Восстановление оксида железа до металлического железа с применением природного газа
Изобретение относится к способам восстановления оксида железа до металлического железа с применением коксового газа. Изобретение предусматривает замену установки риформинга альтернативным компонентом, с помощью которого возможно превращение коксового газа в восстановительный газ/синтез-газ, пригодный для прямого восстановления, с минимальной обработкой или очисткой. Углеводороды превращают в H2 и CO. S не влияет на превращение в синтез-газ, а удаляется или иным образом убирается посредством слоя железа в шахтной печи для прямого восстановления. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 3 ил.
ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННУЮ (РОДСТВЕННЫЕ) ЗАЯВКУ (ЗАЯВКИ)
[0001] Настоящая заявка на патент/патент является частичным продолжением одновременно рассматриваемой заявки на патент США № 13/955654, поданной 31 июля 2013 года и озаглавленной «СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА ДО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ КОКСОВОГО ГАЗА И ГАЗА ИЗ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ С ПОДАЧЕЙ КИСЛОРОДА», которая является частичным продолжением одновременно рассматриваемой заявки на патент США № 13/363044, поданной 31 января 2012 года и озаглавленной «СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА ДО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ КОКСОВОГО ГАЗА И ГАЗА ИЗ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ С ПОДАЧЕЙ КИСЛОРОДА», которая является частичным продолжением одновременно рассматриваемой заявки на патент США № 13/107013, поданной 13 мая 2011 года и озаглавленной «СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА ДО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ КОКСОВОГО ГАЗА И ГАЗА ИЗ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ С ПОДАЧЕЙ КИСЛОРОДА», которая заявляет преимущество по приоритету предварительной заявки на патент США № 61/334786, поданной 14 мая 2010 года и озаглавленной «СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА ДО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ КОКСОВОГО ГАЗА И ГАЗА ИЗ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ С ПОДАЧЕЙ КИСЛОРОДА», все содержания которых полностью включены в данный документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] В целом настоящее изобретение относится к новым системе и способу для восстановления оксида железа до металлического железа с применением чистого или неочищенного (то есть вблизи устья скважины) природного газа (NG), чистого или загрязненного коксового газа (COG) или подобного. Более конкретно, в настоящем изобретении используют систему для тепловой реакции (TRS), предназначенную для риформинга NG или подобного с минимальной обработкой или очисткой так, что в результате получают синтез-газ (сингаз), пригодный для прямого восстановления.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В традиционных способах риформинга для прямого восстановления (DR) оксида железа до металлического железа используют NG, который был обработан или очищен с удалением загрязняющих примесей, таких как углеводороды (газы и жидкости), избыточный диоксид углерода (CO2), сера (S) и т. д. В большинстве установок риформинга возможна обработка некоторого количества этана (C2H6), пропана (C3H8), бутана (C4H10) и следовых количеств C5+, но в первую очередь они выполнены с возможностью риформинга, например, метана (CH4) с колошниковым газом. S выступает в качестве каталитического яда и может допускаться лишь при низких количествах в ppm в диапазоне от 5 до 10 ppm.
[0004] Таким образом, в данной области техники все еще существует необходимость в системах и способах, которые заменят установку риформинга альтернативным компонентом, с помощью которого возможно превращение чистого или неочищенного NG, чистого или загрязненного COG или подобного в восстановительный газ/синтез-газ, пригодный для DR, с минимальной обработкой или очисткой. Углеводороды и подобные будут превращаться в водород (H2) и монооксид углерода (CO). S не будет влиять на превращение в восстановительный газ/синтез-газ, а будет удалена или иным образом убрана посредством слоя железа в шахтной печи для DR.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В различных иллюстративных вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает именно такие системы и способы, которые заменят установку риформинга альтернативным компонентом, с помощью которого возможно превращение чистого или неочищенного NG, чистого или загрязненного COG или подобного в восстановительный газ/синтез-газ, пригодный для DR, с минимальной обработкой или очисткой. Углеводороды и подобные превращают в H2 и CO. S не влияет на превращение в синтез-газ, а удаляется или иным образом убирается посредством слоя железа в шахтной печи для DR. Следует отметить, что железо прямого восстановления (DRI), загрязненное высокими уровнями S, не может быть пригодным в качестве исходного сырья для электродуговой печи (EAF), но может быть пригодным, например, в качестве металлизированного исходного сырья для доменной печи.
[0006] В одном иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ восстановления оксида железа до металлического железа, включающий обеспечение потока колошникового газа из шахтной печи для прямого восстановления; удаление диоксида углерода из потока колошникового газа с применением системы удаления диоксида углерода; нагревание потока колошникового газа в газонагревателе с образованием потока восстановительного газа, обеспечение потока восстановительного газа для шахтной печи для прямого восстановления с целью восстановления оксида железа до металлического железа и добавление одного из потока природного газа и потока коксового газа в поток восстановительного газа в качестве потока синтез-газа. Один из потока природного газа и потока коксового газа содержит один или более из углеводорода, водорода, монооксида углерода, диоксида углерода и серы. Способ также включает предварительное нагревание одного из потока природного газа и потока коксового газа в предварительном нагревателе перед добавлением одного из потока природного газа и потока коксового газа в поток восстановительного газа в качестве потока синтез-газа. Способ дополнительно включает проведение реакции с предварительно нагретым одним из потока природного газа и потока коксового газа в системе для тепловой реакции с образованием потока синтез-газа. Система для тепловой реакции содержит горячую кислородную горелку и форсунку, в которых используют кислород и топливо. Кислород получают из воздухоразделительной установки. Топливо содержит часть потока колошникового газа. Еще способ дополнительно включает обеспечение части одного из потока природного газа и потока коксового газа для газонагревателя в качестве топлива. Еще способ дополнительно включает обогрев предварительного нагревателя частью потока колошникового газа. Еще способ дополнительно включает обеспечение части предварительно нагретого одного из потока природного газа и потока коксового газа для шахтной печи для прямого восстановления в качестве одного или более из газа из кольцевого трубопровода для обогащения и газа из переходной зоны. Еще способ дополнительно включает добавление кислорода в газ из кольцевого трубопровода. Еще способ дополнительно включает образование пара в котле с применением физической теплоты потока колошникового газа и утилизацию пара в системе удаления диоксида углерода (абсорбционного типа). Еще способ дополнительно включает обеспечение части потока колошникового газа для газонагревателя в качестве топлива.
[0007] В другом иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ восстановления оксида железа до металлического железа, включающий обеспечение потока колошникового газа из шахтной печи для прямого восстановления; удаление диоксида углерода из потока колошникового газа с применением системы удаления диоксида углерода; удаление влаги из потока колошникового газа с применением сатуратора; нагревание потока колошникового газа в газонагревателе с образованием потока восстановительного газа, обеспечение потока восстановительного газа для шахтной печи для прямого восстановления с целью восстановления оксида железа до металлического железа и добавление одного из потока природного газа и потока коксового газа в поток колошникового газа в качестве потока синтез-газа. Один из потока природного газа и потока коксового газа содержит один или более из углеводорода, водорода, монооксида углерода, диоксида углерода и серы. Способ также включает предварительное нагревание одного из потока природного газа и потока коксового газа в теплообменнике с образованием потока синтез-газа. Способ дополнительно включает проведение реакции с предварительно нагретым одним из потока природного газа и потока коксового газа в системе для тепловой реакции с образованием потока синтез-газа. Система для тепловой реакции содержит горячую кислородную горелку и форсунку, в которых используют кислород и топливо. Кислород получают из воздухоразделительной установки. Топливо содержит часть потока колошникового газа. Еще способ дополнительно включает охлаждение предварительно нагретого и прореагировавшего одного из потока природного газа и потока коксового газа в котле и теплообменнике с образованием потока синтез-газа. Еще способ дополнительно включает обеспечение части одного из потока природного газа и потока коксового газа для газонагревателя в качестве топлива. Теплообменник приводится в действие посредством перекрестного обмена потока синтез-газа с одним из потока природного газа и потока коксового газа. Еще способ дополнительно включает обеспечение части предварительно нагретого одного из потока природного газа и потока коксового газа для шахтной печи для прямого восстановления в качестве одного или более из газа из кольцевого трубопровода для обогащения и газа из переходной зоны. Еще способ дополнительно включает образование пара в первом котле с применением потока колошникового газа и утилизацию пара в системе удаления диоксида углерода (абсорбционного типа). Еще способ дополнительно включает образование пара во втором котле с применением предварительно нагретого и прореагировавшего одного из потока природного газа и потока коксового газа и утилизацию пара в системе удаления диоксида углерода. Еще способ дополнительно включает обеспечение части потока колошникового газа для газонагревателя в качестве топлива. Еще способ дополнительно включает добавление кислорода в поток восстановительного газа.
[0008] В дополнительном иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ восстановления оксида железа до металлического железа, включающий обеспечение одного из потока природного газа и потока коксового газа; предварительное нагревание одного из потока природного газа и потока коксового газа в теплообменнике; проведение реакции с предварительно нагретым одним из потока природного газа и потока коксового газа в системе для тепловой реакции с образованием потока восстановительного газа и обеспечение потока восстановительного газа для шахтной печи для прямого восстановления с целью восстановления оксида железа до металлического железа. Один из потока природного газа и потока коксового газа содержит один или более из углеводорода, водорода, монооксида углерода, диоксида углерода и серы. Система для тепловой реакции содержит горячую кислородную горелку и форсунку, в которых используют кислород и топливо. Кислород получают из воздухоразделительной установки. Топливо содержит часть потока колошникового газа, полученного из шахтной печи для прямого восстановления, которую охлаждают в теплообменнике и очищают в скруббере. Один из потока природного газа и потока коксового газа предварительно нагревают в теплообменнике посредством перекрестного обмена с потоком колошникового газа. Способ также включает обеспечение части предварительно нагретого одного из потока природного газа и потока коксового газа для шахтной печи для прямого восстановления в качестве одного или более из газа из кольцевого трубопровода для обогащения и газа из переходной зоны. Способ дополнительно включает утилизацию остальной части охлажденного/очищенного потока колошникового газа в одном или более из системы выработки энергии и сталеплавильного агрегата.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0009] Настоящее изобретение представлено и описано в данном документе со ссылкой на различные графические материалы, на которых подобные номера ссылок используют для обозначения подобных компонентов системы/этапов способа соответственно и на которых:
[0010] фиг. 1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую один иллюстративный вариант осуществления новых системы и способа для восстановления оксида железа до металлического железа с применением чистого или неочищенного NG в соответствии с настоящим изобретением, в частности, чистый или неочищенный NG применяют в сочетании с установкой для DR с низким содержанием углерода (т.е. до приблизительно 1-2%), такой как установка для получения горячебрикетированного железа (HBI) или подобная;
[0011] фиг. 2 представляет собой другую блок-схему, иллюстрирующую альтернативный иллюстративный вариант осуществления новых системы и способа для восстановления оксида железа до металлического железа с применением чистого или неочищенного NG в соответствии с настоящим изобретением, в частности чистый или неочищенный NG применяют в сочетании с установкой для DR с высоким содержанием углерода (т. е. более чем приблизительно 2%); и
[0012] фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую один иллюстративный вариант осуществления новых прямоточной (т. е. без рециркуляции) системы и способа для восстановления оксида железа до металлического железа с применением чистого или неочищенного NG в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] Ссылаясь теперь конкретно на фиг. 1-3, в системах и способах в соответствии с настоящим изобретением предусматривают и используют отдельные компоненты, которые хорошо известны специалисту в данной области техники и, таким образом, не проиллюстрированы или не описаны подробно в данном документе. Однако такие отдельные компоненты объединяют различным образом с образованием целого изобретения. Отдельные компоненты включают в себя без ограничения традиционную шахтную печь для DR, котлы, охладители/скрубберы, системы для удаления CO2, компрессоры, сатураторы, газонагреватели, теплообменники, источники газа (и/или соответствующие сосуды для хранения газа) и подобные.
[0014] В общем, шахтная печь 110, 210, 310 для DR имеет верхнюю секцию, через которую подают железную руду в форме окатышей, кусков, агломератов и т. д. Восстановленные окатыши, куски, агломераты и т. д. удаляют через нижнюю секцию шахтной печи 110, 210, 310 для DR в виде DRI. Впускное отверстие 120, 220, 320 для восстановительного газа/синтез-газа расположено между загрузкой сырья и выгрузкой продукта и через него подают горячий восстановительный газ/синтез-газ в шахтную печь 110, 210, 310 для DR. Данный горячий восстановительный газ/синтез-газ содержит CH4, который традиционно подвергают риформингу возле впускного отверстия 120, 220, 320 для газа шахтной печи 110, 210, 310 для DR с помощью CO2 и воды (H2O), содержащиеся в горячем восстановительном газе/синтез-газе, с получением дополнительного H2, CO и углерода (C). Горячее железо прямого восстановления (HDRI) в реакции риформинга выступает в качестве катализатора. После данной реакции риформинга горячий восстановительный газ/синтез-газ, содержащий H2 и CO, восстанавливает оксид железа до металлического железа и выходит из шахтной печи 110, 210, 310 для DR в виде отработанного восстановительного газа (или колошникового газа) посредством отводного трубопровода в верхней части шахтной печи 10 для DR. Данный колошниковый газ 130, 230, 330 затем может быть извлечен и повторно использован для ряда целей.
[0015] Как описано выше, в различных иллюстративных вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает системы и способы, которые заменят традиционную установку риформинга альтернативным компонентом, с помощью которого возможно превращение чистого или неочищенного NG, чистого или загрязненного COG или подобного в восстановительный газ/синтез-газ, пригодный для DR, с минимальной обработкой или очисткой. Углеводороды и подобные превращают в H2 и CO. S не влияет на превращение в восстановительный газ/синтез-газ, а удаляется или иным образом убирается посредством слоя железа в шахтной печи для DR. Колошниковый газ может непрерывно рециркулироваться, или может применяться прямоточный подход. Опять же, следует отметить, что DRI, загрязненное высокими уровнями S, не может быть пригодным в качестве исходного сырья для EAF, но может быть пригодным, например, в качестве металлизированного исходного сырья для доменной печи.
[0016] Ссылаясь теперь конкретно на фиг. 1, в одном иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения предлагаются системы и способы 105 для восстановления оксида железа до металлического железа с применением чистого или неочищенного NG, чистого или загрязненного COG или подобного в установке для DR с низким содержанием углерода (до приблизительно 1-2%), такой как установка для получения HBI или подобная. В данном иллюстративном варианте осуществления применяют чистый или неочищенный NG, чистый или загрязненный COG или подобный до приблизительно 250 м3/т DRI для NG и 500-600 м3/т DRI для COG. Повторно используемый колошниковый газ 130 удаляют из шахтной печи 110 для DR и подают в котел 132 и охладитель/скруббер 134 для образования пара, удаления воды, охлаждения и/или очистки, полученный в результате повторно используемый колошниковый газ 136 насыщают при температуре от приблизительно 30°C до приблизительно 45°C. Данный повторно используемый колошниковый газ 136 затем разделяют на несколько потоков. Первый поток 138 подают в блок 140 удаления CO2 абсорбционного типа или подобный, в котором удаляют приблизительно 95% CO2 и S (в виде H2S) из данного первого потока 138, и газонагреватель 142, в котором нагревают первый поток 138 до температуры от приблизительно 900°C до приблизительно 1100°C, посредством чего обеспечивают поток 144 восстановительного газа, который подают в шахтную печь 110 для DR. При необходимости кислород (O2) 146 может добавляться в поток 144 восстановительного газа перед подачей потока 144 восстановительного газа в шахтную печь 110 для DR. Необязательно блок 140 удаления CO2 представляет собой блок удаления CO2 мембранного типа, блок адсорбции со сдвигом давления (PSA), блок вакуумной адсорбции со сдвигом давления (VPSA) и т.д. Пар 148 из котла 132 может применяться в блоке 140 удаления CO2 абсорбционного типа или для других применений, в том числе выработки энергии. CO2 и азот (N2) также удаляют, например, посредством газоотвода 150 газонагревателя. Второй поток 152 применяют в качестве топлива для газонагревателя. Третий поток 154 применяют для обогрева предварительного нагревателя 156. Подвод сжатого чистого или неочищенного NG, чистого или загрязненного COG или подобного 158 обрабатывают посредством предварительного нагревателя 156 и предварительно нагревают до температуры от приблизительно 300°C до приблизительно 500°C. При необходимости как CO2, так и N2 160 отводят через предварительный нагреватель 156. Перед предварительным нагреванием часть NG или COG 158 может применяться в качестве топлива 162 для газонагревателя. Преимущественно после предварительного нагревания часть NG или COG 158 может обеспечиваться для шахтной печи 110 для DR в виде газа 164 из кольцевого трубопровода (для обогащения) (BG), и часть NG или COG 158 может передаваться в шахтную печь 110 для DR в качестве газа 166 из переходной зоны (TZ). Остальную часть NG или COG 158 обрабатывают с помощью TRS 168 с образованием потока 170 синтез-газа, который добавляют в ранее упомянутый поток 144 восстановительного газа. Часть потока 171 синтез-газа могут добавлять во впускное отверстие газонагревателя 142 с обеспечением дополнительной влаги таким образом, что предупреждают накапливание C в газонагревателе 142. Предпочтительно поток 170 синтез-газа включает по меньшей мере приблизительно 82% H2 и CO. В общем, TRS 168 содержит горячую кислородную горелку 172 (HOB) и форсунку 174. Топливо 176, полученное из повторно используемого потока 136 колошникового газа, объединяют с O2 178 из воздухоразделительной установки 180 или подобного в HOB 168 и при высокой температуре (т.е. 2000-2500°C) нагнетают через форсунку 174 и приводят в контакт с NG или COG 158 с образованием потока 170 синтез-газа. Применение NG или COG 158 в BG и газе TZ позволяет регулировать содержание углерода в полученном в результате DRI, а также температуру слоя в шахтной печи 110 для DR.
[0017] Ссылаясь теперь конкретно на фиг. 2, в другом иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения предлагаются системы и способы 205 для восстановления оксида железа до металлического железа с применением чистого или неочищенного NG, чистого или загрязненного COG или подобного в установке для DR с высоким содержанием углерода (более чем приблизительно 2%) или подобном. Повторно используемый колошниковый газ 230 удаляют из шахтной печи 210 для DR и подают в котел 232 и охладитель/скруббер 234 для образования пара, удаления воды, охлаждения и/или очистки, полученный в результате повторно используемый колошниковый газ 236 насыщают при температуре от приблизительно 30°C до приблизительно 45°C. Данный повторно используемый колошниковый газ 236 затем разделяют на несколько потоков. Первый поток 238 подают в блок 240 удаления CO2 абсорбционного типа или подобный, в котором удаляют приблизительно 95% CO2 и S (в виде H2S) из данного первого потока 238, сатуратор 241, в котором удаляют H2O из данного первого потока 238, и газонагреватель 242, в котором нагревают первый поток 238 до температуры от приблизительно 900°C до приблизительно 1100°C, посредством чего обеспечивают поток 244 восстановительного газа, который подают в шахтную печь 210 для DR. При необходимости O2 246 может добавляться в поток 244 восстановительного газа перед подачей потока 244 восстановительного газа в шахтную печь 210 для DR. Необязательно блок 240 удаления CO2 представляет собой блок удаления CO2 мембранного типа, блок PSA, блок VPSA и т.д. Пар 248 из котла 232 может применяться в блоке 240 удаления CO2 абсорбционного типа или для других применений, в том числе выработки энергии. CO2 и N2 также удаляют, например, посредством газоотвода 250 газонагревателя. Второй поток 253 применяют в качестве топлива для газонагревателя. Подвод сжатого чистого или неочищенного NG, чистого или загрязненного COG или подобного 258 обрабатывают посредством теплообменника 256 и предварительно нагревают до температуры от приблизительно 300°C до приблизительно 500°C. Необязательно теплообменник 256 приводится в действие посредством перекрестного обмена с еще нагретым синтез-газом 270, как описано более подробно ниже. Перед предварительным нагреванием часть NG или COG 258 может применяться в качестве топлива 262 для газонагревателя. Опять же, часть предварительно нагретого NG или COG 258 может передаваться в шахтную печь 210 для DR в качестве BG 265, а часть предварительно нагретого NG или COG 258 может передаваться в шахтную печь 210 для DR в качестве газа 275 TZ. Опять же, остальную часть предварительно нагретого NG или COG 258 обрабатывают с помощью TRS 268 с образованием нагретого синтез-газа 270. Предпочтительно нагретый синтез-газ 270 включает по меньшей мере приблизительно 82% H2 и CO и образуется с помощью TRS 268 и рециркуляционной линии, включающей TRS 268, котел 284 (в котором также образуется пар 286 для применения в блоке 240 удаления CO2) и теплообменник 256, в котором охлаждают предварительно нагретый и прореагировавший поток NG или COG с образованием синтез-газа 270. В общем, TRS 268 содержит HOB 272 и форсунку 274. Топливо 276, полученное из повторно используемого потока 252 колошникового газа, объединяют с O2 278 из воздухоразделительной установки 280 или подобного в HOB 272 и при высокой температуре (т.е. 2000-2500°C) нагнетают через форсунку 274 и приводят в контакт с предварительно нагретым NG или COG 258 с образованием потока 270 синтез-газа. Поток 270 синтез-газа предпочтительно объединяют с потоком 244 восстановительного газа между блоком 240 удаления CO2 и сатуратором 241. Однако во всех иллюстративных вариантах осуществления следует отметить, что поток 270 синтез-газа (170 на фиг. 1), если он содержит высокие уровни CO2 и/или S, преимущественно может быть введен перед блоком 240 удаления CO2 (140 на фиг. 1) с целью удаления избыточного CO2 и/или H2S. Опять же, O2 246 может добавляться в поток 244 восстановительного газа перед введением в шахтную печь 210 для DR. В данном варианте осуществления, учитывая предусмотренное более высокое содержание углерода, желательно меньшее количество H2O с целью обеспечения соответствующего отношения восстановительных газов к окисляющим газам. Таким образом, температуру на выходе из TRS 268 примерно 1200°C понижают до примерно 400-600°C посредством котла 284, который остужают до примерно 200°C посредством теплообменника 256. Затем в сатуратор 241 отбирают примерно 12%-H2O потока 270 синтез-газа и при объединении с потоком 238 повторно используемого колошникового газа уменьшают содержание влаги до примерно 2-6%. Опять же, применение NG или COG 258 в BG и газе TZ позволяет регулировать содержание углерода в полученном в результате DRI, а также температуру слоя в шахтной печи 210 для DR.
[0018] Ссылаясь теперь конкретно на фиг. 3, в дополнительном иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения предлагаются системы и способы 305 для восстановления оксида железа до металлического железа с применением чистого или неочищенного NG, чистого или загрязненного COG или подобного в прямоточном режиме (т. е. без рециркуляции). Данный альтернативный иллюстративный вариант осуществления обеспечивает чистый или неочищенный NG, чистый или загрязненный COG или подобные, подлежащие применению как для получения металлического железа, так и выработки энергии, а также в сталеплавильном агрегате в применениях, где необходима такая многофункциональность. Подвод сжатого NG или COG 332 обрабатывают посредством теплообменника 334 и нагревают до температуры от приблизительно 300°C до приблизительно 500°C. Отработанный поток 336 колошникового газа охлаждают и/или очищают в теплообменнике 334 и скруббере 338, и полученный в результате поток газа может применяться в качестве топлива 340 для TRS 342 или подобного и/или для выработки энергии/горелок 344 на сталеплавильном заводе. Опять же, часть нагретого NG или COG 332 может передаваться в шахтную печь 310 для DR в качестве BG 346 для обогащения, а часть нагретого NG или COG 332 может передаваться в шахтную печь 310 для DR в качестве газа 348 TZ. Остальную часть нагретого NG или COG 332 обрабатывают с помощью TRS 342 с образованием потока 350 синтез-газа/восстановительного газа. Предпочтительно в потоке 350 синтез-газа/восстановительного газа предусматривают отношение восстановителя к окислителю приблизительно 5 к 6. В общем, TRS 342 содержит HOB 352 и форсунку 354. Топливо 340, полученное, например, из теплообменника 334, объединяют с O2 356 из воздухоразделительной установки 358 или подобного в HOB 352, при высокой температуре (т.е. 2000-2500°C) нагнетают через форсунку 354 и приводят в контакт со сжатым нагретым NG или COG 332 с образованием потока 350 синтез-газа/восстановительного газа. Опять же, применение NG или COG 332 в BG и газе TZ позволяет регулировать содержание углерода в полученном в результате DRI, а также температуру слоя в шахтной печи 310 для DR.
[0019] Как описано выше, в различных иллюстративных вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает системы и способы, которые заменят традиционную установку риформинга альтернативным компонентом, с помощью которого возможно превращение чистого или неочищенного NG, чистого или загрязненного COG или подобного в восстановительный газ/синтез-газ, пригодный для DR, с минимальной обработкой или очисткой. Углеводороды и подобные превращают в H2 и CO. S не влияет на превращение в восстановительный газ/синтез-газ, а удаляется или иным образом убирается посредством слоя железа в шахтной печи для DR. Колошниковый газ может непрерывно рециркулироваться, или может применяться прямоточный подход. Опять же, следует отметить, что DRI, загрязненное высокими уровнями S, не может быть пригодным в качестве исходного сырья для EAF, но может быть пригодным, например, в качестве металлизированного исходного сырья для доменной печи.
[0020] Хотя настоящее изобретение было изображено и описано в данном документе со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления и его конкретные примеры, специалистам в данной области техники будет очевидно, что комбинации таких вариантов осуществления и примеров и другие варианты осуществления и примеры могут выполнять подобные функции и/или с их помощью можно добиться подобных результатов. Все эти эквивалентные варианты осуществления и примеры находятся в пределах сущности и объема настоящего изобретения, предусмотрены настоящим изобретением и предполагается, что они включены в нижеследующую формулу изобретения.
1. Способ восстановления оксида железа до металлического железа, включающий
обеспечение потока колошникового газа из шахтной печи для прямого восстановления;
удаление диоксида углерода из потока колошникового газа с применением системы удаления диоксида углерода;
нагревание потока колошникового газа в газонагревателе с образованием потока восстановительного газа и обеспечение потока восстановительного газа для шахтной печи для прямого восстановления с целью восстановления оксида железа до металлического железа и
добавление потока коксового газа в поток восстановительного газа в качестве потока синтез-газа;
предварительное нагревание потока коксового газа в предварительном нагревателе перед добавлением потока коксового газа в поток восстановительного газа в качестве потока синтез-газа.
2. Способ по п. 1, в котором поток коксового газа содержит один или более из углеводорода, водорода, монооксида углерода, диоксида углерода и серы.
3. Способ по п. 1, дополнительно включающий проведение реакции с предварительно нагретым потоком коксового газа в системе для тепловой реакции с образованием потока синтез-газа.
4. Способ по п. 3, в котором система для тепловой реакции содержит горячую кислородную горелку и форсунку, в которых утилизируют кислород и топливо.
5. Способ по п. 4, в котором кислород получают из воздухоразделительной установки.
6. Способ по п. 4, в котором топливо содержит часть потока колошникового газа.
7. Способ по п. 1, дополнительно включающий обеспечение части потока коксового газа для газонагревателя в качестве топлива.
8. Способ по п. 1, дополнительно включающий обогрев предварительного нагревателя частью потока колошникового газа.
9. Способ по п. 1, дополнительно включающий обеспечение части предварительно нагретого потока коксового газа для шахтной печи для прямого восстановления в качестве одного или более из газа из кольцевого трубопровода для обогащения и газа из переходной зоны.
10. Способ по п. 9, дополнительно включающий добавление кислорода в газ из кольцевого трубопровода для обогащения.
11. Способ по п. 1, дополнительно включающий образование пара в котле с применением физической теплоты потока колошникового газа и утилизацию пара в системе удаления диоксида углерода.
12. Способ по п. 1, дополнительно включающий обеспечение части потока колошникового газа для газонагревателя в качестве топлива.
13. Способ восстановления оксида железа до металлического железа, включающий
обеспечение потока колошникового газа из шахтной печи для прямого восстановления;
удаление диоксида углерода из потока колошникового газа с применением системы удаления диоксида углерода;
удаление влаги из одного или более из потока колошникового газа и потока синтез-газа с применением сатуратора;
нагревание потока колошникового газа в газонагревателе с образованием потока восстановительного газа и обеспечение потока восстановительного газа для шахтной печи для прямого восстановления, восстанавливающего оксид железа до металлического железа, и
добавление потока коксового газа в поток колошникового газа в качестве потока синтез-газа;
предварительное нагревание потока коксового газа в теплообменнике с образованием потока синтез-газа.
14. Способ по п. 13, в котором поток коксового газа содержит один или более из углеводорода, водорода, монооксида углерода, диоксида углерода и серы.
15. Способ по п. 13, дополнительно включающий проведение реакции с предварительно нагретым потоком коксового газа в системе для тепловой реакции с образованием потока синтез-газа.
16. Способ по п. 15, в котором система для тепловой реакции содержит горячую кислородную горелку и форсунку, в которых утилизируют кислород и топливо.
17. Способ по п. 16, в котором кислород получают из воздухоразделительной установки.
18. Способ по п. 16, в котором топливо содержит часть потока колошникового газа.
19. Способ по п. 15, дополнительно включающий охлаждение предварительно нагретого и прореагировавшего потока коксового газа в котле и теплообменнике с образованием потока синтез-газа.
20. Способ по п. 13, дополнительно включающий обеспечение части потока коксового газа для газонагревателя в качестве топлива.
21. Способ по п. 13, в котором теплообменник приводится в действие посредством перекрестного обмена с потоком синтез-газа.
22. Способ по п. 13, дополнительно включающий обеспечение части предварительно нагретого потока коксового газа для шахтной печи для прямого восстановления в качестве одного или более из газа из кольцевого трубопровода для обогащения и газа из переходной зоны.
23. Способ по п. 13, дополнительно включающий образование пара в первом котле с применением потока колошникового газа и утилизацию пара в системе удаления диоксида углерода.
24. Способ по п. 15, дополнительно включающий образование пара во втором котле с применением предварительно нагретого и прореагировавшего потока коксового газа и утилизацию пара в системе удаления диоксида углерода.
25. Способ по п. 13, дополнительно включающий обеспечение части потока колошникового газа для газонагревателя в качестве топлива.
26. Способ по п. 13, дополнительно включающий добавление кислорода в поток восстановительного газа.
27. Способ восстановления оксида железа до металлического железа, включающий
обеспечение потока коксового газа;
предварительное нагревание потока коксового газа в теплообменнике;
проведение реакции с предварительно нагретым потоком коксового газа в системе для тепловой реакции с образованием потока восстановительного газа и
обеспечение потока восстановительного газа для шахтной печи для прямого восстановления, восстанавливающего оксид железа до металлического железа.
28. Способ по п. 27, в котором поток коксового газа содержит один или более из углеводорода, водорода, монооксида углерода, диоксида углерода и серы.
29. Способ по п. 27, в котором система для тепловой реакции содержит горячую кислородную горелку и форсунку, в которых утилизируют кислород и топливо.
30. Способ по п. 29, в котором кислород получают из воздухоразделительной установки.
31. Способ по п. 29, в котором топливо содержит часть потока колошникового газа, полученного из шахтной печи для прямого восстановления, которую охлаждают в теплообменнике и очищают в скруббере.
32. Способ по п. 31, в котором поток коксового газа предварительно нагревают в теплообменнике посредством перекрестного обмена с потоком колошникового газа.
33. Способ по п. 27, дополнительно включающий обеспечение части предварительно нагретого потока коксового газа для шахтной печи для прямого восстановления в качестве одного или более из газа из кольцевого трубопровода для обогащения и газа из переходной зоны.
34. Способ по п. 31, дополнительно включающий утилизацию остальной части охлажденного/очищенного потока колошникового газа в одном или более из системы выработки энергии и сталеплавильного агрегата.
