RU2847332C2 - Method and apparatus for producing direct reduced iron in a hydrogen shaft furnace - Google Patents
Method and apparatus for producing direct reduced iron in a hydrogen shaft furnaceInfo
- Publication number
- RU2847332C2 RU2847332C2 RU2024127553A RU2024127553A RU2847332C2 RU 2847332 C2 RU2847332 C2 RU 2847332C2 RU 2024127553 A RU2024127553 A RU 2024127553A RU 2024127553 A RU2024127553 A RU 2024127553A RU 2847332 C2 RU2847332 C2 RU 2847332C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- shaft furnace
- carbon
- containing hydrogen
- mixing
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Это изобретение относится к области технологий металлургической промышленности и касается способа и устройства для производства железа прямого восстановления с использованием водородной шахтной печи.This invention relates to the field of metallurgical industry technologies and concerns a method and device for producing direct reduced iron using a hydrogen shaft furnace.
Уровень техникиState of the art
Процесс производства железа прямого восстановления (Direct Reduced Iron, DRI) является коротким процессом для производства стали, который является важным звеном в процессе переплавки металлолома/железа прямого восстановления в электродуговых печах. По сравнению с традиционным доменным процессом, метод прямого восстановленния железа, особенно газовая технология прямого восстановления, имеет более значительный эффект по снижению выбросов углерода.Direct Reduced Iron (DRI) is a short steelmaking process that is an essential component in the remelting of scrap metal/direct reduced iron in electric arc furnaces. Compared to the traditional blast furnace process, DRI, particularly gas-fired DRI, has a significantly higher carbon emission reduction potential.
Как наиболее типичное применение технологии прямого восстановления железа в мире, в шахтной печи на основе газа обычно использует методы риформинга природного газа для получения восстановительного газа, состоящего в основном из H2 и CO, что позволяет достигать производства железа прямого восстановления. Оксиды углерода, образующиеся в газе верхней части шахтной печи, такие как CO и CO2, в основном обрабатываются путем частичного повторного использования CO2 и его смешивания с метаном, при этом часть CO2 выводится через внешнюю систему выбросов.As the most common application of direct reduced iron technology worldwide, gas-fired shaft furnaces typically utilize natural gas reforming methods to produce a reducing gas consisting primarily of H2 and CO, enabling the production of direct reduced iron. Carbon oxides formed in the shaft furnace's overhead gas, such as CO2 and CO2 , are primarily processed by partially recycling the CO2 and mixing it with methane, with some CO2 being exhausted through an external exhaust system.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
В связи с этим целью настоящего изобретения является предоставление способа и устройства для производства железа прямого восстановления с использованием водородной шахтной печи, направленных на решение проблемы высоких показателей выбросов углерода при производстве железа прямого восстановления с использованием газовых шахтных печей в известном уровне техники.In this regard, the object of the present invention is to provide a method and apparatus for producing direct reduced iron using a hydrogen shaft furnace, aimed at solving the problem of high carbon emissions in the production of direct reduced iron using gas shaft furnaces in the prior art.
Для достижения вышеуказанной цели настоящее изобретение предлагает следующие технические решения:In order to achieve the above objective, the present invention provides the following technical solutions:
Способ производства железа прямого восстановления с использованием водородной шахтной печиDirect reduction iron production method using a hydrogen shaft furnace
Этот способ включает:This method includes:
1. Получение отходящего газа с верхней части газовой шахтной печи;1. Obtaining exhaust gas from the upper part of the gas shaft furnace;
2. Проведение декарбонизации отходящего газа для получения CO2 и декарбонизированного газа;2. Carrying out decarbonization of exhaust gas to obtain CO2 and decarbonized gas;
3. Повышение давления CO2 и его смешивание с подаваемым газом H2;3. Increasing the pressure of CO 2 and mixing it with the supplied H 2 gas;
4. Проведение реакции конверсии водяного газа смешанного газа CO2 и H2 для получения углеродсодержащего обогащенного водородом газа, включающего H2, CO и H2O;4. Conducting a water gas conversion reaction of mixed gas CO2 and H2 to obtain a carbon-containing hydrogen-enriched gas including H2 , CO and H2O ;
5. Смешивание декарбонизированного газа с углеродсодержащим обогащенным водородом газом, дополнение углеводородного газа и повторное смешивание для получения восстановительного газа для шахтной печи;5. Mixing the decarbonized gas with the carbon-containing hydrogen-rich gas, adding hydrocarbon gas and re-mixing to obtain reducing gas for the shaft furnace;
6. Ввод восстановительного газа в газовую шахтную печь для производства железа прямого восстановления.6. Introducing reducing gas into a gas shaft furnace for the production of direct reduced iron.
Дополнительные этапы включают:Additional steps include:
• Перед декарбонизацией отходящего газа, его промывку и обезвоживание.• Before decarbonization of exhaust gas, its washing and dehydration.
• После получения углеродсодержащего обогащенного водородом газа от реакции конверсии водяного газа, обмен теплом с углеродсодержащим обогащенным водородом газом, подачу полученного тепла в реакцию конверсии водяного газа и обезвоживание углеродсодержащего обогащенного водородом газа.• After obtaining a carbon-containing hydrogen-rich gas from a water gas reforming reaction, exchanging heat with the carbon-containing hydrogen-rich gas, supplying the obtained heat to a water gas reforming reaction, and dehydrating the carbon-containing hydrogen-rich gas.
• Углеводородный газ включает по крайней мере один из следующих: природный газ, сжиженный нефтяной газ.• Hydrocarbon gas includes at least one of the following: natural gas, liquefied petroleum gas.
• На этапе повышения давления CO2 и его смешивания с подаваемым газом H2, молярное соотношение подаваемого газа H2 к CO2 составляет от 1,5 до 5,0.• At the stage of increasing the pressure of CO2 and mixing it with the supplied H2 gas, the molar ratio of the supplied H2 gas to CO2 is from 1.5 to 5.0.
• Температура реакции конверсии водяного газа смешанного газа CO2 и H2 составляет от 200°С до 900°С.• The reaction temperature of water gas conversion of mixed gas CO2 and H2 is from 200 °C to 900°C.
• В углеродсодержащем обогащенном водородом газе объемная доля H2 составляет от 40% до 55%, объемная доля CO от 15% до 30%, объемная доля H2O от 15% до 30%, и объемная доля CO2 от 0% до 10%.• In the carbon-containing hydrogen-rich gas, the volume fraction of H2 is from 40% to 55%, the volume fraction of CO is from 15% to 30%, the volume fraction of H2O is from 15% to 30%, and the volume fraction of CO2 is from 0% to 10%.
Устройство для производства железа прямого восстановления с использованием водородной шахтной печи Apparatus for producing direct reduced iron using a hydrogen shaft furnace
Это устройство включает:This device includes:
•Газовая шахтная печь для получения отходящего газа;•Gas shaft furnace for obtaining exhaust gas;
• Система декарбонизации для проведения декарбонизации отходящего газа для получения CO2 и декарбонизированного газа;• Decarbonization system for decarbonization of exhaust gas to produce CO2 and decarbonized gas;
• Первая система конверсии водяного газа смешивания для повышения давления CO2 и его смешивания с подаваемым газом H2; Первая система смешивания для повышения давления газа CO2 и смешивания его с подаваемым газом H2;• A first mixing water gas conversion system for increasing the pressure of CO2 and mixing it with the supplied H2 gas; A first mixing system for increasing the pressure of CO2 gas and mixing it with the supplied H2 gas;
• Система реакции для проведения водяно-газовой реакции смешанного газа CO2 и H2 для получения углеродсодержащего обогащенного водородом газа, включающего H2, CO и H2O;• A reaction system for carrying out a water-gas reaction of a mixed gas of CO2 and H2 to produce a carbon-containing hydrogen-rich gas including H2 , CO and H2O ;
• Вторая система смешивания для смешивания декарбонизированного газа с углеродсодержащим обогащенным водородом газом, дополнения углеродсодержащим газом и повторного смешивания для получения восстановительного газа шахтной печи;• A second mixing system for mixing the decarbonized gas with the carbon-containing hydrogen-rich gas, supplementing with the carbon-containing gas, and re-mixing to produce shaft furnace reducing gas;
• Система вывода для введения восстановительного газа шахтной печи в газовую шахтную печь для получения железа прямого восстановления.• An exhaust system for introducing shaft furnace reducing gas into a gas shaft furnace for producing direct reduced iron.
Дополнительные этапы включают:Additional steps include:
• Система очистки и промывки газа на выходе газовой шахтной печи для промывки и обезвоживания отходящего газа.• Gas cleaning and washing system at the outlet of the gas shaft furnace for washing and dehydrating the exhaust gas.
• Система теплообмена на выходе системы реакции конверсии водяного газа для обмена теплом с углеродсодержащим обогащенным водородом газом, с подачей полученного тепла в реакцию конверсии водяного газа.• A heat exchange system at the outlet of the water gas shift reaction system for exchanging heat with the carbon-containing hydrogen-rich gas, with the resulting heat being supplied to the water gas shift reaction.
Полезные эффекты изобретенияBeneficial effects of the invention
1. Смешивая дополнительный водород с диоксидом углерода, образующимся в процессе внутренней циркуляции, и используя реакцию конверсии водяного газа, углерод в процессе шахтной печи преобразуется, достигая использования углерода внутренней циркуляции без выбросов оксидов углерода. По сравнению с традиционными процессами газовых шахтных печей, этот метод более экологичен и имеет низкий уровень выбросов углерода, со значительными экологическими преимуществами.1. By mixing additional hydrogen with the carbon dioxide generated during the internal circulation process and using the water gas shift reaction, the carbon in the shaft kiln process is converted, achieving the utilization of the internal circulation carbon without carbon oxide emissions. Compared with traditional gas-fired shaft kiln processes, this method is more environmentally friendly and has low carbon emissions, with significant environmental benefits.
2. Система процесса требует лишь небольшого количества углеводородного газа для поддержания потребности в науглероживании для шахтной печи DRI и балансировки циркулирующего восстановительного газа. Схема процесса проста, а потребление энергии относительно низкое.2. The process system requires only a small amount of hydrocarbon gas to support the carburization requirements of the DRI shaft furnace and to balance the circulating reducing gas. The process design is simple, and energy consumption is relatively low.
Другие преимущества, цели и особенности изобретения будут объяснены в некоторой степени в следующем описании и в некоторой степени будут очевидны для специалистов в данной области из изучения следующего или могут быть изучены из практики изобретения. Цели и другие преимущества изобретения могут быть достигнуты и получены с помощью следующего описания.Other advantages, objectives, and features of the invention will be explained to some extent in the following description and, to some extent, will be apparent to those skilled in the art from a study of the following or can be learned from practicing the invention. The objectives and other advantages of the invention can be achieved and obtained with the aid of the following description.
Описание чертежейDescription of drawings
Для более четкого понимания целей, технических решений и преимуществ настоящего изобретения, ниже приводится предпочтительное подробное описание изобретения в сочетании с прилагаемыми чертежами, где:For a clearer understanding of the objectives, technical solutions and advantages of the present invention, the following is a preferred detailed description of the invention in conjunction with the accompanying drawings, where:
• Фигура 1 представляет собой схематическую блок-схему способа производства железа прямого восстановления с использованием водородной шахтной печи согласно настоящему изобретению;• Figure 1 is a schematic flow chart of a method for producing direct reduced iron using a hydrogen shaft furnace according to the present invention;
• Фигура 2 представляет собой схематическую структурную схему устройства для производства железа прямого восстановления с использованием водородной шахтной печи согласно настоящему изобретению.• Figure 2 is a schematic structural diagram of an apparatus for producing direct reduced iron using a hydrogen shaft furnace according to the present invention.
Подробное описание вариантов осуществленияDetailed description of embodiments
Следующие конкретные примеры иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники могут легко понять другие преимущества и эффекты настоящего изобретения из содержания, раскрытого в настоящем описании. Настоящее изобретение также может быть реализовано или применено через различные конкретные варианты осуществления, и могут быть внесены различные модификации или изменения в детали, представленные в этом описании, на основе различных точек зрения и приложений без отступления от духа настоящего изобретения. Следует отметить, что изображения, предоставленные в следующих вариантах осуществления, служат только для иллюстративных целей для объяснения основной концепции настоящего изобретения. В случае отсутствия конфликта, следующие варианты осуществления и содержащиеся в них характеристики могут быть комбинированы друг с другом.The following specific examples illustrate embodiments of the present invention. Those skilled in the art can readily understand other advantages and effects of the present invention from the content disclosed in this description. The present invention can also be implemented or applied through various specific embodiments, and various modifications or changes can be made to the details presented in this description based on various viewpoints and applications without departing from the spirit of the present invention. It should be noted that the images provided in the following embodiments are for illustrative purposes only to explain the basic concept of the present invention. In the absence of a conflict, the following embodiments and the characteristics contained therein can be combined with one another.
Чертежи служат исключительно для примерных целей, представляя собой схематические диаграммы, а не фактические физические диаграммы, и не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение. Для лучшего объяснения вариантов осуществления настоящего изобретения, некоторые части чертежей могут быть опущены, увеличены или уменьшены и не представляют фактические размеры продукта. Для специалистов в данной области техники понятно, что некоторые известные структуры и их описания на чертежах могут быть опущены.The drawings are for exemplary purposes only, representing schematic diagrams rather than actual physical diagrams, and should not be construed as limiting the present invention. To better explain embodiments of the present invention, some portions of the drawings may be omitted, enlarged, or reduced in size, and do not represent the actual dimensions of the product. Those skilled in the art will appreciate that certain known structures and their descriptions may be omitted from the drawings.
На чертежах вариантов осуществления настоящего изобретения одинаковые или аналогичные номера обозначений соответствуют одинаковым или аналогичным компонентам. В описании настоящего изобретения необходимо понимать, что если используются термины "верхний", "нижний", "левый", "правый", "передний", "задний" и другие, указывающие на ориентацию или пространственное расположение, они основаны на ориентации или пространственном расположении, показанных на чертежах, и используются только для удобства описания настоящего изобретения и упрощения описания. Они не указывают и не подразумевают, что устройства или элементы, на которые они ссылаются, должны иметь определенную ориентацию, быть сконструированы в определенной ориентации или работать в определенной ориентации. Таким образом, термины, описывающие пространственное расположение на чертежах, используются только для иллюстративных целей и не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение. Для специалистов в данной области техники конкретные значения вышеупомянутых терминов могут быть поняты в соответствии с конкретными обстоятельствами.In the drawings of embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals correspond to the same or similar components. In the description of the present invention, it should be understood that when the terms "upper," "lower," "left," "right," "front," "rear," and others are used to indicate orientation or spatial arrangement, they are based on the orientation or spatial arrangement shown in the drawings and are used only for the convenience of describing the present invention and to simplify the description. They do not indicate or imply that the devices or elements to which they refer must have a certain orientation, be designed in a certain orientation, or operate in a certain orientation. Accordingly, the terms describing spatial arrangement in the drawings are used for illustrative purposes only and should not be considered as limiting the present invention. For those skilled in the art, the specific meanings of the aforementioned terms can be understood in accordance with specific circumstances.
На фигуре 1 показан способ производства железа прямого восстановления с использованием водородной шахтной печи, включающий:Figure 1 shows a method for producing direct reduced iron using a hydrogen shaft furnace, comprising:
• S1: Получение отходящего газа с верхней части газовой шахтной печи;• S1: Receiving exhaust gas from the top of the gas shaft furnace;
• S2: Проведение декарбонизации отходящего газа для получения CO2 и декарбонизированного газа;• S2: Carrying out decarbonization of exhaust gas to obtain CO2 and decarbonized gas;
• S3: Повышение давления CO2 и его смешивание с подаваемым газом H2;• S3: Increasing the pressure of CO 2 and mixing it with the supplied H 2 gas;
• S4: Подвергание смешанного газа CO2 и газа H2 реакции конверсии водяного газа для получения углеродсодержащего обогащенного водородом газа, который включает H2, CO и H2O;• S4: Subjecting a mixed CO2 gas and H2 gas to a water gas shift reaction to produce a carbon-containing hydrogen-rich gas which includes H2 , CO and H2O ;
• S5: Смешивание декарбонизированного газа с углеродсодержащим обогащенным водородом газом, добавление углеводородного газа и повторное смешивание для получения восстановительного газа шахтной печи;• S5: Mixing decarbonized gas with carbon-containing hydrogen-rich gas, adding hydrocarbon gas and mixing again to obtain shaft furnace reducing gas;
• S6: Введение восстановительного газа шахтной печи в газовую шахтную печь для получения железа прямого восстановления.• S6: Introducing shaft furnace reducing gas into a gas shaft furnace to produce direct reduced iron.
Смешивая дополнительный водород с диоксидом углерода, образующимся в процессе внутренней циркуляции, и достигая углеродной трансформации в процессе шахтной печи посредством реакции конверсии водяного газа, осуществляется внутренняя циркуляция углерода без выбросов оксидов углерода. По сравнению с традиционными процессами газовых шахтных печей, этот метод более экологичен и имеет низкий уровень выбросов углерода, со значительными экологическими преимуществами. Система процесса требует лишь небольшого количества углеводородного газа для поддержания потребности в науглероживании для шахтной печи DRI и балансировки циркулирующего восстановительного газа, делая макет процесса простым, а энергопотребление относительно низким.By mixing additional hydrogen with the carbon dioxide generated during internal circulation and achieving carbon transformation in the shaft furnace through a water-gas shift reaction, internal carbon circulation is achieved without carbon oxide emissions. Compared to traditional gas-fired shaft furnace processes, this method is more environmentally friendly and has low carbon emissions, with significant environmental benefits. The process system requires only a small amount of hydrocarbon gas to support the carburization needs of the DRI shaft furnace and balance the circulating reducing gas, making the process layout simple and energy consumption relatively low.
В некоторых реализациях перед декарбонизацией отходящего газа он проходит промывку и обезвоживание.In some implementations, the exhaust gas undergoes washing and dehydration before decarbonization.
Дополнительно, после получения углеродсодержащего обогащенного водородом газа от реакции конверсии водяного газа, процесс включает:Additionally, after obtaining the carbon-containing hydrogen-rich gas from the water gas shift reaction, the process includes:
• Обмен теплом с углеродсодержащим обогащенным водородом газом, подачу полученного тепла в реакцию конверсии водяного газа и обезвоживание углеродсодержащего обогащенного водородом газа.• Heat exchange with carbon-containing hydrogen-rich gas, feeding the resulting heat into a water gas conversion reaction and dehydrating the carbon-containing hydrogen-rich gas.
Дополнительно, углеводородный газ включает по крайней мере один из следующих: природный газ, сжиженный нефтяной газ.Additionally, hydrocarbon gas includes at least one of the following: natural gas, liquefied petroleum gas.
Дополнительно, на этапе повышения давления CO2 и его смешивания с подаваемым газом H2, молярное соотношение подаваемого газа H2 к CO2 составляет от 1,5 до 5,0. Например, давление дополнительного H2 составляет ≥1,0 МПа (манометрическое давление); давление CO2 после повышения давления составляет ≥1,0 МПа (манометрическое давление). Далее, смешанный газ проходит через систему реакции конверсии водяного газа, генерируя углеродсодержащий обогащенный водородом газ, состоящий в основном из H2, CO и H2O.Additionally, in the step of pressurizing CO2 and mixing it with the H2 feed gas, the molar ratio of the H2 feed gas to CO2 is 1.5 to 5.0. For example, the pressure of the additional H2 is ≥1.0 MPa (gauge pressure); the pressure of CO2 after pressurizing is ≥1.0 MPa (gauge pressure). Next, the mixed gas passes through the water gas shift reaction system to generate a carbon-containing hydrogen-rich gas consisting mainly of H2 , CO, and H2O .
Основная химическая реакция системы реакции конверсии водяного газа: H2(г) + CO2(г) → CO(г) + H2O(г); требуемая температура для системы реакции конверсии водяного газа составляет 200°С~900°С; общая степень преобразования CO2 в системе реакции конверсии водяного газа составляет >50%.The main chemical reaction of water gas shift reaction system is: H2 (g) + CO2 (g) → CO(g) + H2O (g); the required temperature of water gas shift reaction system is 200°C~900°C; the overall conversion rate of CO2 in water gas shift reaction system is >50%.
Дополнительно, температура реакции конверсии водяного газа смешанного газа CO2 и H2 составляет 200°С~900°С.In addition, the reaction temperature of water gas conversion of mixed gas CO2 and H2 is 200°C~900°C.
Дополнительно, в углеродсодержащем обогащенном водородом газе объемная доля H2 составляет 40%~55%, CO - 15%~30%, H2O - 15%~30%, и CO2 - 0%~10%. Далее, после системы теплообмена углеродсодержащий обогащенный водородом газ имеет содержание H2 55%~70% (объемный процент), содержание CO - 20%, температуру 40°С, и H2O выделяется и повторно используется в виде свободной воды. Углеродсодержащий обогащенный водородом газ после системы теплообмена смешивается с декарбонизированным газом, выходящим из системы декарбонизации газа. Эта смесь, вместе с дополнительным H2 и природным газом, которые были отрегулированы по давлению и предварительно обработаны на интерфейсном конце системы шахтной печи, образует восстановительный газ для шахтной печи.In addition, the carbon-containing hydrogen-rich gas has a volume fraction of 40%~55% H2 , 15%~30% CO, 15%~30% H2O , and 0%~10% CO2 . Then, after passing through the heat exchange system, the carbon-containing hydrogen-rich gas has an H2 content of 55%~70% (volume percentage), a CO content of 20%, a temperature of 40°C, and H2O is separated and reused as free water. The carbon-containing hydrogen-rich gas after the heat exchange system is mixed with the decarbonized gas exiting the gas decarbonization system. This mixture, together with additional H2 and natural gas, which have been pressure-adjusted and pre-treated at the interface end of the shaft kiln system, forms a reducing gas for the shaft kiln.
Чистота дополнительного H2 составляет >99,9%; дополнительный природный газ - это очищенный природный газ или сжиженный нефтяной газ (LPG).The purity of the additional H2 is >99.9%; the additional natural gas is purified natural gas or liquefied petroleum gas (LPG).
Далее, восстановительный газ для шахтной печи нагревается в трубчатой нагревательной печи до определенной температуры перед подачей в шахтную печь для производства железа прямого восстановления. Температура восстановительного газа после нагрева составляет 850°С, а давление восстановительного газа, подаваемого в шахтную печь, составляет 1,0 МПа (манометрическое давление).Next, the reducing gas for the shaft furnace is heated in a tubular heating furnace to a predetermined temperature before being fed into the shaft furnace for direct-reduced iron production. The reducing gas temperature after heating is 850°C, and the reducing gas pressure fed into the shaft furnace is 1.0 MPa (gauge pressure).
Далее, верхний газ, выбрасываемый с верхней части шахтной печи, после очистки, промывки и системы декарбонизации газа выводит побочный продукт CO2 с содержанием CO2 >90% (объемный процент), диапазоном давления 0,05 МПа (манометрическое давление) и температурой 40°С.Next, the overhead gas discharged from the top of the shaft furnace, after cleaning, washing and gas decarbonization system, removes the by-product CO2 with a CO2 content of >90% (volume percentage), a pressure range of 0.05 MPa (gauge pressure) and a temperature of 40°C.
Далее, система декарбонизации газа может быть сухой или влажной декарбонизационной установкой.Furthermore, the gas decarbonization system can be either a dry or wet decarbonization plant.
Далее, декарбонизированный газ, выходящий из системы декарбонизации газа, имеет содержание H2 70%~90% (объемный процент), содержание CO - 8%~25% (объемный процент), содержание H2O - 0% (объемный процент), и температуру 40°С.Next, the decarbonized gas exiting the gas decarbonization system has an H2 content of 70%~90% (volume percentage), a CO content of 8%~25% (volume percentage), a H2O content of 0% (volume percentage), and a temperature of 40°C.
В некоторых реализациях процесс маршрута следующий: Верхний газ, выбрасываемый с верхней части шахтной печи, после очистки, промывки и системы декарбонизации газа выводит побочный продукт CO2, который затем под давлением смешивается с дополнительным H2. Смешанный газ проходит через систему реакции конверсии водяного газа генерируя углеродсодержащий обогащенный водородом газ, состоящий в основном из H2, CO и H2O. Этот углеродсодержащий обогащенный водородом газ после системы теплообмена смешивается с декарбонизированным газом, выходящим из системы декарбонизации газа. Эта смесь, вместе с дополнительным H2 и природным газом, которые были отрегулированы по давлению и предварительно обработаны на интерфейсном конце системы шахтной печи, образует восстановительный газ для шахтной печи. Восстановительный газ для шахтной печи нагревается в трубчатой нагревательной печи до определенной температуры перед подачей в шахтную печь для производства железа прямого восстановления.In some implementations, the process flow is as follows: The overhead gas discharged from the top of the shaft furnace, after cleaning, washing, and a gas decarbonization system, releases byproduct CO2 , which is then mixed under pressure with additional H2 . The mixed gas passes through a water-gas shift reaction system, generating a carbon-containing hydrogen-rich gas consisting primarily of H2 , CO, and H2O . This carbon-containing hydrogen-rich gas, after a heat exchange system, is mixed with the decarbonized gas exiting the gas decarbonization system. This mixture, together with additional H2 and natural gas, which have been pressure-adjusted and pre-treated at the interface end of the shaft furnace system, forms the reducing gas for the shaft furnace. The reducing gas for the shaft furnace is heated in a tubular heating furnace to a certain temperature before being fed to the shaft furnace for direct reduced iron production.
На фигуре 2 показано устройство для производства железа прямого восстановления с использованием водородной шахтной печи, включающее:Figure 2 shows an apparatus for producing direct reduced iron using a hydrogen shaft furnace, comprising:
• Газовая шахтная печь для получения отходящего газа;• Gas shaft furnace for obtaining exhaust gas;
• Система декарбонизации для проведения декарбонизации отходящего газа для получения CO2 и декарбонизированного газа;• Decarbonization system for decarbonization of exhaust gas to produce CO2 and decarbonized gas;
• Первая система смешивания для повышения давления CO2 и его смешивания с подаваемым газом H2;• First mixing system to increase the pressure of CO2 and mix it with the supplied H2 gas;
• Система реакции конверсии водяного газа для проведения реакции конверсии водяного газа смешанного газа CO2 и H2 для получения углеродсодержащего обогащенного водородом газа, включающего H2, CO и H2O;• A water gas shift reaction system for carrying out a water gas shift reaction of a mixed gas of CO2 and H2 to produce a carbon-containing hydrogen-rich gas including H2 , CO and H2O ;
• Вторая система смешивания для смешивания декарбонизированного газа с углеродсодержащим обогащенным водородом газом, дополнение H2 и углеводородного газа и повторное смешивание для получения восстановительного газа для шахтной печи;• The second mixing system for mixing the decarbonized gas with the carbon-containing hydrogen-rich gas, adding H2 and hydrocarbon gas, and re-mixing to produce reducing gas for the shaft furnace;
• Система вывода для нагрева восстановительного газа для шахтной печи в трубчатой нагревательной печи перед подачей его в газовую шахтную печь для производства железа прямого восстановления.• An exhaust system for heating the reducing gas for the shaft furnace in a tubular heating furnace before feeding it to the gas-fired shaft furnace for producing direct reduced iron.
Дополнительно, на выходе газовой шахтной печи предусмотрена система очистки и промывки газа для промывки и обезвоживания отходящего газа.Additionally, a gas cleaning and washing system is provided at the outlet of the gas shaft furnace for washing and dehydrating the exhaust gas.
Дополнительно, на выходе системы реакции конверсии водяного газа предусмотрена система теплообмена для обмена теплом с углеродсодержащим обогащенным водородом газом, с подачей полученного тепла в реакцию конверсии водяного газа.Additionally, at the outlet of the water gas reforming reaction system, a heat exchange system is provided for exchanging heat with the carbon-containing hydrogen-enriched gas, with the resulting heat being supplied to the water gas reforming reaction.
Следующее описание подробно объясняет технические решения настоящего изобретения через конкретные варианты осуществления:The following description explains in detail the technical solutions of the present invention through specific embodiments:
Вариант осуществления 1Embodiment 1
Верхний газ, выбрасываемый с верхней части шахтной печи, после очистки, промывки и системы декарбонизации газа выводит побочный продукт CO2. После повышения давления и смешивания с дополнительным H2 смешанный газ проходит через систему реакции конверсии водяного газа, генерируя углеродсодержащий обогащенный водородом газ, состоящий в основном из H2, CO и H2O. После прохождения через систему теплообмена углеродсодержащий обогащенный водородом газ смешивается с декарбонизированным газом из системы декарбонизации газа и дополнительно смешивается с дополнительным H2 и природным газом, которые были отрегулированы по давлению и предварительно обработаны на интерфейсном конце системы шахтной печи, образуя восстановительный газ для шахтной печи. Этот восстановительный газ затем нагревается в трубчатой нагревательной печи до определенной температуры перед подачей в шахтную печь для производства железа прямого восстановления.The overhead gas discharged from the top of the shaft furnace, after cleaning, washing, and gas decarbonization, removes the by-product CO2 . After pressurization and mixing with additional H2, the mixed gas passes through a water gas shift reaction system, generating carbon-containing hydrogen-rich gas consisting mainly of H2 , CO, and H2O . After passing through the heat exchange system, the carbon-containing hydrogen-rich gas is mixed with the decarbonized gas from the gas decarbonization system and further mixed with additional H2 and natural gas, which have been pressure-adjusted and pre-treated at the interface end of the shaft furnace system, to form a reducing gas for the shaft furnace. This reducing gas is then heated in a tubular heating furnace to a certain temperature before being fed into the shaft furnace for the production of direct reduced iron.
После повышения давления побочный продукт CO2 из системы декарбонизации газа смешивается с дополнительным H2. Давление CO2 после повышения давления составляет 1,0 МПа (манометрическое давление), а молярное соотношение дополнительного H2 к CO2 составляет 3,0. Давление дополнительного H2 составляет 1,0 МПа (манометрическое давление).After pressurization, the by-product CO2 from the gas decarbonization system is mixed with additional H2 . The pressure of CO2 after pressurization is 1.0 MPa (gauge pressure), and the molar ratio of additional H2 to CO2 is 3.0. The pressure of additional H2 is 1.0 MPa (gauge pressure).
Смешанный газ проходит через систему реакции конверсии водяного газа, генерируя углеродсодержащий обогащенный водородом газ, состоящий в основном из H2, CO и H2O. Рабочая температура в системе реакции конверсии водяного газа составляет 480°C, с коэффициентом преобразования CO2 90,5%. Полученный углеродсодержащий обогащенный водородом газ имеет следующий состав: H2: 52,6% (объемный процент), CO: 22,5% (объемный процент), H2O(г): 22,54%, остаточное содержание CO2 составляет 2,0%.The mixed gas passes through the water gas shift reaction system to generate carbonaceous hydrogen-rich gas consisting mainly of H2 , CO and H2O . The operating temperature of the water gas shift reaction system is 480°C, with a CO2 conversion rate of 90.5%. The resulting carbonaceous hydrogen-rich gas has the following composition: H2 : 52.6% (volume percentage), CO: 22.5% (volume percentage), H2O (g): 22.54%, and the residual CO2 content is 2.0%.
После прохождения через систему теплообмена углеродсодержащий обогащенный водородом газ имеет температуру 33°C, содержание H2 67,50% (объемный процент), содержание CO 28,90% (объемный процент) и остаточное содержание CO2 3,0%.After passing through the heat exchange system, the carbon-containing hydrogen-rich gas has a temperature of 33°C, an H2 content of 67.50% (volume percent), a CO content of 28.90% (volume percent), and a residual CO2 content of 3.0%.
Дополнительный H2, подаваемый на интерфейсном конце системы шахтной печи, имеет чистоту 99,9% и давление 1,0 МПа (манометрическое давление), с дополнительным природным газом, представляющим собой сжиженный нефтяной газ. Восстановительный газ для шахтной печи нагревается в трубчатой нагревательной печи, достигая температуры 900°C и давления 0,3 МПа (манометрическое давление) перед подачей в шахтную печь.The additional H2 supplied at the interface end of the shaft furnace system has a purity of 99.9% and a pressure of 1.0 MPa (gauge), along with additional natural gas, which is liquefied petroleum gas. The reducing gas for the shaft furnace is heated in a tubular heating furnace, reaching a temperature of 900°C and a pressure of 0.3 MPa (gauge) before being fed to the shaft furnace.
После очистки, промывки и системы декарбонизации газа верхний газ, выбрасываемый с верхней части шахтной печи, выводит побочный продукт CO2 с содержанием 99,8% (объемный процент), температурой 33°C и манометрическим давлением ~0,05 МПа. Система декарбонизации газа является влажной декарбонизационной установкой.After cleaning, washing, and decarbonization, the overhead gas discharged from the top of the shaft furnace produces CO2 byproducts with a content of 99.8% (volume percent), a temperature of 33°C, and a gauge pressure of ~0.05 MPa. The gas decarbonization system is a wet decarbonization unit.
Декарбонизированный газ, выходящий из системы декарбонизации газа, имеет температуру 33°C, содержание H2 87,6% (объемный процент), содержание CO 9,7% (объемный процент), содержание CO2 0,2% (объемный процент) и содержание H2O ~1% (объемный процент).The decarbonized gas leaving the gas decarbonization system has a temperature of 33°C, an H2 content of 87.6% (volume percent), a CO content of 9.7% (volume percent), a CO2 content of 0.2% (volume percent), and an H2O content of ~1% (volume percent).
Вариант осуществления 2Implementation option 2
Верхний газ, выбрасываемый с верхней части шахтной печи, после очистки, промывки и системы декарбонизации газа выводит побочный продукт CO2. После повышения давления и смешивания с дополнительным H2 смешанный газ проходит через систему реакции конверсии водяного газа, генерируя углеродсодержащий обогащенный водородом газ, состоящий в основном из H2, CO и H2O. После прохождения через систему теплообмена углеродсодержащий обогащенный водородом газ смешивается с декарбонизированным газом из системы декарбонизации газа и дополнительно смешивается с дополнительным H2 и природным газом, которые были отрегулированы по давлению и предварительно обработаны на интерфейсном конце системы шахтной печи, образуя восстановительный газ для шахтной печи. Этот восстановительный газ затем нагревается в трубчатой нагревательной печи до определенной температуры перед подачей в шахтную печь для производства железа прямого восстановления.The overhead gas discharged from the top of the shaft furnace, after cleaning, washing, and gas decarbonization, removes the by-product CO2 . After pressurization and mixing with additional H2, the mixed gas passes through a water gas shift reaction system, generating carbon-containing hydrogen-rich gas consisting mainly of H2 , CO, and H2O . After passing through the heat exchange system, the carbon-containing hydrogen-rich gas is mixed with the decarbonized gas from the gas decarbonization system and further mixed with additional H2 and natural gas, which have been pressure-adjusted and pre-treated at the interface end of the shaft furnace system, to form a reducing gas for the shaft furnace. This reducing gas is then heated in a tubular heating furnace to a certain temperature before being fed into the shaft furnace for the production of direct reduced iron.
После повышения давления побочный продукт CO2 из системы декарбонизации газа смешивается с дополнительным H2. Давление CO2 после повышения давления составляет 1,0 МПа (манометрическое давление), а молярное соотношение дополнительного H2 к CO2 составляет 3,0. Давление дополнительного H2 составляет 1,0 МПа (манометрическое давление).After pressurization, the by-product CO2 from the gas decarbonization system is mixed with additional H2 . The pressure of CO2 after pressurization is 1.0 MPa (gauge pressure), and the molar ratio of additional H2 to CO2 is 3.0. The pressure of additional H2 is 1.0 MPa (gauge pressure).
Смешанный газ проходит через систему реакции конверсии водяного газа, генерируя углеродсодержащий обогащенный водородом газ, состоящий в основном из H2, CO и H2O. Рабочая температура в системе реакции конверсии водяного газа составляет 520°C, с коэффициентом преобразования CO2 91,5%. Полученный углеродсодержащий обогащенный водородом газ имеет следующий состав: H2: 54,50% (объемный процент), CO: 17,50% (объемный процент), H2O(г): 17,50%, остаточное содержание CO2 составляет 7,50%.The mixed gas passes through the water gas shift reaction system to generate carbonaceous hydrogen-rich gas consisting mainly of H2 , CO and H2O . The operating temperature of the water gas shift reaction system is 520°C, with a CO2 conversion rate of 91.5%. The resulting carbonaceous hydrogen-rich gas has the following composition: H2 : 54.50% (volume percentage), CO: 17.50% (volume percentage), H2O (g): 17.50%, and the residual CO2 content is 7.50%.
После прохождения через систему теплообмена углеродсодержащий обогащенный водородом газ имеет температуру 38°C, содержание H2 69,4% (объемный процент), содержание CO 21,1% (объемный процент) и остаточное содержание CO2 9,0%.After passing through the heat exchange system, the carbon-containing hydrogen-rich gas has a temperature of 38°C, an H2 content of 69.4% (volume percent), a CO content of 21.1% (volume percent), and a residual CO2 content of 9.0%.
Дополнительный H2, подаваемый на интерфейсном конце системы шахтной печи, имеет чистоту 99,9% и давление 1,0 МПа (манометрическое давление), с дополнительным природным газом, представляющим собой очищенный природный газ. Восстановительный газ для шахтной печи нагревается в трубчатой нагревательной печи, достигая температуры 900°C и давления 0,3 МПа (манометрическое давление) перед подачей в шахтную печь.The additional H2 supplied at the interface end of the shaft furnace system has a purity of 99.9% and a pressure of 1.0 MPa (gauge), with additional natural gas being purified natural gas. The reducing gas for the shaft furnace is heated in a tubular heating furnace, reaching a temperature of 900°C and a pressure of 0.3 MPa (gauge) before being supplied to the shaft furnace.
После очистки, промывки и системы декарбонизации газа верхний газ, выбрасываемый с верхней части шахтной печи, выводит побочный продукт CO2 с содержанием 99,7% (объемный процент), температурой 36°C и манометрическим давлением ~0,05 МПа. Система декарбонизации газа является влажной декарбонизационной установкой.After cleaning, washing, and decarbonization, the overhead gas discharged from the top of the shaft furnace produces CO2 byproducts with a content of 99.7% (volume percent), a temperature of 36°C, and a gauge pressure of ~0.05 MPa. The gas decarbonization system is a wet decarbonization unit.
Декарбонизированный газ, выходящий из системы декарбонизации газа, имеет температуру 36°C, содержание H2 86,61% (объемный процент), содержание CO 12,41% (объемный процент), содержание CO2 0,3% (объемный процент) и содержание H2O 0,7% (объемный процент).The decarbonized gas exiting the gas decarbonization system has a temperature of 36°C, an H2 content of 86.61% (volume percent), a CO content of 12.41% (volume percent), a CO2 content of 0.3% (volume percent), and an H2O content of 0.7% (volume percent).
Вариант осуществления 3Embodiment 3
Верхний газ, выбрасываемый с верхней части шахтной печи, после очистки, промывки и системы декарбонизации газа выводит побочный продукт CO2. После повышения давления и смешивания с дополнительным H2 смешанный газ проходит через систему реакции конверсии водяного газа, генерируя углеродсодержащий обогащенный водородом газ, состоящий в основном из H2, CO и H2O. После прохождения через систему теплообмена углеродсодержащий обогащенный водородом газ смешивается с декарбонизированным газом из системы декарбонизации газа и дополнительно смешивается с дополнительным H2 и природным газом, которые были отрегулированы по давлению и предварительно обработаны на интерфейсном конце системы шахтной печи, образуя восстановительный газ для шахтной печи. Этот восстановительный газ затем нагревается в трубчатой нагревательной печи до определенной температуры перед подачей в шахтную печь для производства железа прямого восстановления.The overhead gas discharged from the top of the shaft furnace, after cleaning, washing, and gas decarbonization, removes the by-product CO2 . After pressurization and mixing with additional H2, the mixed gas passes through a water gas shift reaction system, generating carbon-containing hydrogen-rich gas consisting mainly of H2 , CO, and H2O . After passing through the heat exchange system, the carbon-containing hydrogen-rich gas is mixed with the decarbonized gas from the gas decarbonization system and further mixed with additional H2 and natural gas, which have been pressure-adjusted and pre-treated at the interface end of the shaft furnace system, to form a reducing gas for the shaft furnace. This reducing gas is then heated in a tubular heating furnace to a certain temperature before being fed into the shaft furnace for the production of direct reduced iron.
После повышения давления побочный продукт CO2 из системы декарбонизации газа смешивается с дополнительным H2. Давление CO2 после повышения давления составляет 1,0 МПа (манометрическое давление), а молярное соотношение дополнительного H2 к CO2 составляет 3,0. Давление дополнительного H2 составляет 1,0 МПа (манометрическое давление).After pressurization, the by-product CO2 from the gas decarbonization system is mixed with additional H2 . The pressure of CO2 after pressurization is 1.0 MPa (gauge pressure), and the molar ratio of additional H2 to CO2 is 3.0. The pressure of additional H2 is 1.0 MPa (gauge pressure).
Смешанный газ проходит через систему реакции конверсии водяного газа, генерируя углеродсодержащий обогащенный водородом газ, состоящий в основном из H2, CO и H2O. Рабочая температура в системе реакции конверсии водяного газа составляет 520°C, с коэффициентом преобразования CO2 92%. Полученный углеродсодержащий обогащенный водородом газ имеет следующий состав: H2: 57,57% (объемный процент), CO: 17,47% (объемный процент), H2O(г): 17,47%, остаточное содержание CO2 составляет 7,4%.The mixed gas passes through the water gas shift reaction system to generate carbonaceous hydrogen-rich gas consisting mainly of H2 , CO and H2O . The working temperature of the water gas shift reaction system is 520°C, with a CO2 conversion efficiency of 92%. The resulting carbonaceous hydrogen-rich gas has the following composition: H2 : 57.57% (volume percentage), CO: 17.47% (volume percentage), H2O (g): 17.47%, and the residual CO2 content is 7.4%.
После прохождения через систему теплообмена углеродсодержащий обогащенный водородом газ имеет температуру 34°C, содержание H2 69,51% (объемный процент), содержание CO 21,09% (объемный процент) и остаточное содержание CO2 8,9%.After passing through the heat exchange system, the carbon-containing hydrogen-rich gas has a temperature of 34°C, an H2 content of 69.51% (volume percent), a CO content of 21.09% (volume percent), and a residual CO2 content of 8.9%.
Дополнительный H2, подаваемый на интерфейсном конце системы шахтной печи, имеет чистоту 99,9% и давление 1,0 МПа (манометрическое давление), с дополнительным природным газом, представляющим собой очищенный природный газ. Восстановительный газ для шахтной печи нагревается в трубчатой нагревательной печи, достигая температуры 900°C и давления 0,3 МПа (манометрическое давление) перед подачей в шахтную печь.The additional H2 supplied at the interface end of the shaft furnace system has a purity of 99.9% and a pressure of 1.0 MPa (gauge), with additional natural gas being purified natural gas. The reducing gas for the shaft furnace is heated in a tubular heating furnace, reaching a temperature of 900°C and a pressure of 0.3 MPa (gauge) before being supplied to the shaft furnace.
После очистки, промывки и системы декарбонизации газа верхний газ, выбрасываемый с верхней части шахтной печи, выводит побочный продукт CO2 с содержанием 99,6% (объемный процент), температурой 35°C и манометрическим давлением ~0,05 МПа. Система декарбонизации газа является влажной декарбонизационной установкой.After cleaning, washing, and decarbonization, the overhead gas discharged from the top of the shaft furnace produces CO2 byproducts with a content of 99.6% (volume percent), a temperature of 35°C, and a gauge pressure of ~0.05 MPa. The gas decarbonization system is a wet decarbonization unit.
Декарбонизированный газ, выходящий из системы декарбонизации газа, имеет температуру 35°C, содержание H2 82,5% (объемный процент), содержание CO 16,4% (объемный процент), содержание CO2 0,4% (объемный процент) и содержание H2O 0,7% (объемный процент).The decarbonized gas leaving the gas decarbonization system has a temperature of 35°C, an H2 content of 82.5% (volume percent), a CO content of 16.4% (volume percent), a CO2 content of 0.4% (volume percent), and an H2O content of 0.7% (volume percent).
Вариант осуществления 4Embodiment 4
Верхний газ, выбрасываемый с верхней части шахтной печи, после очистки, промывки и системы декарбонизации газа выводит побочный продукт CO2. После повышения давления и смешивания с дополнительным H2 смешанный газ проходит через систему реакции конверсии водяного газа, генерируя углеродсодержащий обогащенный водородом газ, состоящий в основном из H2, CO и H2O. После прохождения через систему теплообмена углеродсодержащий обогащенный водородом газ смешивается с декарбонизированным газом из системы декарбонизации газа и дополнительно смешивается с дополнительным H2 и природным газом, которые были отрегулированы по давлению и предварительно обработаны на интерфейсном конце системы шахтной печи, образуя восстановительный газ для шахтной печи. Этот восстановительный газ затем нагревается в трубчатой нагревательной печи до определенной температуры перед подачей в шахтную печь для производства железа прямого восстановления.The overhead gas discharged from the top of the shaft furnace, after cleaning, washing, and gas decarbonization, removes the by-product CO2 . After pressurization and mixing with additional H2, the mixed gas passes through a water gas shift reaction system, generating carbon-containing hydrogen-rich gas consisting mainly of H2 , CO, and H2O . After passing through the heat exchange system, the carbon-containing hydrogen-rich gas is mixed with the decarbonized gas from the gas decarbonization system and further mixed with additional H2 and natural gas, which have been pressure-adjusted and pre-treated at the interface end of the shaft furnace system, to form a reducing gas for the shaft furnace. This reducing gas is then heated in a tubular heating furnace to a certain temperature before being fed into the shaft furnace for the production of direct reduced iron.
После повышения давления побочный продукт CO2 из системы декарбонизации газа смешивается с дополнительным H2. Давление CO2 после повышения давления составляет 1,0 МПа (манометрическое давление), а молярное соотношение дополнительного H2 к CO2 составляет 2,0. Давление дополнительного H2 составляет 1,0 МПа (манометрическое давление).After pressurization, the by-product CO2 from the gas decarbonization system is mixed with additional H2 . The pressure of CO2 after pressurization is 1.0 MPa (g), and the molar ratio of additional H2 to CO2 is 2.0. The pressure of additional H2 is 1.0 MPa (g).
Смешанный газ проходит через систему реакции конверсии водяного газа, генерируя углеродсодержащий обогащенный водородом газ, состоящий в основном из H2, CO и H2O. Рабочая температура в системе реакции конверсии водяного газа составляет 500°C, с коэффициентом преобразования CO2 90%. Полученный углеродсодержащий обогащенный водородом газ имеет следующий состав: H2: 43,33% (объемный процент), CO: 23,3% (объемный процент), H2O(г): 23,3%, остаточное содержание CO2 составляет 10,0%.The mixed gas passes through the water gas shift reaction system to generate carbonaceous hydrogen-rich gas consisting mainly of H2 , CO and H2O . The operating temperature of the water gas shift reaction system is 500°C, with a CO2 conversion efficiency of 90%. The resulting carbonaceous hydrogen-rich gas has the following composition: H2 : 43.33% (volume percentage), CO: 23.3% (volume percentage), H2O (g): 23.3%, and the residual CO2 content is 10.0%.
После прохождения через систему теплообмена углеродсодержащий обогащенный водородом газ имеет температуру 35°C, содержание H2 56,31% (объемный процент), содержание CO 30,32% (объемный процент) и остаточное содержание CO2 12,9%.After passing through the heat exchange system, the carbon-containing hydrogen-rich gas has a temperature of 35°C, an H2 content of 56.31% (volume percent), a CO content of 30.32% (volume percent), and a residual CO2 content of 12.9%.
Дополнительный H2, подаваемый на интерфейсном конце системы шахтной печи, имеет чистоту 99,9% и давление 1,0 МПа (манометрическое давление), с дополнительным природным газом, представляющим собой сжиженный нефтяной газ. Восстановительный газ для шахтной печи нагревается в трубчатой нагревательной печи, достигая температуры 900°C и давления 0,3 МПа (манометрическое давление) перед подачей в шахтную печь.The additional H2 supplied at the interface end of the shaft furnace system has a purity of 99.9% and a pressure of 1.0 MPa (gauge), along with additional natural gas, which is liquefied petroleum gas. The reducing gas for the shaft furnace is heated in a tubular heating furnace, reaching a temperature of 900°C and a pressure of 0.3 MPa (gauge) before being fed to the shaft furnace.
После очистки, промывки и системы декарбонизации газа верхний газ, выбрасываемый с верхней части шахтной печи, выводит побочный продукт CO2 с содержанием 99,4% (объемный процент), температурой 35°C и манометрическим давлением ~0,06 МПа. Система декарбонизации газа является влажной декарбонизационной установкой.After cleaning, washing, and decarbonization, the overhead gas discharged from the top of the shaft furnace produces CO2 byproducts with a content of 99.4% (volume percent), a temperature of 35°C, and a gauge pressure of ~0.06 MPa. The gas decarbonization system is a wet decarbonization unit.
Декарбонизированный газ, выходящий из системы декарбонизации газа, имеет температуру 35°C, содержание H2 74,12% (объемный процент), содержание CO 24,57% (объемный процент), содержание CO2 0,6% (объемный процент) и содержание H2O 0,7% (объемный процент).The decarbonized gas exiting the gas decarbonization system has a temperature of 35°C, an H2 content of 74.12% (volume percent), a CO content of 24.57% (volume percent), a CO2 content of 0.6% (volume percent), and an H2O content of 0.7% (volume percent).
Вариант осуществления 5Embodiment 5
Верхний газ, выбрасываемый с верхней части шахтной печи, после очистки, промывки и системы декарбонизации газа выводит побочный продукт CO2. После повышения давления и смешивания с дополнительным H2 смешанный газ проходит через систему реакции конверсии водяного газа, генерируя углеродсодержащий обогащенный водородом газ, состоящий в основном из H2, CO и H2O. После прохождения через систему теплообмена углеродсодержащий обогащенный водородом газ смешивается с декарбонизированным газом из системы декарбонизации газа и дополнительно смешивается с дополнительным H2 и природным газом, которые были отрегулированы по давлению и предварительно обработаны на интерфейсном конце системы шахтной печи, образуя восстановительный газ для шахтной печи. Этот восстановительный газ затем нагревается в трубчатой нагревательной печи до определенной температуры перед подачей в шахтную печь для производства железа прямого восстановления.The overhead gas discharged from the top of the shaft furnace, after cleaning, washing, and gas decarbonization, removes the by-product CO2 . After pressurization and mixing with additional H2, the mixed gas passes through a water gas shift reaction system, generating carbon-containing hydrogen-rich gas consisting mainly of H2 , CO, and H2O . After passing through the heat exchange system, the carbon-containing hydrogen-rich gas is mixed with the decarbonized gas from the gas decarbonization system and further mixed with additional H2 and natural gas, which have been pressure-adjusted and pre-treated at the interface end of the shaft furnace system, to form a reducing gas for the shaft furnace. This reducing gas is then heated in a tubular heating furnace to a certain temperature before being fed into the shaft furnace for the production of direct reduced iron.
После повышения давления побочный продукт CO2 из системы декарбонизации газа смешивается с дополнительным H2. Давление CO2 после повышения давления составляет 1,0 МПа (манометрическое давление), а молярное соотношение дополнительного H2 к CO2 составляет 1,6. Давление дополнительного H2 составляет 1,0 МПа (манометрическое давление).After pressurization, the by-product CO2 from the gas decarbonization system is mixed with additional H2 . The pressure of CO2 after pressurization is 1.0 MPa (g), and the molar ratio of additional H2 to CO2 is 1.6. The pressure of additional H2 is 1.0 MPa (g).
Смешанный газ проходит через систему реакции конверсии водяного газа, генерируя углеродсодержащий обогащенный водородом газ, состоящий в основном из H2, CO и H2O. Рабочая температура в системе реакции конверсии водяного газа составляет 500°C, с коэффициентом преобразования CO2 88%. Полученный углеродсодержащий обогащенный водородом газ имеет следующий состав: H2: 33,63% (объемный процент), CO: 27,3% (объемный процент), H2O(г): 27,3%, остаточное содержание CO2 составляет 11,7%.The mixed gas passes through the water gas shift reaction system to generate carbonaceous hydrogen-rich gas consisting mainly of H2 , CO and H2O . The working temperature of the water gas shift reaction system is 500°C, with a CO2 conversion efficiency of 88%. The resulting carbonaceous hydrogen-rich gas has the following composition: H2 : 33.63% (volume percentage), CO: 27.3% (volume percentage), H2O (g): 27.3%, and the residual CO2 content is 11.7%.
После прохождения через систему теплообмена углеродсодержащий обогащенный водородом газ имеет температуру 35°C, содержание H2 46,10% (объемный процент), содержание CO 37,47% (объемный процент) и остаточное содержание CO2 16,06%.After passing through the heat exchange system, the carbon-containing hydrogen-rich gas has a temperature of 35°C, an H2 content of 46.10% (volume percent), a CO content of 37.47% (volume percent), and a residual CO2 content of 16.06%.
Дополнительный H2, подаваемый на интерфейсном конце системы шахтной печи, имеет чистоту 99,9% и давление 1,0 МПа (манометрическое давление), с дополнительным ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ, представляющим собой сжиженный нефтяной газ. Восстановительный газ для шахтной печи нагревается в трубчатой нагревательной печи, достигая температуры 900°C и давления 0,3 МПа (манометрическое давление) перед подачей в шахтную печь.The additional H2 supplied at the interface end of the shaft furnace system has a purity of 99.9% and a pressure of 1.0 MPa (gauge), with additional NATURAL GAS, which is liquefied petroleum gas. The reducing gas for the shaft furnace is heated in a tubular heating furnace, reaching a temperature of 900°C and a pressure of 0.3 MPa (gauge) before being supplied to the shaft furnace.
После очистки, промывки и системы декарбонизации газа верхний газ, выбрасываемый с верхней части шахтной печи, выводит побочный продукт CO2 с содержанием 99,4% (объемный процент), температурой 35°C и манометрическим давлением ~0,06 МПа. Система декарбонизации газа является влажной декарбонизационной установкой.After cleaning, washing, and decarbonization, the overhead gas discharged from the top of the shaft furnace produces CO2 byproducts with a content of 99.4% (volume percent), a temperature of 35°C, and a gauge pressure of ~0.06 MPa. The gas decarbonization system is a wet decarbonization unit.
Декарбонизированный газ, выходящий из системы декарбонизации газа, имеет температуру 35°C, содержание H2 74,12% (объемный процент), содержание CO 24,57% (объемный процент), содержание CO2 0,6% (объемный процент) и содержание H2O 0,7% (объемный процент).The decarbonized gas leaving the gas decarbonization system has a temperature of 35°C, an H2 content of 74.12 % (volume percent), a CO content of 24.57% (volume percent), a CO2 content of 0.6% (volume percent), and an H2O content of 0.7% (volume percent).
Заключительные примечанияConcluding remarks
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления предназначены только для иллюстрации технических решений настоящего изобретения, а не для их ограничения. Хотя настоящее изобретение было подробно описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалисты в данной области техники должны понимать, что могут быть внесены изменения или эквивалентные замены в технические решения настоящего изобретения без отступления от духа и объема технических решений, и они должны быть охвачены в пределах объема притязаний настоящего изобретения.It should be noted that the above embodiments are intended only to illustrate the technical solutions of the present invention and not to limit them. Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will understand that changes or equivalent substitutions can be made to the technical solutions of the present invention without departing from the spirit and scope of the technical solutions, and they should be encompassed within the scope of the present invention.
Claims (23)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210248606.1 | 2022-03-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2024127553A RU2024127553A (en) | 2024-10-11 |
| RU2847332C2 true RU2847332C2 (en) | 2025-10-03 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU747402A3 (en) * | 1973-02-20 | 1980-07-23 | Армко Стил Корпорейшн (Фирма) | Reducing gas producing method |
| RU2285047C1 (en) * | 2004-02-23 | 2006-10-10 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Method of production of iron by direct reduction and device for realization of this method |
| CN106521073A (en) * | 2016-12-16 | 2017-03-22 | 江苏省冶金设计院有限公司 | System and method for preparing direct reduced iron through top gas |
| CN107058663A (en) * | 2017-03-14 | 2017-08-18 | 江苏省冶金设计院有限公司 | A kind of system and method for producing DRI |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU747402A3 (en) * | 1973-02-20 | 1980-07-23 | Армко Стил Корпорейшн (Фирма) | Reducing gas producing method |
| RU2285047C1 (en) * | 2004-02-23 | 2006-10-10 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Method of production of iron by direct reduction and device for realization of this method |
| CN106521073A (en) * | 2016-12-16 | 2017-03-22 | 江苏省冶金设计院有限公司 | System and method for preparing direct reduced iron through top gas |
| CN107058663A (en) * | 2017-03-14 | 2017-08-18 | 江苏省冶金设计院有限公司 | A kind of system and method for producing DRI |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102298466B1 (en) | Combined system for producing steel and method for operating the combined system | |
| TWI660072B (en) | Method for reducing co2 emissions in the operation of a metallurgical plant | |
| KR102298465B1 (en) | Method for generating synthesis gas in conjunction with a smelting works | |
| CN114574650A (en) | Method and device for producing direct reduced iron by using hydrogen-based shaft furnace | |
| Li et al. | Thermodynamic performance analysis and environmental impact assessment of an integrated system for hydrogen generation and steelmaking | |
| JP2016529384A (en) | Reduction of iron oxide to metallic iron using coke oven gas and oxygen steelmaking furnace gas | |
| TWI803522B (en) | Method for producing hot synthesis gas, in particular for use in blast furnace operation | |
| CN114574649B (en) | Method for producing hydrogen-based reduced iron by using coke oven gas | |
| CN114959153A (en) | Process for producing direct reduced iron by hydrogen-rich shaft furnace | |
| CN105734190A (en) | Oxygen blast furnace and gas-based shaft kiln combination production system and combination production method | |
| JP2019501103A (en) | Method for decomposing and recycling carbon dioxide using a hot stove | |
| CN108315523A (en) | Carbon dioxide-methane self-heating recapitalization produces the method and system of direct reduced iron | |
| KR20230119202A (en) | Smart Hydrogen Production for DRI Manufacturing | |
| JP2025510857A (en) | Ammonia NH3-Based Reduction of Metal Oxide-Containing Materials | |
| RU2847332C2 (en) | Method and apparatus for producing direct reduced iron in a hydrogen shaft furnace | |
| CN105586452A (en) | Joint production system and joint production method of oxygen blast furnace and gas-based shaft kiln | |
| TW202336237A (en) | Method for operating a blast furnace installation | |
| CN112662824A (en) | Blast furnace hydrogen-rich smelting process for efficiently utilizing metallurgical waste gas | |
| CN110054152B (en) | A kind of on-line upgrading treatment method of converter gas | |
| CN106435081A (en) | Preparation system of direct reduction iron and preparation method | |
| JP2019206453A (en) | Reforming device and reforming method for by-product gas of steel plant | |
| Eveloy et al. | Comparative energy, emissions and economic assessment of low-carbon iron and steel making processes using imported liquid organic hydrogen carrier options | |
| KR20230075410A (en) | How to operate blast furnace equipment | |
| CN117337336A (en) | Method for manufacturing direct reduced iron and direct reduced iron manufacturing equipment | |
| WO2025073389A1 (en) | Steel industry decarbonization system and relative method |