурі технологічного газу частина залишкового збідненого СО» газу 16' із установки 25 амінового абсорбера/відокремлювача спускається в потоці 22. Після цього залишкова частина збідненого
СО» газу 16 направляється в перехідну зону відновної шахтної печі 1 у потоці 19 після додавання газу 17, що забезпечує наявність вуглецю, такого як природний газ, у газовому змішувачі 18. Спущений потік 22 перебуває або вище за потоком, або нижче за потоком відносно установки 25 амінового абсорбера/відокремлювача для підтримки рівнів Мо і СО» в основному газовому контурі й направляється для зовнішнього використання або може бути спалений за допомогою загальноприйнятих засобів, наприклад у факелі або термічному окиснику.
Як далі показано, зокрема, на фіг. 5, зображені тут система/спосіб 130 виконані з можливістю рециркуляції відпрацьованого відновного газу, при цьому частина обробленого в скрубері колошникового газу стискається й відправляється в установку адсорбції за змінного тиску (РБА) за допомогою потоку 14, за яким перебуває кілька установок мембранної сепарації газу для добування водню й збагаченого метаном газу після вилучення Мо і СО». Водень вилучається з надходженням назад в основний контур технологічного газу. Збагачений метаном газ направляється в газовий змішувач 18 і підживлюється додатковим газом, що містить вуглеводні, 17 перед введенням під тиском у перехідну зону відновної шахтної печі 1 за допомогою потоку 19.
В одному представленому як приклад варіанті здійснення, як також показано на фіг. 5, спущений оброблений у скрубері колошниковий газ 12 стискається компресором 13 і відправляється в установку 23 адсорбції за змінного тиску (РБА), при цьому генеруються два потоки газу, збагачений воднем/азотом потік 20' і збагачений метаном/окисним компонентом потік 24. Збагачений воднем/азотом потік 20' є сухим газом, що зазвичай містить більше ніж 90 95 водню/азоту, який призначений для відправки в установку 27 мембранної сепарації газу для сепарації збагаченого воднем відновного газу 29 і збагаченого азотом газу 28. Збагачений воднем газ 29 вилучається з надходженням назад в основний технологічний контур і змішується з залишковим газом б, що відходить, скрубера. Збагачений азотом газ 28 відправляється на відведення в, наприклад, факел. Збагачений метаном/окисний газ потік 24, що зазвичай містить більше ніж 70 95 неводневих сполук, таких як СО, СО», НоО і метан, стискається компресором 24" для відправлення в іншу установку 30 мембранної сепарації газу для сепарації збагаченого метаном потоку 16" і потоку 31 залишкового окисного газу. Збагачений метаном потік 16" направляється в газовий змішувач 18 і підживлюється додатковим газом, що містить вуглеводні, 17 перед введенням під тиском у перехідну зону за допомогою потоку 19 одержання ОКІ, що містить вуглець. Потік З1 залишкового окисного газу відправляється на відведення в, наприклад, факел.
Система/спосіб 130, показані на фіг. 5, передбачають декілька установок сепарації газу для о переважної мінімізації кількості спрямовуваного на відведення газу для регулювання накопичення СО» і М2 і максимізації ступеня повернення водню й метану. Збагачений метаном потік 16" за фіг. 5 із установки 30 мембранної сепарації газу являє собою сухий газ, що містить в основному метан з мінімальним вмістом СО» і є придатним для навуглецювання ОКІ у шахтній печі. Крім того, повторне використання вилученого метану для введення під тиском у перехідну зону буде ефективно зменшувати викид СО: у порівнянні із сучасною технологією.
Таким чином, згідно з переважними варіантами здійснення розкриті спосіб/система одержання заліза прямого відновлення із застосуванням збагаченого воднем відновного газу, при цьому використовується нагрівач відновного газу без згоряння, такий як електричний нагрівач, для нагрівання відновного газу до температур, яких достатньо для відновлення заліза.
Спосіб може включати забезпечення шахтної печі для відновлення оксиду заліза збагаченим воднем відновним газом; вилучення пари й частинок з колошникового газу шахтної печі за допомогою скрубера; повну або часткову обробку обробленого в скрубері колошникового газу в установці сепарації газу, такій як мембранна установка і установка РБ5А сепарації газу, для створення збагаченого воднем потоку, рециркульованого назад у шахтну піч як відновний агент, так що споживання водню може бути зменшене, коли застосовується нагрівач відновного газу без згоряння й не споживається спущений колошниковий газ шахтної печі для регулювання накопичення непридатного до конденсування інертного й окисного газу в контурі технологічного газу. Спосіб може бути додатково поліпшений для збільшення рециркульованої кількості водню, а також метану за допомогою вторинних установок сепарації, коли вуглецевмісний газ, такий як природний газ, вводиться в установку, що працює із приблизно 100 95 водню й працює для одержання ОКІ, що містить вуглець.
Хоча даний винахід проілюстровано та описано в даному документі з посиланням на конкретні й переважні варіанти здійснення та його конкретні приклади, фахівцям в даній галузі буде очевидно, що інші варіанти здійснення й приклади можуть виконувати подібні функції й/або з їхньою допомогою можна досягти подібних результатів. Усі такі еквівалентні варіанти здійснення й приклади перебувають в межах суті й обсягу даного винаходу, передбачені ними і задумані такими, що охоплюються наступними пунктами формули винаходу, які не мають обмежувального характеру. Більше того, усі ознаки, елементи й варіанти здійснення, описані в даному документі, можуть використовуватися в будь-яких комбінаціях. бо
Claims (15)
1. Спосіб одержання заліза прямого відновлення із застосуванням збагаченого воднем відновного газу, за яким застосовують нагрівач відновного газу без згоряння з нагріванням збагаченого воднем відновного газу до температури, достатньої для відновлення заліза, який включає: забезпечення відновної шахтної печі установки прямого відновлення з відновленням оксиду заліза до металевого заліза із застосуванням збагаченого воднем відновного газу; подачу потоку відновного колошникового газу шахтної печі, що містить відпрацьований відновний газ, у скрубер з вилученням пари й частинок з відпрацьованого відновного газу за допомогою скрубера з обробкою колошникового газу шахтної печі й одержанням обробленого в скрубері колошникового газу; повну або часткову обробку обробленого в скрубері колошникового газу в установці сепарації газу зі створенням збагаченого воднем потоку зі зменшеною фракцією неводневих сполук у ньому й збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, що містить СО», СО, СНа, Не і М2; введення під тиском частини збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, вилученого із установки сепарації газу, у перехідну зону шахтної печі з навуглецюванням заліза прямого відновлення після змішування з газом, що містить вуглеводні; і рециркуляцію збагаченого воднем потоку з установки сепарації газу й щонайменше частини обробленого в скрубері колошникового газу з підживленням воднем з іншого збагаченого воднем потоку зі створенням збагаченого воднем відновного газу, який вводять у шахтну піч, при цьому перед введенням у шахтну піч збагачений воднем відновний газ нагрівають у нагрівачі відновного газу без згоряння з нагріванням збагаченого воднем відновного газу до 800-1100 "С.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додатково включає: забезпечення віддільника СО»; і повну або часткову обробку збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, вилученого із установки сепарації газу, за допомогою віддільника СО» з добуванням очищеного СО», зо при цьому введення під тиском частини збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, вилученого із установки сепарації газу, у перехідну зону включає уведення під тиском частини збідненого СО газу, випущеного з віддільника СО», у перехідну зону шахтної печі з навуглецюванням заліза прямого відновлення після змішування з газом, що містить вуглеводні.
3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що установка сепарації газу являє собою мембранний сепаратор газу.
4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що установка сепарації газу являє собою установку сепарації газу за допомогою адсороції за змінного тиску.
5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що установка сепарації газу являє собою кріогенну установку сепарації газу.
б. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що віддільник СО» являє собою аміновий абсорбер/віддільник або установку сепарації газу за допомогою адсорбції за змінного тиску.
7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що нагрівач відновного газу без згоряння являє собою електричний нагрівач, який використовує електричну енергію.
8. Система для одержання заліза прямого відновлення із застосуванням збагаченого воднем відновного газу, яка містить нагрівач відновного газу без згоряння для нагрівання збагаченого воднем відновного газу до температури, достатньої для відновлення заліза, яка містить: відновну шахтну піч установки прямого відновлення, виконану з можливістю відновлення оксиду заліза до металевого заліза із застосуванням збагаченого воднем відновного газу; скрубер, виконаний з можливістю приймання потоку колошникового газу відновної шахтної печі, що містить відпрацьований відновний газ, і вилучення пари й частинок з відпрацьованого відновного газу за допомогою скрубера для обробки колошникового газу шахтної печі й одержання обробленого в скрубері колошникового газу; установку сепарації газу, виконану з можливістю повної або часткової обробки обробленого в скрубері колошникового газу для створення збагаченого воднем потоку зі зменшеною фракцією неводневих сполук у ньому й збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, що містить СО», СО, СН», Но і М»; рециркуляційну лінію, виконану з можливістю рециркуляції збагаченого воднем потоку із установки сепарації газу й щонайменше частини обробленого в скрубері колошникового газу разом з воднем з іншого збагаченого воднем потоку зі створенням збагаченого воднем 60 відновного газу, що вводиться в шахтну піч, при цьому перед введенням у шахтну піч забезпечена можливість нагрівання збагаченого воднем відновного газу в нагрівачі відновного газу без згоряння з нагріванням збагаченого воднем відновного газу до 800-1100 "С; і іншу рециркуляційну лінію, виконану з можливістю введення під тиском частини збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, вилученого із установки сепарації газу, у перехідну зону шахтної печі для навуглецювання заліза прямого відновлення після змішування з газом, що містить вуглеводні.
9. Система за п. 8, яка відрізняється тим, що додатково містить компресор, виконаний з можливістю стискання обробленого в скрубері колошникового газу.
10. Система за п. 8, яка відрізняється тим, що додатково містить віддільник СО?, виконаний з можливістю добування очищеного СО» зі збагаченого інертними/окисними компонентами потоку, випущеного із установки сепарації газу для обробленого в скрубері колошникового газу.
11. Система за п. 8, яка відрізняється тим, що установка сепарації газу являє собою мембранний сепаратор газу.
12. Система за п. 8, яка відрізняється тим, що установка сепарації газу являє собою установку сепарації газу за допомогою адсороції за змінного тиску.
13. Система за п. 8, яка відрізняється тим, що установка сепарації газу являє собою кріогенну установку сепарації газу.
14. Система за п. 10, яка відрізняється тим, що віддільник СО» являє собою аміновий абсорбер або установку сепарації газу за допомогою адсорбції за змінного тиску.
15. Система за п. 8, яка відрізняється тим, що нагрівач відновного газу без згоряння являє собою електричний нагрівач, який використовує електричну енергію. мо а но залив ж Приролини Кк г 3 х Ї М; гра г ! ий й ТПіллявої | о й : І є ВОЛЮ се ; и ІЯ Ї її Гах х Ї ! КЗ ! "7 Установкх і пенею, ! і ! | виФфоранату | ро ; у
Фіг. 1
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202163232748P | 2021-08-13 | 2021-08-13 | |
| US17/884,070 US20230052345A1 (en) | 2021-08-13 | 2022-08-09 | Method for recycling spent reduction gas in a direct reduction of iron ore system utilizing an electric gas heater |
| PCT/US2022/039939 WO2023018787A1 (en) | 2021-08-13 | 2022-08-10 | Method for recycling spent reduction gas in a direct reduction of iron ore system utilizing an electric gas heater |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA129932C2 true UA129932C2 (uk) | 2025-09-10 |
Family
ID=85176885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA202400631A UA129932C2 (uk) | 2021-08-13 | 2022-08-10 | Спосіб рециркуляції відпрацьованого відновного газу в системі прямого відновлення залізної руди, в якій використовується електричний нагрівач газу |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230052345A1 (uk) |
| EP (1) | EP4384643A1 (uk) |
| CN (1) | CN117897506A (uk) |
| AU (1) | AU2022325766A1 (uk) |
| CA (1) | CA3227679A1 (uk) |
| MX (1) | MX2024001723A (uk) |
| UA (1) | UA129932C2 (uk) |
| WO (1) | WO2023018787A1 (uk) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20250149732A (ko) * | 2023-04-05 | 2025-10-16 | 아르셀러미탈 | 직접 환원 플랜트 및 직접 환원철을 제조하는 방법 |
| CN116536468B (zh) * | 2023-05-22 | 2024-04-23 | 河钢集团有限公司 | 一种直接还原铁矿石的生产工艺 |
| IT202300020244A1 (it) * | 2023-10-02 | 2025-04-02 | Piergiorgio Luigi Fontana | Processo di riduzione di minerale di ferro alimentato con idrogeno |
| US20250163526A1 (en) * | 2023-11-22 | 2025-05-22 | Midrex Technologies, Inc. | Electric gas heating system and method in a direct reduction plant utilizing hydrogen or natural gas |
| US20250197956A1 (en) * | 2023-12-14 | 2025-06-19 | Midrex Technologies, Inc. | Method and system for removing carbon deposit at electric heating system in a direct reduction plant utilizing hydrogen |
| JP7783553B1 (ja) * | 2024-04-02 | 2025-12-10 | 日本製鉄株式会社 | 直接還元鉄の製造装置および直接還元鉄の製造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4645516A (en) * | 1985-05-24 | 1987-02-24 | Union Carbide Corporation | Enhanced gas separation process |
| US6027545A (en) * | 1998-02-20 | 2000-02-22 | Hylsa, S.A. De C.V. | Method and apparatus for producing direct reduced iron with improved reducing gas utilization |
| US9028585B2 (en) * | 2010-05-14 | 2015-05-12 | Midrex Technologies, Inc. | System and method for reducing iron oxide to metallic iron using coke oven gas and oxygen steelmaking furnace gas |
| US9819042B2 (en) * | 2013-09-30 | 2017-11-14 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Fuel cell integration within a heat recovery steam generator |
| EP2886666B1 (en) * | 2013-12-20 | 2018-09-19 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method for operating a top gas recycling blast furnace installation |
| CN112899427B (zh) * | 2021-01-15 | 2022-02-11 | 东北大学 | 一种使用电能加热的氢气竖炉炼铁系统及方法 |
-
2022
- 2022-08-09 US US17/884,070 patent/US20230052345A1/en active Pending
- 2022-08-10 EP EP22856552.9A patent/EP4384643A1/en active Pending
- 2022-08-10 CN CN202280055388.8A patent/CN117897506A/zh active Pending
- 2022-08-10 UA UAA202400631A patent/UA129932C2/uk unknown
- 2022-08-10 MX MX2024001723A patent/MX2024001723A/es unknown
- 2022-08-10 AU AU2022325766A patent/AU2022325766A1/en active Pending
- 2022-08-10 CA CA3227679A patent/CA3227679A1/en active Pending
- 2022-08-10 WO PCT/US2022/039939 patent/WO2023018787A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2022325766A1 (en) | 2024-02-22 |
| MX2024001723A (es) | 2024-02-27 |
| US20230052345A1 (en) | 2023-02-16 |
| EP4384643A1 (en) | 2024-06-19 |
| CA3227679A1 (en) | 2023-02-16 |
| WO2023018787A1 (en) | 2023-02-16 |
| CN117897506A (zh) | 2024-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA129932C2 (uk) | Спосіб рециркуляції відпрацьованого відновного газу в системі прямого відновлення залізної руди, в якій використовується електричний нагрівач газу | |
| US20220235426A1 (en) | Method and system for producing steel or molten-iron-containing materials with reduced emissions | |
| CN115427588B (zh) | 炼钢设备和还原铁的制造方法 | |
| TW202219278A (zh) | 用於生產鐵製品的冶煉設備及其操作方法 | |
| KR20250148677A (ko) | 직접 환원 반응기를 포함하는 설비의 가동 방법 | |
| US20170058373A1 (en) | Methods and systems for increasing the carbon content of sponge iron in a reduction furnace | |
| KR101890788B1 (ko) | 탄화수소와 수소 모두를 함유하는 가스 스트림을 사용한 금속 산화물의 환원 | |
| EP4083234A1 (en) | Blast furnace operation method and auxiliary equipment of blast furnace | |
| EP4359572A1 (en) | Hydrogen gas recycling in a direct reduction process | |
| EP4288571B1 (en) | Bleed-off gas recovery in a direct reduction process | |
| CA3154824C (en) | Method of operating blast furnace and blast furnace ancillary facility | |
| EP4141130A1 (en) | Blast furnace operation method and auxiliary facility for blast furnace | |
| US20230340628A1 (en) | Method for operating a blast furnace installation | |
| JP7272312B2 (ja) | 還元鉄の製造方法 | |
| RU2802414C1 (ru) | Способ эксплуатации доменной печи и вспомогательный узел доменной печи | |
| RU2808735C1 (ru) | Линия производства восстановленного железа и способ получения восстановленного железа | |
| EP4089185A1 (en) | Blast furnace operation method, and blast furnace ancillary facilities | |
| EP4095268A1 (en) | Blast furnace operation method and auxiliary equipment for blast furnace | |
| EA045225B1 (ru) | Способ прямого восстановления с применением водорода |