Способ эксплуатации доменной печи

(51) 21 5/06 (2006.01) 21 7/00 (2006.01) 10 49/02 (2006.01) 10 53/02 (2006.01) 10 53/07 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Настоящее изобретение относится к способу эксплуатации доменной печи (12), содержащему этапы извлечение колошникового газа из доменной печи (12), передача по меньшей мере части колошникового газа в процесс рециркуляции и подача рециркулированного колошникового газа обратно в доменную печь (12). Согласно важному аспекту изобретения процесс рециркуляции содержит подачу извлеченного колошникового газа в реформинг-установку (40), подачу содержащего летучий углерод материала в реформинг-установку(40), осуществление мгновенной газификации содержащего летучий углерод материала в реформинг-установке (40) при температуре от 1100 до 1300 С и, таким образом, производство лишнного летучих компонентов углеродосодержащего материала и синтез-газа, и взаимодействие лишнного летучих компонентов углеродосодержащего материала и синтез-газа с извлеченным колошниковым газом. Изобретение также предлагает установку (1) доменной печи,содержащую доменную печь (12), и установку (14) рециркуляции колошникового газа для осуществления вышеупомянутого способа.(74) Тагбергенова Модангуль Маруповна Тагбергенова Алма Таишевна Касабекова Найля Ертисовна(54) СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ В общем, данное изобретение относится к способу эксплуатации доменной печи, прежде всего для рециркуляции колошникового газа. Также изобретение относится к установке доменной печи,прежде всего к установке по 10 рециркуляции колошникового газа. Уровень техники В течение многих лет предпринимались попытки уменьшить выбросы СО 2 из доменных печей с тем,чтобы способствовать общим мировым тенденциям снижения выброса СО 2. Главным образом для того, чтобы уменьшить количество используемого кокса, было предложено извлекать колошниковый газ из доменной печи и впрыскивать его обратно в доменную печь для того,чтобы оказать содействие восстановительному процессу. Были предложены устройства для разделения извлеченного колошникового газа на обогащнный СО 2 газ для использования или хранения в другом месте и обедненный СО 2 газ для впрыскивания обратно в доменную печь для того,чтобы позволить осуществить восстановление кокса. Колошниковый газ можно реформировать посредством уменьшения в его содержании СО 2,например, посредством способа, в котором ископаемое топливо добавляют к колошниковому газу для того, чтобы частично преобразовать диоксид углерода и пар для образования моноксида углерода и водорода, как этого предлагают в 3,884,677. Этот процесс требует нагрева колошникового газа до очень высокой температуры,то есть в диапазоне от 1800 до 2000 С, чтобы вступить в реакцию с ископаемым топливом и разрушить диоксид углерода. Частичное сжигание колошникового газа необходимо для достижения необходимой температуры. В наши дни общепринятым способом уменьшения содержания СО 2 в колошниковом газе является адсорбция при переменном давленииили вакуумно-напорная адсорбция , как показано, например, в 6,478,841. Установки / производят первый поток газа, который обогащн СО и Н 2, и второй поток газа, обогащнный СО 2 и Н 2 О. Первый поток газа используют как восстановительный газ и впрыскивают обратно в доменную печь. Второй поток газа удаляют из установки и после извлечения оставшейся теплотворной способности удаляют. Это вызывающее разногласие в оценках удаление состоит в закачке обогащенного С 2 газа в подземные карманы для хранения. Кроме того,несмотря на то, что установки / позволяют значительно снизить содержание СО 2 в колошниковом газе с примерно 35 до примерно 5, они являются очень дорогостоящими для обслуживания и функционирования и нуждаются в большом количестве места. Техническая проблема Целью данного изобретения является разработка улучшенного способа эксплуатации доменной печи. Эта цель достигнута посредством способа по пункту 1 формулы изобретения. Другой целью изобретения 2 является разработка улучшенной установки доменной печи. Эта цель достигнута посредством установки по пункту 17 формулы изобретения. Общее описание изобретения Данное изобретение предлагает способ эксплуатации доменной печи, содержащий этапы извлечение колошникового газа из доменной печи,подача, по меньшей мере, части колошникового газа в процесс рециркуляции,и подача рециркулированного колошникового газа обратно в доменную печь. Согласно важному аспекту изобретения процесс рециркуляции содержит подачу извлеченного колошникового газа в реформинг-установку, подачу содержащего летучий углерод материала в реформинг-установку, переход к мгновенной газификации содержащего летучий углерод материала в реформинг-установке при температуре от 1100 до 1300 С и, таким образом,производство лишнного летучих компонентов углеродосодержащего материала и синтез-газа, и вступление лишнного летучих компонентов углеродосодержащего материала и синтез-газа в реакцию с извлеченным колошниковым газом. Смешение извлеченного колошникового газа с лишнным летучих компонентов углеродосодержащим материалом позволяет уменьшить содержание СО 2 в колошниковом газе, в то время как синтез-газ позволяет увеличивать доступный объм газа. Действительно, когда содержащий летучий углерод материал поступает в реформинг-установку,в которую податся извлеченный колошниковый газ, содержащий летучий углерод материал подвергается мгновенной газификации или частичному удалению летучих компонентов благодаря преобладающей в реформинг-установке высокой температуре. Благодаря мгновенной газификации количество летучего содержимого содержащего летучий углерод материала, высвобождаемого в форме синтез-газа, значительно выше, чем стандартное предварительно установленное количество для того же содержащего летучий углерод материала. Действительно, для угля, имеющего 35 летучих компонентов, до 50 или более летучих компонентов можно извлечь с помощью мгновенной газификации. В общем, можно достичь до 1,5 кратного стандартного предварительно установленного значения. Более высокое количество высвобожденного летучего содержимого приводит к производству большего количества синтез-газа,который, в свою очередь, приводит к увеличению объма газа. В то же время, остающийся углерод лишнного летучих компонентов углеродосодержащего материала вступает в реакцию с диоксидом углерода в колошниковом газе и преобразовывает диоксид углерода в моноксид углерода согласно реакции СО 2 С 2 СО. Значительное количество диоксида углерода благодаря этому процессу может быть преобразовано в моноксид углерода. Может быть достигнуто уменьшение СО 2,схожее с уменьшением, достигаемым посредством установок /, то есть содержание СО 2 может быть уменьшено с 35-40 до 4-8. Однако необходимая в осуществлении данного способа установка значительно дешевле, чем установка/. Она не только дешевле в вопросе приобретения установки, но также в обслуживании и эксплуатации. Кроме того, как только часть извлеченного колошникового газа реформируется и впрыскивается обратно в доменную печь, остаток извлеченного колошникового газа транспортируется из установки и используется в другом месте, прежде всего извлекают его теплотворную способность. Теплотворная способность извлеченного колошникового газа значительно выше, чем теплотворная способность содержащего СО 2 газа установки /. Увеличение объма газа в реформинг-установке также увеличивает количество колошникового газа, богатого теплотворной способностью, которая может быть извлечена из установки. Следует отметить, что содержащий летучий углерод материал, подаваемый в реформингустановку, податся, предпочтительно, в тврдом состоянии. После поступления в реформингустановку содержащий летучий углерод материал затем трансформируется в лишнный летучих компонентов углеродосодержащий материал и синтез-газ. Предпочтительно, содержащий летучий углерод материал после поступления в реформинг-установку нагревается со скоростью, превышающей 1000 С в секунду, более предпочтительно со скоростью,превышающей 5000 С в секунду. Следует отметить,что скорость нагрева зависит от диаметра частиц содержащего летучий углерод материала, вводимого в реформинг-установку. Для частицы диаметром примерно 100 микрон скорость нагрева может быть в . пределах примерно 10000 С в секунду. Предпочтительно, извлеченный колошниковый газ нагревают до температуры от 1100 до 1300 С,предпочтительно примерно 1250 С. Извлеченный колошниковый газ может нагреваться, например, выше по потоку от реформинг-установки в горячем воздухонагревателе, таком как каупер, или в нагревателе с галечным теплоносителем или любом высокотемпературном теплообменнике. Альтернативно, извлеченный колошниковый газ может нагреваться, например, в самой реформингустановке. Нагревание извлеченного газа можно получить посредством подачи кислорода в извлеченный колошниковый газ либо в реформинг-установке, в горячем воздухонагревателе, либо между ними. Альтернативно, нагревание извлеченного горячего газа можно достичь с помощью по меньшей мере одной сопряженной с реформинг-установкой плазменной горелки. Кроме того, также можно сначала нагревать извлеченный колошниковый газ в горячем воздухонагревателе или в нагревателе с галечным теплоносителем выше по потоку от реформингустановки, а затем нагревать извлеченный колошниковый газ в реформинг-установке. Этот дополнительный нагрев позволяет увеличить температуру в реформинг-установке и увеличивает удаление летучих компонентов содержащего летучий углерод материала и преобразование диоксида углерода в моноксид углерода. Это приводит к производству большего количества газа,в котором растворено оставшееся содержание диоксида углерода. Однако более важно то, что это также увеличивает скорость преобразования диоксида углерода, тем самым, далее уменьшая количество диоксида углерода в выходящем из реформинг-установки газе. Горячий воздухонагреватель или нагреватель с галечным теплоносителем может, например, нагреваться с помощью колошникового газа, обогащнного извлечнной из доменной печи теплотворной способностью. В контексте данного изобретения под содержащим летучий углерод материалом понимают материал, имеющий теплотворную способность по меньшей мере 15 МДж/кг и содержащий уголь с большим содержанием летучих компонентов, летучий пластиковый материал или смесь вышеперечисленного. Однако, может быть предусмотрен и другой содержащий летучий углерод материал. Предпочтительно, углм с содержанием летучих компонентов является уголь с большим содержанием летучих компонентов, содержащий по меньшей мере 25 летучих материалов. Предпочтительно, уголь с большим содержанием летучих материалов содержит по меньшей мере 30 летучих материалов. Вводимый в реформингустановку уголь с большим содержанием летучих материалов может содержать, например, 35 летучих материалов. Следует отметить, что процент летучих материалов предпочтительно является как можно больше высоким, и что вышеуказанные процентные показатели ни в коем случае не имеют тенденции обозначать верхний предел для содержания летучего материала. Также следует отметить,что частицы угля,захваченные выходящим из реформинг-установки реформированным колошниковым газом, образуют полукокс, который податся в доменную печь. Благодаря дополнительному введнному полукоксу,может быть уменьшено количество кокса,подаваемого в доменную печь через е верхнюю часть. Предпочтительно, под содержащим летучие компоненты пластиковым материалом понимают пластиковый материал, содержащий по меньшей мере 50 летучих материалов. Пластиковый материал может содержать,например,автомобильные измельченные отходы. Следует отметить, что процент летучих материалов,предпочтительно, является как можно более высоким, и что вышеуказанные процентные показатели ни в коем случае не имеют тенденции обозначать верхний предел для содержания летучего материала. Предпочтительно, содержащий летучий углерод материал измельчают и/или сушат перед вводом в реформинг-установку для того, чтобы облегчить удаление летучих компонентов из содержащего летучий углерод материала в реформинг-установке. Согласно одному варианту осуществления изобретения выходящий из реформинг-установки колошниковый газ впрыскивается обратно в доменную печь на уровне фурм горна доменной печи. Согласно другому варианту осуществления изобретения выходящий из реформинг-установки колошниковый газ разделяется на первый поток и второй поток рециркулированного колошникового газа, при этом первый поток рециркулированного колошникового газа впрыскивается обратно в шахтную печь на уровне фурм горна доменной печи,а второй поток рециркулированного колошникового газа впрыскивается обратно в доменную печь в месте доменной печи над зоной плавления. Предпочтительно, углеродосодержащие частицы переносятся из второго потока рециркулированного колошникового газа в первый поток рециркулированного колошникового газа. Такой перенос углеродосодержащих частиц из второго в первый поток рециркулированного колошникового газа осуществляется, например, посредством циклона. Действительно, так как условия в шахте доменной печи не позволяют осуществить ввод тонкодисперсных частиц,является предпочтительным удалять углеродосодержащие частицы из второго потока и вводить их в первый поток, где они будут введены в горн доменной печи и сожжены. Данное изобретение также относится к установке доменной печи, содержащей доменную печь, и установку рециркуляции колошникового газа для извлечения колошникового газа из доменной печи,передающую,по меньшей мере,часть колошникового газа в процесс рециркуляции и подающую 30 рециркулированный колошниковый газ обратно в доменную печь. Согласно важному аспекту изобретения установка для рециркуляции колошникового газа выполнена для осуществления способа, как указано выше. Краткое описание чертежей Предпочтительные варианты осуществления изобретения будут описаны ниже с помощью примера, со ссылкой на сопроводительный чертж,на котором Фиг.1 - схематичный вид установки доменной печи согласно изобретению, содержащей доменную печь и установку рециркуляции колошникового газа. Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения На фиг.1 в целом показана установка 10 доменной печи, содержащая доменную печь 12 и установку 14 рециркуляции колошникового газа. Обычно, верхняя часть 16 доменной печи 12 получает загрузку кокса 18 и загрузку руды 20, в то время как нижняя часть 22 доменной печи 12 обычно получает топливо и кислород 26. В нижней 4 части 22 из доменной печи 12 извлекают доменный чугун 28 и шлак 30. Сама эксплуатация доменной печи хорошо известна и не будет описана далее. Установка 14 рециркуляции колошникового газа содержит средства для извлечения колошникового газа из доменной печи, для обработки извлеченного колошникового газа и для впрыскивания обработанного колошникового газа обратно в доменную печь. Установка 14 рециркуляции колошникового газа более подробно описана ниже. Колошниковый газ доменной печи извлекается из нижней части 16 доменной печи 12 и сначала податся через газоочиститель 32, в котором уменьшается количество пыли или посторонних частиц. После прохождения через газоочиститель 32,колошниковый газ податся в первый распределительный клапан 34, который позволяет только предварительно определнному количеству газа, остающемуся в установке 14 рециркуляции газа, впрыскиваться обратно в доменную печь 12. Избыточный колошниковый газ 36 выводится из установки 10 доменной печи и может быть использован в других приложениях. Прежде всего,избыточный колошниковый газ 36 может быть использован для нагрева других установок. От первого распределительного клапана 34 предварительно определнное количество колошникового газа отправляют через каупер 38(доменный воздухонагреватель),в котором колошниковый газ нагревается до температуры в диапазоне от 1100 до 1300 С, предпочтительно 1250 С. Затем нагретый колошниковый газ податся в реформинг-установку 40, где колошниковый газ обрабатывается. Кроме нагретого колошникового газа в реформинг-установку 40 вдувается содержащий высоколетучий углерод материал 42. В режиме рециркуляции колошникового газа колошниковый газ доменной печи обычно содержит от 35 до 40 диоксида углерода СО 2- Благодаря высокой температуре газа содержащий высоколетучий углерод материал 42 высвобождает его летучую составляющую в форме синтез-газа,оставляя после себя углеродосодержащий материал с удалнными летучими компонентами, который взаимодействует с диоксидом углерода колошникового газа, главным образом согласно формуле СО 2 С 2 СО. Благодаря этому процессу, значительное количество диоксида углерода может превратиться в моноксид углерода. Заявитель подсчитал, что этот процесс позволяет снизить содержание СО 2 с 35-40 до 4-8. Согласно предпочтительному варианту осуществления реформинг-установка 40 далее нагревается с тем, чтобы облегчить удаление летучих веществ из содержащего летучий углерод материала и превращение диоксида углерода в моноксид углерода. Для подведения этого дополнительного тепла могут, например, быть предусмотрены плазменные горелки, одна из которых представлен под ссылочным обозначением 44. Другим средством для подвода этого дополнительного тепла является по меньшей мере одна кислородная питающая трубка (не показана) для подачи кислорода в поток реформированного колошникового газа в каупере 38, реформингустановке 40 или между ними. Вышеуказанный процесс не только приводит к увеличению содержания моноксида углерода в колошниковом газе, но и также к увеличению содержания водорода (Н 2). Действительно, синтезгаз, произведнный посредством мгновенной газификации содержащего летучий углерод материала, увеличивает объм газа. Благодаря этому увеличению объма газа в реформинг-установке 40,первый распределительный клапан 34 управляется так, что количество реформированного газа,выходящего из реформинг-установки 40,соответствует желаемому количеству газа,вдуваемого обратно в доменную печь 12. Если содержащий летучий углерод материал является углем с большим содержанием летучих компонентов, содержащие углерод частицы или частицы угля,которые захвачены реформированным колошниковым газом,выходящим из реформинг-установки 40, образуют полукокс, который податся в доменную печь. Благодаря дополнительным введнным восстановителям (реформированный колошниковый газ и полукокс), может быть уменьшено количество кокса, подаваемого в доменную печь 12 через верхнюю часть 16. Ниже по потоку от реформинг-установки 40 расположен второй распределительный клапан 46 для разделения выходящего из реформингустановки 40 реформированного колошникового газа на первый поток 48 реформированного колошникового газа и второй поток 50 реформированного колошникового газа. Первый поток 48 направляется обратно в доменную печь 12 через фурмы (не показаны) в горн доменной печи 12. Второй поток 50 вдувается в дымовую трубу доменной печи 12 непосредственно над плавильной зоной загрузки. Перед тем как второй поток 50 вдувается в доменную печь 12, его направляют через циклон 52 для того, чтобы удалить значительную часть углеродосодержащих частиц из второго потока 50. Внутри циклона 52 углеродосодержащие частицы направлены к области наружной стенки циклона, в то время как газ в центральной секции уменьшил содержание углеродосодержащих частиц. Газ из этой центральной секции удерживается во втором потоке 50 и вдувается в дымовую трубу доменной печи 12, в то время как углеродосодержащие частицы направлены из области наружной стенки циклона к первому потоку 48. Следовательно,первый поток 48 содержит реформированный колошниковый газ,обогащнный углеродосодержащими частицами, тогда как второй поток 50 содержит реформированный колошниковый газ,обедненный углеродосодержащими частицами. Действительно,является предпочтительным, чтобы вводимый в дымовую трубу доменной печи газ имел незначительное содержание углерода, потому что условия в верхнем участке доменной печи не позволяют осуществлять ввод тонкодисперсных частиц. Список ссылочных обозначений 10 установка доменной печи 12 доменная печь 14 установка рециркуляции колошникового газа 16 верхняя часть 18 загрузка кокса 20 загрузка руды 22 нижняя часть 24 топливо 26 кислород 28 доменный чугун 30 шлак 32 газоочиститель 34 первый распределительный клапан 36 избыточный колошниковый газ 38 каупер 40 реформинг-установка 42 содержащий высоколетучий углерод материал 44 плазменная горелка 46 второй распределительный клапан 48 первый поток реформированного колошникового газа 50 второй поток реформированного колошникового газа 52 циклон ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ эксплуатации доменной печи,содержащий этапы- извлечение колошникового газа из доменной печи, передача по меньшей мере части колошникового газа в процесс рециркуляции, и- подача рециркулированного колошникового газа обратно в доменную печь,отличающийся тем, что процесс рециркуляции содержит- подачу извлеченного колошникового газа в реформинг-установку,- подачу содержащего летучий углерод материала в реформинг-установку,- осуществление мгновенной газификации содержащего летучий углерод материала в реформинг-установке при температуре от 1100 до 1300 С и, таким образом, производство лишнного летучих компонентов углеродосодержащего материала и синтез-газа, и взаимодействие лишнного летучих компонентов углеродосодержащего материала и синтез-газа с извлеченным колошниковым газом. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержащий летучий углерод материал подают в реформинг-установку в тврдом состоянии, где содержащий летучий углерод материал превращают в лишнный летучих компонентов углеродосодержащий материал и синтез-газ. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержащий летучий углерод материал, по 5 поступлении и реформинг-установку, нагревают со скоростью,превышающей 1000 С в секунду,предпочтительно со скоростью от 5000 до 10000 С в секунду. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что извлеченный колошниковый газ нагревают до температуры от 1100 до 1300 С в реформинг-установке или выше по потоку от реформинг-установки. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что извлеченный колошниковый газ нагревают до температуры примерно 1250 С в реформингустановке или выше по потоку от реформингустановки. 6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что извлеченный колошниковый газ нагревают выше по потоку от реформинг-установки в воздухонагревателе,нагревателе с галечным теплоносителем или любом высокотемпературном теплообменнике. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что извлеченный колошниковый газ нагревают в реформингустановке. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что извлеченный колошниковый газ нагревают в реформинг-установке при помощи по меньшей мере одной плазменной горелки или посредством впрыскивания кислорода в поток извлеченного колошникового газа. 9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что содержащий летучий углерод материал содержит уголь с высоким содержанием летучих компонентов с содержанием по меньшей мере 25 летучих материалов, предпочтительно по меньшей мере 30 летучих материалов, более предпочтительно примерно 35 летучих материалов. 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что содержащий летучий углерод материал содержит содержащий летучие компоненты пластиковый материал с содержанием по меньшей мере 50 летучих материалов. 11. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что содержащий летучий углерод материал имеет теплотворную способность по меньшей мере 15 МДж/кг 12. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что содержащий летучий углерод материал измельчают и/или сушат перед вводом в реформинг-установку. 13. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выходящий из реформинг-установки колошниковый газ впрыскивают обратно в доменную печь на уровне фурм горна доменной печи. 14. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выходящий из реформинг-установки колошниковый газ разделяют на первый поток и второй поток рециркулированного колошникового газа, при этом первый поток рециркулированного колошникового газа впрыскивают обратно в доменную печь на уровне фурм горна доменной печи, а второй поток рециркулированного колошникового газа впрыскивают обратно в доменную печь в месте доменной печи над плавильной зоной. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что углеродосодержащие частицы переносят из второго потока рециркулированного колошникового газа в первый поток рециркулированного колошникового газа. 16. Способ по п.15, отличающийся тем, что перенос утлеродосодержащих частиц из второго потока в первый поток рециркулированного колошникового газа осуществляют при помощи циклона.