RU2466192C2 - Method to convert end gas produced in metallurgical furnace, method to produce converted gas, device for reforming of end gas, device to convert end gas, method to cool end gas and device to cool end gas - Google Patents
Method to convert end gas produced in metallurgical furnace, method to produce converted gas, device for reforming of end gas, device to convert end gas, method to cool end gas and device to cool end gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2466192C2 RU2466192C2 RU2010146491/02A RU2010146491A RU2466192C2 RU 2466192 C2 RU2466192 C2 RU 2466192C2 RU 2010146491/02 A RU2010146491/02 A RU 2010146491/02A RU 2010146491 A RU2010146491 A RU 2010146491A RU 2466192 C2 RU2466192 C2 RU 2466192C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- exhaust gas
- reducing agent
- temperature
- carbon dioxide
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 150
- 238000002407 reforming Methods 0.000 title description 129
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 563
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 228
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 131
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 128
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 125
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 114
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 114
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 106
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 79
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 197
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 184
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 71
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 71
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 54
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 50
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 33
- 239000003915 liquefied petroleum gas Substances 0.000 claims description 22
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 21
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 claims description 20
- -1 raffinate Substances 0.000 claims description 20
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 19
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 17
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 claims description 14
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 5
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000007865 diluting Methods 0.000 claims description 4
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 4
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 2
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 claims 3
- QPXZALHPZYRQIT-UHFFFAOYSA-N ethanol;methoxymethane Chemical compound CCO.COC QPXZALHPZYRQIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 15
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 49
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 45
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 42
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 37
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 35
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 33
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 25
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 21
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 13
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 8
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 8
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 5
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 5
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 4
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 4
- 239000013502 plastic waste Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 4
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 4
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010019345 Heat stroke Diseases 0.000 description 1
- 206010024769 Local reaction Diseases 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- CUPCBVUMRUSXIU-UHFFFAOYSA-N [Fe].OOO Chemical class [Fe].OOO CUPCBVUMRUSXIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 238000006902 nitrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к способу преобразования отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, способу получения преобразованного газа, к способу охлаждения отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, а также к устройству риформинга отходящего газа, устройству для преобразования отходящего газа и к устройству для охлаждения отходящего газа. В частности, изобретение относится к способу преобразования и к способу охлаждения отходящего газа, содержащего газообразный диоксид углерода, образовавшийся в металлургической печи, такой как кислородный конвертер или восстановительная плавильная печь, и к соответствующим устройствам.The invention relates to a method for converting exhaust gas generated in a metallurgical furnace, a method for producing converted gas, to a method for cooling exhaust gas generated in a metallurgical furnace, and also to an exhaust gas reforming device, an exhaust gas conversion device and an exhaust gas cooling device. In particular, the invention relates to a conversion method and to a method for cooling off-gas containing carbon dioxide gas formed in a metallurgical furnace, such as an oxygen converter or a reduction melting furnace, and to corresponding devices.
Уровень техникиState of the art
В последние годы снижение выбросов газообразного диоксида углерода становится важной проблемой в рамках глобальной защиты окружающей среды и предотвращения глобального потепления. В частности, на металлургических заводах снижение выбросов газообразного диоксида углерода представляет собой наиболее важную проблему, относящуюся к жизнеспособности фирмы. Для снижения выбросов предложены традиционные решения. Однако до сих пор не разработана полномасштабная технология снижения выбросов газообразного диоксида углерода.In recent years, the reduction of carbon dioxide gas emissions has become an important issue in the framework of global environmental protection and the prevention of global warming. In metallurgical plants in particular, reducing carbon dioxide gas emissions is the most important issue related to firm viability. Traditional solutions have been proposed to reduce emissions. However, a full-scale technology to reduce carbon dioxide gas emissions has not yet been developed.
Обычно отходящие газы, имеющие высокую температуру и содержащие значительное количество газообразного диоксида углерода, образуются в кислородном конвертере, восстановительной плавильной печи и тому подобном на металлургических заводах. Эти отходящие газы содержат монооксид углерода и водород, в дополнение к газообразному диоксиду углерода, и поэтому используются в качестве источника энергии при работе различного оборудования на металлургических заводах. Кроме того, с точки зрения использования теплосодержания таких отходящих газов, обычно отходящий газ с высокой температурой направляют в кипятильник для генерации пара низкого давления, и таким образом, рекуперируется отходящее тепло. Однако пар низкого давления не является ценным источником энергии на металлургических заводах, и поэтому весьма желательно найти химическое использование отходящего газа с высокой температурой.Typically, exhaust gases having a high temperature and containing a significant amount of carbon dioxide gas are generated in an oxygen converter, a reduction smelter, and the like in metallurgical plants. These flue gases contain carbon monoxide and hydrogen, in addition to gaseous carbon dioxide, and are therefore used as an energy source for various equipment in metallurgical plants. In addition, from the point of view of utilizing the heat content of such off-gas, typically the high-temperature off-gas is sent to the boiler to generate low pressure steam, and thus, off-heat is recovered. However, low pressure steam is not a valuable source of energy in metallurgical plants, and it is therefore highly desirable to find the chemical use of high temperature off-gas.
В то же время известно, что различные углеводороды, такие как метан, и кислородсодержащие соединения, такие как метанол и диметиловый эфир, взаимодействуют с газообразным диоксидом углерода или водяным паром и превращаются в монооксид углерода и водород. В качестве технологии рекуперации отходящего тепла с использованием этого процесса, в публикации выложенной заявки на патент Японии JP-A 2000-212615 раскрыт способ с попыткой "повышения теплосодержания", в котором газ и/или жидкость, содержащие углеводороды, смешивают с высокотемпературным отходящим газом, содержащим диоксид углерода и/или водяной пар, образовавшийся в оборудовании для преобразования, таком как кислородный конвертер, чтобы осуществить процесс риформинга, при этом повышается концентрация монооксида углерода, а также водорода в отходящем газе, и таким образом, увеличивается скрытая теплота отходящего газа.At the same time, it is known that various hydrocarbons, such as methane, and oxygen-containing compounds, such as methanol and dimethyl ether, react with gaseous carbon dioxide or water vapor and turn into carbon monoxide and hydrogen. As a waste heat recovery technology using this process, Japanese Patent Laid-Open Publication JP-A 2000-212615 discloses a method of attempting to “increase heat content” in which a gas and / or liquid containing hydrocarbons is mixed with a high temperature waste gas, containing carbon dioxide and / or water vapor generated in conversion equipment, such as an oxygen converter, to carry out the reforming process, while increasing the concentration of carbon monoxide as well as hydrogen in the exhaust gas, and thus, the latent heat of the exhaust gas increases.
В способе, описанном в документе JP-A 2000-212615, когда природный газ нагнетается в газ, отходящий из кислородного конвертера, чтобы осуществить процесс риформинга по следующему ниже уравнению (1), температура снижается приблизительно до 375°С к моменту, когда этот процесс считается завершенным. Однако, как показали исследования авторов настоящего изобретения, когда температура завершения процесса риформинга ниже 800°С, возникает проблема значительного образования углерода, что приводит к осаждению углерода и пыли в системе рекуперации газа кислородного конвертера. Кроме того, снижение температуры завершения процесса риформинга навлекает снижение эффективности процесса риформинга, что приводит к уменьшению степени превращения диоксида углерода.In the method described in JP-A 2000-212615, when natural gas is pumped into the gas leaving the oxygen converter to carry out the reforming process according to the following equation (1), the temperature drops to about 375 ° C. at the time this process considered complete. However, as shown by the studies of the authors of the present invention, when the temperature of the completion of the reforming process is lower than 800 ° C, the problem of significant carbon formation arises, which leads to the deposition of carbon and dust in the gas recovery system of the oxygen converter. In addition, lowering the temperature of completion of the reforming process leads to a decrease in the efficiency of the reforming process, which leads to a decrease in the degree of conversion of carbon dioxide.
В документе JP-A 5-117668 (1993) описан способ с попыткой увеличения тепла отходящего газа, в котором подают уголь в местоположение, в котором температура газа, выходящего из кислородного конвертера, составляет 600°С или выше, причем отходящий газ и уголь приводятся в контакт в противотоке, чтобы осуществить процесс риформинга по следующему уравнению (2), и таким образом, получить монооксид углерода.JP-A 5-117668 (1993) describes a method of attempting to increase the heat of an exhaust gas, in which coal is supplied to a location where the temperature of the gas leaving the oxygen converter is 600 ° C or higher, and the exhaust gas and coal are driven contact in countercurrent, to carry out the reforming process according to the following equation (2), and thus, to obtain carbon monoxide.
В документе JP-A 5-117668 (1993) описан превосходный способ, поскольку при осуществлении процесса преобразования используется недорогой уголь, однако возникает проблема, состоящая в том, что негорючие материалы (SiO2, AlO3 и тому подобное), содержащиеся в угле, осаждаются в канале или выпадают в кислородном конвертере, что приводит к увеличению количества шлама.JP-A 5-117668 (1993) describes an excellent method since low-cost coal is used in the conversion process, but the problem is that non-combustible materials (SiO 2 , AlO 3 and the like) contained in the coal precipitate in the channel or precipitate in an oxygen converter, which leads to an increase in the amount of sludge.
В документе JP-A 2-11715 (1990) раскрыты способ и устройство для увеличения содержания монооксида углерода и водорода в отходящем газе, в котором метан и водяной пар вводятся в таком месте, где температура отходящего газа, образовавшегося в кислородном конвертере, составляет 1300°С или выше, таким образом, осуществляется процесс парового риформинга по следующему уравнению (3):JP-A 2-11715 (1990) discloses a method and apparatus for increasing the content of carbon monoxide and hydrogen in the exhaust gas, in which methane and water vapor are introduced in a place where the temperature of the exhaust gas generated in the oxygen converter is 1300 ° C or higher, thus, the steam reforming process is carried out according to the following equation (3):
В способе, раскрытом в документе JP-A 2-11715 (1990), имеется та проблема, что при добавлении водяного пара выделяется СО и Н2, процесс риформинга с участием диоксида углерода не протекает и, следовательно, этот способ не дает вклада в снижение СO2.The method disclosed in JP-A 2-11715 (1990) has the problem that when water vapor is added, CO and H 2 are released , the reforming process involving carbon dioxide does not proceed, and therefore this method does not contribute to the reduction CO 2 .
Как описано выше, в традиционных технологиях, обеспечивающих повышение теплосодержания, где увеличивается значение скрытой теплоты отходящего газа (теплота эндотермической реакции по уравнению (1) сохраняется в виде теплоты сгорания продуктов реакции) за счет использования теплосодержания отходящего газа, содержащего газообразный диоксид углерода, выделяемого из металлургических печей, таких как кислородный конвертер и восстановительная плавильная печь, существуют проблемы осаждения углерода и снижения реакционной способности газообразного диоксида углерода, осаждения негорючих материалов, таких как SiO2, Аl2O3 и тому подобных, и кроме того, газообразный диоксид углерода не вступает в реакцию, причем отсутствуют эффекты повышения теплосодержания отходящего газа и снижения выбросов газообразного диоксида углерода.As described above, in traditional technologies that increase the heat content, where the value of the latent heat of the exhaust gas increases (the heat of the endothermic reaction according to equation (1) is stored as the heat of combustion of the reaction products) by using the heat content of the exhaust gas containing gaseous carbon dioxide released from Metallurgical furnaces, such as an oxygen converter and a reduction smelter, have problems with carbon deposition and gas reactivity shaped carbon dioxide, the deposition of incombustible materials such as SiO 2, Al 2 O 3 and the like, and in addition, the gaseous carbon dioxide does not react, and there are no effects of improving the heat content of the exhaust gas and reducing carbon dioxide gas emissions.
Традиционно, типичный способ охлаждения высокотемпературного отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, такого как кислородный конвертер и восстановительная плавильная печь, представляет собой механический способ, в котором отходящий газ охлаждается с использованием водной охлаждающей рубашки (водного охлаждающего трубопровода), расположен в канале (каналах) системы извлечения газа кислородного конвертера, причем отходящее тепло рекуперируется с использованием теплообменника (смотрите публикацию рассмотренной заявки на патент Японии JP-B 57-10930 и публикацию выложенной заявки на патент Японии JP-A 62-074018 (1987)).Traditionally, a typical method for cooling high-temperature off-gas generated in a metallurgical furnace, such as an oxygen converter and a reduction melting furnace, is a mechanical method in which the off-gas is cooled using an aqueous cooling jacket (water cooling pipe) located in a channel (s) oxygen converter gas extraction systems, the waste heat being recovered using a heat exchanger (see publication of the above ki Japanese Patent JP-B 57-10930 and the publication of Japanese Laid-Open Patent Application JP-A 62-074018 (1987)).
Однако в случае описанного выше уровня техники канал, например, излучательная часть (канала), в случае системы извлечения газа кислородного конвертера, должен иметь структуру водной охлаждающей рубашки. В связи с этим возникают проблемы, такие как необходимость сооружения устройства охлаждения, имеющего сложную и крупногабаритную структуру, и кроме того, необходимо монтировать кипятильник в системе использования тепла. Более того, целевой отходящий газ (который должна быть охлажден) представляет собой газ, отходящий из металлургической печи и имеющий высокую температуру 800°С или выше, и когда отходящий газ пытаются охладить с использованием указанного выше устройства охлаждения, то обязательно используют материалы, выдерживающие высокую температуру.However, in the case of the prior art described above, the channel, for example, the radiating part (channel), in the case of a gas extraction system of an oxygen converter, must have the structure of an aqueous cooling jacket. In this regard, problems arise, such as the need to construct a cooling device having a complex and large-sized structure, and in addition, it is necessary to mount a boiler in a heat utilization system. Moreover, the target exhaust gas (which must be cooled) is a gas leaving the metallurgical furnace and having a high temperature of 800 ° C or higher, and when trying to cool the exhaust gas using the above cooling device, materials that withstand high temperature.
Способ охлаждения с использованием распыленной воды рассматривается в качестве другого способа охлаждения. Однако необходимо сооружать крупногабаритное устройство охлаждения для распыления и контакта между водой и газом. Кроме того, газ после охлаждения содержит водяной пар, что является недостатком в случае, когда газ после обработки будет использоваться в качестве горючего газа.A cooling method using atomized water is considered as another cooling method. However, it is necessary to construct a large-sized cooling device for atomization and contact between water and gas. In addition, the gas after cooling contains water vapor, which is a disadvantage in the case when the gas after processing will be used as combustible gas.
Краткое изложение изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей настоящего изобретения является разработка способа преобразования высокотемпературного отходящего газа. Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является снижение выбросов газообразного диоксида углерода, наряду с повышением теплосодержания отходящего газа, за счет проведения эффективного процесса риформинга диоксида углерода, без осаждения углерода и негорючих материалов, и устройства для этого способа.It is an object of the present invention to provide a method for converting high temperature off-gas. The technical result achieved in this invention is to reduce emissions of gaseous carbon dioxide, along with an increase in the heat content of the exhaust gas, due to the efficient process of reforming carbon dioxide, without deposition of carbon and non-combustible materials, and a device for this method.
Для достижения этого технического результата в настоящем изобретении разработан способ преобразования отходящего газа, выбрасываемого из металлургической печи, который включает добавление восстанавливающего агента в отходящий газ, содержащий высокотемпературный газообразный диоксид углерода, выходящий из металлургической печи, взаимодействие газообразного диоксида углерода с восстанавливающим агентом и риформинг отходящего газа, где восстанавливающий агент добавляется, когда концентрация кислорода в отходящем газе составляет 1 об.% или ниже, причем процесс риформинга завершается, когда температура отходящего газа составляет 800°С или выше.To achieve this technical result, the present invention has developed a method for converting exhaust gas emitted from a metallurgical furnace, which comprises adding a reducing agent to an exhaust gas containing high temperature carbon dioxide gas leaving the metallurgical furnace, reacting carbon dioxide gas with a reducing agent, and reforming the exhaust gas where a reducing agent is added when the oxygen concentration in the exhaust gas is 1 vol.% or lower, and the reforming process ends when the temperature of the exhaust gas is 800 ° C or higher.
Восстанавливающий агент выбирают из соединений типа ископаемых ресурсов и соединений типа неископаемых ресурсов. В случае соединений типа ископаемых ресурсов, восстанавливающий агент предпочтительно выбирают, по меньшей мере, из группы, состоящей из природного газа, сжиженного нефтяного газа, метана, этана, легкого бензина, рафината, метанола, этанола, диметилового эфира и диэтилового эфира. В случае соединений типа неископаемых ресурсов, восстанавливающий агент предпочтительно выбирают, по меньшей мере, из группы, состоящей из биоэтанола, биодизельного топлива и смеси биоэтанола и биодизельного топлива.The reducing agent is selected from compounds such as fossil resources and compounds such as non-fossil resources. In the case of compounds such as fossil resources, the reducing agent is preferably selected from at least the group consisting of natural gas, liquefied petroleum gas, methane, ethane, light gasoline, raffinate, methanol, ethanol, dimethyl ether and diethyl ether. In the case of compounds such as non-fossil resources, the reducing agent is preferably selected from at least the group consisting of bioethanol, biodiesel and a mixture of bioethanol and biodiesel.
Высокотемпературный отходящий газ, выбрасываемый из металлургической печи, предпочтительно имеет температуру от 800 до 1800°С, и более предпочтительно от 1000 до 1800°С.The high temperature exhaust gas discharged from the metallurgical furnace preferably has a temperature of from 800 to 1800 ° C, and more preferably from 1000 to 1800 ° C.
Высокотемпературный отходящий газ, выбрасываемый из металлургической печи, предпочтительно имеет концентрацию диоксида углерода от 3 до 30 об.%.The high temperature off-gas emitted from the metallurgical furnace preferably has a carbon dioxide concentration of from 3 to 30 vol.%.
Предпочтительно восстанавливающий агент добавляют, когда концентрация кислорода в отходящем газе составляет 0,5 об.% или меньше.Preferably, the reducing agent is added when the concentration of oxygen in the exhaust gas is 0.5 vol.% Or less.
Процесс риформинга завершается, когда температура отходящего газа составляет предпочтительно от 800 до 1100°С, и более предпочтительно от 850 до 1050°С.The reforming process is completed when the temperature of the exhaust gas is preferably from 800 to 1100 ° C, and more preferably from 850 to 1050 ° C.
Предпочтительно процесс риформинга проводят при температуре отходящего газа 800°С или выше, в течение времени пребывания от 0,01 до 50 секунд, и более предпочтительно проводят при температуре отходящего газа 800°С или выше, в течение времени пребывания от 0,1 до 20 секунд.Preferably, the reforming process is carried out at an exhaust gas temperature of 800 ° C. or higher, for a residence time of from 0.01 to 50 seconds, and more preferably is carried out at an exhaust gas temperature of 800 ° C. or higher, for a residence time of from 0.1 to 20 seconds.
В случае, когда металлургическая печь представляет собой кислородный конвертер с продолжительным временем пребывания, желательно добавлять восстанавливающий агент из бокового трубопровода верхней трубки для вдувания воздуха в кислородный конвертер. В случае, когда металлургическая печь представляет собой кислородный конвертер с сокращенным временем пребывания, предпочтительно восстанавливающий агент добавляют между устройством ограждения и первичным пылеуловителем в системе извлечения газа кислородного конвертера.In the case where the metallurgical furnace is an oxygen converter with a long residence time, it is desirable to add a reducing agent from the side pipe of the upper tube to blow air into the oxygen converter. In the case where the metallurgical furnace is an oxygen converter with a reduced residence time, preferably a reducing agent is added between the fence device and the primary dust collector in the gas recovery system of the oxygen converter.
Кроме того, настоящее изобретение касается способа получения преобразованного газа, который включает добавление восстанавливающего агента в отходящий газ, содержащий высокотемпературный газообразный диоксид углерода, выбрасываемый из металлургической печи, и взаимодействие газообразного диоксида углерода с восстанавливающим агентом, где восстанавливающий агент добавляется, когда концентрация кислорода в отходящем газе составляет 1 об.% или меньше, причем процесс риформинга завершается, когда температура отходящего газа составляет 800°С или выше.In addition, the present invention relates to a method for producing a converted gas, which comprises adding a reducing agent to an exhaust gas containing high temperature carbon dioxide gas discharged from a metallurgical furnace, and reacting carbon dioxide gas with a reducing agent, wherein the reducing agent is added when the oxygen concentration in the exhaust gas gas is 1 vol.% or less, and the reforming process ends when the temperature of the exhaust gas is 800 ° C or higher.
Предпочтительно восстанавливающий агент представляет собой, по меньшей мере, одно соединение типа ископаемых ресурсов, которое выбирают из группы, состоящей из природного газа, сжиженного нефтяного газа, метана, этана, легкого бензина, рафината, метанола, этанола, диметилового эфира и диэтилового эфира.Preferably, the reducing agent is at least one fossil resource type compound selected from the group consisting of natural gas, liquefied petroleum gas, methane, ethane, light gasoline, raffinate, methanol, ethanol, dimethyl ether and diethyl ether.
Предпочтительно восстанавливающий агент представляет собой, по меньшей мере, одно соединение типа неископаемых ресурсов, которое выбирают из группы, состоящей из биоэтанола, биодизельного топлива и смеси биоэтанола и биодизельного топлива.Preferably, the reducing agent is at least one non-fossil resource type compound selected from the group consisting of bioethanol, biodiesel and a mixture of bioethanol and biodiesel.
Кроме того, настоящее изобретение касается устройства риформинга отходящего газа в системе извлечения газа кислородного конвертера, в котором восстанавливающий агент добавляется к отходящему газу, содержащему высокотемпературный газообразный диоксид углерода, выбрасываемый из металлургической печи, причем газообразный диоксид углерода реагирует с восстанавливающим агентом, и таким образом, преобразуется отходящий газ; это устройство включает в себя средство измерения концентрации кислорода в отходящем газе, в системе извлечения газа; переключающее устройство проходного сечения, осуществляющее переключение проходного сечения трубопроводов отходящего газа под действием выходного сигнала средства измерения концентрации; средство измерения температуры отходящего газа, теплосодержание которого повышается в результате процесса риформинга; средство контроля скорости потока, которое регулирует количество добавляемого восстанавливающего агента, работающее под действием выходного сигнала от средства измерения температуры и выходного сигнала от средства измерения концентрации; и устройство продувки восстанавливающего агента.In addition, the present invention relates to an exhaust gas reforming apparatus in an oxygen converter gas extraction system in which a reducing agent is added to an exhaust gas containing high temperature carbon dioxide gas ejected from a metallurgical furnace, the carbon dioxide gas reacting with the reducing agent, and thus flue gas is converted; this device includes means for measuring the concentration of oxygen in the exhaust gas in the gas extraction system; a cross-section switching device for switching the cross-section of the exhaust gas pipelines under the action of the output signal of the concentration measuring means; means for measuring the temperature of the exhaust gas, the heat content of which increases as a result of the reforming process; flow rate control means that controls the amount of reducing agent added, operating under the influence of the output signal from the temperature measuring means and the output signal from the concentration measuring means; and a purge device for a reducing agent.
Предпочтительным средством измерения концентрации является следующее ниже.A preferred means of measuring concentration is as follows.
(A) Газоанализатор, смонтированный на стороне впуска первичного пылеуловителя в системе извлечения газа кислородного конвертера.(A) A gas analyzer mounted on the inlet side of a primary dust collector in an oxygen converter gas recovery system.
(B) Газоанализатор, смонтированный на выпускной стороне вторичного пылеуловителя в системе извлечения газа кислородного конвертера.(B) A gas analyzer mounted on the discharge side of a secondary dust collector in an oxygen converter gas recovery system.
(C) Анализатор (A), а также анализатор (B).(C) The analyzer (A), as well as the analyzer (B).
Предпочтительно переключающее устройство проходного сечения представляет собой клапан, переключающий проходное сечение газа, срабатывающий в соответствии с выходным сигналом концентрации кислорода от средства измерения концентрации и выбирающий проходное сечение в направлении факела или газгольдера.Preferably, the cross-section switching device is a valve that switches the gas cross-section, operating in accordance with the output signal of the oxygen concentration from the concentration measuring means, and selects the cross-section in the direction of the torch or gas holder.
Предпочтительно средством измерения температуры является термометр, вставленный на входной стороне первичного пылеуловителя в системе извлечения газа кислородного конвертера.Preferably, the temperature measuring means is a thermometer inserted on the input side of the primary dust collector in the oxygen converter gas extraction system.
Предпочтительно средство контроля скорости потока восстанавливающего агента срабатывает в соответствии, по меньшей мере, с одним выходным сигналом средства измерения концентрации и средства измерения температуры.Preferably, the flow rate control means of the reducing agent is triggered in accordance with at least one output of the concentration measuring means and the temperature measuring means.
Желательно, чтобы устройство продувки восстанавливающего агента было смонтировано, по меньшей мере, в одном месте между верхней трубкой для вдувания воздуха кислородного конвертера, или устройством ограждения в системе извлечения газа кислородного конвертера, и стороной впуска первичного пылеуловителя в излучательной части системы извлечения газа.It is desirable that the purge device of the reducing agent be mounted at least in one place between the upper tube for blowing air of the oxygen converter, or the barrier device in the gas extraction system of the oxygen converter, and the inlet side of the primary dust collector in the radiating part of the gas extraction system.
Кроме того, настоящее изобретение касается устройства преобразования отходящего газа, выбрасываемого из металлургической печи, которое применяется для риформинга отходящего газа в процессе взаимодействия между газообразным диоксидом углерода, содержащимся в отходящем газе, и восстанавливающим агентом, путем добавления восстанавливающего агента к высокотемпературному отходящему газу, выбрасываемого из металлургической печи, где форсунка для вдувания восстанавливающего агента, имеющая структуру двойной концентрической трубы, содержащей внешнюю трубу для вдувания разбавленного азота и внутреннюю трубку для вдувания восстанавливающего агента, смонтированных вместе путем вставки во внешнюю трубу, установлена в канале отходящего газа системы извлечения газа металлургической печи.In addition, the present invention relates to a device for converting exhaust gas emitted from a metallurgical furnace, which is used for reforming the exhaust gas during the interaction between the carbon dioxide gas contained in the exhaust gas and the reducing agent by adding a reducing agent to the high-temperature exhaust gas emitted from metallurgical furnace, where the nozzle for injecting a reducing agent having the structure of a double concentric pipe, soda neighing the outer pipe for injecting diluted nitrogen and the inner pipe for injecting a reducing agent, mounted together by insertion into the outer pipe, is installed in the exhaust gas channel of the gas extraction system of the metallurgical furnace.
Металлургическая печь предпочтительно является кислородным конвертером.The metallurgical furnace is preferably an oxygen converter.
Желательно, чтобы канал отходящего газа содержал нижний колпак, верхний колпак и излучательную часть в системе извлечения газа.It is desirable that the exhaust gas channel contains a lower hood, an upper hood and a radiating portion in a gas recovery system.
Предпочтительно, по меньшей мере, одна форсунка для вдувания восстанавливающего агента смонтирована в направлении вдоль окружности, внизу излучательной части канала отходящего газа.Preferably, at least one nozzle for injecting a reducing agent is mounted in a circumferential direction below the radiative portion of the exhaust gas channel.
Предпочтительно, чтобы форсунка для вдувания восстанавливающего агента распыляла восстанавливающий агент из центрального отверстия внутренней трубки, причем разбавленный азот выпускается струей из кольцевого канала, образовавшегося между внутренней трубкой и внешней трубой.It is preferred that the nozzle for injecting the reducing agent spray the reducing agent from the central opening of the inner tube, the diluted nitrogen being ejected from the annular channel formed between the inner tube and the outer tube.
Внешняя труба может быть трубой для вдувания разбавленного азота при аварийном останове путем разбавления отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, встроенной в канал отходящего газа. Разбавленный азот, выпускаемый струей из кольцевого канала внешней трубы, может быть разбавленным азотом для аварийного останова путем разбавления отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи.The outer pipe may be a pipe for blowing diluted nitrogen during an emergency stop by diluting the exhaust gas generated in a metallurgical furnace integrated in the exhaust gas channel. The diluted nitrogen discharged by the jet from the annular channel of the outer pipe may be diluted with nitrogen for emergency shutdown by diluting the exhaust gas generated in the metallurgical furnace.
Предпочтительно, восстанавливающий агент содержит, по меньшей мере, одно соединение типа ископаемых ресурсов, которое выбирают из группы, состоящей из природного газа, сжиженного нефтяного газа, метана, этана, легкого бензина, рафината, метанола, этанола, диметилового эфира и диэтилового эфира.Preferably, the reducing agent contains at least one fossil resource type compound selected from the group consisting of natural gas, liquefied petroleum gas, methane, ethane, light gasoline, raffinate, methanol, ethanol, dimethyl ether and diethyl ether.
Предпочтительно, восстанавливающий агент содержит, по меньшей мере, одно соединение типа неископаемых ресурсов, которое выбирают из группы, состоящей из биоэтанола, биодизельного топлива и смеси биоэтанола и биодизельного топлива.Preferably, the reducing agent comprises at least one non-fossil resource type compound selected from the group consisting of bioethanol, biodiesel and a mixture of bioethanol and biodiesel.
Другой целью настоящего изобретения является разработка удобного способа охлаждения высокотемпературного отходящего газа, с температурой 800°С или выше, с использованием химического процесса, в котором теплосодержание металлургического отходящего газа используется без сооружения большого охлаждающего оборудования, и устройства охлаждения для этого способа.Another objective of the present invention is to develop a convenient method for cooling high-temperature off-gas, with a temperature of 800 ° C or higher, using a chemical process in which the heat content of metallurgical off-gas is used without building large cooling equipment, and a cooling device for this method.
Для достижения указанной выше цели, в настоящем изобретении разработан способ охлаждения отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, заключающийся в добавлении восстанавливающего агента к отходящему газу, образовавшемуся в металлургической печи и содержащему высокотемпературные газы - монооксид углерода и диоксид углерода, чтобы вызвать эндотермическую реакцию между восстанавливающим агентом и диоксидом углерода в отходящем газе, и охлаждение самого отходящего газа за счет эндотермической реакции.To achieve the above objectives, the present invention has developed a method of cooling the exhaust gas generated in the metallurgical furnace, which consists in adding a reducing agent to the exhaust gas generated in the metallurgical furnace and containing high temperature gases - carbon monoxide and carbon dioxide, to cause an endothermic reaction between the reducing agent and carbon dioxide in the exhaust gas; and cooling of the exhaust gas itself through an endothermic reaction.
Предпочтительно продувка восстанавливающего агента осуществляется в канале до входной стороны пылеуловителя, эндотермическая реакция происходит в канале, причем реакция завершается, когда температура газа после взаимодействия составляет 800°С или выше. Этот канал предпочтительно представляет собой излучательную часть между верхним колпаком кислородного конвертера и входной стороной первичного пылеуловителя.Preferably, the reducing agent is purged in the channel up to the inlet side of the dust collector, an endothermic reaction occurs in the channel, and the reaction is completed when the gas temperature after the reaction is 800 ° C. or higher. This channel is preferably an emitting part between the upper cap of the oxygen converter and the inlet side of the primary dust collector.
Предпочтительно, отходящий газ представляет собой отходящий газ кислородного конвертера, содержащий пыль конвертера, выбрасываемую из кислородного конвертера. Катализатором эндотермической реакции являются пылевидные частицы оксида железа в пыли конвертера.Preferably, the off-gas is an off-gas from an oxygen converter containing converter dust emitted from the oxygen converter. The catalyst for the endothermic reaction are dust particles of iron oxide in the dust of the converter.
Предпочтительно, восстанавливающим агентом является, по меньшей мере, один, выбранный из группы, состоящей из природного газа, сжиженного нефтяного газа, метана, этана, легкого бензина, рафината, метанола, этанола, диметилового эфира и диэтилового эфира.Preferably, the reducing agent is at least one selected from the group consisting of natural gas, liquefied petroleum gas, methane, ethane, light gasoline, raffinate, methanol, ethanol, dimethyl ether and diethyl ether.
Кроме того, настоящее изобретение предоставляет устройство охлаждения отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, которое содержит форсунку для вдувания восстанавливающего агента, который вступает в эндотермическую реакцию с газообразным диоксидом углерода в высокотемпературном отходящем газе, содержащем диоксид углерода и монооксид углерода, которое смонтировано в одном или нескольких местах части канала в системе извлечения газа кислородного конвертера.In addition, the present invention provides a device for cooling an exhaust gas generated in a metallurgical furnace, which comprises a nozzle for injecting a reducing agent that enters an endothermic reaction with carbon dioxide gas in a high temperature exhaust gas containing carbon dioxide and carbon monoxide that is mounted in one or several places of the channel part in the oxygen converter gas extraction system.
Предпочтительно, часть канала находится между верхней трубкой для вдувания воздуха кислородного конвертера или нижним колпаком в кислородном конвертере системы извлечения газа и входной стороной первичного пылеуловителя.Preferably, a portion of the channel is located between the upper tube for blowing air of the oxygen converter or the lower cap in the oxygen converter of the gas recovery system and the inlet side of the primary dust collector.
Отходящий газ предпочтительно является отходящим газом кислородного конвертера, который содержит пыль конвертера, выбрасываемую из кислородного конвертера. Катализатором эндотермической реакции являются пылевидные частицы оксида железа в пыли конвертера.The off-gas is preferably an off-gas from an oxygen converter that contains converter dust emitted from the oxygen converter. The catalyst for the endothermic reaction are dust particles of iron oxide in the dust of the converter.
Взаимодействие между газообразным диоксидом углерода в отходящем газе и восстанавливающим агентом, предпочтительно, представляет собой эндотермическую реакцию, катализатором которой являются пылевидные частицы оксида железа в пыли конвертера.The interaction between the gaseous carbon dioxide in the exhaust gas and the reducing agent is preferably an endothermic reaction, the catalyst of which is the dusty particles of iron oxide in the dust of the converter.
Предпочтительно восстанавливающим агентом является, по меньшей мере, один, выбранный из группы, состоящей из природного газа, сжиженного нефтяного газа, метана, этана, легкого бензина, рафината, метанола, этанола, диметилового эфира и диэтилового эфира.Preferably, the reducing agent is at least one selected from the group consisting of natural gas, liquefied petroleum gas, methane, ethane, light gasoline, raffinate, methanol, ethanol, dimethyl ether and diethyl ether.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фигура 1 представляет собой схематичный чертеж устройства преобразования отходящего газа конвертера по первому варианту осуществления.Figure 1 is a schematic drawing of an exhaust gas conversion device of a converter according to a first embodiment.
На фигуре 2 приведен график зависимости степени превращения CO2 и CH4 и количества углерода по 1-му варианту осуществления от температуры выхода моделирующего газа, повышающего теплосодержание.The figure 2 shows a graph of the degree of conversion of CO 2 and CH 4 and the amount of carbon according to the 1st variant implementation from the temperature of the output of the modeling gas, which increases the heat content.
На фигуре 3 приведен график зависимости степени превращения CO2 и CO4 и пониженной величины нагрева по 1-му варианту осуществления от концентрации кислорода в моделирующем газе, повышающем теплосодержание.The figure 3 shows a graph of the degree of conversion of CO 2 and CO 4 and a reduced heating value according to the 1st embodiment, on the oxygen concentration in the modeling gas, which increases the heat content.
Фигура 4 представляет собой схематичный чертеж устройства преобразования отходящего газа кислородного конвертера по 1-му варианту осуществления.Figure 4 is a schematic drawing of an exhaust gas conversion device of an oxygen converter according to the 1st embodiment.
Фигура 5 представляет собой схематичный чертеж устройства преобразования отходящего газа кислородного конвертера по 2-му варианту осуществления.Figure 5 is a schematic drawing of an exhaust gas conversion device of an oxygen converter according to the 2nd embodiment.
На фигуре 6 показан вид в разрезе форсунки для вдувания восстанавливающего агента по 2-му варианту осуществления.Figure 6 shows a cross-sectional view of a nozzle for injecting a reducing agent according to the 2nd embodiment.
Фигура 7 представляет собой схематичный чертеж устройства охлаждения отходящего газа кислородного конвертера по 3-му варианту осуществления.Figure 7 is a schematic drawing of an exhaust gas cooling device of an oxygen converter according to a 3rd embodiment.
Фигур 8 представляет собой схематичный чертеж устройства охлаждения отходящего газа, оборудованного узлом вдувания восстанавливающего агента по 3-му варианту осуществления.Figure 8 is a schematic drawing of an exhaust gas cooling device equipped with a blowing agent injection unit according to the 3rd embodiment.
Фигур 9 представляет собой другой схематичный чертеж устройства охлаждения отходящего газа, оборудованного узлом вдувания восстанавливающего агента по 3-му варианту осуществления.Figure 9 is another schematic drawing of an exhaust gas cooling device equipped with a blowing agent injection unit according to the 3rd embodiment.
На фигуре 10 приведен график зависимости константы скорости от температуры реакции, для канала кислородного конвертера по 3-му варианту осуществления.The figure 10 shows a graph of the dependence of the rate constant on the reaction temperature for the channel of the oxygen converter according to the 3rd embodiment.
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention
Вариант осуществления 1
Вариант осуществления 1 представляет собой способ преобразования высокотемпературного отходящего газа, для достижения эффективного повышения теплосодержания отходящего газа и снижения выбросов газообразного диоксида углерода путем полного развития процесса риформинга газообразного диоксида углерода, без осаждения углерода, негорючих материалов и тому подобного, в канале. Конкретно, восстанавливающий агент добавляют в отходящий газ с высокой температурой порядка 800°С или выше, и предпочтительно 1000°С или выше, выходящий из металлургической печи. В дальнейшем металлургическая печь описана на примере "кислородного конвертера". Высокотемпературный отходящий газ в последующем называется "отходящий газ". Добавление восстанавливающего агента вызывает протекание процесса риформинга между газообразным диоксидом углерода, содержащимся в отходящем газе, и восстанавливающим агентом, таком как природный газ, как показано в уравнении (1)
Теплота отходящего газа увеличивается за счет регулирования любого из факторов: добавленное количество, период добавления и места добавления восстанавливающего агента, так что время начала добавления восстанавливающего агента наступает, когда концентрация кислорода в отходящем газе становится равной 1 об.% или меньше, причем процесс риформинга завершается, когда температура отходящего газа составляет 800°С или выше.The heat of the exhaust gas is increased by controlling any of the factors: the added amount, the period of addition and the place of addition of the reducing agent, so that the start time for adding the reducing agent occurs when the oxygen concentration in the exhaust gas becomes 1 vol.% Or less, and the reforming process is completed when the temperature of the exhaust gas is 800 ° C or higher.
Обычно отходящий газ, выбрасываемый из кислородного конвертера, содержит приблизительно от 10 до 20 об.% CO2 и приблизительно от 50 до 80 об.% СО, имеет теплотворную способность приблизительно от 1500 до 2000 ккал/нм3, и температура в горловине в ходе эксплуатации составляет приблизительно от 1200 до 1800°С. В 1 м варианте осуществления повышение теплосодержания отходящего газа и снижение выбросов газообразного диоксида углерода достигается одновременно путем добавления восстанавливающего агента, такого как природный газ, в отходящий газ кислородного конвертера и проведения процесса риформинга по уравнению (1) между восстанавливающим агентом и газообразным диоксидом углерода. Другими словами, поскольку отходящий газ с повышенным теплосодержанием, то есть преобразованный отходящий газ, применяется в качестве различных источников тепла на металлургических заводах (для сжигания), окончательно выделяется газообразный диоксид углерода. Однако количество вспомогательного топлива, такого как котельное топливо, используемое на металлургических заводах, может быть снижено в соответствии с повышением теплосодержания, и в результате можно снизить выбросы газообразного диоксида углерода, в соответствующем количестве.Typically, the exhaust gas emitted from the oxygen converter contains from about 10 to 20 vol.% CO 2 and from about 50 to 80 vol.% CO, has a calorific value of from about 1,500 to 2,000 kcal / nm 3 , and the neck temperature during operation is approximately from 1200 to 1800 ° C. In the 1 m embodiment, an increase in the heat content of the exhaust gas and a decrease in carbon dioxide gas emissions are achieved simultaneously by adding a reducing agent, such as natural gas, to the exhaust gas of the oxygen converter and carrying out the reforming process according to equation (1) between the reducing agent and the carbon dioxide gas. In other words, since the exhaust gas with a high heat content, that is, the converted exhaust gas, is used as various heat sources in metallurgical plants (for combustion), gaseous carbon dioxide is finally released. However, the amount of auxiliary fuel, such as boiler fuel used in metallurgical plants, can be reduced in accordance with the increase in heat content, and as a result, carbon dioxide gas emissions can be reduced in an appropriate amount.
На фигуре 1 представлен схематичный чертеж системы извлечения газа из кислородного конвертера для объяснения способа преобразования отходящего газа согласно 1-му варианту осуществления изобретения. Как показано на чертеже, отходящий газ, образовавшийся в кислородном конвертере 1, выбрасывается через полый цилиндр 2, нижний колпак 3, верхний колпак 4, первичный пылеуловитель (влажный пылеуловитель) 5, вторичный пылеуловитель 13, и тому подобное, и по ходу газа измеряется концентрация кислорода с помощью газоанализатора 6, предусмотренного на выходном патрубке (ниже по ходу потока) вторичного пылеуловителя 13, в непрерывном, полунепрерывном или периодически. Когда концентрация кислорода в отходящем газе больше чем 1 об.%, регулирующий клапан 7, контролирующий добавление (введение) количества восстанавливающего агента в ходе процесса риформинга, закрыт, и в то же время закрыт клапан 8, переключающий каналы газообразного потока, так что отходящий газ направляется в сторону факела 9.Figure 1 is a schematic drawing of a system for extracting gas from an oxygen converter to explain an exhaust gas conversion method according to a first embodiment of the invention. As shown in the drawing, the exhaust gas generated in the
На фигуре 1 показан вариант осуществления, где газоанализатор 6 предусмотрен на выходном патрубке вторичного пылеуловителя 13. Однако газоанализатор 6 может быть расположен на стороне впуска первичного пылеуловителя 5, который находится рядом с термометром 10, или анализатор 6 может быть предусмотрен как на стороне впуска первичного пылеуловителя 5, так и на выходном патрубке вторичного пылеуловителя 13.Figure 1 shows an embodiment where a gas analyzer 6 is provided on the outlet of the
Тип газоанализатора 6 конкретно не оговаривается, однако предпочтительно применяется анализатор, который может измерять концентрацию газообразного диоксида углерода (скорость потока) и скорость потока отходящего газа, в дополнение к концентрации кислорода. Скорость потока газообразного диоксида углерода можно определить по данным измерений газоанализатора 6, и следовательно, можно определить количество восстанавливающего агента, введенного в процессе риформинга.The type of gas analyzer 6 is not specifically specified, but an analyzer is preferably used that can measure the concentration of carbon dioxide gas (flow rate) and the flow rate of the exhaust gas, in addition to the oxygen concentration. The flow rate of gaseous carbon dioxide can be determined from the measurement data of the gas analyzer 6, and therefore, it is possible to determine the amount of reducing agent introduced in the reforming process.
Например, когда концентрация кислорода снижается до 1 об.% или меньше и температура отходящего газа, измеренная с помощью термометра 10, расположенного на стороне впуска в первичный пылеуловитель, составляет 800°С или выше, открывается клапан 8, переключающий каналы газообразного потока, так что отходящий газ направляется в сторону газгольдера (не показан), и в то же время, открывается клапан 7, и, например, восстанавливающий агент для процесса риформинга добавляется по боковому трубопроводу верхней трубки для вдувания кислорода 11. Возможно возникнет необходимость непрерывного измерения температуры газа с помощью термометра 10, причем введенное количество восстанавливающего агента и/или место добавления (вдувания) агента регулируется таким образом, что процесс риформинга завершается при температуре отходящего газа с повышенным теплосодержанием 800°С или выше.For example, when the oxygen concentration decreases to 1 vol.% Or less and the temperature of the exhaust gas, measured using a
Восстанавливающий агент добавляется, когда концентрация кислорода в отходящем газе составляет 1 об.% или меньше. Причина этого ограничения изложена ниже. Когда в отходящем газе кислорода больше чем 1 об.%, газообразный водород в отходящем газе и атомы водорода в восстанавливающем агенте способны взаимодействовать с кислородом, образуя водяной пар, и протекает процесс риформинга с участием водяного пара, благодаря добавлению восстанавливающего агента. В результате снижается степень превращения газообразного диоксида углерода, что приводит к уменьшению эффекта снижения содержания газообразного диоксида углерода. При добавлении восстанавливающего агента в момент, когда концентрация кислорода в отходящем газе больше чем 1 об.%, существует опасность воспламенения и взрыва.A reducing agent is added when the oxygen concentration in the exhaust gas is 1 vol.% Or less. The reason for this limitation is outlined below. When there is more than 1 vol% oxygen in the exhaust gas, hydrogen gas in the exhaust gas and hydrogen atoms in the reducing agent are able to interact with oxygen to form water vapor, and the reforming process involving water vapor proceeds due to the addition of the reducing agent. As a result, the degree of conversion of gaseous carbon dioxide is reduced, which reduces the effect of reducing the content of gaseous carbon dioxide. When adding a reducing agent at a time when the concentration of oxygen in the exhaust gas is more than 1 vol.%, There is a danger of ignition and explosion.
Предпочтительно концентрация кислорода в отходящем газе, по возможности, приближается к нулю для того, чтобы эффективно провести процесс риформинга газообразного диоксида углерода, представленный уравнением (1). Однако введение приблизительно до 1 об.% кислорода является допустимым диапазоном. Причина этого ограничения изложена ниже. Система извлечения газа из кислородного конвертера выполнена таким образом, что воздух подается в незначительной степени. Поэтому требуется длительное время, чтобы снизить концентрацию кислорода до предела детектирования или меньше. Если восстанавливающий агент нельзя добавить в течение этого периода, то не только уменьшается эффект повышения теплосодержания, но также увеличивается сжигание газа на факеле 9, что неблагоприятно влияет на увеличение выбросов газообразного диоксида углерода. Поэтому необходимым условием 1-го варианта осуществления является то, что концентрация кислорода в отходящем газе составляет 1 об.% или меньше, когда начинается добавление восстанавливающего агента.Preferably, the concentration of oxygen in the exhaust gas approaches zero whenever possible in order to efficiently carry out the carbon dioxide gas reforming process represented by equation (1). However, the administration of up to about 1 vol.% Oxygen is an acceptable range. The reason for this limitation is outlined below. The system for extracting gas from an oxygen converter is designed so that air is supplied to a small extent. Therefore, it takes a long time to reduce the oxygen concentration to the detection limit or less. If a reducing agent cannot be added during this period, then not only does the effect of increasing the heat content decrease, but the burning of gas on the flare 9 also increases, which adversely affects the increase in emissions of gaseous carbon dioxide. Therefore, a necessary condition of the 1st embodiment is that the concentration of oxygen in the exhaust gas is 1 vol.% Or less when the addition of the reducing agent begins.
В 1-ом варианте осуществления важно, чтобы добавляемое количество восстанавливающего агента и/или место добавления агента контролировалось таким образом, чтобы процесс риформинга завершился, когда температура охлажденного отходящего газа риформинга, то есть отходящего газа в состоянии повышенного теплосодержания в виде скрытой теплоты сгорания продукта реакции, составляет 800°С или выше за счет процесса риформинга, использующего теплосодержание отходящего газа. Таким образом, требуется, чтобы температура отходящего газа к моменту завершения процесса риформинга составляла 800°С или выше, и более предпочтительно эта температура равна 850°С или выше. Причина этого ограничения изложена ниже. Когда температура отходящего газа к моменту завершения процесса риформинга составляет меньше чем 800°С, не только образуется углерод, такой как зольная пыль, и осаждается в канале, но также снижается степень превращения газообразного диоксида углерода, что приводит к ухудшению эффекта повышения теплосодержания, а также эффекта уменьшения выброса газообразного диоксида углерода.In the 1st embodiment, it is important that the amount of reducing agent added and / or the place of addition of the agent is controlled so that the reforming process is completed when the temperature of the cooled reforming exhaust gas, i.e., the exhaust gas in a state of increased heat content, is in the form of latent heat of combustion of the reaction product , is 800 ° C or higher due to the reforming process using the heat content of the exhaust gas. Thus, it is required that the temperature of the exhaust gas at the time the reforming process is completed is 800 ° C. or higher, and more preferably this temperature is 850 ° C. or higher. The reason for this limitation is outlined below. When the temperature of the exhaust gas at the time of the completion of the reforming process is less than 800 ° C, not only carbon, such as fly ash, is deposited in the channel, but also the conversion of gaseous carbon dioxide is reduced, which leads to a deterioration in the effect of increasing heat content, as well as the effect of reducing the emission of gaseous carbon dioxide.
Другими словами, замысел 1-го варианта осуществления заключается не в регулировании процесса риформинга за счет скорости потока газообразного диоксида углерода в отходящем газе, а в том, что повышение теплосодержания отходящего газа контролируется по температуре отходящего газа (>800°С) к моменту завершения процесса риформинга. Причина этого ограничения изложена ниже. Обычно кислородный конвертер представляет собой печь периодического действия, причем характеристика температуры отходящего газа значительно колеблется, когда происходит аномальная раздувка, как например, повышение содержания оксида железа расплавленной стали. Другими словами, способ настоящего изобретения позволяет удобно устранять возникающие колебания температуры отходящего газа.In other words, the idea of the first embodiment is not to regulate the reforming process due to the flow rate of carbon dioxide gas in the exhaust gas, but that the increase in the heat content of the exhaust gas is controlled by the temperature of the exhaust gas (> 800 ° C) by the time the process is completed reforming. The reason for this limitation is outlined below. Typically, an oxygen converter is a batch furnace, and the temperature characteristic of the exhaust gas fluctuates significantly when abnormal blowing occurs, such as an increase in the iron oxide content of molten steel. In other words, the method of the present invention conveniently eliminates the resulting fluctuations in the temperature of the exhaust gas.
По указанной выше причине, добавленное количество и место добавления восстанавливающего агента определяются таким образом, чтобы процесс риформинга завершался, когда температура отходящего газа с повышенным теплосодержанием (накопленная тепловая энергия) составляет 800°С или выше. Например, в случае, относящемся к восстанавливающему агенту, добавленное количество предпочтительно изменяется в зависимости от скорости потока газообразного диоксида углерода, типа восстанавливающего агента, стехиометрии процесса риформинга газообразного диоксида углерода, температуры отходящего газа в месте добавления и времени пребывания газа от места добавления этого агента до термометра 10.For the above reason, the added amount and place of addition of the reducing agent is determined so that the reforming process is completed when the temperature of the exhaust gas with high heat content (stored thermal energy) is 800 ° C or higher. For example, in the case of a reducing agent, the added amount preferably varies depending on the flow rate of the carbon dioxide gas, such as the reducing agent, the stoichiometry of the carbon dioxide gas reforming process, the temperature of the exhaust gas at the point of addition and the residence time of the gas from the point of addition of this agent to
Указанный выше термин "завершение процесса риформинга" означает, что взаимодействие между добавленным восстанавливающим агентом, таким как метан, и газообразным диоксидом углерода в отходящем газе протекает вблизи равновесия в такой атмосфере. Для доведения реакции до полного равновесия теоретически требуется бесконечное время пребывания. Следовательно, термин вблизи равновесия нельзя определить однозначно. По этой причине в 1-ом варианте осуществления предпочтительно используют термин "завершение процесса риформинга", определяемый по увеличению концентрации газообразного водорода, как описано в последующем, по отношению к концентрации водорода в отходящем газе до риформинга.The term “completion of the reforming process” as defined above means that the interaction between the added reducing agent, such as methane, and gaseous carbon dioxide in the exhaust gas proceeds near equilibrium in such an atmosphere. To bring the reaction to full equilibrium theoretically, an infinite residence time is required. Therefore, the term near equilibrium cannot be defined unambiguously. For this reason, in the 1st embodiment, the term “completion of the reforming process” is used, defined by increasing the concentration of hydrogen gas, as described hereinafter, with respect to the concentration of hydrogen in the exhaust gas prior to reforming.
Например, при обезуглероживающей продувке концентрация водорода в отходящем газе обычно мала - около 1 об.%, и благодаря риформингу концентрация водорода в отходящем газе увеличивается приблизительно от 2 до 25 раз, по сравнению с содержанием водорода до риформинга. Следовательно, это легко контролировать. По этой причине при обезуглероживающей продувке является предпочтительным определять "завершение процесса риформинга", по увеличению содержания газообразного водорода в два раза или больше, по сравнению с содержанием водорода до риформинга.For example, with decarburization purging, the hydrogen concentration in the exhaust gas is usually low - about 1 vol.%, And due to reforming, the hydrogen concentration in the exhaust gas increases from about 2 to 25 times, compared with the hydrogen content before reforming. Therefore, it is easy to control. For this reason, with decarburization blowing, it is preferable to determine "completion of the reforming process" by increasing the content of gaseous hydrogen by two or more times compared to the hydrogen content before reforming.
С другой стороны, при дефосфорационной продувке, когда скорость потока отходящего газа обычно невелика и скорость извлечения отходящего газа также мала, в последние годы эта операция выполняется с введением пластиковых отходов или тому подобного для того, чтобы увеличить скорость потока отходящего газа с целью повышения скорости извлечения. В этом случае концентрация газообразного водорода в отходящем газе до риформинга составляет приблизительно от 10 до 15 об.% за счет выделения водорода из дополнительных материалов, таких как пластиковые отходы. Более того, в конвертер с нижней продувкой подают сжиженный нефтяной газ (СНГ) или тому подобное в качестве охлаждающего газа для предотвращения повреждения фурмы, и по этой причине выделяется большое количество газообразного водорода при разложении СНГ. В случае выделения такого большого количества газообразного водорода, количественное увеличение концентрации водорода в отходящем газе после риформинга составляет приблизительно от 1 до 5 об.% по сравнению с концентрацией газообразного водорода до риформинга. Следовательно, при дефосфорационной продувке и нижней продувке печи является предпочтительным определять "завершение процесса риформинга", по увеличению содержания газообразного водорода на 1 об.% или больше, по сравнению с содержанием водорода до риформинга.On the other hand, in dephosphoric purge, when the exhaust gas flow rate is usually low and the exhaust gas extraction rate is also low, in recent years this operation is carried out with the introduction of plastic waste or the like in order to increase the exhaust gas flow rate in order to increase the extraction rate . In this case, the concentration of gaseous hydrogen in the exhaust gas prior to reforming is from about 10 to 15 vol.% Due to the evolution of hydrogen from additional materials, such as plastic waste. Moreover, liquefied petroleum gas (LPG) or the like is supplied to the bottom-blowing converter as cooling gas to prevent damage to the tuyeres, and for this reason, a large amount of hydrogen gas is released upon decomposition of the LPG. In the case of the release of such a large amount of hydrogen gas, a quantitative increase in the concentration of hydrogen in the exhaust gas after reforming is from about 1 to 5 vol.% Compared with the concentration of hydrogen gas before reforming. Therefore, in dephosphoric purge and bottom purge of the furnace, it is preferable to define “completion of the reforming process” by increasing the gaseous hydrogen content by 1 vol.% Or more, compared with the hydrogen content before reforming.
Температура отходящего газа снижается по мере протекания процесса риформинга. Следовательно, термин завершение процесса риформинга, когда температура отходящего газа после 800°С или выше, имеет физический смысл. С другой стороны, атом водорода, находившийся в добавленном восстанавливающем агенте, превращается в газообразный водород за счет процесса риформинга. В способе, где отходящий газ извлекается в качестве источника энергии, анализ состава отходящего газа является существенным, причем контроль завершения реакции по концентрации газообразного водород имеет значение как для химии, так и в качестве эксплуатационного контроля.The temperature of the exhaust gas decreases as the reforming process proceeds. Therefore, the term completion of the reforming process, when the temperature of the exhaust gas after 800 ° C or higher, has a physical meaning. On the other hand, the hydrogen atom in the added reducing agent is converted to hydrogen gas through a reforming process. In a method where the off-gas is recovered as an energy source, analysis of the off-gas composition is essential, and controlling the completion of the reaction by the concentration of hydrogen gas is important both for chemistry and as an operational control.
В приведенном выше описании стехиометрия процесса риформинга газообразного диоксида углерода означает, что (X-Z) моль газообразного диоксида углерода взаимодействуют с 1 молем восстанавливающего агента, как показано в следующем уравнении (4). Обычно введение эквивалентного количества восстанавливающего агента является предпочтительным. Однако в случае, когда температура отходящего газа в месте добавления недостаточно высока, по сравнению с 800°С, то есть нижним пределом температуры завершения реакции в положении термометра 10, предпочтительно восстанавливающий агент добавляют в количестве, меньше чем эквивалентное количество. Например, в случае, когда концентрация газообразного диоксида углерода в отходящем газе конвертера составляет 15 об.%, и метан применяется в качестве восстанавливающего агента, величина (X-Z)=1 соответствует эквивалентному количеству. Следовательно, когда температура отходящего газа в месте ввода составляет 1600°С или выше, метан добавляют в количестве, эквивалентном количеству газообразного диоксида углерода. С другой стороны, когда температура отходящего газа в месте ввода составляет 1200°С, соответствующее добавляемое количество составляет приблизительно 2/3 от эквивалентного количества. Указанный здесь термин "соответствующее добавляемое количество" означает количество агента риформинга, завершаемое в положении, где температура отходящего газа с повышенным теплосодержанием составляет 800°С или выше.In the above description, the stoichiometry of the carbon dioxide gas reforming process means that (X-Z) moles of carbon dioxide gas interact with 1 mole of reducing agent, as shown in the following equation (4). Typically, the introduction of an equivalent amount of a reducing agent is preferred. However, in the case where the temperature of the exhaust gas at the point of addition is not high enough, as compared to 800 ° C, that is, the lower limit of the reaction completion temperature at the position of
В процессе риформинга, соответствующему уравнению (1) или следующему уравнению (4), нижний диапазон концентрации газообразного диоксида углерода не соответствует теоретическому. Однако очевидным является тот факт, что влияние продувки восстанавливающим агентом, то есть эффект повышения теплосодержания, снижается с уменьшением концентрации газообразного диоксида углерода. Действительность заключается в том, что эффект повышения теплосодержания является незначительным, когда концентрация газообразного диоксида углерода составляет меньше чем 3 об.%, и это нерентабельно. С другой стороны, локальная скорость реакции значительно увеличивается вблизи места продувки восстанавливающего агента с повышением концентрации газообразного диоксида углерода. В результате локальная температура отходящего газа существенно понижается и имеется вероятность повреждения системы извлечения газа кислородного конвертера за счет теплового удара и тому подобного. Концентрация газообразного диоксида углерода выше 30 об.% является нежелательной с точки зрения стабильной эксплуатации кислородного конвертера и технического обслуживания оборудования:In the reforming process corresponding to equation (1) or the following equation (4), the lower concentration range of gaseous carbon dioxide does not correspond to the theoretical one. However, it is obvious that the effect of purging with a reducing agent, that is, the effect of increasing heat content, decreases with decreasing concentration of carbon dioxide gas. The reality is that the effect of increasing the heat content is negligible when the concentration of gaseous carbon dioxide is less than 3 vol.%, And it is unprofitable. On the other hand, the local reaction rate increases significantly near the purge of the reducing agent with increasing concentration of carbon dioxide gas. As a result, the local temperature of the exhaust gas is significantly reduced and there is a likelihood of damage to the oxygen converter gas extraction system due to heat stroke and the like. The concentration of gaseous carbon dioxide above 30 vol.% Is undesirable from the point of view of stable operation of the oxygen converter and maintenance of equipment:
Время пребывания газа от места добавления восстанавливающего агента до положения термометра 10 предпочтительно находится в диапазоне от 0,01 до 50 секунд, и более предпочтительно от 0,1 до 20 секунд. Время пребывания составляет 0,01 секунд или больше по причине обеспечения достаточного времени взаимодействия для завершения процесса риформинга. Утечка восстанавливающего агента отсутствует по экономическим соображениям. Причина того, что время пребывания газа составляет 50 секунд или меньше заключается в том, что 50 секунд или меньше представляет собой верхний предел времени, за который полностью завершается реакция, причем нет необходимости в длинном канале, и можно сократить затраты на оборудования для отходящего газа.The residence time of the gas from the place of addition of the reducing agent to the position of the
Например, с целью добавления метана в эквивалентном количестве газообразному диоксиду углерода в случае, когда концентрация газообразного диоксида углерода в конвертере отходящего газа составляет 15 об.%, в качестве восстанавливающего агента используется метан, и температура отходящего газа в месте добавления составляет 1600°С или выше, при времени пребывания, составляющем от 0,5 до 5 секунд, процесс риформинга может быть завершен, причем температура газа к моменту завершения реакции составляет 800°С или выше.For example, in order to add methane in an equivalent amount to carbon dioxide gas in the case where the concentration of carbon dioxide gas in the off-gas converter is 15 vol%, methane is used as the reducing agent and the temperature of the off-gas at the point of addition is 1600 ° C or higher , with a residence time of 0.5 to 5 seconds, the reforming process can be completed, and the gas temperature at the time of completion of the reaction is 800 ° C or higher.
Предпочтительно место добавления восстанавливающего агента определяется с учетом времени пребывания газа и температуры отходящего газа в месте добавления. Например, в случае, когда время пребывания составляет от 0,01 до 50 секунд, и предпочтительно от 0,1 до 20 секунд, как описано выше, место добавления восстанавливающего агента предпочтительно выбирают там, где отходящий газ имеет самую высокую температуру.Preferably, the place of addition of the reducing agent is determined taking into account the residence time of the gas and the temperature of the exhaust gas at the place of addition. For example, in the case where the residence time is from 0.01 to 50 seconds, and preferably from 0.1 to 20 seconds, as described above, the place of addition of the reducing agent is preferably chosen where the exhaust gas has the highest temperature.
На фигуре 1 показан пример введения восстанавливающего агента по боковой трубке верхнего трубопровода для вдувания воздуха. Таким образом, причина того, что трубка 11 обозначена в 1-ом варианте осуществления как место добавления, заключается в том, что трубка 11 является обязательным оборудованием при эксплуатации конвертера с верхней продувкой и ее удобно использовать для добавления восстанавливающего агента. Однако место добавления не ограничивается только трубкой бокового трубопровода в 1-ом варианте осуществления. Например, восстанавливающий агент может быть введен через форсунку, которая смонтирована в полом цилиндре 2 или в верхней части верхнего колпака 4 и нижнего колпака 3.The figure 1 shows an example of the introduction of a reducing agent through the side tube of the upper pipe for blowing air. Thus, the reason that the
Конкретно, в случае относительно малого количества газообразного диоксида углерода в конвертере отходящего газа время взаимодействия может быть небольшим. Поэтому восстанавливающий агент может быть добавлен в месте, которое еще выше, чем нижний колпак 3 или верхний колпак 4, например в нижнем конце первой излучательной части. Место добавления не ограничивается одной точкой, и агент может быть добавлен из многих точек. Например, восстанавливающий агент может быть добавлен в двух местах трубки 11 бокового трубопровода и верхней части нижнего колпака 3.Specifically, in the case of a relatively small amount of carbon dioxide gas in the off-gas converter, the reaction time may be short. Therefore, a reducing agent can be added at a location that is even higher than the
Предпочтительно в качестве восстанавливающего агента, который может быть использован в первом варианте осуществления, применяют, по меньшей мере, одно соединение типа ископаемых ресурсов, выбранное из таких материалов, как природный газ, сжиженный нефтяной газ, метан, этан, легкий бензин, рафинат, метанол, этанол, диметиловый эфир и диэтиловый эфир. Из перечисленных, предпочтительными являются природный газ, сжиженный нефтяной газ, легкий бензин, рафинат и диэтиловый эфир, поскольку они обладают хорошей реакционной способностью в отношении газообразного диоксида углерода, дешевы и легко доступны в большом количестве.Preferably, as a reducing agent that can be used in the first embodiment, at least one fossil resource type compound selected from materials such as natural gas, liquefied petroleum gas, methane, ethane, light gasoline, raffinate, methanol is used ethanol, dimethyl ether and diethyl ether. Of these, natural gas, liquefied petroleum gas, light gasoline, raffinate and diethyl ether are preferred, since they have good reactivity with respect to carbon dioxide gas, are cheap and readily available in large quantities.
В качестве восстанавливающего агента можно использовать органические соединения типа неископаемых ресурсов наряду с соединениями типа ископаемых ресурсов или вместо них. Применение органических соединений типа неископаемых ресурсов является особенно предпочтительным в связи с тем, что процесс риформинга осуществляется с помощью углеродно-нейтрального восстанавливающего агента, в дополнение к тому, что теплосодержание отходящего газа повышается за счет процесса риформинга газообразного диоксида углерода, и это может давать значительный вклад в снижение выбросов газообразного диоксида углерода. Примеры органических соединений типа неископаемых ресурсов включают биоэтанол, биодизельное топливо и их смесь.As the reducing agent, organic compounds such as non-fossil resources can be used along with or instead of compounds such as fossil resources. The use of organic compounds such as non-fossil resources is particularly preferred due to the fact that the reforming process is carried out using a carbon-neutral reducing agent, in addition to the fact that the heat content of the exhaust gas is increased due to the reforming process of gaseous carbon dioxide, and this can make a significant contribution in reducing carbon dioxide gas emissions. Examples of organic compounds such as non-fossil resources include bioethanol, biodiesel and mixtures thereof.
В случае использования восстанавливающего агента, который является газом при комнатной температуре, таким как природный газ или сжиженный нефтяной газ, применяется форсунка, подходящая для газовой продувки, причем форма и число форсунок конкретно не ограничиваются. В случае, когда восстанавливающий агент представляет собой жидкость при комнатной температуре, такую как рафинат, биоэтанол или биодизельное топливо, этот восстанавливающий агент можно распылять и вводить или можно газифицировать и вводить в газообразном виде. В случае подачи в распыленном состоянии диаметр капель агента является таким, чтобы обеспечить эффективный контакт с газообразным диоксидом углерода, и составляет предпочтительно от 0,01 до 1000 мкм, и более предпочтительно от 0,1 до 100 мкм.In the case of using a reducing agent, which is a gas at room temperature, such as natural gas or liquefied petroleum gas, a nozzle suitable for gas purging is used, the shape and number of nozzles being not particularly limited. In the case where the reducing agent is a liquid at room temperature, such as raffinate, bioethanol or biodiesel, this reducing agent can be sprayed and introduced, or it can be gasified and introduced in gaseous form. When sprayed, the droplet diameter of the agent is such as to provide effective contact with carbon dioxide gas, and is preferably from 0.01 to 1000 μm, and more preferably from 0.1 to 100 μm.
В случае использования в качестве восстанавливающего агента сжиженного газа, такого как диметиловый эфир, или сжиженный газ органического соединения типа неископаемого ресурса, восстанавливающий агент можно предварительно газифицировать и вводить в виде газа, или восстанавливающий агент можно подавать в виде жидкости, причем восстанавливающий агент газифицируется вблизи форсунки или в форсунке. В этом случае газификации восстанавливающего агента вблизи форсунки или в форсунке происходит охлаждение форсунки за счет теплоты испарения, что является предпочтительным для защиты форсунки.When using a liquefied gas, such as dimethyl ether, or a liquefied gas of an organic compound such as a non-fossil resource, the reducing agent can be pre-gasified and introduced as a gas, or the reducing agent can be supplied in the form of a liquid, and the reducing agent is gasified near the nozzle or in the nozzle. In this case, the gasification of the reducing agent near the nozzle or in the nozzle cools the nozzle due to the heat of vaporization, which is preferred to protect the nozzle.
Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает способ получения преобразованного газа, который включает в себя добавление восстанавливающего агента к отходящему газу, содержащему высокотемпературный газообразный диоксид углерода, выбрасываемый из металлургической печи, в результате чего газообразный диоксид углерода взаимодействует с восстанавливающим агентом, причем восстанавливающий агент добавляют, когда концентрация кислорода в отходящем газе составляет 1 об.% или меньше, и процесс риформинга завершается, когда температура отходящего газа составляет 800°С или выше.In addition, the present invention provides a method for producing a converted gas, which comprises adding a reducing agent to an exhaust gas containing high temperature carbon dioxide gas discharged from a metallurgical furnace, whereby carbon dioxide gas interacts with the reducing agent, wherein the reducing agent is added when the oxygen concentration in the exhaust gas is 1 vol.% or less, and the reforming process is completed when the temperature is from odyaschego gas is 800 ° C or higher.
Используемый здесь термин "преобразованный газ" в качестве продукта означает газ, образовавшийся в результате завершения процесса риформинга между газообразным диоксидом углерода в отходящем газе и восстанавливающим агентом. Термин "завершение процесса риформинга" был определен ранее. Следовательно, при обезуглероживающей продувке газ, в котором содержание газообразного водорода увеличивается в два раза или больше, по сравнению с количеством до риформинга, называется "преобразованный газ", который является продуктом настоящего изобретения. При дефосфорационной продувке или в конвертере с нижней продувкой газ, в котором содержание водорода увеличивается на 1 об.% или больше, по сравнению с количеством до риформинга, называется "преобразованный газ", который является продуктом настоящего изобретения.As used herein, the term "converted gas" as a product means gas generated from the completion of a reforming process between gaseous carbon dioxide in the exhaust gas and a reducing agent. The term “completion of the reforming process” was previously defined. Therefore, in a decarburization purge, a gas in which the hydrogen gas content is doubled or more than the amount before reforming is called “converted gas”, which is a product of the present invention. In a dephosphoric purge or in a converter with a lower purge, a gas in which the hydrogen content increases by 1 vol.% Or more, compared with the amount before reforming, is called "converted gas", which is a product of the present invention.
В "преобразованном газе" за счет процесса риформинга снижается концентрация газообразного диоксида углерода и увеличивается концентрация водорода и монооксида углерода. Поэтому теплота сгорания газа увеличивается приблизительно от 5 до 30% по сравнению с исходным отходящим газом. Однако теплота сгорания не является измеряемой величиной, а обычно представляет собой величину, рассчитанную по составу газа. Следовательно, "преобразованный газ" предпочтительно определяется по изменению концентрации газообразного водорода, как описано ранее.In a "converted gas", the concentration of gaseous carbon dioxide decreases and the concentration of hydrogen and carbon monoxide increases due to the reforming process. Therefore, the heat of combustion of the gas increases from about 5 to 30% compared with the original exhaust gas. However, the calorific value is not a measurable quantity, but is usually a value calculated from the composition of the gas. Therefore, the "converted gas" is preferably determined by the change in the concentration of gaseous hydrogen, as described previously.
Предпочтительно восстанавливающий агент представляет собой, по меньшей мере, одно соединение типа ископаемых ресурсов, которое выбирают из группы, состоящей из природного газа, сжиженного нефтяного газа, метана, этана, легкого бензина, рафината, метанола, этанола, диметилового эфира и диэтилового эфира.Preferably, the reducing agent is at least one fossil resource type compound selected from the group consisting of natural gas, liquefied petroleum gas, methane, ethane, light gasoline, raffinate, methanol, ethanol, dimethyl ether and diethyl ether.
Предпочтительно восстанавливающим агентом является, по меньшей мере, одно соединение типа неископаемых ресурсов, которое выбирают из группы, состоящей из биоэтанола, биодизельного топлива и смеси биоэтанола и биодизельного топлива;.Preferably, the reducing agent is at least one non-fossil resource type compound selected from the group consisting of bioethanol, biodiesel and a mixture of bioethanol and biodiesel ;.
При осуществлении описанного выше способа преобразования отходящего газа, в первом варианте осуществления в качестве устройства преобразования, ускоряющего процесс риформинга между газообразным диоксидом углерода, содержащимся в отходящем газе, и восстанавливающим агентом, предложено устройство преобразования отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, которое включает средство измерения концентрации кислорода в отходящем газе, в системе извлечения газа кислородного конвертера; переключающее устройство проходного сечения, осуществляющее переключение проходного сечения в линии трубопровода отходящего газа, в соответствии с концентрацией кислорода в отходящем газе риформинга на основании выходного сигнала от средства измерения концентрации, то есть в зависимости от того, является ли концентрация кислорода больше чем 1% или она меньше 1 об.%; средство измерения температуры отходящего газа риформинга, имеющего повышенное теплосодержание за счет процесса риформинга; средство контроля скорости потока, которое регулирует добавление (введение) количества восстанавливающего агента и приводится в действие от выходного сигнала средства измерения температуры и от выходного сигнала средства измерения концентрации; и устройство продувки восстанавливающим агентом для добавления восстанавливающего агента, которое регулируется под действием средства контроля скорости потока, в отходящий газ в заданном месте, например из форсунки, смонтированной в боковой части трубопровода верхней трубки для вдувания воздуха или в полом цилиндре.In the implementation of the above method of converting the exhaust gas, in the first embodiment, as a conversion device accelerating the reforming process between the carbon dioxide gas contained in the exhaust gas and the reducing agent, there is provided a device for converting the exhaust gas generated in a metallurgical furnace, which includes a measuring means the concentration of oxygen in the exhaust gas in the gas recovery system of the oxygen converter; a cross-section switching device that switches the cross-section in the line of the exhaust gas pipeline in accordance with the oxygen concentration in the reforming exhaust gas based on the output signal from the concentration measuring means, that is, depending on whether the oxygen concentration is more than 1% or less than 1 vol.%; means for measuring the temperature of the reforming effluent gas having an increased heat content due to the reforming process; flow rate control means that controls the addition (introduction) of the amount of a reducing agent and is driven from the output of the temperature measuring means and from the output of the concentration measuring means; and a blowing agent with a reducing agent for adding a reducing agent, which is controlled by means of flow rate control means, to the exhaust gas at a predetermined location, for example, from a nozzle mounted in the side of the pipeline of the upper air injection tube or in a hollow cylinder.
В первом варианте осуществления газоанализатор 6, смонтированный на стороне впуска первичного пылеуловителя 5 или вторичного пылеуловителя 13, например, внутри проходного сечения второго пылеуловителя (ниже по ходу потока), или в обоих местах, используется в качестве средства измерения концентрации; устройство, в котором клапан 8, переключающий канал для газообразного потока, регулируется таким образом, что открывается или закрывается под действием выходного сигнала о величине концентрации кислорода из газоанализатора 6, смонтировано в разветвленной части проходного сечения в направлении факела 9 и проходного сечения в газгольдер (не показан), таким образом, может быть выбрано любое из направлений к факелу 9 и к газгольдеру, это устройство используется для переключения проходного сечения; и средство измерения температура состоит из термометра 10, смонтированного на границе с излучательной частью выходного канала, стыкующегося с входной стороной первичного пылеуловителя 5. Расходомер газа 15, измеряющий скорость потока отходящего газа, предпочтительно предусмотрен на выходной стороне вторичного пылеуловителя в системе извлечения газа кислородного конвертера.In the first embodiment, the gas analyzer 6, mounted on the inlet side of the
Система регулирования указанного выше устройства преобразования показана пунктирной линией на фигуре 1. На этой схеме показан только один клапан 7, регулирующий скорость потока для подачи восстанавливающего агента, причем этот клапан приводится в действие одним (или двумя) выходным сигналом от газоанализатора 6 для измерения концентрации кислорода и выходным сигналом от термометра 10, измеряющего температуру. Однако могут быть использованы два регулирующих клапана (не показаны), которые отдельно управляются вычисляющим устройством 12, причем клапан 8, переключающий канал для газообразного потока, может быть приведен в действие выходным сигналом от газоанализатора 6, и в то же время может управляться от выходного сигнала термометра 10 с помощью другого регулирующего клапана, предусмотренного на выходной стороне переключающего клапана.The control system of the above conversion device is shown by the dashed line in figure 1. This diagram shows only one
Пример 1Example 1
В этом примере проведен эксперимент, в котором природный газ добавляют в отходящий газ из верхнего колпака 4 с использованием 300-тонного конвертера с верхней продувкой. Когда природный газ не вдувается, отходящий газ имеет скорость потока 79000 нм3/час, и состав газа СО: 50 об.%, CO2: 15 об.%, H2: 1 об.% и N2: 34 об.%. Это означает, что количество выброшенного CO2 составляет 11850 нм3/час.In this example, an experiment was conducted in which natural gas was added to the exhaust gas from the top cap 4 using a 300-ton top-purged converter. When natural gas is not blown in, the exhaust gas has a flow rate of 79,000 nm 3 / hr and the composition of the gas is CO: 50 vol.%, CO 2 : 15 vol.%, H 2 : 1 vol.% And N 2 : 34 vol.% . This means that the amount of CO 2 emitted is 11850 nm 3 / h.
Это соответствует массе 122000 тонн газообразного диоксида углерода в течение года. Природный газ добавляют в количестве 11850 нм3/час, равном скорости потока CO2. Содержание СН4 в природном газе составляет 92 об.%. Следовательно, молярное соотношение между CO2 и CO4 можно оценить приблизительно равным 1:1. Температура отходящего газа вблизи устья конвертера составляет около 1700°С.This corresponds to a mass of 122,000 tons of gaseous carbon dioxide during the year. Natural gas is added in an amount of 11850 nm 3 / hour, equal to the flow rate of CO 2 . The content of CH 4 in natural gas is 92 vol.%. Therefore, the molar ratio between CO 2 and CO 4 can be estimated approximately equal to 1: 1. The temperature of the exhaust gas near the mouth of the Converter is about 1700 ° C.
Расходомер 15 отходящего газа и газоанализатор 6 смонтированы на выходной стороне вторичного пылеуловителя (сборника пыли) 13, и термометр 10 установлен на впускной стороне первичного сборника пыли (влажный пылеуловитель), таким образом, количество добавленного природного газа можно контролировать по концентрации кислорода в отходящем газе и по температуре отходящего газа риформинга. Кислород просачивается сразу после начала продувки. Поэтому добавление природного газа начинается, когда концентрация кислорода становится равной 1 об.% или меньше, при этом определяются температура, скорость потока и состав отходящего газа риформинга. В результате отходящий газ имеет температуру 980°С и скорость потока 114400 нм3/час, и имеет состав СО: 55 об.%, CO2: 0,1 об.%, Н2: 21 об.%, N2: 23.5 об.%, CH4: 0,1 об.% и количество O2 меньше, чем 0,1 об.%. Учитывая равновесие, процесс риформинга завершается в точке измерения температуры. Образование и осаждение пыли, такой как углерод в канале, не наблюдается, и отходящий газ можно подвергать риформингу без каких-либо затруднений. Количество газообразного водорода увеличивается в 21 раз за счет процесса риформинга, причем процесс риформинга завершается при 980°С. Время пребывания газа от места добавления природного газа до точки измерения температуры составляет около 4,5 секунд.The
Теплота сгорания отходящего газа до риформинга составляет 1537 ккал/нм3, а теплота сгорания газа после риформинга составляет 2220 ккал/нм3, то есть повышение теплосодержания составляет 44% в стандартном объеме отходящего газа. Скорость потока отходящего газа увеличивается в 1,45 раза. Таким образом, очевидно, что получается весьма большое количество газа с повышенным теплосодержанием. Однако это повышение теплосодержания включает в себя количество тепла, введенного с природным газом в качестве восстанавливающего агента. Поэтому степень истинного повышения теплосодержания, за исключением количества введенного тепла, составляет 29%. Оценка снижения выбросов газообразного диоксида углерода, обусловленного снижением потребности в вспомогательном топливе и соответствующего этому частичному повышению теплосодержания, дает величину, равную 105000 т/год.The heat of combustion of the exhaust gas before reforming is 1537 kcal / nm 3 , and the heat of combustion of the gas after reforming is 2220 kcal / nm 3 , that is, the increase in heat content is 44% in the standard volume of exhaust gas. The exhaust gas flow rate increases by 1.45 times. Thus, it is obvious that a very large amount of gas with a high heat content is obtained. However, this increase in heat content includes the amount of heat introduced with natural gas as a reducing agent. Therefore, the degree of true increase in heat content, with the exception of the amount of heat introduced, is 29%. An estimate of the reduction of carbon dioxide gas emissions due to a decrease in the need for auxiliary fuel and corresponding to this partial increase in heat content gives a value of 105,000 t / year.
Сравнительный пример 1Comparative Example 1
Эксперимент с добавлением восстанавливающего агента проводят таким же образом, как в примере 1, за исключением того, что место добавления природного газа переносят в точку, где температура отходящего газа составляет 1300°С, то есть, ниже по потоку, чем в примере 1. Отходящий газ после риформинга имеет температуру 770°С, и имеет состав СО: 47 об.%, CO2: 4 об.%, Н2: 20 об.%, N2: 23.5 об.%, СН4: 0,3 об.% и O2: меньше чем 0,1 об.%. Таким образом, потери CO2 составляют 4 об.%. Более того, образуется углерод в количестве около 4 мас.%, который осаждается в канале. Количество газообразного водорода увеличивается в 20 раз за счет процесса риформинга, причем процесс риформинга завершается при 770°С. Время пребывания газа от точки добавления природного газа до места измерения температуры составляет приблизительно 3,5 секунды.The experiment with the addition of a reducing agent is carried out in the same manner as in example 1, except that the place of addition of natural gas is transferred to the point where the temperature of the exhaust gas is 1300 ° C, that is, downstream than in example 1. Outgoing the gas after reforming has a temperature of 770 ° C, and has a composition of CO: 47 vol.%, CO 2 : 4 vol.%, N 2 : 20 vol.%, N 2 : 23.5 vol.%, CH 4 : 0.3 vol. % and O 2 : less than 0.1% vol. Thus, the loss of CO 2 is 4 vol.%. Moreover, carbon is formed in an amount of about 4 wt.%, Which is deposited in the channel. The amount of gaseous hydrogen increases by 20 times due to the reforming process, and the reforming process is completed at 770 ° C. The residence time of the gas from the point of addition of natural gas to the point of temperature measurement is approximately 3.5 seconds.
Пример 2Example 2
В этом примере проведен эксперимент, в котором используют моделирующую лабораторную печь, которая включает в себя трубку из оксида алюминия, имеющую внутренний диаметр 12 мм и длину 5 м. В этой моделирующей экспериментальной печи входной патрубок для газа смонтирован на входном фланце трубки из оксида алюминия, трубка для введения газообразного метана имеет внешний диаметр 3 мм, и защитный чехол термопары смонтирован на входном фланце. Место добавления газообразного метана находится на расстоянии 1,5 м от входного фланца, средство измерения температуры газа удалено на 1 м от входного фланца, причем трубка для газообразного метана и защитный чехол термопары проходят через этот фланец. Узел ввода термопары и устройство для охлаждения газа с помощью охлаждающей воды смонтированы на выходном фланце, и суммирующий газовый расходомер и газоанализатор смонтированы на выходной стороне устройства для охлаждения газа. На всю трубку из оксида алюминия намотана электрическая спираль нагревателя. Ток подается только на 1 метр нагревателя на стороне впуска, причем эта часть выполнена как зона подогрева моделирующего газа кислородного конвертера. Электрический ток не подается в часть нагревателя, расположенную ниже подогревателя, причем эта часть играет роль адиабатической реакционной зоны. Метан вводится в точке приблизительно на 0,5 м ниже описанной выше зоны подогрева. Следовательно, фактическая длина адиабатической реакционной зоны составляет 3,5 м.In this example, an experiment was conducted in which a simulating laboratory furnace was used, which includes an aluminum oxide tube having an inner diameter of 12 mm and a length of 5 m. In this modeling experimental furnace, the gas inlet pipe is mounted on the inlet flange of the aluminum oxide tube, the methane gas injection tube has an outer diameter of 3 mm, and the thermocouple protective cover is mounted on the inlet flange. The methane gas addition site is located 1.5 m from the inlet flange, the gas temperature measuring means is 1 m away from the inlet flange, the methane gas tube and thermocouple protective cover passing through this flange. The thermocouple input assembly and the gas cooling device using cooling water are mounted on the output flange, and the summing gas flow meter and gas analyzer are mounted on the output side of the gas cooling device. An electric heater coil is wound around the entire aluminum oxide tube. The current is supplied only to 1 meter of the heater on the inlet side, and this part is designed as a heating zone for the modeling gas of an oxygen converter. Electric current is not supplied to the part of the heater located below the heater, and this part plays the role of an adiabatic reaction zone. Methane is introduced at a point approximately 0.5 m below the heating zone described above. Therefore, the actual length of the adiabatic reaction zone is 3.5 m.
Моделирующий газ кислородного конвертера получают путем смешивания СО: 50 об.%, CO2: 15 об.%, Н2: 1 об.% и N2: 34%. Скорость потока моделирующего газа устанавливают равной 1 л/мин, скорость потока газообразного метана устанавливают равной 150 мл/мин, что эквивалентно скорости потока CO2, и экспериментальный процесс риформинга проводят с варьированием температуры зоны подогрева в диапазоне 1800°С, 1500°С, 1300°С, 1100°С и 900°С. В этом примере, в результате измерения температуры на выходе из адиабатической реакционной зоны с помощью термопары, смонтированной на выходном фланце, найдено, что температура на выходе составляет 1060°С, 840°С, 775°С, 735°С и 705°С соответственно для температуры в каждой зоне подогрева 1800°С, 1500°С, 1300°С, 1100°С и 900°С. Соответствующая концентрация газообразного водорода на выходе составляет 21 об.%, 20 об.%, 19 об.%, 18 об.% и 17 об.%. Время пребывания газа в адиабатической зоне составляет от 2 до 6 секунд.The modeling gas of the oxygen converter is obtained by mixing CO: 50 vol.%, CO 2 : 15 vol.%, H 2 : 1 vol.% And N 2 : 34%. The flow rate of the modeling gas is set equal to 1 l / min, the flow rate of methane gas is set to 150 ml / min, which is equivalent to the flow rate of CO 2 , and the experimental reforming process is carried out with varying the temperature of the heating zone in the range of 1800 ° C, 1500 ° C, 1300 ° C, 1100 ° C and 900 ° C. In this example, as a result of measuring the temperature at the outlet of the adiabatic reaction zone using a thermocouple mounted on the outlet flange, it was found that the outlet temperature is 1060 ° C, 840 ° C, 775 ° C, 735 ° C and 705 ° C, respectively for the temperature in each heating zone 1800 ° С, 1500 ° С, 1300 ° С, 1100 ° С and 900 ° С. The corresponding concentration of hydrogen gas at the outlet is 21 vol.%, 20 vol.%, 19 vol.%, 18 vol.% And 17 vol.%. The gas residence time in the adiabatic zone is from 2 to 6 seconds.
Степень превращения и материальный баланс рассчитывают по данным скорости потока выходящего газа и анализа состава газа. Образование углерода оценивают по визуальному осмотру внутреннего канала трубки после эксперимента. В связи с лабораторным масштабом опыта, трудно дать количественную оценку образования углерода. Поэтому количество образовавшегося углерода оценивали по разности между данными материального баланса по атомам углерода (%) и 100%. На фигуре 2 температура на выходе печи (на фигуре 2 обозначена как температура моделирующего газа с повышенным теплосодержанием) показана на оси абсцисс, а степени превращения CO2 и СН4 - слева на оси ординат, и количество образовавшегося углерода показано справа на оси ординат. Как видно из фигуры 2, образование углерода практически не наблюдается в эксперименте, когда температура моделирующего газа с повышенным теплосодержанием составляет 1060°С (в этом случае температура зоны подогрева составляет 1800°С). Однако образование углерода становится существенным, когда температура моделирующего газа с повышенным теплосодержанием составляет меньше чем 800°С (в этом случае температура зоны подогрева составляет от 1300°С до 900°С).The degree of conversion and material balance are calculated according to the flow rate of the outgoing gas and analysis of the gas composition. Carbon formation is evaluated by visual inspection of the internal channel of the tube after the experiment. Due to the laboratory scale of the experiment, it is difficult to quantify carbon production. Therefore, the amount of carbon formed was estimated by the difference between the material balance data for carbon atoms (%) and 100%. In figure 2, the temperature at the outlet of the furnace (in figure 2 is indicated as the temperature of the modeling gas with increased heat content) is shown on the abscissa axis, and the degrees of conversion of CO 2 and CH 4 are shown on the left on the ordinate axis, and the amount of carbon formed is shown on the right on the ordinate axis. As can be seen from figure 2, the formation of carbon is practically not observed in the experiment, when the temperature of the modeling gas with high heat content is 1060 ° C (in this case, the temperature of the heating zone is 1800 ° C). However, carbon formation becomes significant when the temperature of the simulated gas with increased heat content is less than 800 ° C (in this case, the temperature of the heating zone is from 1300 ° C to 900 ° C).
Из фигуры 2 очевидно, что путем регулирования процесса риформинга таким образом, чтобы процесс завершался в момент, когда температура отходящего газа, с повышенным теплосодержанием за счет процесса риформинга, составляет 800°С или выше, может быть достигнута высокая степень превращения газообразного диоксида углерода и значительный эффект повышения теплосодержания, и кроме того, можно подавить процесс образования углерода, который является причиной закупоривания канала.From figure 2 it is obvious that by adjusting the reforming process so that the process ends when the temperature of the exhaust gas, with increased heat content due to the reforming process, is 800 ° C. or higher, a high degree of carbon dioxide gas conversion and a significant the effect of increasing heat content, and in addition, it is possible to suppress the process of carbon formation, which is the cause of clogging of the channel.
Пример 3Example 3
Экспериментальный процесс риформинга проводят таким же образом, как в примере 2, за исключением того, что используют газы, моделирующие состав конвертерного газа, как показано в таблице 1, и температура зоны подогрева моделирующего газа составляет 1600°С. Во всех случаях температура моделирующего газа с повышенным теплосодержанием составляет 800°С или выше. На фигуре 3 концентрация кислорода в моделирующем газе показана на оси абсцисс, степени превращения CO2 и CH4 - слева на оси ординат, и величина нижней теплотворной способности, рассчитанная по составу газа, показана справа на оси ординат. Как видно из фигуры 3 и таблицы 1, в экспериментах от №3-4 до №3-6, где концентрация кислорода в моделирующем газе составляет больше чем 1%, степень превращения СН4 является высокой, однако значительно снижается степень превращения CO2 и получается газ с низкой теплотворной способностью. Это означает, что в результате образования Н2О за счет наличия кислорода в моделирующем газе, протекает процесс риформинга СН4 с участием воды. Для удобства сопоставления в таблице 1 показана концентрация газообразного водорода на выходе.The experimental reforming process is carried out in the same manner as in example 2, except that gases are used that simulate the composition of the converter gas, as shown in table 1, and the temperature of the heating zone of the modeling gas is 1600 ° C. In all cases, the temperature of the simulated gas with high heat content is 800 ° C or higher. In figure 3, the oxygen concentration in the modeling gas is shown on the abscissa axis, the degrees of conversion of CO 2 and CH 4 are shown on the left on the ordinate axis, and the value of lower calorific value calculated by the gas composition is shown on the right on the ordinate axis. As can be seen from figure 3 and table 1, in experiments No. 3-4 to No. 3-6, where the oxygen concentration in the modeling gas is more than 1%, the degree of conversion of CH 4 is high, however, the degree of conversion of CO 2 is significantly reduced and it turns out low calorific value gas. This means that as a result of the formation of H 2 O due to the presence of oxygen in the modeling gas, the process of reforming of CH 4 with the participation of water proceeds. For ease of comparison, Table 1 shows the concentration of hydrogen gas at the outlet.
Как видно из фигуры 3, выяснено, что может быть достигнута высокая степень превращения газообразного диоксида углерода и значительный эффект повышения теплосодержания путем регулирования начала добавления восстанавливающего агента в момент, когда концентрация кислорода в отходящем газе составляет 1 об.%.As can be seen from figure 3, it was found that a high degree of conversion of gaseous carbon dioxide and a significant effect of increasing heat content by controlling the start of adding a reducing agent at a time when the oxygen concentration in the exhaust gas is 1 vol.% Can be achieved.
Пример 4Example 4
В этом примере проведен эксперимент с использованием в качестве восстанавливающего агента биоэтанола, газифицированного за счет нагрева в нагревателе, при этом используют моделирующую лабораторную печь, содержащую такую же трубку из оксида алюминия, как в примере 1. В этой моделирующей экспериментальной печи входной патрубок для газа смонтирован на входном фланце трубки из оксида алюминия, трубка для введения парообразного биоэтанола имеет внешний диаметр 3 мм, и защитный чехол термопары смонтирован на входном фланце. Трубка для добавления парообразного биоэтанола и защитный чехол термопары проходят через этот фланец, так что место ввода паров биоэтанола находится на расстоянии 1,5 м от входного фланца, а средство измерения температуры газа удалено на 1 м от входного фланца. Карман для ввода термопары и устройство для охлаждения газа с помощью охлаждающей воды смонтированы на выходном фланце, а суммирующий газовый расходомер и газоанализатор смонтированы на выходной стороне устройства для охлаждения газа. На всю трубку из оксида алюминия намотана электрическая спираль нагревателя. Однако ток подается только на 1 м нагревателя на стороне впуска, причем эта часть выполнена как зона подогрева моделирующего газа кислородного конвертера. Электрический ток не подается в часть нагревателя, расположенную ниже подогревателя, причем эта часть играет роль адиабатической реакционной зоны. Пары биоэтанола вводятся в точке приблизительно на 0,5 м ниже описанной ранее зоны подогрева. Следовательно, фактическая длина адиабатической реакционной зоны составляет 3,5 м.In this example, an experiment was performed using bioethanol as a reducing agent, gasified by heating in a heater, using a simulating laboratory furnace containing the same aluminum oxide tube as in Example 1. In this modeling experimental furnace, the gas inlet is mounted on the inlet flange of the alumina tube, the tube for introducing vaporous bioethanol has an outer diameter of 3 mm, and a thermocouple protective cover is mounted on the inlet flange. A tube for adding vaporous bioethanol and a protective sleeve for the thermocouple pass through this flange, so that the place where the bioethanol vapor is introduced is 1.5 m from the inlet flange, and the gas temperature measuring device is 1 m from the inlet flange. A thermocouple input pocket and a device for cooling gas with cooling water are mounted on the outlet flange, and a summing gas flow meter and gas analyzer are mounted on the output side of the gas cooling device. An electric heater coil is wound around the entire aluminum oxide tube. However, the current is supplied only to 1 m of the heater on the inlet side, and this part is designed as a heating zone for the modeling gas of an oxygen converter. Electric current is not supplied to the part of the heater located below the heater, and this part plays the role of an adiabatic reaction zone. Bioethanol vapors are introduced at a point approximately 0.5 m below the previously described heating zone. Therefore, the actual length of the adiabatic reaction zone is 3.5 m.
Моделирующий газ кислородного конвертера получают путем смешивания СО: 50 об.%, CO2: 15 об.%, Н2: 1 об.% и N2: 34%. Скорость потока моделирующего газа устанавливают равной 1 л/мин, скорость потока паров биоэтанола устанавливают равной 150 мл/мин, что эквивалентно скорости потока СО2, и температуру зоны подогрева устанавливают равной 1500°С. В этом случае температура в адиабатической реакционной зоне, измеренная термопарой, смонтированной на выходном фланце, составляет 820°С. Более того, концентрация газообразного водорода на выходе составляет 20 об.%. Время пребывания газа в адиабатической зоне составляет 3 секунды. В результате расчета степени превращения и материального баланса по данным скорости потока газа на выходе и анализа газа найдено, что степень превращения биоэтанола составляет 99%, конверсия CO2 - 89%, и степень образования углерода составляет 1,5%. Образование углерода оценивают по визуальному осмотру внутреннего канала трубки после эксперимента. Количество образовавшегося углерода оценивают по разности между данными материального баланса по атомам углерода (%) и 100%. Эта реакция может быть представлена уравнением (5), причем найдено, что 2/3 образовавшегося СО происходит из неископаемых ресурсов. Следовательно, даже если образовавший синтез газ сжигается как топливо, выброс газообразного диоксида углерода составляет только 1/3, и по- видимому, это имеет большое значение для снижения выбросов газообразного диоксида углерода.The modeling gas of the oxygen converter is obtained by mixing CO: 50 vol.%, CO 2 : 15 vol.%, H 2 : 1 vol.% And N 2 : 34%. The flow rate of the simulating gas is set to 1 l / min, the flow rate of the bioethanol vapor is set to 150 ml / min, which is equivalent to the flow rate of CO 2 , and the temperature of the heating zone is set to 1500 ° C. In this case, the temperature in the adiabatic reaction zone, measured by a thermocouple mounted on the outlet flange, is 820 ° C. Moreover, the concentration of hydrogen gas at the outlet is 20 vol.%. The gas dwell time in the adiabatic zone is 3 seconds. As a result of calculating the degree of conversion and material balance according to the gas flow rate at the outlet and gas analysis, it was found that the degree of conversion of bioethanol is 99%, the conversion of CO 2 is 89%, and the degree of carbon formation is 1.5%. Carbon formation is evaluated by visual inspection of the internal channel of the tube after the experiment. The amount of carbon formed is estimated by the difference between the material balance data for carbon atoms (%) and 100%. This reaction can be represented by equation (5), and it was found that 2/3 of the resulting CO comes from non-fossil resources. Therefore, even if the synthesis gas is burned as fuel, the emission of carbon dioxide gas is only 1/3, and this is likely to be of great importance in reducing emissions of carbon dioxide gas.
Пример 5Example 5
Эксперимент с добавлением восстанавливающего агента проведен таким же образом, как в примере 1, за исключением того, что отверстие 16 для продувки восстанавливающего агента предусмотрено на нижнем конце первой излучательной части в верхней части верхнего колпака 4, причем количество добавленного природного газа составляет 3360 нм3/час. Температура отходящего газа в месте добавления составляет около 1300°С, что эквивалентно температуре в сравнительном примере 1, но данный пример отличается от сравнительного примера 1 тем, что добавляется небольшое количество природного газа. Отходящий газ после риформинга имеет температуру 940°С, скорость потока 77280 нм3/час, и следующий состав: СО - 63 об.%, CO2 -7 об.%, Н2 - 8 об.%, N2 - 21 об.%, CH4: меньше чем 0,1 об.% и O2: меньше чем 0,1 об.%. Количество газообразного водорода увеличивается в 8 раз за счет процесса риформинга, причем процесс риформинга завершается при 940°С в месте измерения температуры. В отличие от сравнительного примера 1, образование и осаждение пыли, такой как углерод на поверхности канала, не наблюдается, причем отходящий газ может быть преобразован без затруднений. Время пребывания газа от места добавления природного газа до точки измерения температуры составляет около 4 секунд.The experiment with the addition of the reducing agent was carried out in the same manner as in example 1, except that the
Вариант осуществления 2
Устройство преобразования отходящего газа металлургической печи согласно 2-му варианту осуществления представляет собой устройство, в котором восстанавливающий агент и тому подобное добавляют в высокотемпературный отходящий газ с температурой 800°С или выше, и предпочтительно 1000°С или выше, выбрасываемый из металлургической печи, такой как кислородный конвертер или восстановительная плавильная печь, для того чтобы провести процесс риформинга между газообразным диоксидом углерода, содержащимся в отходящем газе, и восстанавливающим агентом, таким образом, отходящий газ преобразуется, и отличающийся тем, что продувающая форсунка восстанавливающего агента, имеющая структуру двойной концентрической трубы, содержащей внешнюю трубку вдувания разбавленного азота и внутреннюю трубку для вдувания восстанавливающего агента, подобранные вместе путем вставки во внешнюю трубку, смонтирована в канале отходящего газа металлургической печи.An exhaust gas conversion device of a metallurgical furnace according to the 2nd embodiment is a device in which a reducing agent and the like are added to high temperature exhaust gas at a temperature of 800 ° C or higher, and preferably 1000 ° C or higher, discharged from the metallurgical furnace, such as an oxygen converter or a reduction melting furnace, in order to carry out a reforming process between the gaseous carbon dioxide contained in the exhaust gas and the reducing a In this way, the exhaust gas is converted, and characterized in that the blowing nozzle of the reducing agent having the structure of a double concentric pipe containing an outer tube for blowing diluted nitrogen and an inner tube for blowing a reducing agent, selected together by insertion into the outer tube, is mounted in the channel exhaust gas metallurgical furnace.
Структура 2-го варианта осуществления описана ниже со ссылкой на пример использования кислородного конвертера в качестве металлургической печи.The structure of the 2nd embodiment is described below with reference to an example of using an oxygen converter as a metallurgical furnace.
Высокотемпературный отходящий газ, выбрасываемый из кислородного конвертера, обычно содержит приблизительно от 10 до 20 об.% CO2 и приблизительно от 50 до 80 об.% СО, теплотворная способность газа составляет приблизительно от 1500 до 2000 ккал/нм3, и температура в горловине кислородного конвертера в ходе эксплуатации составляет приблизительно от 1200 до 1800°С. В устройстве 2-го варианта осуществления одновременно и безопасно достигается повышение теплосодержания отходящего газа и снижение выбросов газообразного диоксида углерода за счет добавления восстанавливающего агента, такого как природный газ, в конвертер отходящего газа, для того чтобы провести процесс риформинга между восстанавливающим агентом и газообразным диоксидом углерода в соответствии с уравнением (1):The high-temperature off-gas emitted from the oxygen converter typically contains from about 10 to 20 vol.% CO 2 and from about 50 to 80 vol.% CO, the calorific value of the gas is from about 1500 to 2000 kcal / nm 3 , and the neck temperature the oxygen converter during operation is approximately 1200 to 1800 ° C. In the device of the 2nd embodiment, the heat content of the exhaust gas and the reduction of carbon dioxide gas emissions are simultaneously and safely achieved by adding a reducing agent such as natural gas to the exhaust gas converter in order to carry out a reforming process between the reducing agent and carbon dioxide gas in accordance with equation (1):
Другими словами, поскольку на металлургических заводах (для сжигания) используются в качестве различных источников тепла отходящий газ повышенного теплосодержания и преобразованный газ, окончательно выбрасывается газообразный диоксид углерода. Однако можно снизить потребление вспомогательного топлива, такого как котельное топливо, используемое на металлургических заводах, в количестве, соответствующем частичному повышению теплосодержания, и в результате, соответственно может быть снижено количество образовавшегося газообразного диоксида углерода.In other words, since metallurgical plants (for combustion) use high heat content exhaust gas and converted gas as various heat sources, carbon dioxide gas is finally emitted. However, it is possible to reduce the consumption of auxiliary fuel, such as boiler fuel used in metallurgical plants, in an amount corresponding to a partial increase in heat content, and as a result, the amount of carbon dioxide gas formed can accordingly be reduced.
Фигура 5 представляет собой схематичный чертеж системы извлечения газа кислородного конвертера для объяснения устройства преобразования отходящего газа металлургической печи по 2-му варианту осуществления. Как показано на фигуре 5, отходящий газ, образовавшийся в кислородном конвертере 1, выбрасывается через полый цилиндр 2, нижний колпак 3, верхний колпак 4, первую излучательную часть 25, первичный пылеуловитель (влажный пылеуловитель) 5, вторичный пылеуловитель 13 и тому подобное.5 is a schematic drawing of an oxygen converter gas extraction system for explaining an exhaust gas conversion device of a metallurgical furnace according to the 2nd embodiment. As shown in FIG. 5, the exhaust gas generated in the
Фигура 6 представляет собой пример предпочтительной форсунки для вдувания восстанавливающего агента N, используемой во 2-м варианте осуществления.Figure 6 is an example of a preferred nozzle for injecting a reducing agent N used in the 2nd embodiment.
Согласно 2-му варианту осуществления устройство преобразования предпочтительно является таким, что форсунка для вдувания восстанавливающего агента N, имеющая структуру двойной концентрической трубы, которая включает в себя внешнюю трубку 8 для вдувания разбавленного азота и внутреннюю трубку 9 для продувки восстанавливающего агента, такого как природный газ, предпочтительно смонтированной в канале отходящего газа кислородного конвертера, то есть в любом положении нижнего колпака 4, верхнего колпака 4 и излучательной части 25, в одном из нескольких мест в канале, в направлении вдоль окружности. Например, общее количество форсунок, установленных в двух местах, составляет четыре, так как форсунки спарены.According to a second embodiment, the conversion device is preferably such that a nozzle for injecting a reducing agent N having a double concentric pipe structure that includes an
Форсунка N для вдувания восстанавливающего агента может распылять восстанавливающий агент, описанных в последующем, из центрального отверстия 29а, образованного внутренней трубкой, и может распылять разбавленный азот, такой как разбавленный азот для аварийного останова из кольцеобразного канала 28а, представляющего собой пространство между внешней трубкой 28 и внутренней трубкой 29.The injector N for injecting a reducing agent can spray the reducing agent described hereinafter from a
Соответствующее распыление разбавленного азота и распыление восстанавливающего агента, такого как природный газ, проводится независимым образом. Например, распыление азота представляет собой случай в момент введения разбавленного азота для аварийного останова процесса, когда возникает опасность взрыва из-за подъема температуры отходящего газа конвертера. С другой стороны, второй случай представляет собой распыление восстанавливающего агента, подаваемого при осуществлении риформинга и повышения теплосодержания отходящего газа. Разумеется, можно одновременно распылять оба газа, причем этот вариант используется для регулирования концентрации восстанавливающего агента в продувочном газе.Appropriate atomization of diluted nitrogen and atomization of a reducing agent, such as natural gas, are carried out independently. For example, nitrogen atomization is the case at the time of the introduction of diluted nitrogen for emergency shutdown of the process when there is a danger of explosion due to a rise in temperature of the exhaust gas of the converter. On the other hand, the second case is the spraying of a reducing agent supplied during reforming and increasing the heat content of the exhaust gas. Of course, you can spray both gases at the same time, and this option is used to control the concentration of the reducing agent in the purge gas.
Обычно в системе извлечения газа кислородного конвертера, имеющей такой канал для отходящего газа конвертера, для подачи разбавленного азота при аварийном останове предусмотрена форсунка 32 в нижней части первой излучательной части 25, вблизи верхнего края верхнего колпака 4, как показано в примере. В настоящем изобретении предпочтительно используется существующая форсунка 32 для подачи разбавленного азота, причем эта форсунка, используемая как внешняя труба 28, и внутренняя трубка 29 для продувки восстанавливающего агента монтируются в сборе путем вставки в центральной части, внутри внешней трубы 28, таким образом, образуется форсунка N для вдувания восстанавливающего агента, имеющая структуру двойной концентрической трубы. В этом случае, поскольку существующая форсунка 12 для подачи разбавленного азота используется как таковая, могут быть существенно снижены затраты на монтаж.Typically, in an oxygen converter gas extraction system having such a converter exhaust gas channel, an
Причина использования форсунки 32 аварийного останова для вдувания восстанавливающего агента заключается в том, что разбавленный азот для аварийного останова обычно используется для подачи большого количества азота в канал отходящего газа конвертера, на участке от полого цилиндра 2 до излучательной части 25 с целью предотвращения взрыва под действием высокотемпературного отходящего газа в момент аварии при эксплуатации кислородного конвертера. Как правило, форсуночный блок подачи разбавленного азота включает приблизительно от 2 до 8 форсунок, имеющих большой внутренний диаметр, приблизительно от 200 до 300 мм, расположенных на периферийной стенке, и обычно используется только в случае аварии. Настоящее изобретение представляет собой вариант осуществления, где в такую форсунку для подачи разбавленного азота, имеющую большой диаметр, то есть внешнюю трубу 28, вставляется трубка 9 для продувки восстанавливающего агента, имеющая диаметр меньше чем у форсунки, внутри центральной части форсунки в осевом направлении, и таким образом, образуется двойная трубчатая структура.The reason for using the
Описанная выше форсунка 32 для подачи разбавленного азота уже имеется. Следовательно, нет необходимости в подготовке форсунки путем добавления функции подачи восстанавливающего агента в систему извлечения газа кислородного конвертера и трубки 11 для вдувания, а также в новой конструкции форсунки, а просто внутренняя трубка 29 для продувки восстанавливающего агента просто монтируется внутри внешней трубы 28 в качестве форсунки для подачи разбавленного азота. Это выгодно в связи с легкостью монтажа и низкими затратами.The
Обычно оборудование канала для отходящего газа конвертера отличается от описанной выше форсунки 12 для подачи разбавленного азота при аварийном останове, причем выступы для монтажа строительных лесов при входе в канал с целью обследования установлены в нескольких местах, в добавление к смотровым отверстиям для обследования. В приведенном выше примере настоящего изобретения предполагается использовать продувочную трубу существующей форсунки 32 для подачи разбавленного азота при аварийном останове в качестве внешней трубы форсунки для продувки восстанавливающего агента. Однако можно вставить форсунку N для вдувания восстанавливающего агента, имеющую структуру двойной концентрической трубы по 2-му варианту осуществления, в имеющиеся смотровые отверстия и строительные леса.Typically, the equipment of the converter exhaust gas channel differs from the
Как правило, множество форсунок N для вдувания восстанавливающего агента установлены в направлении вдоль окружности канала отходящего газа. Однако может быть использована только часть имеющихся форсунок 32 для подачи разбавленного азота, и там может быть установлена форсунка N, причем форсунки N могут быть смонтированы во всех форсунках 12. Монтаж форсунок N для продувки восстанавливающего агента является одинаковым, даже в случае использования описанных выше смотровых отверстий и фланца.Typically, a plurality of nozzles N for injecting a reducing agent are installed in the direction along the circumference of the exhaust gas channel. However, only part of the
Продувка восстанавливающего агента в канал отходящего газа конвертера в момент, когда он заполнен высокотемпературным отходящим газом, предпочтительно проводится из форсунки N для вдувания восстанавливающего агента, смонтированной в нижней части первой излучательной части 25, где отходящий газ имеет высокую температуру 800°С или выше. Этот пример показан на фигуре 5. Температура отходящего газа в нижней части первой излучательной части 5 в канале отходящего газа конвертера обычно составляет приблизительно от 1100 до 1400°С, и эта температура достаточна для протекания процесса риформинга. С другой стороны, кислород полностью потребляется в процессе сгорания монооксида углерода в этом месте, причем пламя не взмывает вверх до этого места. Следовательно, отходящий газ можно подвергать риформингу с повышением теплосодержания в безопасном и эффективном режиме, и в некоторых случаях может быть осуществлено регулирование концентрации газа с помощью разбавленного азота.The blowing of the reducing agent into the converter exhaust gas channel when it is filled with high-temperature exhaust gas is preferably carried out from the nozzle N for blowing the reducing agent mounted in the lower part of the first radiating part 25, where the exhaust gas has a high temperature of 800 ° C or higher. This example is shown in FIG. 5. The temperature of the exhaust gas at the bottom of the first emitting
Восстанавливающий агент, такой как природный газ, вводится в высокотемпературный отходящий газ кислородного конвертера из форсунки N для вдувания восстанавливающего агента и взаимодействует с газообразным диоксидом углерода в отходящем газе, чтобы инициировать реакцию по уравнению (1), которая поглощает теплосодержание отходящего газа. Поэтому температура отходящего газа снижается по ходу процесса. По мере протекания процесса скорость потока отходящего газа, концентрация монооксида углерода и концентрация водорода возрастают, и с другой стороны, концентрация газообразного диоксида углерода снижается. На фигуре 5 ход процесса контролируется с помощью термометра 10, газоанализатора 6, расходомера газа (не показан) и тому подобного. Клапан 7, регулирующий скорость потока восстанавливающего агента и давление подаваемого восстанавливающего агента (не показано), может контролироваться с использованием этих измеренных параметров. Первый пылеуловитель 5 является влажным пылеуловителем. Следовательно, отходящий газ быстро охлаждается в пылеуловителе, причем зона непосредственно до первого пылеуловителя 5 представляет собой пространство, которое может быть использовано в этом процессе.A reducing agent, such as natural gas, is introduced into the high-temperature off-gas of the oxygen converter from the nozzle N to blow the reducing agent and interacts with carbon dioxide gas in the off-gas to initiate a reaction according to equation (1), which absorbs the heat content of the off-gas. Therefore, the temperature of the exhaust gas decreases during the process. As the process proceeds, the exhaust gas flow rate, the concentration of carbon monoxide and the concentration of hydrogen increase, and on the other hand, the concentration of gaseous carbon dioxide decreases. In figure 5, the process is controlled using a
Восстанавливающий агент, который может быть использован в настоящем изобретении, предпочтительно является, по меньшей мере, одним материалом, выбранным из природного газа, сжиженного нефтяного газа, метана, этана, легкого бензина, рафината, метанола, этанола, диметилового эфира, диэтилового эфира, органических соединений типа неископаемых ресурсов, таких как биоэтанол и биодизельное топливо, и их смесей. Из перечисленных предпочтительными являются природный газ, сжиженный нефтяной газ, легкий бензин, рафинат и диметиловый эфир поскольку они обладают высокой реакционной способностью в отношении газообразного диоксида углерода и легко доступны в большом количестве. В случае использования восстанавливающего агента, который представляет собой газ при комнатной температуре, такой как природный газ и сжиженный нефтяной газ, используется форсунка, подходящая для продувки газа, причем форма форсунки и число форсунок конкретно не ограничиваются. В случае, когда восстанавливающий агент при комнатной температуре представляет собой жидкость, такую как рафинат, восстанавливающий агент можно вводить путем распыления восстанавливающего агента в виде аэрозоля и может быть газифицирован и введен в виде газа. В случае подачи в виде аэрозоля диаметр капель является таким, чтобы обеспечить эффективный контакт капель с газообразным диоксидом углерода, и составляет предпочтительно от 0,01 до 1000 мкм, и более предпочтительно от 0,1 до 100 мкм. В случае использования в качестве восстанавливающего агента сжиженного газа, такого как диметиловый эфир, этот восстанавливающий агент можно предварительно газифицировать и вводить в виде газа, и может подаваться в виде жидкости, причем газификация восстанавливающего агента происходит вблизи форсунки или в форсунке. В этом случае газификации вблизи форсунки или в форсунке она охлаждается за счет тепла испарения, что является предпочтительным с точки зрения защиты форсунки.The reducing agent that can be used in the present invention is preferably at least one material selected from natural gas, liquefied petroleum gas, methane, ethane, light gasoline, raffinate, methanol, ethanol, dimethyl ether, diethyl ether, organic compounds such as non-mineral resources, such as bioethanol and biodiesel, and mixtures thereof. Of these, natural gas, liquefied petroleum gas, light gasoline, raffinate and dimethyl ether are preferred since they are highly reactive with respect to carbon dioxide gas and readily available in large quantities. In the case of using a reducing agent, which is a gas at room temperature, such as natural gas and liquefied petroleum gas, a nozzle suitable for purging the gas is used, and the shape of the nozzle and the number of nozzles are not particularly limited. In the case where the reducing agent at room temperature is a liquid, such as a raffinate, the reducing agent can be introduced by spraying the reducing agent in the form of an aerosol and can be gasified and introduced in the form of a gas. In the case of an aerosol delivery, the diameter of the droplets is such as to ensure effective contact of the droplets with gaseous carbon dioxide, and is preferably from 0.01 to 1000 μm, and more preferably from 0.1 to 100 μm. If liquefied gas, such as dimethyl ether, is used as a reducing agent, this reducing agent can be pre-gasified and introduced in the form of a gas, and can be supplied in the form of a liquid, wherein the gasification of the reducing agent occurs near the nozzle or in the nozzle. In this case, the gasification near the nozzle or in the nozzle is cooled by the heat of vaporization, which is preferable from the point of view of protection of the nozzle.
В восстанавливающем агенте могут быть использованы органические соединения типа неископаемых ресурсов наряду с органическими соединениями типа ископаемых ресурсов вместо них. Когда в качестве восстанавливающего агента выбирают органические соединения типа неископаемых ресурсов, процесс риформинга осуществляется с помощью углеродно-нейтрального восстанавливающего агента, в дополнение к тому, что теплосодержание части отходящего газа повышается за счет процесса риформинга газообразного диоксида углерода, и это предпочтительно с точки зрения возможности значительного снижение выбросов газообразного диоксида углерода. Примеры органических соединений типа неископаемых ресурсов включают биоэтанол, биодизельное топливо и их смесь. Биоэтанол и биодизельное топливо обычно являются жидкими при комнатной температуре. Поэтому их предпочтительно вводят путем распыления в виде аэрозоля или газифицируют и затем вводят в виде газа. В случае сжиженного газа в качестве органического соединения типа неископаемых ресурсов, предпочтительно сжиженный газ применяется таким же образом, как описано выше для диметилового эфира.In the reducing agent, organic compounds such as non-fossil resources can be used along with organic compounds such as fossil resources instead. When organic compounds such as non-fossil resources are selected as the reducing agent, the reforming process is carried out using a carbon-neutral reducing agent, in addition to the fact that the heat content of part of the exhaust gas is increased due to the reforming process of gaseous carbon dioxide, and this is preferable from the point of view of the possibility of significant reduction of gaseous carbon dioxide emissions. Examples of organic compounds such as non-fossil resources include bioethanol, biodiesel and mixtures thereof. Bioethanol and biodiesel are usually liquid at room temperature. Therefore, they are preferably introduced by spraying in the form of an aerosol or gasified and then introduced in the form of gas. In the case of liquefied gas, as an organic compound such as non-fossil resources, preferably liquefied gas is used in the same manner as described above for dimethyl ether.
Пример 1Example 1
В этом примере проведен эксперимент с добавлением природного газа в качестве восстанавливающего агента в отходящий газ кислородного конвертера (отходящий газ) из форсунки N для вдувания восстанавливающего агента, установленной с использованием форсунки 32 для подачи разбавленного азота при аварийном останове, предусмотренной в нижней части излучательной части 25, как показано на фигуре 5, с использованием 300 т конвертера с верхней продувкой 1. Форсунки N для вдувания восстанавливающего агента в устройстве преобразования, использованном в этом примере, установлены с эквивалентной шириной во всех четырех местах, почти на одинаковой высоте в направлении оси канала отходящего газа конвертера (излучательная часть), причем внутренний диаметр ее внешней трубы 28 составляет 200 мм. Все форсунки N для продувки восстанавливающего агента, смонтированные в четырех местах, снабжены внутренней трубкой 29 с внутренним диаметром 35 мм для продувки восстанавливающего агента, как показано на фигуре 6, причем клапан, регулирующий общее давление, и клапан, регулирующий скорость потока (на чертеже не показан), подогнаны к внутренней части находящегося выше трубопровода внутренней трубки 29 для продувки восстанавливающего агента.In this example, an experiment was carried out with the addition of natural gas as a reducing agent in the exhaust gas of an oxygen converter (exhaust gas) from the nozzle N to blow the reducing agent installed using the
До продувки природного газа в качестве восстанавливающего агента получают подтверждение в отношении того, есть ли затруднения с потоком газообразного азота для аварийного останова или они отсутствуют. В качестве предварительной установки скорость потока вдуваемого азота могла бы составлять 27000 нм3/час, и было выяснено, что отсутствуют затруднения при эксплуатации кислородного конвертера. Скорость потока отходящего газа, без продувки природного газа составляет 67000 нм3/час, причем газ имеет состав СО: 60 об.%, CO2: 15 об.%, H2: 1 об.% и N2: 24 об.%. Из этого следует, что количество выделяющегося CO2 составляет 10050 нм3/час. Природный газ добавляется в общем количестве 3600 нм3/час в четыре форсунки N для вдувания восстанавливающего агента. Поскольку содержание СН4 в природном газе составляет 92 об.%, молярное соотношение между СО2 и СН4 может составлять приблизительно 3:1. Хотя температура отходящего газа вблизи форсунки N для вдувания восстанавливающего агента фактически не измеряется, оценка на основе численного анализ дает величину около 1300°С.Prior to purging natural gas as a reducing agent, confirmation is received as to whether there are difficulties with the flow of nitrogen gas for emergency shutdown or they are absent. As a preset, the flow rate of injected nitrogen could be 27,000 nm 3 / h, and it was found that there were no difficulties in operating the oxygen converter. The flow rate of the exhaust gas, without purging natural gas is 67,000 nm 3 / h, and the gas has a composition of CO: 60 vol.%, CO 2 : 15 vol.%, H 2 : 1 vol.% And N 2 : 24 vol.% . It follows that the amount of CO 2 emitted is 10,050 nm 3 / hour. Natural gas is added in a total amount of 3600 nm 3 / hour to four N nozzles to inject a reducing agent. Since the content of CH 4 in natural gas is 92 vol.%, The molar ratio between CO 2 and CH 4 can be approximately 3: 1. Although the temperature of the exhaust gas near the N nozzle for injecting a reducing agent is not actually measured, an estimate based on numerical analysis gives a value of about 1300 ° C.
В условиях эксплуатации избыточное давление подаваемого природного газа устанавливают равным 200 кПа, и скорость потока из каждой форсунки N для вдувания восстанавливающего агента поддерживают равной 900 нм3/час. Кислород исчерпывается сразу после начала продувки. Следовательно, когда концентрация кислорода становится равной 1 об.% или меньше, начинается добавление природного газа и регистрируются значения температуры, скорости потока и состава преобразованного отходящего газа. В результате отходящий газ имеет температуру 910°С, скорость потока 78000 нм3/час, и состав СО: 64 об.%, CO2: 6 об.%, H2: 8 об.%, N2: 22 об.%, причем содержание СН4 и O2 меньше чем предел детектирования. Все введенное количество природного газа реагирует с газообразным диоксидом углерода, причем отсутствует опасность горения и взрыва. Кроме того, отмечается, что образование и осаждение пыли из отходящего газа, такой как углерод в канале (каналах), не происходит, и что отходящий газ эффективно преобразуется. Теплота сгорания отходящего газа до риформинга составляет 1840 ккал/нм3, однако теплота сгорания после риформинга составляет 2140 ккал/нм3. Таким образом, повышение теплосодержания стандартного объема отходящего газа составляет 16%. Расчетная скорость потока газообразного диоксида углерода в отходящем газе после риформинга равна 4680 нм3/час, и степень превращения газообразного диоксида углерода составляет 53%. Таким образом, подтверждена эффективность применения устройства согласно настоящему изобретению.Under operating conditions, the overpressure of the supplied natural gas is set to 200 kPa, and the flow rate from each nozzle N for injection of the reducing agent is maintained at 900 nm 3 / h. Oxygen is exhausted immediately after the start of purging. Therefore, when the oxygen concentration becomes equal to 1 vol.% Or less, the addition of natural gas begins and the values of temperature, flow rate and composition of the converted exhaust gas are recorded. As a result, the exhaust gas has a temperature of 910 ° C, a flow rate of 78000 nm 3 / h, and the composition of CO: 64 vol.%, CO 2 : 6 vol.%, H 2 : 8 vol.%, N 2 : 22 vol.% moreover, the content of CH 4 and O 2 is less than the detection limit. All the introduced amount of natural gas reacts with gaseous carbon dioxide, and there is no danger of burning and explosion. In addition, it is noted that the formation and deposition of dust from the exhaust gas, such as carbon in the channel (s), does not occur, and that the exhaust gas is effectively converted. The calorific value of the exhaust gas before reforming is 1840 kcal / nm 3 , however, the calorific value after reforming is 2140 kcal / nm 3 . Thus, the increase in heat content of the standard volume of exhaust gas is 16%. The calculated carbon dioxide gas flow rate in the exhaust gas after reforming is 4680 nm 3 / h, and the carbon dioxide gas conversion rate is 53%. Thus, the effectiveness of the use of the device according to the present invention is confirmed.
Во втором варианте осуществления получены следующие эффекты.In a second embodiment, the following effects are obtained.
1. Устройство риформинга отходящего газа металлургической печи может быть недорогим оборудованием, имеющим простую структуру. Кроме того, может быть осуществлен безопасный процесс риформинга с повышением теплосодержания отходящего газа, причем достигается окончательное снижение выбросов газообразного диоксида углерода с высокой эффективностью.1. An apparatus for reforming an exhaust gas of a metallurgical furnace may be inexpensive equipment having a simple structure. In addition, a safe reforming process can be carried out with an increase in the heat content of the exhaust gas, and a final reduction in carbon dioxide gas emissions with high efficiency is achieved.
2. Поскольку используется трубопровод для продувки разбавленным азотом при аварийном останове, который изначально предусмотрен в системе извлечения газа кислородного конвертера металлургической печи, не требуется совершенно новое устройство для монтажа канала отходящего газа, причем может быть снижена стоимость монтажа устройства.2. Since a pipeline is used for purging with diluted nitrogen during an emergency shutdown, which was originally provided in the gas extraction system of the oxygen converter of a metallurgical furnace, a completely new device for mounting the exhaust gas channel is not required, and the cost of installing the device can be reduced.
3. В связи с использованием естественной структуры теплосодержания высокотемпературного отходящего газа, выбрасываемого из металлургической печи, при осуществлении процесса риформинга газообразного диоксида углерода путем добавления восстанавливающего агента, не происходит образование и осаждение углерода и негорючих материалов и может быть повышено содержание тепла в отходящем газе. Кроме того, одновременно может быть достигнуто расширение использования отходящего газа и снижение выбросов газообразного диоксида углерода.3. Due to the use of the natural structure of the heat content of the high-temperature exhaust gas emitted from the metallurgical furnace, during the process of reforming gaseous carbon dioxide by adding a reducing agent, the formation and deposition of carbon and non-combustible materials do not occur and the heat content in the exhaust gas can be increased. In addition, at the same time, increased use of exhaust gas and reduced emissions of gaseous carbon dioxide can be achieved.
4. В связи с использованием форсунки, имеющей структуру двойной концентрической трубы, включающей внешнюю трубку для вдувания разбавленного азота и внутреннюю трубку для вдувания восстанавливающего агента, можно регулировать температуру восстанавливающего агента, и, кроме того, удобно и эффективно предотвращать опасность быстрого сгорания и взрыва, благодаря продувке разбавленным азотом.4. In connection with the use of a nozzle having the structure of a double concentric pipe including an external tube for injecting diluted nitrogen and an internal tube for injecting a reducing agent, it is possible to control the temperature of the reducing agent, and, in addition, it is convenient and efficient to prevent the danger of rapid combustion and explosion, due to purging with diluted nitrogen.
5. Поскольку в устройстве двойной концентрической трубы в качестве восстанавливающего агента используется природный газ или тому подобные агенты, которые дешевы и доступны в большом количестве, процесс риформинга является экономически выгодным. В частности, в случае использования органических соединений типа неископаемых ресурсов, таких как биоэтанол и биодизельное топливо, в качестве восстанавливающего агента, процесс может давать значительный вклад в снижение выбросов газообразного диоксида углерода.5. Since the double concentric pipe arrangement uses natural gas or the like as a reducing agent, which are cheap and available in large quantities, the reforming process is economically viable. In particular, if organic compounds such as non-fossil resources such as bioethanol and biodiesel are used as a reducing agent, the process can make a significant contribution to reducing carbon dioxide gas emissions.
Вариант осуществления 3
На металлургических заводах, в кислородном конвертере, восстановительной плавильной печи и тому подобном образуется большое количество отходящих газов с высокой температурой порядка 1000°С или выше, который содержит газообразный диоксид углерода. Отходящие газы содержат горючие компоненты, такие как монооксид углерода, отличающиеся от газообразного диоксида углерода, и поэтому эти газы используются в качестве источника энергии при эксплуатации различного оборудования на металлургических заводах.In metallurgical plants, in an oxygen converter, a reduction smelting furnace and the like, a large amount of off-gas is generated with a high temperature of about 1000 ° C. or higher, which contains gaseous carbon dioxide. Waste gases contain combustible components such as carbon monoxide, which are different from gaseous carbon dioxide, and therefore these gases are used as an energy source when operating various equipment in metallurgical plants.
В этой связи известно, что различные углеводороды, такие как метан, и кислородсодержащие соединения, такие как метанол и диметиловый эфир, взаимодействуют с газообразным диоксидом углерода, образуя монооксид углерода и водород. В такой системе различные углеводороды, такие как метан, являются восстанавливающим агентом для газообразного диоксида углерода. Этот процесс представляет собой эндотермическую реакцию, причем когда в процессе риформинга взаимодействуют метан и газообразный диоксид углерода, поглощается теплота в количестве ΔН298к=247 кДж. Конкретно, когда отходящий газ, содержащий газообразный диоксид углерода, контактирует с восстанавливающим агентом, таким как метан, инициируя процесс риформинга по уравнению (1), температура отходящего газа самопроизвольно снижается.In this regard, it is known that various hydrocarbons, such as methane, and oxygen-containing compounds, such as methanol and dimethyl ether, interact with gaseous carbon dioxide to form carbon monoxide and hydrogen. In such a system, various hydrocarbons, such as methane, are a reducing agent for gaseous carbon dioxide. This process is an endothermic reaction, and when methane and gaseous carbon dioxide interact during the reforming process, heat is absorbed in the amount of ΔН 298к = 247 kJ. Specifically, when the exhaust gas containing carbon dioxide gas is contacted with a reducing agent, such as methane, initiating the reforming process according to equation (1), the temperature of the exhaust gas spontaneously decreases.
Монооксид углерода и водород, образовавшиеся в реакции, показанной уравнением (1), являются горючими газами. В случае, когда газ рассматривается как источник энергии, теплосодержание отходящего газа увеличивается за счет реакции по уравнению (1). Другими словами, высокотемпературный отходящий газ превращается в топливный газ, содержащий горючие компоненты, такие как монооксид углерода и водород, и газообразный материал, полученный путем охлаждения газа, может быть использован в качестве источника энергии. Следовательно, продукт процесса риформинга является полезным топливным газом.Carbon monoxide and hydrogen formed in the reaction shown by equation (1) are combustible gases. In the case when the gas is considered as an energy source, the heat content of the exhaust gas increases due to the reaction according to equation (1). In other words, the high-temperature off-gas is converted to fuel gas containing combustible components such as carbon monoxide and hydrogen, and the gaseous material obtained by cooling the gas can be used as an energy source. Consequently, the product of the reforming process is a useful fuel gas.
Известно, что протеканию процесса риформинга, показанного как уравнение (1), способствует повышение температуры, причем равновесная степень превращения газообразного диоксида углерода в этой реакции при 900°С составляет около 95%, и равновесная степень превращения достигает почти 100% приблизительно при 1000°С или выше.It is known that the course of the reforming process shown as equation (1) is promoted by an increase in temperature, the equilibrium conversion of gaseous carbon dioxide in this reaction at 900 ° C being about 95%, and the equilibrium degree of conversion reaching almost 100% at approximately 1000 ° C or higher.
С другой стороны, когда восстанавливающий агент, такой как метан, добавляется к газу, отходящему из металлургической печи и содержащему горючий газ с высокой температурой порядка 800°С или выше и предпочтительно 1000°С или выше, в состав которого входит газообразный диоксид углерода и дополнительные горючие компоненты, такие как монооксид углерода и водород, например конвертерный газ, причем восстанавливающий агент и газообразный диоксид углерода в отходящем газе вступают в указанную выше эндотермическую реакцию, высокотемпературный отходящий газ быстро охлаждается за счет протекания эндотермической реакции, без потребности в охлаждающем оборудовании.On the other hand, when a reducing agent, such as methane, is added to the gas leaving the metallurgical furnace and containing combustible gas with a high temperature of about 800 ° C. or higher, and preferably 1000 ° C. or higher, which includes gaseous carbon dioxide and additional combustible components such as carbon monoxide and hydrogen, for example a converter gas, wherein a reducing agent and gaseous carbon dioxide in the exhaust gas enter into the above endothermic reaction, high temperature dyaschy gas is rapidly cooled by the flow of the endothermic reaction, without the need for refrigeration equipment.
Однако согласно исследованиям авторов изобретения было выяснено, что когда температура завершения указанной выше эндотермической реакции риформинга составляет меньше чем 800°С, возникает проблема значительного образования твердого углерода, что приводит к осаждению твердого продукта на оборудовании. По этой причине желательно завершать эндотермическую реакцию, когда температура газа после взаимодействия составляет 800°С или выше. В случае, если предполагается охлаждать газ до температуры ниже чем 800°С, это может быть осуществлено за счет одновременного использования общего способа охлаждения, например в теплообменнике.However, according to the studies of the inventors, it was found that when the completion temperature of the above endothermic reforming reaction is less than 800 ° C, the problem of significant formation of solid carbon occurs, which leads to the deposition of the solid product on the equipment. For this reason, it is desirable to complete the endothermic reaction when the gas temperature after the reaction is 800 ° C. or higher. If it is intended to cool the gas to a temperature lower than 800 ° C, this can be done by simultaneously using a common cooling method, for example in a heat exchanger.
Используемое в изобретении выражение "завершение эндотермической: реакции риформинга" означает, что реакция между добавленным восстанавливающим агентом, таким как метан, и газообразным диоксидом углерода в отходящем газе протекает почти до равновесия в этих условиях. Теоретически, для достижения полного равновесия требуется бесконечное время пребывания и выражение «почти до равновесия» не имеет строгого определения. В настоящем изобретении "завершение эндотермической реакции риформинга" определяется в момент, когда концентрация газообразного водорода увеличивается по сравнению с концентрацией водорода в отходящем газе до риформинга. Температура отходящего газа снижается за счет процесса риформинга. Следовательно, это выражение имеет физический смысл: процесс риформинга завершается, когда температура газа после реакции составляет 800°С или выше.The term “endothermic : reforming reaction” used in the invention means that the reaction between the added reducing agent, such as methane, and gaseous carbon dioxide in the exhaust gas proceeds almost to equilibrium under these conditions. Theoretically, to achieve complete equilibrium, an infinite residence time is required and the expression “almost to equilibrium” does not have a strict definition. In the present invention, “completion of the endothermic reforming reaction” is defined at a time when the concentration of hydrogen gas increases compared to the concentration of hydrogen in the exhaust gas before reforming. The temperature of the exhaust gas is reduced due to the reforming process. Therefore, this expression has physical meaning: the reforming process ends when the gas temperature after the reaction is 800 ° C or higher.
С другой стороны, атомы водорода, находившиеся в добавленном восстанавливающем агенте, превращаются в газообразный водород в процессе риформинга. Анализ состава отходящего газа является существенным в процессе рекуперации отходящего газа в качестве источника энергии. Контроль завершения реакции по концентрации газообразного водорода имеет химическое значение и является важным для качества операции управления.On the other hand, the hydrogen atoms in the added reducing agent are converted to hydrogen gas in the reforming process. An analysis of the composition of the exhaust gas is essential in the process of recovering the exhaust gas as an energy source. Monitoring the completion of the reaction by the concentration of hydrogen gas is of chemical importance and is important for the quality of the control operation.
При обезуглероживающей продувке, поскольку начальная концентрация газообразного водорода в отходящем газе является малой, порядка 1 об.%, содержание газообразного водорода в газе после риформинга увеличивается приблизительно от 2 до 25 раз, по сравнению с количеством водорода до риформинга, и в связи с этим текущий контроль является простой задачей. Следовательно, при обезуглероживающей продувке, "завершение эндотермической реакции риформинга" предпочтительно соответствует моменту, когда концентрация газообразного водорода увеличивается в 2 раза или больше по сравнению с исходной, до риформинга.In decarburization purging, since the initial concentration of hydrogen gas in the exhaust gas is small, of the order of 1 vol%, the hydrogen gas content in the gas after reforming increases from about 2 to 25 times, compared with the amount of hydrogen before reforming, and therefore the current control is a simple task. Therefore, with decarburization blowing, the “completion of the endothermic reforming reaction” preferably corresponds to the moment when the concentration of gaseous hydrogen increases by 2 times or more compared to the initial one, before reforming.
С другой стороны, при дефосфорационной продувке, когда первоначальная скорость потока отходящего газа является незначительной и мала скорость извлечения отходящего газа, в последнее время проводится увеличение количества отходящих газов путем введения пластиковых отходов, за счет чего возрастает скорость извлечения. Концентрация газообразного водорода в отходящих газах до риформинга составляет приблизительно от 10 до 15 об.%, благодаря газообразному водороду, образовавшемуся из дополнительных материалов, таких как пластиковые отходы. Более того, поскольку для продувки конвертера снизу подается СНГ или тому подобное в качестве охлаждающего газа предотвращения повреждения фурмы огнем, большое количество газообразного водорода образуется даже за счет разложения СНГ. В таком случае образования большого количества газообразного водорода концентрация водорода в газе, отходящем газе после риформинга, увеличивается лишь от 1 до 5%, по сравнению с его концентрацией до риформинга. Следовательно, при дефосфорационной продувке и продувке снизу конвертера, "завершение эндотермической реакции риформинга" предпочтительно соответствует моменту, когда концентрация газообразного водорода увеличивается на 1% или больше по сравнению с концентрацией до риформинга. Поэтому предпочтительной является аналитическая точность газового анализатора, равная 0,5% или меньше, и более предпочтительна точность 0,1% или меньше. Примером такого газоанализатора может служить анализатор, непрерывно измеряющий теплопроводность, и газовый хроматограф.On the other hand, in dephosphoric purging, when the initial exhaust gas flow rate is small and the exhaust gas extraction rate is low, the amount of exhaust gas has recently been increased by introducing plastic waste, thereby increasing the extraction rate. The concentration of gaseous hydrogen in the exhaust gas prior to reforming is from about 10 to 15 vol.%, Due to the gaseous hydrogen formed from additional materials, such as plastic waste. Moreover, since a LPG or the like is supplied as a cooling gas to prevent damage to the tuyeres by fire to purge the converter from below, a large amount of hydrogen gas is generated even by decomposition of the LPG. In this case, the formation of a large amount of gaseous hydrogen, the concentration of hydrogen in the gas, the exhaust gas after reforming, increases only from 1 to 5%, compared with its concentration before reforming. Therefore, when dephosphoric purging and purging from the bottom of the converter, “completion of the endothermic reforming reaction” preferably corresponds to the moment when the concentration of hydrogen gas increases by 1% or more compared with the concentration before reforming. Therefore, the analytical accuracy of the gas analyzer of 0.5% or less is preferable, and the accuracy of 0.1% or less is more preferable. An example of such a gas analyzer is an analyzer that continuously measures thermal conductivity and a gas chromatograph.
Характерной чертой способа охлаждения в 3-м варианте осуществления является, например, то, что в случае отходящего газа конвертера, в нем содержится пыль, включающая в качестве основного компонента высокодисперсный порошок оксида железа (частицы размером 0,5 мм или меньше и превышающие 100 мкм, и дым с твердыми частицами 100 мкм или меньше), называемая пылью конвертера. Высокодисперсный порошок оксида железа (смесь, содержащая, по меньшей мере, один из оксидов FeO, Fe2O4, Fe3O4 или оксигидроксидов железа) играет роль катализатора риформинга, который стимулирует эндотермическую реакцию (реакцию окисления метана) по приведенному выше уравнению (1) при более низкой температуре. Благодаря наличию высокодисперсного порошка оксида железа эндотермическая реакция по уравнению (1) протекает, даже если температура отходящего газа составляет меньше чем 1000°С и 800°С или выше, и достигается эффективное охлаждение отходящего газа. Это дает возможность в настоящем изобретении эффективно охлаждать высокотемпературный отходящий газ за счет эндотермической химической реакции по уравнению (1), но не механическим способом, без использования устройства охлаждения, такого как рубашка водяного охлаждения. Поскольку пыль конвертера контактирует при высокой температуре с восстанавливающим газом, выбрасываемым из кислородного конвертера, часть пыли восстанавливается при протекании эндотермической реакции по уравнению (1), и образуется оксид железа. Однако это не отражается на его функции катализатора риформинга.A characteristic feature of the cooling method in the 3rd embodiment is, for example, that in the case of the exhaust gas of the converter, it contains dust, comprising as a main component highly dispersed iron oxide powder (particles of a size of 0.5 mm or less and exceeding 100 microns , and
Один вариант третьего воплощения описан ниже на основе примера использования высокотемпературного отходящего газа, выбрасываемого из кислородного конвертера.One embodiment of the third embodiment is described below based on an example of the use of high temperature off-gas emitted from an oxygen converter.
Высокотемпературный отходящий газ, выбрасываемый из кислородного конвертера, обычно содержит приблизительно от 10 до 20 об.% СО2 и приблизительно от 50 до 80 об.% СО, теплотворная способность составляет приблизительно от 1500 до 2000 ккал/нм3, причем температура в горловине во время эксплуатации составляет приблизительно от 1200 до 1800°С. В 3-м варианте осуществления необходимое количество восстанавливающего агента, такого как метан или природный газ, добавляют в отходящий газ конвертера в любом одном месте, или двух, или более местах верхней части трубки для вдувания воздуха или излучательной части канала, то есть нижнего колпака, на входной стороне первого пылеуловителя, чтобы осуществить эндотермическую реакцию между восстанавливающим агентом и газообразным диоксидом углерода, как показано выше в уравнении (1), таким образом, самопроизвольно охлаждается отходящий газ, выбрасываемый из кислородного конвертера.The high-temperature off-gas emitted from the oxygen converter typically contains from about 10 to 20 vol.% CO 2 and from about 50 to 80 vol.% CO, the calorific value is from about 1500 to 2000 kcal / nm 3 , and the temperature in the neck operating time is from about 1200 to 1800 ° C. In the 3rd embodiment, the required amount of a reducing agent, such as methane or natural gas, is added to the exhaust gas of the converter in any one place, or two or more places on the upper part of the tube for blowing air or the radiating part of the channel, i.e. the lower cap, on the inlet side of the first dust collector in order to carry out an endothermic reaction between the reducing agent and gaseous carbon dioxide, as shown above in equation (1), thus, the exhaust gas is spontaneously cooled, discharged from an oxygen converter.
Количество добавленного восстанавливающего агента для осуществления эндотермической реакции определяется в зависимости от молекулярного соотношения между СO2 и СН4 с учетом количества (м3/час) отходящего газа, образующегося в конвертере. Например, когда молекулярное соотношение между СO2 и СН4 составляет 1:1, при концентрации CO2 в газе, отходящем из конвертера, равной 15 об.%, количество этого газа составляет 79000 м3/час, причем количество метана, добавленного в качестве восстанавливающего агента, составляет около 11850 м3/час.The amount of added reducing agent for the implementation of the endothermic reaction is determined depending on the molecular ratio between CO 2 and CH 4 , taking into account the amount (m 3 / h) of exhaust gas generated in the converter. For example, when the molecular ratio between CO 2 and CH 4 is 1: 1, when the concentration of CO 2 in the gas leaving the converter is 15 vol.%, The amount of this gas is 79,000 m 3 / h, with the amount of methane added as reducing agent is about 11850 m 3 / hour.
Добавление восстанавливающего агента может снизить температуру отходящего газа приблизительно от 1600°С до 1000°С на входной стороне первичного пылеуловителя, например в нижнем колпаке, в отсутствие устройства охлаждающей водяной рубашки в составе излучательной части. Одновременно может быть использован способ охлаждения, инициируемый механически, с формированием структуры водяного охлаждения в излучательной части.Adding a reducing agent can reduce the temperature of the exhaust gas from about 1600 ° C to 1000 ° C on the inlet side of the primary dust collector, for example in the lower hood, in the absence of a cooling water jacket in the radiating part. At the same time, a mechanically initiated cooling method with the formation of a water cooling structure in the radiating part can be used.
Фигура 7 представляет собой схематичный чертеж системы извлечения газа кислородного конвертера для объяснения способа охлаждения отходящего газа, образующегося в металлургической печи, в соответствии с 3-м вариантом осуществления. Как показано на чертеже, газ, образовавшийся в кислородном конвертере 1, проходит через полый цилиндр 2, нижний колпак 3 и излучательную часть (канал), содержащую верхний колпак 4, и выбрасывается в первичный пылеуловитель 5.FIG. 7 is a schematic drawing of an oxygen converter gas recovery system for explaining a method for cooling exhaust gas generated in a metallurgical furnace in accordance with a 3rd embodiment. As shown in the drawing, the gas generated in the
В 3-м варианте осуществления место добавления восстанавливающего агента для осуществления эндотермической реакции находится там, где может быть предусмотрена форсунка с подачей восстанавливающего агента, в любом положении трубки 11 для вдувания, нижнего колпака 3, верхнего колпака 4 и последующей излучательной части, как описано ранее.In the 3rd embodiment, the site of addition of the reducing agent for carrying out the endothermic reaction is where the nozzle with the supply of the reducing agent can be provided, in any position of the blowing
Предпочтительно восстанавливающий агент, который может быть использован во 2-м варианте осуществления, представляет собой, по меньшей мере, один, выбранный из соединений ископаемых ресурсов, таких как природный газ, сжиженный нефтяной газ, метан, этан, легкий бензин, рафинат, метанол, этанол, диметиловый эфир и диэтиловый эфир. Из всех этих агентов предпочтительными являются природный газ, сжиженный нефтяной газ, легкий бензин, рафинат и диэтиловый эфир, поскольку они обладают хорошей реакционной способностью в отношении газообразного диоксида углерода, дешевы и легко доступны в большом количестве. В случае использования восстанавливающего агента, который является газом при комнатной температуре, таким как природный газ и сжиженный нефтяной газ, применяется форсунка, подходящая для газовой продувки, причем форма и число форсунок конкретно не ограничиваются. В случае, когда восстанавливающий агент представляет собой жидкость при комнатной температуре, такую как рафинат, этот восстанавливающий агент можно вводить путем распыления в виде аэрозоля или можно газифицировать и вводить в газообразном виде. В случае подачи в распыленном состоянии диаметр капель агента является таким, чтобы обеспечить эффективный контакт с газообразным диоксидом углерода, и составляет предпочтительно от 0,01 до 1000 мкм, и более предпочтительно от 0,1 до 100 мкм.Preferably, the reducing agent that can be used in the 2nd embodiment is at least one selected from fossil resource compounds such as natural gas, liquefied petroleum gas, methane, ethane, light gasoline, raffinate, methanol, ethanol, dimethyl ether and diethyl ether. Of all these agents, natural gas, liquefied petroleum gas, light gasoline, raffinate and diethyl ether are preferred, since they have good reactivity with respect to carbon dioxide gas, are cheap and readily available in large quantities. In the case of using a reducing agent, which is a gas at room temperature, such as natural gas and liquefied petroleum gas, a nozzle suitable for gas purging is used, the shape and number of nozzles being not particularly limited. In the case where the reducing agent is a liquid at room temperature, such as a raffinate, this reducing agent can be administered by spraying in the form of an aerosol, or it can be gasified and introduced in gaseous form. When sprayed, the droplet diameter of the agent is such as to provide effective contact with carbon dioxide gas, and is preferably from 0.01 to 1000 μm, and more preferably from 0.1 to 100 μm.
В случае использования сжиженного газа, такого как диметиловый эфир, в качестве восстанавливающего агента, этот агент может быть предварительно газифицирован и введен в виде газа и может быть введен в виде жидкости, при этом газификация восстанавливающего агента происходит вблизи форсунки или в форсунке. В этом случае газификации вблизи форсунки или в форсунке сама форсунка охлаждается за счет теплоты испарения, что является предпочтительным с точки зрения защиты форсунки.In the case of using liquefied gas, such as dimethyl ether, as a reducing agent, this agent can be pre-gasified and introduced in the form of gas and can be introduced in the form of a liquid, while the gasification of the reducing agent occurs near the nozzle or in the nozzle. In this case, the gasification near the nozzle or in the nozzle, the nozzle itself is cooled by the heat of vaporization, which is preferable from the point of view of protection of the nozzle.
В восстанавливающем агенте могут быть использованы органические соединения типа неископаемых ресурсов наряду с органическими соединениями типа ископаемых ресурсов вместо них. Применение органических соединений типа неископаемых ресурсов является особенно предпочтительным в связи с тем, что процесс риформинга осуществляется с помощью углеродно-нейтрального восстанавливающего агента, в дополнение к тому, что теплосодержание части отходящего газа повышается за счет процесса риформинга газообразного диоксида углерода, и это предпочтительно с точки зрения возможности значительного снижения выбросов газообразного диоксида углерода. Примеры органических соединений типа неископаемых ресурсов включают биоэтанол, биодизельное топливо и их смесь. Биоэтанол и биодизельное топливо обычно являются жидкими при комнатной температуре, и они используются таким же образом, как описанный выше рафинат. Сжиженные газы в качестве органического соединения типа неископаемых ресурсов применяются таким же образом, как описано выше для диметилового эфира.In the reducing agent, organic compounds such as non-fossil resources can be used along with organic compounds such as fossil resources instead. The use of organic compounds such as non-fossil resources is particularly preferred due to the fact that the reforming process is carried out using a carbon-neutral reducing agent, in addition to the fact that the heat content of part of the exhaust gas is increased due to the reforming process of gaseous carbon dioxide, and this is preferable from the point of view of view of the possibility of a significant reduction in gaseous carbon dioxide emissions. Examples of organic compounds such as non-fossil resources include bioethanol, biodiesel and mixtures thereof. Bioethanol and biodiesel are usually liquid at room temperature and are used in the same way as the raffinate described above. Liquefied gases as an organic compound such as non-fossil resources are used in the same manner as described above for dimethyl ether.
Пример 1Example 1
В этом примере проведен эксперимент, в котором используют моделирующую лабораторную печь, которая включает в себя трубку из оксида алюминия, имеющую внутренний диаметр 12 мм и длину 5 м. В этой моделирующей экспериментальной печи входной патрубок для газа смонтирован на входном фланце трубки из оксида алюминия, трубка для введения газообразного метана имеет внешний диаметр 3 мм, и защитный чехол термопары смонтирован на входном фланце; место добавления газообразного метана находится на расстоянии 1,5 м от входного фланца, средство измерения температуры газа удалено на 1 м от входного фланца, причем трубка для газообразного метана и защитный чехол термопары проходят через этот фланец. Узел ввода термопары и устройство для охлаждения газа с помощью охлаждающей воды смонтированы на выходном фланце и суммирующий газовый расходомер и газоанализатор смонтированы на выходной стороне устройства для охлаждения газа. На всю трубку из оксида алюминия намотана электрическая спираль нагревателя. Ток подается только на 1 метр нагревателя на стороне впуска, причем эта часть выполнена как зона подогрева моделирующего газа кислородного конвертера. Электрический ток не подается в часть нагревателя, расположенную ниже подогревателя, причем эта часть играет роль адиабатической реакционной зоны.In this example, an experiment was conducted in which a simulating laboratory furnace was used, which includes an aluminum oxide tube having an inner diameter of 12 mm and a length of 5 m. In this modeling experimental furnace, the gas inlet pipe is mounted on the inlet flange of the aluminum oxide tube, the methane gas injection tube has an outer diameter of 3 mm and the thermocouple protective cover is mounted on the inlet flange; the methane gas addition site is 1.5 m from the inlet flange, the gas temperature measuring means is 1 m away from the inlet flange, the methane gas tube and thermocouple protective cover passing through this flange. The thermocouple input assembly and the gas cooling device using cooling water are mounted on the outlet flange, and the summing gas flow meter and gas analyzer are mounted on the output side of the gas cooling device. An electric heater coil is wound around the entire aluminum oxide tube. The current is supplied only to 1 meter of the heater on the inlet side, and this part is designed as a heating zone for the modeling gas of an oxygen converter. Electric current is not supplied to the part of the heater located below the heater, and this part plays the role of an adiabatic reaction zone.
Метан вводится в точке приблизительно на 0,5 м ниже описанной выше зоны подогрева. Следовательно, фактическая длина адиабатической реакционной зоны составляет 3,5 м.Methane is introduced at a point approximately 0.5 m below the heating zone described above. Therefore, the actual length of the adiabatic reaction zone is 3.5 m.
Моделирующий газ кислородного конвертера получают путем смешивания СО: 50 об.%, СO2: 15 об.%, Н2: 1 об.% и N2: 34%. Скорость потока моделирующего газа устанавливают равной 1 л/мин, скорость потока газообразного метана равна 150 мл/мин, что эквивалентно скорости потока СО2, и экспериментальный процесс риформинга проводят с варьированием температуры зоны подогрева в диапазоне 1800°С, 1500°С и 1300°С. В этом примере, в результате измерения температуры на выходе из адиабатической реакционной зоны с помощью термопары, смонтированной на выходном фланце, температура на выходе снижается до 1060°С, 840°С и 775°С в каждом эксперименте с температурой зоны подогрева соответственно 1800°С, 1500°С и 1300°С. Концентрация газообразного водорода на выходе составляет 21 об.%, 20 об.% и 19 об.%, соответственно. Время пребывания газа в адиабатической зоне составляет от 2 до 6 секунд.The modeling gas of the oxygen converter is obtained by mixing CO: 50 vol.%, CO 2 : 15 vol.%, H 2 : 1 vol.% And N 2 : 34%. The flow rate of the modeling gas is set equal to 1 l / min, the flow rate of methane gas is 150 ml / min, which is equivalent to the flow rate of CO 2 , and the experimental reforming process is carried out with varying the temperature of the heating zone in the range of 1800 ° C, 1500 ° C and 1300 ° FROM. In this example, as a result of measuring the temperature at the outlet of the adiabatic reaction zone using a thermocouple mounted on the outlet flange, the outlet temperature decreases to 1060 ° C, 840 ° C, and 775 ° C in each experiment with a heating zone temperature of 1800 ° C, respectively , 1500 ° C and 1300 ° C. The concentration of hydrogen gas at the outlet is 21 vol.%, 20 vol.% And 19 vol.%, Respectively. The gas residence time in the adiabatic zone is from 2 to 6 seconds.
Образование углерода практически не наблюдается в экспериментах, когда температура моделирующего газа с повышенным теплосодержанием составляет 1060°С (в этом случае температура зоны подогрева составляет 1800°С) и когда температура моделирующего газа с повышенным теплосодержанием составляет 840°С (в этом случае температура зоны подогрева составляет 1500°С). Однако происходит значительное образование углерода в эксперименте, когда температура моделирующего газа с повышенным теплосодержанием составляет меньше, чем 800°С (в этом случае температура зоны подогрева составляет 1300°С).Carbon formation is practically not observed in experiments when the temperature of the modeling gas with increased heat content is 1060 ° C (in this case, the temperature of the heating zone is 1800 ° C) and when the temperature of the modeling gas with increased heat content is 840 ° C (in this case, the temperature of the heating zone is 1500 ° C). However, significant carbon formation occurs in the experiment, when the temperature of the modeling gas with high heat content is less than 800 ° C (in this case, the temperature of the heating zone is 1300 ° C).
Пример 2Example 2
В этом примере проведен эксперимент с использованием 300-тонного конвертера с верхней продувкой и предусмотрено входное отверстие 16 для продувки восстанавливающего агента (природный газ) в отходящий газ конвертера (отходящий газ), содержащий пыль конвертера (высокодисперсный порошок оксида железа), от нижнего края верхнего колпака 4 с целью охлаждения излучательной части, то есть отводящий проход (канал), как показано на фигуре 8. При обычной эксплуатации конвертера нижний колпак 3 и верхний колпак 4, которые являются отводящими проходами, имеют структуру охлаждаемого трубопровода, и отходящий газ охлаждается водой. Эксперимент проводится: путем прекращения охлаждения водой. Когда природный газ не вдувается, отходящий газ имеет скорость потока 79000 нм3/час, и состав газа СО: 50 об.%, СO2: 15 об.%, Н2: 1 об.% и N2: 34 об.%. Природный газ добавляют в количестве 11850 нм3/час, что эквивалентно скорости потока СО2. Поскольку содержание СН4 в природном газе составляет 92 об.%, молярное соотношение между CO2 и CO4 можно оценить приблизительно равным 1:1. Температура отходящего газа вблизи устья конвертера составляет около 1700°С.In this example, an experiment was carried out using a 300-ton top-purged converter and an
Расходомер отходящего газа и газоанализатор 6 смонтированы на выходной стороне вторичного пылеуловителя (сборника пыли) 13 и термометр 10 установлен на впускной стороне первичного сборника пыли (влажный пылеуловитель). После этого начинается добавление природного газа, при этом определяются температура, скорость потока и состав отходящего газа риформинга. В результате отходящий газ имеет температуру 980°С и скорость потока 114400 нм3/час и имеет состав СО: 55 об.%, СО2: 0,1 об.%, H2: 21 об.%, N2: 23.5 об.%, СН4: 0,1 об.% и количество О2 меньше, чем 0,1 об.%. За счет вмонтированного отверстия для продувки природного газа отходящий газ можно охлаждать в отводящем канале без каких-либо затруднений. Количество газообразного водорода увеличивается в 21 раз за счет процесса риформинга, причем эндотермический процесс риформинга завершается при 980°С.The exhaust gas flow meter and gas analyzer 6 are mounted on the output side of the secondary dust collector (dust collector) 13 and a
Пример 3Example 3
Эксперимент проведен таким же образом, как в примере 2, за исключением того, что отверстие для продувки предусмотрено на нижнем конце первой излучательной части в верхней части верхнего колпака 4, как показано на фигуре 9. Температура отходящего газа в месте продувки составляет около 1300°С.The experiment was carried out in the same manner as in example 2, except that a purge hole was provided at the lower end of the first radiating part in the upper part of the upper cap 4, as shown in figure 9. The temperature of the exhaust gas at the purge site is about 1300 ° C. .
Аналогично примеру 1, начинается добавление природного газа и определяются температура, скорость потока и состав отходящего газа риформинга. В результате отходящий газ после риформинга имеет температуру 940°С, скорость потока 77280 нм3/час, и следующий состав: СО - 63 об.%, CO2 - 7 об.%, Н2 - 8 об.%, N2 - 21 об.%, CH4 меньше, чем 0,1 об.% и O2 - меньше, чем 0,1 об.%. Отходящий газ можно охлаждать в отводящем канале без каких-либо затруднений. Количество газообразного водорода увеличивается в 8 раз за счет процесса риформинга, причем эндотермический процесс риформинга завершается при 940°С.Analogously to example 1, begins the addition of natural gas and determines the temperature, flow rate and composition of the exhaust gas reforming. As a result, the exhaust gas after reforming has a temperature of 940 ° C, a flow rate of 77280 nm 3 / h, and the following composition: CO - 63 vol.%, CO 2 - 7 vol.%, H 2 - 8 vol.%, N 2 - 21 vol.%, CH 4 less than 0.1 vol.% And O 2 less than 0.1 vol.%. The exhaust gas can be cooled in the exhaust duct without any difficulty. The amount of hydrogen gas increases by 8 times due to the reforming process, and the endothermic reforming process is completed at 940 ° C.
Пример 4Example 4
Приготовление частиц пылиPreparation of dust particles
В отходящий газ, выбрасываемый из 300 т конвертера с верхней продувкой, вводят воду на двух стадиях первичного пылеуловителя 5 и во вторичный пылеуловитель 13 и собирают пыль конвертера. Крупные частицы пыли размером более 100 мкм выделяют из отработавшей воды, содержащей собранную пыль конвертера, с использованием сепаратора крупных частиц. К оставшейся отработавшей воде добавляют коагулятор, и мелкие частицы осаждаются после агрегирования и концентрируются. После этого концентрат обезвоживают с помощью фильтр-пресса, чтобы получить высокодисперсный порошок.Water is introduced into the exhaust gas emitted from 300 tons of the overhead converter with two stages of the
Полученные таким образом крупные частицы и высокодисперсные частицы сушат при 105°С в течение ночи и измельчают до размера 0,5 мм или меньше, используя ступку с пестиком, соответственно. Эти частицы снова сушат при 105°С в течение 2 часов и затем используют в эксперименте по оценке активности.The coarse particles and fine particles thus obtained are dried at 105 ° C. overnight and ground to a size of 0.5 mm or less using a mortar and pestle, respectively. These particles are dried again at 105 ° C. for 2 hours and then used in an activity evaluation experiment.
Результаты экспериментальной оценки активностиThe results of an experimental assessment of activity
Этот экспериментальный пример проводят с использованием кварцевой моделирующей лабораторной печи, имеющей внутренний диаметр 7 мм и длину 200 см. В качестве моделирующего конвертерного газа используют газовую смесь, содержащую СО: 60 об.%, СО2: 15 об.%, Н2: 1 об.% и N2: 24 об.%. Скорость потока моделирующего газа поддерживают равной 850 мл/мин и скорость потока газообразного метана поддерживают на уровне 127,5 мл/мин, что эквивалентно скорости потока СО2. Моделирующий газ вводят в лабораторную печь, внутри которой загружено 19 мл пыли. Подогрев осуществляют с помощью электрической печи, и таким образом, в ходе процесса риформинга изменяется температура моделирующего газа от 700°С, 800°С, 900°С и 1000°С. Состав газа анализируют в соответствующих выпускных отверстиях и рассчитывают наблюдаемую константу скорости К' по полученным данным состава газа и времени контакта газа с пылью.This experimental example is carried out using a quartz modeling laboratory furnace having an inner diameter of 7 mm and a length of 200 cm. A gas mixture containing CO: 60 vol.%, CO 2 : 15 vol.%, H 2 : 1 is used as a simulating converter gas. vol.% and N 2 : 24 vol.%. The flow rate of the simulating gas is maintained at 850 ml / min and the flow rate of methane gas is maintained at 127.5 ml / min, which is equivalent to the flow rate of CO 2 . Modeling gas is introduced into a laboratory furnace, inside of which 19 ml of dust is loaded. The heating is carried out using an electric furnace, and thus, during the reforming process, the temperature of the modeling gas changes from 700 ° C, 800 ° C, 900 ° C and 1000 ° C. The gas composition is analyzed in the corresponding outlet openings and the observed rate constant K 'is calculated from the obtained gas composition and gas contact time with dust.
Результаты оценки, включая холостой эксперимент, в котором не добавляют пыль, показаны на фигуре 10. Эти данные подтверждают вывод, что пыль играет роль катализатора и обладает высокой активностью в процессе риформинга.The evaluation results, including a blank experiment in which dust is not added, are shown in Figure 10. These data confirm the conclusion that dust plays the role of a catalyst and has high activity in the reforming process.
Claims (29)
Applications Claiming Priority (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008-129040 | 2008-05-16 | ||
| JP2008129040 | 2008-05-16 | ||
| JP2008227845 | 2008-09-05 | ||
| JP2008-227845 | 2008-09-05 | ||
| JP2009-045413 | 2009-02-27 | ||
| JP2009-052394 | 2009-03-05 | ||
| JP2009052394A JP5470920B2 (en) | 2009-03-05 | 2009-03-05 | Metallurgical furnace exhaust gas reforming equipment |
| JP2009-084494 | 2009-03-31 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012130458/02A Division RU2536123C2 (en) | 2008-05-16 | 2009-05-12 | Method and device for cooling of exit gas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010146491A RU2010146491A (en) | 2012-06-27 |
| RU2466192C2 true RU2466192C2 (en) | 2012-11-10 |
Family
ID=46681454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010146491/02A RU2466192C2 (en) | 2008-05-16 | 2009-05-12 | Method to convert end gas produced in metallurgical furnace, method to produce converted gas, device for reforming of end gas, device to convert end gas, method to cool end gas and device to cool end gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2466192C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU204031U1 (en) * | 2021-01-26 | 2021-05-04 | Общество с ограниченной ответственностью "БОЯРД" | REMOVABLE AUTOMATIC RETRACTOR FOR MOVING ELEMENT OF FURNITURE |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2002812C1 (en) * | 1991-05-27 | 1993-11-15 | Сергей Владимирович Картавцев | Converter waste gas utilization method |
| RU2006113597A (en) * | 2003-09-23 | 2007-11-10 | Фоест-Альпине Индустрианлагенбау Гмбх Унд Ко (At) | METHOD FOR COLLECTING AND PROCESSING REACTIVE GASES FROM PLANT FOR PRODUCING LIQUID METALS AND THE RELATED PLANT FOR REMOVING DUST |
-
2009
- 2009-05-12 RU RU2010146491/02A patent/RU2466192C2/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2002812C1 (en) * | 1991-05-27 | 1993-11-15 | Сергей Владимирович Картавцев | Converter waste gas utilization method |
| RU2006113597A (en) * | 2003-09-23 | 2007-11-10 | Фоест-Альпине Индустрианлагенбау Гмбх Унд Ко (At) | METHOD FOR COLLECTING AND PROCESSING REACTIVE GASES FROM PLANT FOR PRODUCING LIQUID METALS AND THE RELATED PLANT FOR REMOVING DUST |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU204031U1 (en) * | 2021-01-26 | 2021-05-04 | Общество с ограниченной ответственностью "БОЯРД" | REMOVABLE AUTOMATIC RETRACTOR FOR MOVING ELEMENT OF FURNITURE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010146491A (en) | 2012-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2536123C2 (en) | Method and device for cooling of exit gas | |
| JP5476792B2 (en) | Method for reforming exhaust gas generated from metallurgical furnace, reformer, and method for producing reformed gas | |
| JP5617531B2 (en) | Combustion method of low calorific value gas by combustion burner and blast furnace operation method | |
| JP5453760B2 (en) | Method and apparatus for reforming and increasing heat of exhaust gas generated from metallurgical furnace | |
| CN109338030A (en) | A system and method for dust removal and waste heat recovery of converter flue gas | |
| RU2466192C2 (en) | Method to convert end gas produced in metallurgical furnace, method to produce converted gas, device for reforming of end gas, device to convert end gas, method to cool end gas and device to cool end gas | |
| JP5487607B2 (en) | Method and apparatus for reforming exhaust gas generated from metallurgical furnace | |
| JP5470920B2 (en) | Metallurgical furnace exhaust gas reforming equipment | |
| JP5581877B2 (en) | Method for reforming arc furnace generated exhaust gas, reformer, and method for producing reformed gas | |
| JP5439859B2 (en) | Method and apparatus for reforming exhaust gas generated from metallurgical furnace | |
| JP2010223573A (en) | Method and apparatus for cooling exhaust gas generated from metallurgical furnace | |
| JP5392229B2 (en) | Combustion method of low calorific value gas by combustion burner | |
| JP5581657B2 (en) | Heat energy recovery method and apparatus for converter exhaust gas | |
| JP2011021236A (en) | Method of reforming exhaust gas generated from metallurgical furnace | |
| UA99650C2 (en) | Method for reforming of exhaust gas (variants), device for reforming of exhaust gas (variants), method for its cooling and apparatus for implementation of cooling method | |
| JP2011102419A (en) | Method and device for recovering thermal energy of exhaust gas from converter | |
| Derudi et al. | Experimental analysis of mild combustion of liquid fuels |