RU2808735C1

RU2808735C1 - Restored iron production line and method for obtaining restored iron

Info

Publication number: RU2808735C1
Application number: RU2022130165A
Authority: RU
Inventors: Койти ТАКАХАСИ; Сумито ОДЗАВА; Юки КАВАСИРИ; Юя МОРИТА; Тайхэй НУТИ; Мититака САТО
Original assignee: ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2021-01-06
Publication date: 2023-12-04

Abstract

FIELD: reduced iron production.

SUBSTANCE: group of inventions is related to a production line of reduced iron and methods for producing reduced iron using said line. The line contains a blast furnace configured to reduce iron oxide, a reduction furnace configured to reduce iron oxide, a methane synthesis reactor configured to synthesize methane from blast furnace gas and/or blast furnace gas and hydrogen gas, a supercharger configured to inject methane gas synthesized in the methane synthesis reactor into a blast furnace, a reforming thermoreactor configured to carry out heating or heating-reforming of blast furnace gas and/or top gas and methane gas synthesized in the methane synthesis reactor to form a reducing gas, a reducing gas pump, configured to inject reducing gas into the reduction furnace, and a supply channel configured to supply top gas to the methane synthesis reactor and/or reforming thermoreactor.

EFFECT: ensures energy saving and reduction of CO₂ emissions during the production of reduced iron from iron oxide.

10 cl, 6 dwg, 5 ex

Description

Область техникиField of technology

Настоящее изобретение относится к линии производства восстановленного железа и способу получения восстановленного железа с использованием указанной линии производства восстановленного железа.The present invention relates to a reduced iron production line and a method for producing reduced iron using the reduced iron production line.

Уровень техникиState of the art

В последние годы в различных областях настоятельно необходимыми являются энергосбережение и сокращение выбросов диоксида углерода (CO₂) вследствие глобальных экологических проблем и проблем истощения запасов горючих ископаемых. Это также относится к сталелитейным заводам, и меры по энергосбережению принимаются в каждом процессе сталелитейного завода.In recent years, energy conservation and reduction of carbon dioxide (CO ₂ ) emissions have been urgently needed in various fields due to global environmental problems and problems of depletion of fossil fuels. This also applies to steel mills, and energy saving measures are taken in every process of a steel mill.

Основное исходное вещество для производства железа представляет собой оксид железа, и основополагающим на сталелитейном заводе является восстановительный процесс восстановления оксида железа. Типичный восстановительный процесс, применяемый в мире чаще всего, осуществляют в доменной печи. В доменной печи кокс и тонкоизмельчённый уголь подвергаются взаимодействию с кислородом горячего воздуха (воздуха, нагретого примерно до1200 °C), подаваемого в фурму, с образованием газов CO и H₂ (восстановительный газ), а при использовании восстановительного газа железная руда и подобные ей материалы восстанавливаются в печи. В последние годы в результате усовершенствования технологии функционирования доменной печи расход восстановителя (количество кокса и тонкоизмельчённого угля, используемого на 1 т производимого горячего металла) был уменьшен примерно до 500 кг/т. Дальнейшего существенного снижения расхода восстановителя ожидать невозможно, поскольку уменьшение указанного расхода достигло своего предела.The main raw material for iron production is iron oxide, and the iron oxide reduction process is fundamental in a steel mill. The typical reduction process most commonly used around the world is carried out in a blast furnace. In a blast furnace, coke and fine coal are reacted with oxygen from the hot air (air heated to approximately 1200 °C) supplied to the tuyere to produce CO and _H2 gases (reducing gas), and when reducing gas is used, iron ore and similar materials are restored in the oven. In recent years, as a result of improvements in blast furnace operating technology, the consumption of reducing agent (the amount of coke and finely ground coal used per 1 ton of hot metal produced) has been reduced to approximately 500 kg/t. It is impossible to expect a further significant reduction in the consumption of the reducing agent, since the reduction in the specified consumption has reached its limit.

В районах добычи природного газа часто используют следующий способ: для восстановления оксида железа и получения восстановленного железа в вертикальную восстановительную печь загружают агломерированную железную руду, такую как спечённая руда или окатыши, (далее в настоящем документе собирательно называемую «оксидом железа») в качестве железооксидного сырья и вдувают в восстановительную печь восстановительный газ, содержащий водород и оксид углерода. В данном способе в качестве исходного газообразного материала для получения восстановительного газа используют, например, природный газ. Упомянутый исходный газообразный материал нагревают вместе с колошниковым газом печи, отводимым с верха восстановительной печи, и осуществляют риформинг в реакторе риформинга для образования восстановительного газа. Образующийся восстановительный газ вдувается в восстановительную печь и реагирует с железооксидным сырьём, подаваемым из верхней части восстановительной печи, в результате чего оксид железа восстанавливается и образуется восстановленное железо. Полученное восстановленное железо выгружают из нижней части восстановительной печи. Газ, использованный для восстановления оксида железа, отводят с верха восстановительной печи в виде колошникового газа, осуществляют сбор имеющейся в нём пыли и охлаждают. После этого часть колошникового газа подают в реактор риформинга в качестве исходного компонента газа, подвергаемого риформингу, а остальной колошниковый газ используют как топливный газ при нагреве реактора риформинга.In natural gas production areas, the following method is often used: to reduce iron oxide and produce reduced iron, agglomerated iron ore such as sintered ore or pellets (hereinafter collectively referred to as “iron oxide”) is charged into a vertical reduction furnace as iron oxide raw material. and a reducing gas containing hydrogen and carbon monoxide is injected into the reduction furnace. In this method, for example, natural gas is used as the starting gaseous material for producing the reducing gas. Said feed gas material is heated together with furnace top gas discharged from the top of the reduction furnace, and reformed in a reforming reactor to produce reducing gas. The resulting reducing gas is injected into the reduction furnace and reacts with the iron oxide feedstock supplied from the top of the reduction furnace, causing the iron oxide to be reduced to form reduced iron. The resulting reduced iron is discharged from the bottom of the reduction furnace. The gas used to reduce the iron oxide is removed from the top of the reduction furnace in the form of top gas, the dust present is collected and cooled. Thereafter, part of the top gas is supplied to the reforming reactor as a feedstock of the reformed gas, and the rest of the top gas is used as fuel gas when heating the reforming reactor.

В качестве изложенного выше процесса получения восстановленного железа, например, в заявке на патент Японии JP 2017-88912 A (Патентный документ 1), описан способ осуществления риформинга отходящего газа восстановительной печи и природного газа в реакторе риформинга с образованием восстановительного газа, состоящего в основном из газов CO и H₂, и вдувания восстановительного газа в восстановительную печь для восстановления в ней оксида железа и получения восстановленного железа.As the above process for producing reduced iron, for example, Japanese Patent Application JP 2017-88912 A (Patent Document 1) describes a method for reforming reduction furnace exhaust gas and natural gas in a reforming reactor to produce a reducing gas consisting mainly of CO and H ₂ gases, and injecting reducing gas into a reduction furnace to reduce iron oxide therein and produce reduced iron.

В патенте Японии JP 6190522 B2 (Патентный документ PTL 2) описан способ осуществления риформинга коксового газа и колошникового газа восстановительной печи, из которого удалён CO₂, с образованием восстановительного газа и вдувания восстановительного газа в восстановительную печь для получения восстановленного железа.Japanese Patent JP 6190522 B2 (Patent Document PTL 2) describes a method for reforming coke oven gas and reduction furnace top gas from which CO ₂ has been removed to form reducing gas and injecting the reducing gas into the reduction furnace to produce reduced iron.

Список цитированияCitation list

Патентная литератураPatent literature

Патентный документ PTL 1: заявка на патент Японии JP 2017-88912 APatent Document PTL 1: Japanese Patent Application JP 2017-88912 A

Патентный документ PTL 2: патент Японии JP 6190522 B2PTL Patent Document 2: Japanese Patent JP 6190522 B2

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Техническая проблемаTechnical problem

В способе получения восстановленного железа, описанном в PTL 1, для получения восстановительного газа используют природный газ, и, следовательно, неизбежны в определённом объёме выбросы CO₂, хотя они меньше, чем в случае доменной печи.In the process for producing reduced iron described in PTL 1, natural gas is used to produce the reducing gas, and therefore some CO ₂ emissions are inevitable, although they are less than in the case of a blast furnace.

В способе, изложенном в PTL 2, восстановительный газ получают с использованием коксового газа или конвертерного газа, образующегося на сталелитейном заводе. На интегрированном сталелитейном заводе коксовый газ или конвертерный газ необходимы как топливный газ в следующих далее процессах, таких как процессы, осуществляемые в нагревательной печи и печи отжига. Использование такого газа в процессе получения восстановленного железа обусловливает нехватку топливного газа в следующих далее процессах. Для компенсации нехватки газа в последующих процессах требуется подача природного газа извне. Это делает невозможным снижение выбросов CO₂.In the method described in PTL 2, the reducing gas is produced using coke oven gas or converter gas generated in a steel mill. In an integrated steel plant, coke oven gas or converter gas is required as fuel gas in downstream processes such as those carried out in the preheating furnace and annealing furnace. The use of such gas in the process of producing reduced iron causes a shortage of fuel gas in subsequent processes. To compensate for gas shortages in downstream processes, an external supply of natural gas is required. This makes it impossible to reduce CO ₂ emissions.

В способе, описанном в PTL 2, для получения восстановительного газа осуществляют риформинг коксового газа как исходного материала. Однако коксовый газ, вследствие высокого содержания в нём серы, может наносить вред катализатору, привнесённому в линию, заключающую в себе осуществление данной реакции, как например, катализатору реактора риформинга. Считается, что надлежащее функционирование в ходе процесса получения восстановленного железа возможно, если соотношение H₂ и CO составляет приблизительно 1,5. Однако конвертерный газ имеет низкое содержание H₂, а, соответственно, значение H₂/CO в восстановительном газе, образующемся из конвертерного газа, является очень низким и не соответствует надлежащему рабочему составу для процесса получения восстановленного железа. Во избежание этого необходимо выделять CO₂ из конвертерного газа, что требует подвода избыточной энергии для такого отделения.In the method described in PTL 2, coke oven gas is reformed as a starting material to produce reducing gas. However, coke oven gas, due to its high sulfur content, can harm the catalyst introduced into the line containing the reaction, such as the catalyst in a reforming reactor. It is believed that proper operation of the reduced iron process is possible if the ratio of H ₂ to CO is approximately 1.5. However, the converter gas has a low H ₂ content, and accordingly, the H ₂ /CO value of the reducing gas generated from the converter gas is very low and does not correspond to the proper working composition for the reduced iron production process. To avoid this, it is necessary to separate CO ₂ from the converter gas, which requires the supply of excess energy for such separation.

С учётом вышесказанного, могла бы быть целесообразной разработка способа, в котором достигается энергосбережение и сокращение выброса CO₂ при получении восстановленного железа из оксида железа, наряду с разработкой линии производства восстановленного железа, содействующей реализации данного способа.In view of the above, it might be advantageous to develop a method that achieves energy savings and CO ₂ reduction in producing reduced iron from iron oxide, along with developing a reduced iron production line to facilitate the implementation of this method.

Решение проблемыSolution

При внимательном рассмотрении авторы изобретения выявили следующую ниже новую линию производства и способ получения восстановленного железа.Upon closer examination, the inventors have identified the following new production line and method for producing reduced iron.

Таким образом, предлагается:Thus, it is proposed:

1. Линия производства восстановленного железа, включающая доменную печь, выполненную с возможностью восстановления оксида железа; восстановительную печь, выполненную с возможностью восстановления оксида железа; реактор синтеза метана, выполненный с возможностью осуществления синтеза метана из доменного газа и/или колошникового газа и газообразного водорода, при этом доменный газ образуется в доменной печи как побочный продукт и содержит диоксид углерода, оксид углерода и водород, а колошниковый газ отводится с верха восстановительной печи и содержит диоксид углерода, оксид углерода и водород; нагнетатель, выполненный с возможностью вдувания газообразного метана, синтезированного в реакторе синтеза метана, в доменную печь; термореактор риформинга, выполненный с возможностью нагрева или нагрева-осуществления риформинга доменного газа и/или колошникового газа, а также газообразного метана, синтезированного в реакторе синтеза метана, с образованием восстановительного газа, содержащего газообразный оксид углерода и газообразный водород; нагнетатель восстановительного газа, выполненный с возможностью вдувания восстановительного газа в восстановительную печь; и канал подачи, выполненный с возможностью подачи колошникового газа в реактор синтеза метана и/или термореактор риформинга.1. A reduced iron production line, including a blast furnace configured to reduce iron oxide; a reduction furnace configured to reduce iron oxide; a methane synthesis reactor configured to carry out the synthesis of methane from blast furnace gas and/or top gas and hydrogen gas, wherein the blast furnace gas is formed in the blast furnace as a by-product and contains carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen, and the top gas is removed from the top of the reduction room oven and contains carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen; a blower configured to inject methane gas synthesized in the methane synthesis reactor into the blast furnace; a reforming thermoreactor configured to heat or heat-reform blast furnace gas and/or top gas, as well as methane gas synthesized in the methane synthesis reactor, to form a reducing gas containing gaseous carbon monoxide and gaseous hydrogen; a reducing gas blower configured to inject reducing gas into the reduction furnace; and a supply channel configured to supply top gas to the methane synthesis reactor and/or reforming thermoreactor.

2. Линия производства восстановленного железа по п. 1, включающая сепаратор диоксида углерода, выполненный с возможностью выделения диоксида углерода из колошникового газа, в канале подачи.2. The reduced iron production line according to claim 1, including a carbon dioxide separator configured to separate carbon dioxide from the top gas in the supply channel.

3. Линия производства восстановленного железа по п. 1 или 2, включающая устройство для выделения и извлечения газообразного диоксида углерода, выполненное с возможностью выделения и извлечения газообразного диоксида углерода из доменного газа, размещённое со стороны впуска реактора синтеза метана; и канал, выполненный с возможностью подачи газообразного диоксида углерода, извлечённого при помощи устройства для выделения и извлечения газообразного диоксида углерода, в реактор синтеза метана.3. The reduced iron production line according to claim 1 or 2, including a device for separating and extracting carbon dioxide gas, configured to separate and extract carbon dioxide gas from the blast furnace gas, located on the inlet side of the methane synthesis reactor; and a channel configured to supply carbon dioxide gas recovered by the carbon dioxide gas separating and recovery device to the methane synthesis reactor.

4. Способ получения восстановленного железа с использованием линии производства восстановленного железа по любому из пп. 1 - 3, включающий следующее: загружают оксид железа в восстановительную печь; вдувают восстановительный газ в восстановительную печь; осуществляют синтез метана из смешанного газа или газообразного диоксида углерода и газообразного водорода, при этом смешанный газ содержит диоксид углерода и оксид углерода; нагревают газообразное сырьё, заключающее в себе газообразный метан и смешанный газ, и осуществляют риформинг газообразного сырья в восстановительный газ; и восстанавливают оксид железа восстановительным газом в восстановительной печи.4. A method for producing reduced iron using a reduced iron production line according to any one of claims. 1 - 3, comprising the following: loading iron oxide into a reduction furnace; blowing reducing gas into the reduction furnace; synthesizing methane from a mixed gas or carbon dioxide gas and hydrogen gas, wherein the mixed gas contains carbon dioxide and carbon monoxide; a gaseous feedstock containing methane gas and a mixed gas is heated, and the gaseous feedstock is reformed into a reducing gas; and reducing the iron oxide with a reducing gas in a reduction furnace.

5. Способ получения восстановленного железа по п. 4, в котором смешанный газ представляет собой доменный газ, образующийся в доменной печи как побочный продукт, и/или колошниковый газ, отводимый с верха восстановительной печи.5. The method for producing reduced iron according to claim 4, wherein the mixed gas is a blast furnace gas generated in a blast furnace as a by-product and/or a top gas discharged from the top of the reduction furnace.

6. Способ получения восстановленного железа по п. 5, в котором часть газообразного метана, образующегося при осуществлении синтеза, вдувают в доменную печь.6. The method for producing reduced iron according to claim 5, in which part of the methane gas generated during the synthesis is blown into a blast furnace.

7. Способ получения восстановленного железа по п. 5 или 6, в котором для обдувки в доменной печи используют газообразный кислород.7. The method for producing reduced iron according to claim 5 or 6, in which gaseous oxygen is used for blowing in a blast furnace.

8. Способ получения восстановленного железа с использованием линии производства восстановленного железа по любому из пп. 1 - 3, включающий следующее: загружают оксид железа в восстановительную печь; вдувают восстановительный газ в восстановительную печь; выделяют диоксид углерода из колошникового газа, отводимого с верха восстановительной печи и содержащего диоксид углерода, оксид углерода и водород, и извлекают смешанный газ, содержащий оксид углерода и водород; нагревают газообразное сырьё, заключающее в себе смешанный газ, для образования восстановительного газа; и восстанавливают оксид железа восстановительным газом в восстановительной печи.8. A method for producing reduced iron using a reduced iron production line according to any one of claims. 1 - 3, comprising the following: loading iron oxide into a reduction furnace; blowing reducing gas into the reduction furnace; separating carbon dioxide from the top gas discharged from the top of the reduction furnace and containing carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen, and recovering a mixed gas containing carbon monoxide and hydrogen; heating the gaseous raw material containing the mixed gas to form a reducing gas; and reducing the iron oxide with a reducing gas in a reduction furnace.

9. Способ получения восстановленного железа по п. 8, в котором газообразный метан используют как часть газообразного сырья.9. The method for producing reduced iron according to claim 8, in which methane gas is used as part of the gaseous feedstock.

10. Способ получения восстановленного железа по п. 9, в котором газообразный метан представляет собой регенерационный газообразный метан, полученный при осуществлении синтеза метана из части колошникового газа и/или части доменного газа и газообразного водорода, при этом колошниковый газ отводится с верха восстановительной печи и содержит диоксид углерода, оксид углерода и водород, а доменный газ образуется в доменной печи как побочный продукт и содержит диоксид углерода, оксид углерода и водород, а часть регенерационного газообразного метана вдувают в доменную печь.10. The method for producing reduced iron according to claim 9, wherein the methane gas is regeneration methane gas obtained by synthesizing methane from a part of the blast furnace gas and/or part of the blast furnace gas and hydrogen gas, wherein the top gas is removed from the top of the reduction furnace and contains carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen, and blast furnace gas is generated in the blast furnace as a by-product and contains carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen, and part of the regeneration methane gas is injected into the blast furnace.

11. Способ получения восстановленного железа по п. 10, в котором для обдувки в доменной печи используют газообразный кислород.11. The method for producing reduced iron according to claim 10, in which gaseous oxygen is used for blowing in a blast furnace.

Полезный эффектBeneficial effect

Поскольку с целью образования восстановительного газа для железооксидного сырья традиционно используют природный газ, в наших технологиях осуществляют синтез метана из смешанного газа, содержащего диоксид углерода и оксид углерода или газообразный диоксид углерода, а также газообразный водород; нагревают газообразное сырьё, заключающее в себе газообразный метан и смешанный газ, для образования восстановительного газа и используют восстановительный газ для процесса восстановления оксида железа. Таким образом, является возможным осуществление процесса получения восстановленного железа с использованием, например, доменного газа, так что можно значительно снижать выбросы CO₂ в указанном процессе.Since natural gas is traditionally used to form reducing gas for iron oxide raw materials, our technologies synthesize methane from a mixed gas containing carbon dioxide and carbon monoxide or carbon dioxide gas, as well as hydrogen gas; heating a gaseous raw material comprising methane gas and mixed gas to form a reducing gas, and using the reducing gas for the iron oxide reduction process. Thus, it is possible to carry out a process for producing reduced iron using, for example, blast furnace gas, so that CO ₂ emissions in the process can be significantly reduced.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На сопроводительных чертежах: On the accompanying drawings:

Фиг. 1 представляет собой схему, иллюстрирующую производственную линию, предложенную авторами изобретения;Fig. 1 is a diagram illustrating a production line proposed by the inventors;

Фиг. 2 представляет собой схему, иллюстрирующую линию получения восстановленного железа, описанную в варианте осуществления 1;Fig. 2 is a diagram illustrating the reduced iron production line described in Embodiment 1;

Фиг. 3 представляет собой схему, иллюстрирующую линию получения восстановленного железа, описанную в варианте осуществления 2;Fig. 3 is a diagram illustrating the reduced iron production line described in Embodiment 2;

Фиг. 4 представляет собой схему, иллюстрирующую линию получения восстановленного железа, описанную в варианте осуществления 4;Fig. 4 is a diagram illustrating the reduced iron production line described in Embodiment 4;

Фиг. 5 представляет собой схему, иллюстрирующую линию получения восстановленного железа, описанную в сравнительном примере; иFig. 5 is a diagram illustrating the reduced iron production line described in the comparative example; And

Фиг. 6 представляет собой схему, иллюстрирующую линию получения восстановленного железа, описанную в сравнительном примере.Fig. 6 is a diagram illustrating the reduced iron production line described in the comparative example.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

На фиг. 1 отображён пример исполнения линии производства восстановленного железа, предложенной авторами изобретения. На фиг. 1 позиция 1 представляет восстановительную печь, позиция 2 представляет оксид железа, позиция 3 представляет восстановленное железо, позиция 4 представляет отделитель пыли, предназначенный для колошникового газа, выходящего из восстановительной печи 1; позиция 5 представляет канал подачи колошникового газа, позиция 6 представляет термореактор риформинга, в котором осуществляется нагрев или нагрев с последующим риформингом газообразного метана, поступающего из описываемого ниже реактора синтеза метана, и/или газообразного оксида углерода с образованием восстановительного газа, содержащего газообразный оксид углерода и газообразный водород; позиция 7a представляет первый обезвоживатель, позиция 7b представляет второй обезвоживатель, позиция 7c представляет третий обезвоживатель, позиция 8 представляет сепаратор диоксида углерода, в котором диоксид углерода выделяют из колошникового газа; позиция 9 представляет реактор синтеза метана, в котором осуществляется синтез метана из колошникового газа и/или доменного газа и водорода, позиция 10 представляет нагнетатель восстановительного газа, который подаёт восстановительный газ в восстановительную печь 1; позиция 21 представляет доменную печь, позиция 22 представляет нагнетатель метана (фурму), позиция 23 представляет обезвоживатель со стороны доменной печи, а позиция 24 представляет горелку.In fig. Figure 1 shows an example of a reduced iron production line proposed by the authors of the invention. In fig. 1, numeral 1 represents a reduction furnace, numeral 2 represents iron oxide, numeral 3 represents reduced iron, numeral 4 represents a dust separator for the top gas discharged from the reduction furnace 1; numeral 5 represents the top gas supply channel, numeral 6 represents a thermoreactor reformer in which heating or heating and subsequent reforming of methane gas coming from the methane synthesis reactor described below and/or carbon monoxide gas is carried out to form a reducing gas containing carbon monoxide gas and hydrogen gas; numeral 7a represents the first dehydrator, numeral 7b represents the second dehydrator, numeral 7c represents the third dehydrator, numeral 8 represents a carbon dioxide separator in which carbon dioxide is separated from the blast furnace gas; position 9 represents a methane synthesis reactor, in which methane is synthesized from top gas and/or blast furnace gas and hydrogen, position 10 represents a reducing gas blower, which supplies reducing gas to the reduction furnace 1; Item 21 represents the blast furnace, item 22 represents the methane blower (tuyere), item 23 represents the blast furnace side dehydrator, and item 24 represents the burner.

В предложенном авторами способе получения восстановленного железа используется указанная линия производства восстановленного железа, частично или полностью предназначенная для получения восстановленного железа в различных режимах, и в общих чертах данный способ включает загрузку оксида железа в восстановительную печь; вдувание восстановительного газа в восстановительную печь; осуществление синтеза метана из смешанного газа, содержащего диоксид углерода и оксид углерода или газообразный диоксид углерода и газообразный водород; нагревание газообразного сырья, заключающего в себе газообразный метан и смешанный газ, и осуществление риформинга газообразного сырья в восстановительный газ; и восстановление оксида железа восстановительным газом в восстановительной печи. В настоящем документе термин «восстановительная печь» подразумевает процесс восстановления загруженного исходного материала, оксида железа в твёрдом состоянии, а также выгрузку восстановленного железа, и не включает процесс получения железа, расплавленного при высокой температуре, как в доменной печи.The method proposed by the authors for producing reduced iron uses the specified reduced iron production line, partially or completely designed to produce reduced iron in various modes, and in general this method includes loading iron oxide into a reduction furnace; injecting reducing gas into the reduction furnace; carrying out the synthesis of methane from a mixed gas containing carbon dioxide and carbon monoxide or carbon dioxide gas and hydrogen gas; heating a gaseous feedstock comprising methane gas and a mixed gas, and reforming the gaseous feedstock into a reducing gas; and reducing the iron oxide with a reducing gas in a reduction furnace. As used herein, the term "reduction furnace" refers to the process of reducing the charged feed material, iron oxide in a solid state, as well as discharging the reduced iron, and does not include the process of producing iron molten at a high temperature, as in a blast furnace.

Предложенный авторами способ получения восстановленного железа будет подробно описан ниже при помощи каждого из числа раскрытых вариантов осуществления.Our proposed method for producing reduced iron will be described in detail below using each of a number of disclosed embodiments.

Вариант осуществления 1Embodiment 1

Вариант осуществления 1 будет описан ниже со ссылкой на фиг. 2. Фиг. 2 иллюстрирует компоненты, используемые в варианте осуществления 1 и выбранные из числа компонентов, показанных на фиг. 1. В варианте осуществления 1 используется линия производства восстановленного железа, отображённая на фиг. 1.Embodiment 1 will be described below with reference to FIG. 2. Fig. 2 illustrates components used in Embodiment 1 selected from those shown in FIG. 1. Embodiment 1 uses the reduced iron production line shown in FIG. 1.

В варианте осуществления 1 восстановленное железо получают в соответствии со следующей процедурой: прежде всего, оксид 2 железа загружают в восстановительную печь 1, которая является центральной в процессе получения восстановленного железа, через её верхнюю часть и постепенно опускают оксид 2 железа. При опускании оксида 2 железа высокотемпературный восстановительный газ, содержащий CO, H₂ и углеводород, вдувают из нагнетателя 10 восстановительного газа в восстановительную печь 1 в её средней части для восстановления оксида 2 железа и выгружают восстановленное железо 3 из нижней части восстановительной печи 1. В указанном процессе восстановления в восстановительной печи 1 колошниковый газ, содержащий в основном CO, CO₂, H₂ и H₂O, отводят из верхней части восстановительной печи 1. Из колошникового газа удаляют пыль в отделителе 4 пыли. После этого регулируют влажность части колошникового газа во втором обезвоживателе 7b и подают в термореактор 6 риформинга как газообразное сырьё. Остальной колошниковый газ обезвоживают в первом обезвоживателе 7a, а затем используют его в качестве горючего для нагрева в камере сгорания термореактора 6 риформинга. Для предотвращения попадания в смесь азота, в качестве газа, поддерживающего горение при сжигании колошникового газа в камере сгорания термореактора 6 риформинга, предпочтительно использовать не воздух, а газообразный кислород.In Embodiment 1, reduced iron is produced in accordance with the following procedure: first of all, the iron oxide 2 is loaded into the reduction furnace 1, which is central in the process of producing reduced iron, through its upper part, and the iron oxide 2 is gradually lowered. When lowering the iron oxide 2, a high-temperature reducing gas containing CO, H ₂ and hydrocarbon is blown from the reducing gas blower 10 into the reduction furnace 1 in its middle part to reduce the iron oxide 2, and the reduced iron 3 is discharged from the lower part of the reduction furnace 1. At this During the reduction process in the reduction furnace 1, top gas containing mainly CO, CO ₂ , H ₂ and H ₂ O is removed from the upper part of the reduction furnace 1. Dust is removed from the top gas in a dust separator 4. After this, the humidity of part of the top gas is adjusted in the second dehydrator 7b and supplied to the reforming thermoreactor 6 as gaseous feedstock. The remaining top gas is dehydrated in the first dehydrator 7a, and then used as fuel for heating in the combustion chamber of the reforming thermoreactor 6. To prevent nitrogen from entering the mixture, it is preferable to use gaseous oxygen rather than air as a gas that supports combustion when burning top gas in the combustion chamber of the reforming thermoreactor 6.

Для нагревания подаваемого колошникового газа в термореакторе 6 риформинга и получения высокотемпературного восстановительного газа, в термореактор 6 риформинга вместе с колошниковым газом необходимо подавать углеводородный газ для регулирования содержания компонентов колошникового газа (CO, CO₂, H₂ и H₂O) в пользу восстановительных компонентов (CO, H₂ и углеводород). Обычно подают извне природный газ, как например, углеводородный газ, упомянутый выше. В варианте осуществления 1 важно применять регенерационный газообразный метан (регенерационный CH₄ на фиг. 1), образующийся при использовании реактора 9 синтеза метана в линии производства восстановленного железа, вместо подаваемого извне углеводородного газа, такого как природный газ.To heat the supplied top gas in the reforming thermoreactor 6 and obtain high-temperature reducing gas, hydrocarbon gas must be supplied to the reforming thermoreactor 6 along with the top gas to regulate the content of top gas components (CO, CO ₂ , H ₂ and H ₂ O) in favor of the reducing components (CO, H ₂ and hydrocarbon). Typically, natural gas is supplied externally, such as the hydrocarbon gas mentioned above. In Embodiment 1, it is important to use regeneration methane gas (regeneration CH ₄ in FIG. 1) generated by using the methane synthesis reactor 9 in the reduced iron production line instead of externally supplied hydrocarbon gas such as natural gas.

В качестве сырья для синтеза газообразного метана используют газообразный водород, подаваемый извне, и газ, содержащий CO, CO₂и углеводород. Газ, содержащий CO, CO₂и углеводород, может быть любым газом, который можно получать на сталелитейном заводе. В варианте осуществления 1 газ сгорания, отходящий из камеры сгорания термореактора 6 риформинга, используют, как проиллюстрировано на фиг. 2. Более подробно, отходящий газ сгорания, образующийся при сжигании колошникового газа, предпочтительно, вместе с газообразным кислородом как газом, поддерживающим горение, в камере сгорания термореактора 6 риформинга, обезвоживают в четвёртом обезвоживателе 7d, а затем подают вместе с водородом в реактор 9 синтеза метана для осуществления синтеза метана. Синтезированный регенерационный метан подают в термореактор 6 риформинга вместе с колошниковым газом как газообразным сырьём, влажность которого отрегулирована во втором обезвоживателе 7b, и нагревают в термореакторе 6 риформинга. Затем образующийся высокотемпературный восстановительный газ подают в восстановительную печь 1.Hydrogen gas supplied from outside and gas containing CO, CO ₂ and hydrocarbon are used as raw materials for the synthesis of methane gas. The gas containing CO, CO ₂ and hydrocarbon can be any gas that can be produced in a steel plant. In Embodiment 1, combustion gas exhausted from the combustion chamber of the reforming thermoreactor 6 is used as illustrated in FIG. 2. In more detail, the combustion exhaust gas generated by burning the top gas, preferably together with oxygen gas as a combustion support gas in the combustion chamber of the reforming thermoreactor 6, is dehydrated in the fourth dehydrator 7d, and then supplied together with hydrogen to the synthesis reactor 9 methane to carry out methane synthesis. The synthesized regeneration methane is supplied to the reforming thermoreactor 6 together with top gas as a gaseous feedstock, the humidity of which is adjusted in the second dehydrator 7b, and is heated in the reforming thermoreactor 6. Then the resulting high-temperature reducing gas is supplied to the reduction furnace 1.

Для надлежащего регулирования состава восстановительного газа контролируют влажность колошникового газа, используемого в качестве газообразного сырья. Можно также осуществлять выделение CO₂ из колошникового газа в сепараторе 8 диоксида углерода. Хотя в качестве исходного газообразного материала восстановительного газа используют регенерационный метан и колошниковый газ, для регулирования состава можно добавлять воду или пары воды. Для стимулирования протекания реакции риформинга и образования подвергнутого риформингу газа, содержащего в основном CO и H₂, в термореакторе 6 риформинга можно предусматривать механизм активирования реакции, как например, наличие катализатора. Как альтернативный вариант, в термореакторе 6 риформинга можно осуществлять только нагревание и вдувать нагретый газ непосредственно в восстановительную печь. В случае выполнения отделения CO₂ обогащённый CO₂ газ после его выделения можно использовать как газообразное сырьё в реакторе 9 синтеза метана. Остальной газ, включающий горючий газ, такой как CO, можно использовать в качестве топливного газа в термореакторе 6 риформинга или подавать в другой процесс на сталелитейном заводе и использовать там как топливный газ или тому подобное.To properly regulate the composition of the reducing gas, the moisture content of the top gas used as the gaseous feedstock is controlled. It is also possible to separate CO ₂ from the top gas in the carbon dioxide separator 8 . Although regeneration methane and blast furnace gas are used as the starting gaseous material of the reducing gas, water or water vapor can be added to adjust the composition. To promote the reforming reaction to proceed and produce a reformed gas containing mainly CO and H ₂ , a reaction activation mechanism such as a catalyst may be provided in the reforming thermoreactor 6. Alternatively, the reforming thermoreactor 6 can only perform heating and inject the heated gas directly into the reduction furnace. If CO ₂ separation is performed, the CO ₂ -enriched gas after its separation can be used as a gaseous feedstock in the methane synthesis reactor 9 . The remaining gas, including combustible gas such as CO, can be used as fuel gas in the reforming thermoreactor 6 or supplied to another process in a steel plant and used there as fuel gas or the like.

В качестве газообразного водорода, применяемого для синтеза регенерационного метана, можно использовать не содержащий CO₂ водород, подаваемый извне, такой как газообразный водород, образующийся при электролизе воды под действием солнечной энергии. Газообразный кислород, используемый как газ, поддерживающий горение, в камере сгорания термореактора 6 риформинга, необязательно должен быть чистым кислородом с концентрацией кислорода 100 % и может содержать небольшое количество газа, отличного от кислорода, такого как азот, диоксид углерода и аргон. Если концентрация кислорода является заниженной, возрастает объём газа и требуется увеличивать размер термореактора 6 риформинга и реактора 9 синтеза метана, предназначенного для осуществления синтеза метана. С учётом вышесказанного, концентрация кислорода предпочтительно составляет 80 % или больше. В варианте осуществления 1, за счёт использования источника энергии без выбросов CO₂ для получения кислорода и водорода, выбросы CO₂, в принципе, можно снизить до нуля. Примеры источников энергии без выбросов CO₂, которые можно использовать, включают в себя солнечную и ядерную энергию.As the hydrogen gas used for the synthesis of regeneration methane, CO ₂ -free hydrogen supplied from outside, such as hydrogen gas generated by electrolysis of water under the action of solar energy, can be used. The oxygen gas used as combustion support gas in the combustion chamber of the reforming thermoreactor 6 need not be pure oxygen with an oxygen concentration of 100%, and may contain a small amount of gas other than oxygen, such as nitrogen, carbon dioxide and argon. If the oxygen concentration is low, the volume of gas increases and it is necessary to increase the size of the reforming thermoreactor 6 and the methane synthesis reactor 9, designed to carry out methane synthesis. With that said, the oxygen concentration is preferably 80% or more. In embodiment 1, by using a CO ₂ -free energy source to produce oxygen and hydrogen, CO ₂ emissions can, in principle, be reduced to zero. Examples of _CO2- free energy sources that can be used include solar and nuclear energy.

Вариант осуществления 2Embodiment 2

Вариант 2 проиллюстрирован на фиг. 3. В варианте 2 колошниковый газ получают в восстановительной печи 1, колошниковый газ, используемый для нагрева в термореакторе 6 риформинга в варианте 1, контролируется по влажности в обезвоживателе 7е, а затем подается в реактор 9 синтеза метана как сырьё для получения регенерационного газообразного метана (регенерационный CH₄ на фиг. 3) с целью осуществления синтеза необходимого количества регенерационного метана для термореактора 6 риформинга. В случае, если это обусловливает нехватку горючего для нагрева в термореакторе 6 риформинга, в качестве замены можно применять внешний источник тепла без выбросов CO₂, такой как внешний источник тепла для нагревания с использованием источника энергии без выбросов CO₂. В варианте осуществления 2, за счёт использования источников энергии без выбросов CO₂ для нагревания в термореакторе 6 риформинга и получения водорода, выбросы CO₂, в принципе, можно снизить до нуля.Option 2 is illustrated in FIG. 3. In option 2, the top gas is obtained in the reduction furnace 1, the top gas used for heating in the reforming thermoreactor 6 in option 1 is controlled by humidity in the dehydrator 7e, and then supplied to the methane synthesis reactor 9 as raw material to obtain regeneration methane gas ( regeneration CH ₄ in Fig. 3) in order to synthesize the required amount of regeneration methane for the reforming thermoreactor 6. In case this causes a shortage of heating fuel in the reforming thermoreactor 6, an external non- _CO2 emission heat source, such as an external heating heat source using a non- _CO2 emission energy source, can be used as a replacement. In embodiment 2, by using non- _CO2 emission energy sources to heat the reforming thermoreactor 6 and produce hydrogen, _CO2 emissions can in principle be reduced to zero.

Если в состав подмешивается небольшое количество нежелательного газа, отличного от CO, CO₂, H₂, H₂O и углеводорода, такого как газообразный азот для продувки, в вариантах осуществления 1 и 2, описанных выше, нежелательный газ постепенно накапливается в процессе получения восстановленного железа, и концентрация восстановительного газа уменьшается. С учётом этого, желательно регулярно контролировать концентрацию азота в системе и в случае, если концентрация азота повышается до определённого уровня, например, до 20% или больше, в течение некоторого периода времени отводят за пределы системы колошниковый газ или отходящий газ сгорания, поступающий в реактор 9 синтеза метана. Поскольку в течение упомянутого периода регенерационный газообразный метан не может образовываться, вместо него в термореактор 6 риформинга можно временно вдувать природный газ или ему подобный.If a small amount of unwanted gas other than CO, CO ₂ , H ₂ , H ₂ O and hydrocarbon such as nitrogen purge gas is mixed into the composition in Embodiments 1 and 2 described above, the unwanted gas gradually accumulates in the process of producing reduced iron, and the concentration of reducing gas decreases. With this in mind, it is advisable to regularly monitor the nitrogen concentration in the system and, if the nitrogen concentration rises to a certain level, for example, to 20% or more, the top gas or combustion exhaust gas entering the reactor is diverted outside the system over a period of time. 9 methane synthesis. Since regeneration methane gas cannot be generated during this period, natural gas or the like can be temporarily injected into the reforming thermoreactor 6 instead.

Газообразный водород, подаваемый извне как сырьё для синтеза метана, предпочтительно получают способом, который обусловливает как можно меньшее содержание CO₂. Примером такого способа является электролиз воды. Газообразный H₂ необязательно должен иметь концентрацию H₂, равную 100 %, но чем выше концентрация H₂, тем лучше в целях поддержания высокой концентрации метана в образующемся регенерационном газообразном метане. Концентрация H₂ предпочтительно составляет 80 об. % или больше.Hydrogen gas supplied externally as a feedstock for methane synthesis is preferably produced in a manner that produces as little CO ₂ as possible. An example of such a method is the electrolysis of water. The H ₂ gas does not need to have a 100% H ₂ concentration, but the higher the H ₂ concentration the better in order to maintain a high methane concentration in the resulting recovery methane gas. The H ₂ concentration is preferably 80 vol. % or more.

Вариант осуществления 3Embodiment 3

Вариант осуществления 3 будет описан ниже со ссылкой на фиг. 1.Embodiment 3 will be described below with reference to FIG. 1.

В варианте осуществления 3 изложен способ, который является предпочтительным в случае проведения предложенного авторами процесса получения восстановленного железа на сталелитейном заводе, включающем доменную печь для получения горячего металла. В варианте осуществления 3 процесса получения восстановленного железа удаляют пыль из колошникового газа, отводимого с верха восстановительной печи 1, в отделителе 4 пыли, а после этого регулируют влажность части колошникового газа во втором обезвоживателе 7b и подают в термореактор 6 риформинга как газообразное сырьё, а остальной колошниковый газ обезвоживают в первом обезвоживателе 7a, а затем используют как горючее для нагрева в камере сгорания термореактора 6 риформинга, как проиллюстрировано в виде примера на фиг. 1.Embodiment 3 sets forth a method that is preferred when the inventors' process for producing reduced iron is carried out in a steel mill including a hot metal blast furnace. In embodiment 3 of the process for producing reduced iron, dust is removed from the top gas discharged from the top of the reduction furnace 1 in the dust separator 4, and then the humidity of part of the top gas is adjusted in the second dehydrator 7b and supplied to the reforming thermoreactor 6 as gaseous feedstock, and the rest The top gas is dehydrated in the first dehydrator 7a and then used as fuel for heating in the combustion chamber of the reforming thermoreactor 6, as illustrated by way of example in FIG. 1.

Вариант осуществления 3 имеет отличительную особенность, состоящую в том, что в качестве сырья для синтеза метана в реакторе 9 синтеза метана используют не только колошниковый газ, используемый в варианте осуществления 2, но также и доменный газ, отводимый из доменной печи 21, вместо применения газа сгорания, отходящего из термореактора 6 риформинга, как в варианте осуществления 1. Способ эксплуатации доменной печи в варианте осуществления 3 будет описан ниже.Embodiment 3 has the distinctive feature that not only the blast furnace gas used in Embodiment 2 is used as a raw material for methane synthesis in the methane synthesis reactor 9, but also the blast furnace gas exhausted from the blast furnace 21, instead of using gas combustion exhaust from the reforming thermoreactor 6 as in Embodiment 1. The operating method of the blast furnace in Embodiment 3 will be described below.

Способ эксплуатации доменной печиMethod of operating a blast furnace

В способе эксплуатации доменной печи варианта осуществления 3 спечённую руду, крупнокусковую руду или окатыши (далее в настоящем документе называемые также «рудным сырьём») как исходный материал, кокс и тому подобное загружают (не отображено) сверху в доменную печь 21. Кроме того, дутьевой газ, восстановитель и регенерационный газообразный метан вдувают в доменную печь 21 из нагнетателя (фурмы) 22, установленного в нижней части доменной печи 21. Восстановитель, вдуваемый в доменную печь 21 из нагнетателя 22, называется также «вдуваемым восстановителем» для того, чтобы отличать его от кокса.In the blast furnace operating method of Embodiment 3, sintered ore, lump ore or pellets (hereinafter also referred to as "ore raw material") as raw material, coke and the like are loaded (not shown) from above into the blast furnace 21. In addition, the blast furnace gas, reducing agent and recovery methane gas are blown into the blast furnace 21 from a blower 22 installed at the bottom of the blast furnace 21. The reducing agent blown into the blast furnace 21 from the blower 22 is also called “injected reducing agent” to distinguish it from coke.

Затем рудное сырьё, загруженное в доменную печь 21, восстанавливают газообразным оксидом углерода и газообразным водородом, образующимися в результате взаимодействия дутьевого газа и восстановителя друг с другом. При восстановлении рудного сырья образуется диоксид углерода и отводится с верха доменной печи как газообразный побочный продукт, вместе с оксидом углерода, водородом и прочими компонентами, непрореагировавшими с рудным сырьём. Поскольку верхняя часть доменной печи 21 находится в условиях высокого давления, около 2,5 атм, пары воды конденсируются в результате охлаждения при расширении, когда доменный газ (газообразный побочный продукт), отводимый с верха доменной печи, возвращается в состояние нормального давления, а сконденсированную воду удаляют в обезвоживателе 23.Then, the ore raw material loaded into the blast furnace 21 is reduced with carbon monoxide gas and hydrogen gas generated by the interaction of the blast gas and the reducing agent with each other. When the ore material is reduced, carbon dioxide is produced and removed from the top of the blast furnace as a gaseous by-product, along with carbon monoxide, hydrogen and other components that have not reacted with the ore material. Since the top of the blast furnace 21 is under high pressure conditions, about 2.5 atm, water vapor condenses as a result of expansion cooling when the blast furnace gas (gaseous by-product) discharged from the top of the blast furnace returns to normal pressure and the condensed water is removed in dehydrator 23.

Вслед за этим, по меньшей мере, часть доменного газа вводят в реактор 9 синтеза метана. В реакторе 9 синтеза метана оксид углерода и диоксид углерода, содержащиеся в доменном газе, подвергаются взаимодействию с газообразным водородом для образования газообразного метана (CH₄). Газообразный метан, полученный по реакции доменного газа, называется «регенерационным газообразным метаном» (регенерационный CH₄ на фиг. 1). В результате охлаждения полученного регенерационного газообразного метана до нормальной температуры конденсируются пары воды, имеющиеся в регенерационном газообразном метане, и побочный продукт, воду, удаляют в третьем обезвоживателе 7c. Указанный побочный продукт, воду, предпочтительно подают в электролизёр воды и используют для электролиза воды, как упомянуто выше. По меньшей мере, часть доменного газа, подаваемого в реактор 9 синтеза метана, может не сохранять свой состав при отводе из доменной печи. Например, диоксид углерода можно отделять при помощи устройства для выделения и извлечения газообразного диоксида углерода и подавать в реактор синтеза метана только один выделенный диоксид углерода.Following this, at least part of the blast furnace gas is introduced into the methane synthesis reactor 9. In the methane synthesis reactor 9, carbon monoxide and carbon dioxide contained in the blast furnace gas are reacted with hydrogen gas to form methane gas (CH ₄ ). The methane gas produced by the blast furnace gas reaction is called “regeneration methane gas” (regeneration CH ₄ in Fig. 1). By cooling the resulting regeneration methane gas to normal temperature, the water vapor present in the regeneration methane gas is condensed and the by-product water is removed in the third dehydrator 7c. Said by-product, water, is preferably fed to a water electrolyser and used for electrolysis of water as mentioned above. At least part of the blast furnace gas supplied to the methane synthesis reactor 9 may not retain its composition when removed from the blast furnace. For example, carbon dioxide can be separated using a carbon dioxide gas separating and recovery device and only the separated carbon dioxide can be supplied to the methane synthesis reactor.

Регенерационный газообразный метан, полученный таким образом, подают вместе с колошниковым газом как газообразное сырьё в термореактор 6 риформинга и осуществляют нагревание в термореакторе 6 риформинга для образования высокотемпературного восстановительного газа, который затем подают в восстановительную печь 1.The regeneration methane gas thus obtained is supplied together with the top gas as gaseous raw material to the reforming thermoreactor 6, and heated in the reforming thermoreactor 6 to form a high-temperature reducing gas, which is then supplied to the reduction furnace 1.

Часть регенерационного газообразного метана предпочтительно подают в нагнетатель 22 в виде вдуваемого восстановителя. За счёт применения регенерационного газообразного метана как вдуваемого восстановителя, можно сокращать использование других вдуваемых восстановителей, таких как тонкоизмельчённый уголь, пластиковые отходы, и восстановительного газа, такого как газообразный водород и газообразный оксид углерода. Общее количество вдуваемых восстановителей, в том числе регенерационного газообразного метана и других восстановителей, вдуваемых в доменную печь, предпочтительно составляет 150 кг/т или меньше. Единица «кг/т» выражает количество других восстановителей, вдуваемых в доменную печь, требуемое для получения 1 т горячего металла.A portion of the regeneration methane gas is preferably supplied to the blower 22 in the form of a reductant injection. By using regenerative methane gas as the injected reducing agent, the use of other injected reducing agents such as fine coal, plastic waste, and reducing gas such as hydrogen gas and carbon monoxide gas can be reduced. The total amount of injected reducing agents, including recovery methane gas and other reducing agents injected into the blast furnace, is preferably 150 kg/t or less. The unit "kg/t" expresses the amount of other reducing agents blown into the blast furnace required to produce 1 ton of hot metal.

Газообразный водород, используемый для образования регенерационного газообразного метана, не ограничивается наличием концентрации водорода, равной 100 об. %, но предпочтительно он имеет высокую концентрацию водорода, конкретно, концентрацию водорода, равную 80 об. % или больше, для достижения высокой концентрации метана в регенерационном газообразном метане. Более предпочтительно, концентрация водорода составляет 90 об. % или больше, а ещё предпочтительнее, 95 об. % или больше. Примеры остаточных газов, отличных от водорода, включают CO, CO₂, H₂S, CH₄ и N₂.The hydrogen gas used to generate regeneration methane gas is not limited to having a hydrogen concentration of 100 vol. %, but preferably it has a high hydrogen concentration, specifically a hydrogen concentration of 80 vol. % or more to achieve high methane concentration in the regeneration methane gas. More preferably, the hydrogen concentration is 90 vol. % or more, and even more preferably, 95 vol. % or more. Examples of residual gases other than hydrogen include CO, CO ₂ , H ₂ S, CH ₄ and N ₂ .

Например, по меньшей мере, часть газообразного водорода, используемого при получении регенерационного газообразного метана, предпочтительно является газообразным водородом, образующимся в результате электролиза воды в электролизёре воды. Это обусловлено тем, что побочную воду, образующуюся вторично в процессе получения регенерационного газообразного метана, можно использовать в форме воды в электролизёре воды; а побочный газообразный кислород, образующийся вторично в электролизёре воды, можно использовать как газообразный кислород, служащий дутьевым газом в фурме 22. Сочетая упомянутые отличительные характеристики с рабочими условиями доменной печи (т.е. применение газообразного кислорода в качестве дутьевого газа и применение регенерационного газообразного метана в качестве восстановителя), можно создавать высокоэффективную систему циркуляции ресурсов, а также улучшать эксплуатационную гибкость.For example, at least a portion of the hydrogen gas used in producing the regeneration methane gas is preferably hydrogen gas generated by electrolysis of water in a water electrolyzer. This is due to the fact that by-product water generated secondarily in the process of producing regeneration methane gas can be used in the form of water in a water electrolyzer; and the by-product oxygen gas generated secondarily in the water electrolyzer can be used as oxygen gas serving as the blast gas in the tuyere 22. By combining the above-mentioned distinctive characteristics with the operating conditions of the blast furnace (i.e., the use of oxygen gas as the blast gas and the use of regeneration methane gas as a reducing agent), it can create a highly efficient resource circulation system and also improve operational flexibility.

Побочную воду предпочтительно использовать в качестве воды, применяемой в электролизе воды, как упомянуто выше. В случае нехватки воды её подают из внутренней системы сталелитейного завода соответствующим образом.The by-product water is preferably used as water used in water electrolysis as mentioned above. In case of water shortage, it is supplied from the internal system of the steel plant accordingly.

Хотя предпочтительно использовать весь объём побочного газообразного кислорода в качестве газообразного кислорода, служащего дутьевым газом, побочный газообразный кислород можно подавать и в другую линию использования кислорода (например, конвертер, электронагревательную печь, устройство для сжигания (горелку для нагрева печи, горелку вспышки для спекания) и т.д.), в зависимости от объёма подачи.Although it is preferable to use the entire volume of by-product oxygen gas as blast oxygen gas, the by-product oxygen gas can be supplied to another oxygen utilization line (such as a converter, electric heating furnace, combustion device (furnace heating burner, sintering flash burner) etc.), depending on the supply volume.

В качестве газообразного водорода, применяемого для образования регенерационного газообразного метана, предпочтительно использовать только газообразный водород, образующийся при электролизе воды. Однако при нехватке газообразного водорода его подают извне или из другой линии сталелитейного завода.As the hydrogen gas used to generate regeneration methane gas, it is preferable to use only hydrogen gas generated by electrolysis of water. However, when there is a shortage of hydrogen gas, it is supplied externally or from another line in the steel plant.

Примеры источников снабжения газообразным водородом на сталелитейном заводе включают коксовый газ (побочный газ, отводимый из коксовой печи). В случае подачи газообразного водорода, извлекаемого из состава коксового газа, например, можно использовать способ выделения и извлечения водорода из коксового газа путём физической адсорбции (адсорбции при переменном давлении, PSA) или тому подобный, либо способ осуществления риформинга (частичного окисления) углеводорода, содержащегося в коксовом газе, а также выделения и извлечения водорода из подвергнутого риформингу газа методом PSA или тому подобным.Examples of sources of hydrogen gas supply in a steel mill include coke oven gas (a coke oven by-product gas). In the case of supplying hydrogen gas recovered from coke oven gas, for example, a method for separating and extracting hydrogen from coke oven gas by physical adsorption (pressure swing adsorption, PSA) or the like, or a method for reforming (partial oxidation) of the hydrocarbon contained in coke oven gas, as well as separating and recovering hydrogen from reformed gas by PSA or the like.

Примеры газообразного водорода, поставляемого извне, включают газообразный водород, полученный риформингом углеводорода, как например, риформингом природного газа под действием паров воды или тому подобным способом; газообразный водород, полученный путём испарения сжиженного водорода, и газообразный водород, полученный дегидрированием органического гидрида.Examples of externally supplied hydrogen gas include hydrogen gas obtained by hydrocarbon reforming, such as steam reforming of natural gas or the like; hydrogen gas obtained by evaporation of liquefied hydrogen, and hydrogen gas obtained by dehydrogenation of organic hydride.

Виды энергии, используемой для электролиза воды, не ограничиваются, но предпочтительно она является энергией, полученной из возобновляемого источника энергии, или энергией, вырабатываемой в линии генерирования энергии на сталелитейном заводе.The types of energy used for electrolysis of water are not limited, but preferably it is energy obtained from a renewable energy source or energy generated from a power generation line in a steel mill.

В случае использования мощности, вырабатываемой возобновляемым источником энергии, можно дополнительно сокращать выбросы диоксида углерода. В настоящем документе термин «возобновляемая энергия» обозначает энергию, которая постоянно существует в природном мире, такую, как солнечная энергия, ветровая энергия, гидроэнергия, геотермальная энергия и биомасса.By using power generated by a renewable energy source, carbon dioxide emissions can be further reduced. As used herein, the term “renewable energy” refers to energy that constantly exists in the natural world, such as solar energy, wind energy, hydropower, geothermal energy and biomass.

В случае применения энергии, вырабатываемой в линии генерирования энергии на сталелитейном заводе, можно создавать более эффективную систему циркуляции ресурсов. Примеры линии генерирования энергии на сталелитейном заводе включают линию генерирования энергии для создания повышенного давления вверху доменной печи и линию генерирования энергии с использованием доменного газа как топлива (источник тепла). В линии генерирования энергии с использованием доменного газа как топлива (источник тепла), можно применять в качестве топлива коксовый газ, конвертерный газ (побочный газ, отводимый из конвертера) или бытовой газ, в зависимости от рабочего состояния доменной печи.By using the energy generated in the power generation line of a steel mill, a more efficient resource circulation system can be created. Examples of a power generation line in a steel mill include a power generation line for pressurizing the top of a blast furnace and a power generation line using blast furnace gas as a fuel (heat source). In a power generation line using blast furnace gas as fuel (heat source), coke oven gas, converter gas (by-product gas removed from the converter) or household gas can be used as fuel, depending on the operating condition of the blast furnace.

Вдуваемый восстановитель, такой как регенерационный газообразный метан, и газообразный кислород смешиваются в нагнетателе 22, и смешанный газ быстро воспламеняется и газифицируется сразу после вдувания из нагнетателя 22 в доменную печь 21. Затем в части доменной печи перед нагнетателем 22 формируется зона циркуляции, т.е. область, в которой реагируют друг с другом вдуваемый восстановитель, такой как регенерационный газообразный метан или кокс, и газообразный кислород.The injected reducing agent such as regeneration methane gas and oxygen gas are mixed in the blower 22, and the mixed gas is quickly ignited and gasified immediately after being blown from the blower 22 into the blast furnace 21. Then, a circulation zone is formed in the part of the blast furnace in front of the blower 22, i.e. . a region in which the injected reducing agent, such as regeneration methane gas or coke, and oxygen gas react with each other.

При повышении концентрации кислорода в дутьевом газе уменьшается количество газа в печи. Это может обусловливать недостаточный нагрев загруженного материала в верхней части доменной печи. В таком случае предпочтительно осуществлять вдувание предварительно нагретого газа, т.е. нагревая газ до значения примерно от 800°C до 1000°C за счёт частичного сжигания части доменного газа при помощи горелки 24 далее по ходу потока после обезвоживателя 23, а затем вдувая его в шахтную часть доменной печи, как проиллюстрировано на фиг. 1.As the oxygen concentration in the blast gas increases, the amount of gas in the furnace decreases. This may cause insufficient heating of the charged material in the upper part of the blast furnace. In such a case, it is preferable to inject preheated gas, i.e. heating the gas to a value of from about 800°C to 1000°C by partially burning a portion of the blast furnace gas using a burner 24 downstream of the dehydrator 23, and then blowing it into the shaft portion of the blast furnace, as illustrated in FIG. 1.

В варианте осуществления 3 важно использовать в качестве дутьевого газа в нагнетателе 22 не горячий воздух (воздух, нагретый примерно до 1200°C), а газообразный кислород.In embodiment 3, it is important to use oxygen gas rather than hot air (air heated to approximately 1200° C.) as the blast gas in the blower 22.

Если в качестве дутьевого газа используют горячий воздух (воздух, нагретый примерно до 1200°C), в газе сгорания содержится около 50 об. % азота, который не способствует протеканию реакции горения, что препятствует достижению высокой температуры пламени в зоне циркуляции. В таком случае, если большую часть восстановителя, вдуваемого в доменную печь, заменяют с тонкоизмельчённого угля на газообразный метан, температура на выходе из фурмы нагнетателя 22 падает до значения ниже 2000°C, являющегося нижним пределом надлежащей температуры на выходе из фурмы, что обусловлено различием в теплоте реакции между тонкоизмельчённым углём и кислородом и теплоте реакции между газообразным метаном и кислородом. Это вызывает эксплуатационные затруднения, такие как недостаточный нагрев расплавленного металла и шлака в нижней части доменной печи, увеличение потери давления и невозможность осуществления выпуска металла. Кроме того, поскольку в доменном газе содержится большое количество азота, до выполнения процесса образования газообразного метана из доменного газа требуется проводить процесс отделения азота от оксида углерода и диоксида углерода.If hot air (air heated to approximately 1200°C) is used as the blast gas, the combustion gas contains about 50 vol. % nitrogen, which does not contribute to the combustion reaction, which prevents the flame from reaching a high temperature in the circulation zone. In such a case, if most of the reducing agent injected into the blast furnace is changed from fine coal to methane gas, the tuyere outlet temperature of the blower 22 drops to a value below 2000°C, which is the lower limit of the proper tuyere outlet temperature due to the difference in the heat of reaction between finely ground coal and oxygen and the heat of reaction between methane gas and oxygen. This causes operational difficulties such as insufficient heating of the molten metal and slag at the bottom of the blast furnace, increased pressure loss and the inability to release metal. In addition, since the blast furnace gas contains a large amount of nitrogen, before performing the process of generating methane gas from the blast furnace gas, it is necessary to carry out a process of separating nitrogen from carbon monoxide and carbon dioxide.

Путём использования газообразного кислорода в качестве дутьевого газа можно предотвращать попадание в смесь газообразного азота, не способствующего протеканию реакции горения, так что температуру на выходе из фурмы можно повышать до достаточно высокого значения. Поскольку температуру пламени в зоне циркуляции можно увеличивать до повышенного значения, по сравнению со случаем применения горячего воздуха, температуру на выходе из фурмы можно регулировать в надлежащем диапазоне от 2000°C до 2400°C, даже в случае вдувания из фурмы большого количества метана как восстановителя.By using oxygen gas as the blast gas, nitrogen gas, which is not conducive to the combustion reaction, can be prevented from entering the mixture, so that the temperature at the outlet of the tuyere can be raised to a sufficiently high value. Since the flame temperature in the circulation zone can be increased to a higher value than in the case of using hot air, the tuyere outlet temperature can be controlled within the proper range of 2000°C to 2400°C, even when a large amount of methane as a reducing agent is injected from the tuyere .

Таким образом, в способе эксплуатации доменной печи варианта осуществления 3 важно использовать в качестве дутьевого газа газообразный кислород.Therefore, in the blast furnace operating method of Embodiment 3, it is important to use oxygen gas as the blast gas.

В качестве газообразного кислорода, служащего дутьевым газом, предпочтительно используют побочный газообразный кислород, образующийся вторично при электролизе воды, как упомянуто выше. Таким образом можно создавать высокоэффективную систему циркуляции ресурсов. Газообразный кислород, отличный от побочного газообразного кислорода, можно производить, например, при помощи криогенного сепаратора воздуха.As the oxygen gas serving as the blast gas, it is preferable to use by-product oxygen gas generated secondary by the electrolysis of water as mentioned above. In this way, you can create a highly efficient resource circulation system. Oxygen gas other than by-product oxygen gas can be produced, for example, using a cryogenic air separator.

Концентрация кислорода в кислородсодержащем газе предпочтительно составляет 80 об. % или больше. В случае низкой концентрации газообразного кислорода увеличиваются количество газа, вводимого в доменную печь, и потеря давления в ней, что, вероятно, обусловливает снижение производительности. Кроме того, при повторном осуществлении циркуляции газа происходит относительное снижение концентрации газообразного метана в регенерационном газообразном метане. С учётом вышесказанного, концентрация кислорода в кислородсодержащем газе предпочтительно составляет 80 об. % или больше. Более предпочтительно, концентрация кислорода составляет 90 об. % или больше, а ещё предпочтительнее, 95 об. % или больше. Особенно предпочтительной является концентрация кислорода 90 % или больше, поскольку концентрацию газообразного метана в регенерационном газообразном метане можно поддерживать высокой (около 90 об. %) без подачи внешнего газообразного метана даже в случае эксплуатации за рамками периода нормального режима работы доменной печи. Концентрация кислорода может составлять 100 об. %.The oxygen concentration of the oxygen-containing gas is preferably 80 vol. % or more. When oxygen gas concentration is low, the amount of gas introduced into the blast furnace and the loss of pressure in the blast furnace increase, which is likely to cause a decrease in productivity. In addition, when the gas is circulated again, there is a relative decrease in the concentration of methane gas in the regeneration methane gas. In view of the above, the oxygen concentration in the oxygen-containing gas is preferably 80 vol. % or more. More preferably, the oxygen concentration is 90 vol. % or more, and even more preferably, 95 vol. % or more. Particularly preferable is an oxygen concentration of 90% or more because the methane gas concentration in the regeneration methane gas can be maintained high (about 90 vol. %) without supplying external methane gas even in the case of operation outside the period of normal operation of the blast furnace. The oxygen concentration can be 100 vol. %.

Остаточный газ в кислородсодержащем газе, отличный от кислорода, может включать азот, диоксид углерода и т.д., но содержание азота предпочтительно является как можно более низким. Доменный газ типичной доменной печи содержит приблизительно 50 об. % газообразного азота, что не является предпочтительным, поскольку, по всей вероятности, снижается концентрация метана в регенерационном газообразном метане. Доменный газ, отводимый из доменной печи, в которую в качестве дутьевого газа вдувают газообразный кислород, по существу, состоит из CO, CO₂ и H₂, приблизительно с нулевой концентрацией азота и, соответственно, подходит для синтеза метана.The residual gas in the oxygen-containing gas other than oxygen may include nitrogen, carbon dioxide, etc., but the nitrogen content is preferably as low as possible. The blast furnace gas of a typical blast furnace contains approximately 50 vol. % nitrogen gas, which is not preferred since it is likely to reduce the methane concentration in the regeneration methane gas. The blast furnace gas discharged from a blast furnace into which oxygen gas is injected as blast gas essentially consists of CO, CO ₂ and H ₂ , with approximately zero nitrogen concentration, and is accordingly suitable for methane synthesis.

В случае применения части регенерационного газообразного метана в качестве вдуваемого газообразного метана, концентрация метана предпочтительно составляет 80 об. % или больше. Если количество регенерационного газообразного метана является недостаточным, можно использовать газообразный метан, подаваемый извне.In the case of using part of the regeneration methane gas as the injection methane gas, the methane concentration is preferably 80 vol. % or more. If the amount of regeneration methane gas is insufficient, methane gas supplied from outside can be used.

При низкой концентрации метана во вдуваемом газообразном метане увеличиваются количество газа, вдуваемого в доменную печь, и потеря давления в ней, что, вероятно, обусловливает снижение производительности. Кроме того, при повторном осуществлении циркуляции газа происходит относительное снижение концентрации метана в регенерационном газообразном метане. С учётом вышесказанного, концентрация метана во вдуваемом газообразном метане предпочтительно составляет 80 об. % или больше. Более предпочтительно, концентрация метана во вдуваемом газообразном метане составляет 90 об. % или больше, а ещё предпочтительнее, 95 об. % или больше. Концентрация метана во вдуваемом газообразном метане может составлять 100 об. %.When the methane concentration in the injected methane gas is low, the amount of gas injected into the blast furnace and the pressure loss in the blast furnace increase, which is likely to cause a decrease in productivity. In addition, when the gas is recirculated, there is a relative decrease in the methane concentration in the regeneration methane gas. In view of the above, the methane concentration of the injected methane gas is preferably 80 vol. % or more. More preferably, the methane concentration of the injected methane gas is 90 vol. % or more, and even more preferably, 95 vol. % or more. The methane concentration in the injected methane gas can be 100 vol. %.

По тем же причинам концентрация метана в регенерационном газообразном метане (и внешнем газообразном метане) предпочтительно составляет 80 об. % или больше. Более предпочтительно, концентрация метана в регенерационном газообразном метане (и внешнем газообразном метане) составляет 90 об. % или больше, а ещё предпочтительнее, 95 об. % или больше. Концентрация метана в регенерационном газообразном метане (и внешнем газообразном метане) может составлять 100 об. %.For the same reasons, the methane concentration in the regeneration methane gas (and external methane gas) is preferably 80 vol. % or more. More preferably, the methane concentration in the regeneration methane gas (and external methane gas) is 90 vol. % or more, and even more preferably, 95 vol. % or more. The methane concentration in the regeneration methane gas (and external methane gas) can be 100 vol. %.

Остаточный газ в каждом из потоков, во вдуваемом газообразном метане и регенерационном газообразном метане (и внешнем газообразном метане), отличный от метана, может содержать, например, оксид углерода, диоксид углерода, водород и углеводород, а также газообразные примеси, такие как азот.The residual gas in each of the streams, the injection methane gas and the regeneration methane gas (and external methane gas) other than methane may contain, for example, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and hydrocarbon, as well as gaseous impurities such as nitrogen.

В случае снижения концентрации метана в регенерационном газообразном метане, например, можно увеличивать долю внешнего газообразного метана, имеющего высокую концентрацию метана, при одновременном уменьшении доли регенерационного газообразного метана во вдуваемом газообразном метане. Таким способом можно поддерживать высокую концентрацию метана во вдуваемом газообразном метане.In the case of decreasing the methane concentration in the regeneration methane gas, for example, it is possible to increase the proportion of the external methane gas having a high methane concentration while simultaneously decreasing the proportion of the regeneration methane gas in the injected methane gas. In this way, it is possible to maintain a high methane concentration in the injected methane gas.

В варианте осуществления 3, описанном выше, полученное восстановленное железо 3 можно подавать в доменную печь 21 как сырьё. Следовательно, можно снижать расход восстановителя в доменной печи, а также дополнительно уменьшать выбросы CO₂. В варианте осуществления 3 можно не только снижать, в принципе, до нуля выбросы CO₂в процессе получения восстановленного железа, как в вариантах осуществления 1 и 2, но также можно уменьшать и выбросы CO₂из доменной печи вследствие того, что CO₂из доменной печи повторно используется в виде регенерационного газообразного метана.In Embodiment 3 described above, the obtained reduced iron 3 can be supplied to the blast furnace 21 as raw material. Therefore, it is possible to reduce the consumption of reducing agent in the blast furnace, and also further reduce CO ₂ emissions. In Embodiment 3, not only can CO ₂ emissions from the reduced iron production process be reduced to essentially zero as in Embodiments 1 and 2, but CO ₂ emissions from the blast furnace can also be reduced due to the fact that CO ₂ from the blast furnace The furnace is reused in the form of regenerative methane gas.

Вариант осуществления 4Embodiment 4

Вариант осуществления 4 будет описан ниже со ссылкой на фиг. 4. Фиг. 4 иллюстрирует компоненты, используемые в варианте осуществления 4 и выбранные из числа компонентов, показанных на фиг. 1. В варианте осуществления 4 используется линия производства восстановленного железа, отображённая на фиг. 1.Embodiment 4 will be described below with reference to FIG. 4. Fig. 4 illustrates components used in Embodiment 4 selected from those shown in FIG. 1. Embodiment 4 uses the reduced iron production line shown in FIG. 1.

В варианте осуществления 4 восстановленное железо получают в соответствии со следующей процедурой: прежде всего, оксид 2 железа загружают в восстановительную печь 1, которая является центральной в процессе получения восстановленного железа, через её верхнюю часть и постепенно опускают оксид 2 железа. При опускании оксида 2 железа высокотемпературный восстановительный газ, содержащий CO, H₂ и углеводород, вдувают из нагнетателя 10 восстановительного газа в восстановительную печь 1 в её средней части для восстановления оксида 2 железа и выгружают восстановленное железо 3 из нижней части восстановительной печи 1. В указанном процессе восстановления в восстановительной печи 1 колошниковый газ, содержащий в основном CO, CO₂, H₂ и H₂O, отводят из верхней части восстановительной печи 1. Из колошникового газа удаляют пыль в отделителе 4 пыли. После этого из части колошникового газа отделяют диоксид углерода в сепараторе 8 диоксида углерода, а затем регулируют влажность во втором обезвоживателе 7b и подают в термореактор 6 риформинга в качестве газообразного сырья. Остальной колошниковый газ обезвоживают в первом обезвоживателе 7a, а затем используют его в качестве горючего для нагрева в камере сгорания термореактора 6 риформинга. В качестве газообразного сырья можно использовать не только колошниковый газ, отводимый из восстановительной печи 1, но также и доменный газ, отводимый из доменной печи 21.In Embodiment 4, reduced iron is produced in accordance with the following procedure: first of all, iron oxide 2 is loaded into the reduction furnace 1, which is central in the process of producing reduced iron, through its upper part, and iron oxide 2 is gradually lowered. When lowering the iron oxide 2, a high-temperature reducing gas containing CO, H ₂ and hydrocarbon is blown from the reducing gas blower 10 into the reduction furnace 1 in its middle part to reduce the iron oxide 2, and the reduced iron 3 is discharged from the lower part of the reduction furnace 1. At this During the reduction process in the reduction furnace 1, top gas containing mainly CO, CO ₂ , H ₂ and H ₂ O is removed from the upper part of the reduction furnace 1. Dust is removed from the top gas in a dust separator 4. Thereafter, carbon dioxide is separated from a portion of the blast furnace gas in the carbon dioxide separator 8, and then the humidity is adjusted in the second dehydrator 7b and supplied to the reforming thermoreactor 6 as a gaseous feedstock. The remaining top gas is dehydrated in the first dehydrator 7a, and then used as fuel for heating in the combustion chamber of the reforming thermoreactor 6. Not only the top gas discharged from the reduction furnace 1, but also the blast furnace gas discharged from the blast furnace 21 can be used as the gaseous raw material.

Затем колошниковый газ, подаваемый в термореактор 6 риформинга, нагревают в термореакторе 6 риформинга вместе с синтезированным регенерационным метаном для образования высокотемпературного восстановительного газа.Then, the top gas supplied to the reforming thermoreactor 6 is heated in the reforming thermoreactor 6 together with the synthesized regeneration methane to form a high-temperature reducing gas.

Для надлежащего регулирования состава восстановительного газа контролируют влажность колошникового газа и доменного газа, используемых в качестве газообразного сырья. Из колошникового газа и доменного газа можно также отделять CO₂ в сепараторе 8 диоксида углерода. Хотя в качестве газообразного сырья для получения восстановительного газа используют регенерационный метан, колошниковый газ и доменный газ, с целью регулирования состава можно добавлять воду или пары воды. Для стимулирования протекания реакции риформинга и образования подвергнутого риформингу газа, содержащего в основном CO и H₂, в термореакторе 6 риформинга можно предусматривать механизм активирования реакции, как например, наличие катализатора. Как альтернативный вариант, в термореакторе 6 риформинга можно осуществлять только нагревание и вдувать нагретый газ непосредственно в восстановительную печь.To properly regulate the composition of the reducing gas, the humidity of the blast furnace gas and blast furnace gas used as gaseous feedstock is controlled. CO ₂ can also be separated from the blast furnace gas and blast furnace gas in the carbon dioxide separator 8 . Although regeneration methane, blast furnace gas and blast furnace gas are used as gaseous raw materials for producing reducing gas, water or water vapor can be added to regulate the composition. To promote the reforming reaction to proceed and produce a reformed gas containing mainly CO and H ₂ , a reaction activation mechanism such as a catalyst may be provided in the reforming thermoreactor 6. Alternatively, the reforming thermoreactor 6 can only perform heating and inject the heated gas directly into the reduction furnace.

Режим работы доменной печи в варианте осуществления 4 является тем же, что и в варианте осуществления 3. По меньшей мере, часть доменного газа вводят в реактор 9 синтеза метана. В реакторе 9 синтеза метана оксид углерода и диоксид углерода, содержащиеся в доменном газе, подвергаются взаимодействию с газообразным водородом для образования регенерационного газообразного метана. Регенерационный газообразный метан подают в термореактор 6 риформинга вместе с газообразным сырьём для образования восстановительного газа в термореакторе 6 риформинга. Остальной регенерационный газообразный метан можно вдувать в доменную печь из фурмы в качестве восстановителя.The operating mode of the blast furnace in Embodiment 4 is the same as in Embodiment 3. At least part of the blast furnace gas is introduced into the methane synthesis reactor 9. In the methane synthesis reactor 9, carbon monoxide and carbon dioxide contained in the blast furnace gas are reacted with hydrogen gas to form regeneration methane gas. Regeneration methane gas is supplied to the reforming thermoreactor 6 together with gaseous feedstock to form a reducing gas in the reforming thermoreactor 6. The remaining recovery methane gas can be injected into the blast furnace from the tuyere as a reducing agent.

В линии, изображённой на фиг. 4, выше по ходу потока от реактора 9 синтеза метана могут быть предусмотрены устройство для выделения и извлечения газообразного диоксида углерода, предназначенное для выделения и извлечения газообразного диоксида углерода из доменного газа, и канал подачи газообразного диоксида углерода, извлечённого при помощи устройства для выделения и извлечения газообразного диоксида углерода, в реактор 9 синтеза метана. Указанным способом в устройстве для выделения и извлечения газообразного диоксида углерода можно извлекать остаточный газ, содержащий топливные компоненты, такие как оксид углерода и водород, и использовать его как топливо в других процессах на сталелитейном заводе, как например, в коксовой печи или генераторе мощности. Таким образом, предложенные авторами технологии можно воплощать при одновременной поставке энергии в пределах сталелитейного завода.In the line shown in Fig. 4, a carbon dioxide gas separating and recovery device for separating and recovering carbon dioxide gas from the blast furnace gas, and a supply path for carbon dioxide gas recovered by the separating and recovery device may be provided upstream of the methane synthesis reactor 9 carbon dioxide gas into reactor 9 for methane synthesis. By this method, the carbon dioxide gas separation and recovery apparatus can recover residual gas containing fuel components such as carbon monoxide and hydrogen and use it as fuel in other processes in a steel plant, such as in a coke oven or a power generator. Thus, the technologies proposed by the authors can be implemented while simultaneously supplying energy within the steel plant.

В качестве газообразного водорода, используемого для синтеза регенерационного метана, можно применять не содержащий CO₂ водород, подаваемый извне, такой как газообразный водород, образующийся при электролизе воды под действием солнечной энергии. Газообразный кислород, используемый в качестве газа, поддерживающего горение, в камере сгорания термореактора 6 риформинга, необязательно должен являться чистым кислородом с концентрацией кислорода, равной 100%, и может содержать небольшое количество газа, отличного от кислорода, такого как азот, диоксид углерода и аргон. Если концентрация кислорода является заниженной, возрастает объём газа и требуется увеличивать размер термореактора 6 риформинга и реактора 9 синтеза метана, предназначенного для осуществления синтеза метана. С учётом вышесказанного, концентрация кислорода предпочтительно составляет 80% или больше. За счёт использования источника энергии без выбросов CO₂ для получения кислорода и водорода в варианте осуществления 1, выбросы CO₂, в принципе, можно снизить до нуля. Примеры источников энергии без выбросов CO₂, которые можно использовать, включают в себя солнечную энергию и ядерную энергию.As the hydrogen gas used for the synthesis of regeneration methane, CO ₂ -free hydrogen supplied from outside, such as hydrogen gas generated by electrolysis of water under the action of solar energy, can be used. The oxygen gas used as the combustion support gas in the combustion chamber of the reforming thermoreactor 6 need not be pure oxygen with an oxygen concentration of 100%, and may contain a small amount of gas other than oxygen such as nitrogen, carbon dioxide and argon. . If the oxygen concentration is low, the volume of gas increases and it is necessary to increase the size of the reforming thermoreactor 6 and the methane synthesis reactor 9, designed to carry out methane synthesis. In view of the above, the oxygen concentration is preferably 80% or more. By using a CO ₂ -free energy source to produce oxygen and hydrogen in Embodiment 1, CO ₂ emissions can, in principle, be reduced to zero. Examples of _CO2- free energy sources that can be used include solar energy and nuclear energy.

ПримерыExamples

Далее будут описаны примеры. В нижеследующем будут изложены технические требования в виде норм расхода на получение 1 т восстановленного железа (DRI). Например, в случае установки получения восстановленного железа мощностью 3000 т/сут умножение указанных ниже технических норм на 3000 приводит к определению норм расхода за 1 сутки.Examples will be described below. The following will outline the technical requirements in the form of consumption rates for obtaining 1 ton of reduced iron (DRI). For example, in the case of a reduced iron production plant with a capacity of 3000 tons/day, multiplying the technical standards indicated below by 3000 leads to the determination of consumption rates for 1 day.

Пример 1Example 1

Эксплуатацию следующей ниже восстановительной печи осуществляли с использованием линии получения восстановленного железа, схематично изображённой на фиг. 2. В восстановительную печь 1 загружали через верхнюю часть 1394 кг/т спечённой руды в виде оксида 2 железа и вдували в печь 1 через среднюю часть 2200 н.м³/т высокотемпературного восстановительного газа (H₂: 62 об. %, CO: 38 об. %), нагретого до 800°С. Затем через верхнюю часть печи 1 загружали 2200 н.м³/т колошникового газа (H₂: 46 об. %, CO: 29 об. %, CO₂: 10 об. %, H₂O: 15 об. %). Из колошникового газа удаляли пыль, а затем использовали 1501 н.м³/т колошникового газа как газообразное сырьё, а остальные 699 н.м³/т колошникового газа применяли в качестве горючего газа для нагрева в термореакторе 6 риформинга. Регулировали влажность колошникового газа, подаваемого в качестве газообразного сырья, путём удаления 86 кг/т воды, а затем вводили его в термореактор 6 риформинга. Колошниковый газ, подаваемый в качестве горючего газа для нагрева, обезвоживали, а затем сжигали в камере сгорания термореактора 6 риформинга с использованием чистого кислорода, полученного при помощи процесса криогенного разделения, питаемого источником энергии без выбросов CO₂. Извлекали весь объём газа, отходящего из камеры сгорания термореактора 6, обезвоживали и подавали 269 н.м³/т образующегося отходящего газа сгорания (CO₂: 100 об. %) в реактор 9 синтеза метана. В реактор 9 синтеза метана добавляли также 1075 н.м³/т водорода, полученного электролизом с использованием источника энергии без выбросов CO₂, для синтеза 269 н.м³/т регенерационного газообразного метана. Синтезированный регенерационный газообразный метан подавали в термореактор 6 риформинга вместе с колошниковым газом в виде газообразного сырья и использовали в качестве исходного материала для восстановительного газа.The operation of the reduction furnace below was carried out using the reduced iron production line shown schematically in FIG. 2. 1394 kg/t of sintered ore in the form of iron oxide 2 was loaded into the reduction furnace 1 through the upper part and 2200 Nm ³ /t of high temperature reducing gas (H ₂ : 62 vol.%, CO: 38 vol.%), heated to 800°C. Then, 2200 Nm ³ /t of top gas (H ₂ : 46 vol.%, CO: 29 vol.%, CO ₂ : 10 vol.%, H ₂ O: 15 vol. %) was charged through the top of furnace 1. Dust was removed from the top gas, and then 1501 Nm ³ /t of top gas was used as gaseous raw material, and the remaining 699 N.m ³ /t of top gas was used as combustible gas for heating in the reforming thermoreactor 6. The humidity of the top gas supplied as a gaseous feedstock was regulated by removing 86 kg/t of water, and then introducing it into the reforming thermoreactor 6. The top gas supplied as fuel gas for heating was dehydrated and then burned in the combustion chamber of the reforming thermoreactor 6 using pure oxygen produced by a cryogenic separation process powered by a CO ₂ -free energy source. The entire volume of gas leaving the combustion chamber of thermoreactor 6 was extracted, dehydrated, and 269 Nm ³ /t of the resulting combustion exhaust gas (CO ₂ : 100 vol. %) was supplied to reactor 9 for methane synthesis. 1075 Nm ³ /t of hydrogen produced by electrolysis using a CO ₂ -free energy source was also added to the methane synthesis reactor 9 to synthesize 269 Nm ³ /t of regeneration methane gas. The synthesized regeneration methane gas was supplied to the reforming thermoreactor 6 together with the top gas as a gaseous feedstock and used as the starting material for the reducing gas.

В указанном режиме работы не поставляли никакого источника энергии извне, за исключением водорода из источника энергии без выбросов CO₂, так что выбросы CO₂ являлись нулевыми.In this mode of operation, no external energy source was supplied except for hydrogen from a CO ₂ -free energy source, so that CO ₂ emissions were zero.

Пример 2Example 2

Эксплуатацию следующей ниже восстановительной печи осуществляли с использованием линии получения восстановленного железа, схематично изображённой на фиг. 3. Характеристики спечённой руды, загружаемой в восстановительную печь 1, восстановительного газа, вдуваемого в восстановительную печь 1, колошникового газа, отводимого с верха печи, и газообразного сырья были теми же, что и в примере 1. Остальные 699 н.м³/т колошникового газа, не отнесённые к газообразному сырью, обезвоживали, а затем подавали в реактор 9 синтеза метана в качестве сырья для синтеза метана. В реактор 9 синтеза метана добавляли также 551 н.м³/т водорода, полученного электролизом с использованием источника энергии без выбросов CO₂, для синтеза 269 н.м³/т регенерационного газообразного метана. Синтезированный регенерационный газообразный метан подавали в термореактор 6 риформинга и использовали в качестве исходного материала для восстановительного газа. Вместо применения горючего для нагрева, подаваемого в термореактор 6 риформинга в примере 1, снабжали извне энергией без выбросов CO₂ и осуществляли электронагрев.The operation of the reduction furnace below was carried out using the reduced iron production line shown schematically in FIG. 3. The characteristics of the sintered ore charged into the reduction furnace 1, the reducing gas injected into the reduction furnace 1, the top gas discharged from the top of the furnace, and the gaseous feedstock were the same as in Example 1. The remaining 699 Nm ³ /t blast furnace gas, not classified as a gaseous feedstock, was dehydrated and then supplied to the methane synthesis reactor 9 as a feedstock for methane synthesis. 551 Nm ³ /t of hydrogen produced by electrolysis using a CO ₂ -free energy source was also added to the methane synthesis reactor 9 to synthesize 269 Nm ³ /t of regeneration methane gas. The synthesized regeneration methane gas was supplied to the reforming thermoreactor 6 and used as a starting material for the reducing gas. Instead of using heating fuel supplied to the reforming thermoreactor 6 in Example 1, energy without CO ₂ emissions was supplied externally and electric heating was carried out.

В указанном режиме работы не поставляли никакого источника энергии извне, за исключением водорода и электричества для нагрева при помощи источника энергии без выбросов CO₂, так что выбросы CO₂ являлись нулевыми.In this mode of operation, no external energy source was supplied except hydrogen and electricity for heating by a CO ₂ -free energy source, so that CO ₂ emissions were zero.

Пример 3Example 3

Эксплуатацию следующих ниже доменной печи и восстановительной печи осуществляли с использованием линии производства восстановленного железа, схематично изображённой на фиг. 1. Способ получения восстановленного железа в примере 3 был аналогичен способу получения восстановленного железа в примере 2, однако в реакторе 9 синтеза метана использовали не только колошниковый газ, но также и доменный газ. Для получения доменного газа, не содержащего азот, в доменной печи 21 использовали в качестве дутьевого газа чистый кислород. Для синтеза метана подавали в реактор 9 синтеза метана 242 н.м³/т доменного газа (H₂: 24 об. %, CO: 33 об. %, CO₂: 43 об. %), образовавшегося в указанных условиях, вместе с 220 н.м³/т колошникового газа и 772 н.м³/т водорода, полученного электролизом с использованием источника энергии без выбросов CO₂. В реакторе 9 синтеза метана образовывалось 269 н.м³/т регенерационного газообразного метана. Регенерационный газообразный метан подавали в термореактор 6 риформинга вместе с колошниковым газом как газообразное сырьё и использовали в качестве исходного материала для восстановительного газа. Часть регенерационного газообразного метана подавали в нагнетатель 22 доменной печи 21 как вдуваемый восстановитель. Часть колошникового газа восстановительной печи сжигали как топливо в камере сгорания термореактора 6 риформинга, но не извлекали образующийся отходящий газ. Для компенсации нехватки топливного газа в термореакторе риформинга подавали извне источник энергии без выбросов CO₂ (не отображено) и осуществляли электронагрев.The operation of the following blast furnace and reduction furnace was carried out using the reduced iron production line schematically shown in FIG. 1. The method for producing reduced iron in example 3 was similar to the method for producing reduced iron in example 2, however, in the methane synthesis reactor 9, not only blast furnace gas was used, but also blast furnace gas. To obtain blast furnace gas that does not contain nitrogen, pure oxygen was used as blast gas in blast furnace 21. For the synthesis of methane, 242 n.m ³ /t of blast furnace gas (H ₂ : 24 vol.%, CO: 33 vol.%, CO ₂ : 43 vol.%) formed under the specified conditions, together with 220 Nm ³ /t top gas and 772 Nm ³ /t hydrogen produced by electrolysis using a CO ₂ -free energy source. In the methane synthesis reactor 9, 269 Nm ³ /t of regeneration methane gas was formed. The regeneration methane gas was supplied to the reforming thermoreactor 6 together with the top gas as a gaseous raw material and used as the starting material for the reduction gas. A portion of the regeneration methane gas was supplied to the blower 22 of the blast furnace 21 as an injected reducing agent. Part of the top gas of the reduction furnace was burned as fuel in the combustion chamber of the reforming thermoreactor 6, but the resulting exhaust gas was not recovered. To compensate for the lack of fuel gas in the reforming thermoreactor, an external energy source without CO ₂ emissions was supplied (not shown) and electric heating was carried out.

В указанном режиме эксплуатации газообразный водород, загружаемый в реактор 9 синтеза метана для осуществления синтеза метана, вырабатывался при помощи источника энергии без выбросов CO₂, так что при получении водорода CO₂ не образовывался. Газ сгорания, отходящий из термореактора 6 риформинга, отводили за пределы системы, и вследствие этого образовывалось 362 кг/т CO₂. Между тем, поскольку часть доменного газа извлекали и использовали повторно в виде регенерационного газообразного метана, количество CO₂, выходящего из доменной печи 21, уменьшалось на 362 кг/т. Следовательно, в случае применения предложенного авторами способа получения восстановленного железа на сталелитейном заводе, включающем действующую доменную печь, в условиях работы примера 3 достигалось нулевое суммарное количество выбросов CO₂, и можно было получать восстановленное железо практически с нулевыми выбросами CO₂. Хотя количество доменного газа, подаваемого на сталелитейный завод, уменьшалось вследствие использования упомянутого газа в предложенном авторами способе получения восстановленного железа, принимая во внимание, что доменный газ является низкокалорийным, и, следовательно, практически не используется в нагревательной печи и тому подобном оборудовании в следующих далее по схеме процессах, а применяется в основном для выработки энергии, сталелитейный завод можно эксплуатировать без увеличения количества CO₂ за счёт привнесения источника энергии без выбросов CO₂для компенсации нехватки мощности, обусловленной недостаточным объёмом подачи доменного газа на сталелитейный завод.In this operating mode, hydrogen gas charged into the methane synthesis reactor 9 to carry out methane synthesis was generated by a CO ₂ -free energy source, so that no CO ₂ was generated in the production of hydrogen. The combustion gas leaving the reforming thermoreactor 6 was removed outside the system, and as a result, 362 kg/t CO ₂ was formed. Meanwhile, since part of the blast furnace gas was recovered and reused as recovery methane gas, the amount of CO ₂ exiting the blast furnace 21 was reduced by 362 kg/t. Therefore, if the authors' proposed method for producing reduced iron was applied to a steel mill containing an operating blast furnace, zero total CO ₂ emissions were achieved under the operating conditions of Example 3, and reduced iron could be produced with virtually zero CO ₂ emissions. Although the amount of blast furnace gas supplied to the steel plant was reduced due to the use of the said gas in the method proposed by the authors for producing reduced iron, taking into account that blast furnace gas is low in calories, and therefore is practically not used in heating furnace and the like equipment in the following According to the process design, and is used primarily for power generation, a steel mill can be operated without increasing the amount of CO ₂ by introducing a CO ₂ -free energy source to compensate for the power shortage caused by insufficient blast furnace gas supply to the steel mill.

Кроме того, за счёт подачи части регенерационного газообразного метана в фурму 22 доменной печи 21 в виде вдуваемого восстановителя, удалось снизить количество тонкоизмельчённого угля, вдуваемого в доменную печь 21 из фурмы, и таким образом достигалось дополнительное уменьшение количества CO₂.In addition, by supplying a portion of the regeneration methane gas to the tuyere 22 of the blast furnace 21 in the form of an injected reducing agent, it was possible to reduce the amount of fine coal blown into the blast furnace 21 from the tuyere, and thus further reducing the amount of CO ₂ was achieved.

Кроме того, в случае, когда эксплуатацию доменной печи осуществляли при загрузке в доменную печь 21 восстановленного железа, произведённого изложенным выше способом получения восстановленного железа, в качестве сырья, оказалось возможным сокращение использования кокса в доменной печи и достигалось дополнительное уменьшение количества CO₂.In addition, in the case where the operation of the blast furnace was carried out by loading the reduced iron produced by the above-described reduced iron production method into the blast furnace 21 as a raw material, it was possible to reduce the use of coke in the blast furnace and further reduce the amount of CO ₂ .

Сравнительный пример 1Comparative example 1

Осуществляли типичный режим работы восстановительной печи с использованием линии получения восстановленного железа, изображённой на фиг. 5. Типичный режим работы восстановительной печи представлен в сравнительном примере 1, в котором исходным материалом, добавляемым в колошниковый газ как газообразное сырьё в примере 1, являлся не регенерационный газообразный метан, а природный газ. В восстановительную печь 1 вдували через среднюю часть 2200 н.м³/т высокотемпературного восстановительного газа (H₂: 62 об. %, CO: 38 об. %), нагретого до 800°С, и осуществляли работу восстановительной печи. Затем через верхнюю часть печи 1 загружали 2200 н.м³/т колошникового газа (H₂: 46 об. %, CO: 29 об. %, CO₂: 10 об. %, H₂O: 15 об. %). Из колошникового газа удаляли пыль, а затем использовали 1501 н.м³/т колошникового газа как газообразное сырьё, а остальные 699 н.м³/т колошникового газа применяли в качестве горючего газа для нагрева в термореакторе6 риформинга. Регулировали влажность газообразного сырья с удалением 86 кг/т воды, а затем подавали его в термореактор 6 риформинга. Горючий газ для нагрева обезвоживали, а затем сжигали в воздушной среде в камере сгорания термореактора 6 риформинга и рассеивали в атмосферу образующийся отходящий газ сгорания. Для получения восстановительного газа в термореактор 6 риформинга подавали 269 н.м³/т природного газа вместе с вышеупомянутым технологическим газом.A typical reduction furnace operation was carried out using the reduced iron production line shown in FIG. 5. A typical operation mode of a recovery furnace is presented in Comparative Example 1, in which the starting material added to the top gas as feed gas in Example 1 was not recovery methane gas, but natural gas. 2200 Nm ³ /t of high-temperature reducing gas (H ₂ : 62 vol.%, CO: 38 vol.%) heated to 800°C was injected into the reduction furnace 1 through the middle part, and the reduction furnace was operated. Then, 2200 Nm ³ /t of top gas (H ₂ : 46 vol.%, CO: 29 vol.%, CO ₂ : 10 vol.%, H ₂ O: 15 vol. %) was charged through the top of furnace 1. Dust was removed from the top gas, and then 1501 Nm ³ /t of top gas was used as gaseous raw material, and the remaining 699 N.m ³ /t of top gas was used as combustible gas for heating in a reforming thermoreactor. The humidity of the gaseous feedstock was regulated with the removal of 86 kg/t of water, and then it was supplied to the reforming thermoreactor 6. The combustible gas for heating was dehydrated and then burned in air in the combustion chamber of the reforming thermoreactor 6, and the resulting combustion exhaust gas was dispersed into the atmosphere. To obtain reducing gas, 269 Nm ³ /t of natural gas was supplied to the reforming thermoreactor 6 along with the above-mentioned process gas.

В указанном режиме работы CO₂, испускаемый как отходящий газ сгорания термореактора 6 риформинга, преобразовывался в 528 кг CO₂/т, и выбросы CO₂ не могли сокращаться.In this operating mode, CO ₂ emitted as combustion exhaust gas of the reforming thermoreactor 6 was converted into 528 kg CO ₂ /t, and CO ₂ emissions could not be reduced.

Сравнительный пример 2Comparative example 2

Осуществляли типичный режим работы восстановительной печи с использованием линии получения восстановленного железа, изображённой на фиг. 6. Типичный режим работы восстановительной печи представлен в сравнительном примере 2, в котором исходным материалом, добавляемым в колошниковый газ как газообразное сырьё в примере 1, являлся не регенерационный газообразный метан, а коксовый газ. В сравнительном примере 2 для получения восстановленного железа подавали в термореактор 6 риформинга 524 н.м³/т коксового газа, вместо природного газа в сравнительном примере 1. CO₂, испускаемый как отходящий газ сгорания термореактора 6 риформинга, преобразовывался в 456 кг CO₂/т, как в сравнительном примере 1. Однако, поскольку коксовый газ, использованный в способе получения восстановленного железа, являлся частью коксового газа, образующегося на сталелитейном заводе, выбросы CO₂ со стороны коксовой печи уменьшались на 456 кг CO₂/т, так что суммарное количество выбросов CO₂ на сталелитейном заводе равнялось нулю. Однако коксовый газ используется как технологический газ в следующих далее по схеме процессах, в отличие от доменного газа, и, соответственно, не может быть заменён источником энергии без выбросов CO₂, или водородом, полученным электролизом воды с использованием источника энергии без выбросов CO₂. Следовательно, при осуществлении способа сравнительного примера 2 в следующие далее по схеме процессы требовалось вводить 284 н.м³/т внешнего метана (такого, как природный газ). Это вызывало увеличение выбросов CO₂ до 557 кг/т на сталелитейном заводе в целом, и выбросы CO₂ не могли сокращаться. Кроме того, вследствие высокого содержания серы в коксовом газе, необходимо было добавлять крупномасштабную линию обессеривания, поскольку катализатор для активации реакции, предусмотренный в термореакторе риформинга, являлся чувствительным к сере.A typical reduction furnace operation was carried out using the reduced iron production line shown in FIG. 6. A typical operating mode of a reduction furnace is presented in comparative example 2, in which the starting material added to the top gas as a gaseous feedstock in example 1 was not regeneration methane gas, but coke oven gas. In Comparative Example 2, 524 Nm ³ /t of coke oven gas was supplied to the reforming thermoreactor 6 to produce reduced iron, instead of natural gas in Comparative Example 1. CO ₂ emitted as combustion exhaust gas of the reforming thermoreactor 6 was converted into 456 kg CO ₂ / t as in Comparative Example 1. However, since the coke oven gas used in the reduced iron process was part of the coke oven gas generated in the steel plant, CO ₂ emissions from the coke oven were reduced by 456 kg CO ₂ /t, so that the total CO ₂ emissions from the steel mill were zero. However, coke oven gas is used as a process gas in the following processes, unlike blast furnace gas, and, accordingly, cannot be replaced by a CO ₂ -free energy source, or hydrogen produced by electrolysis of water using a CO ₂ -free energy source. Therefore, when implementing the method of Comparative Example 2, 284 Nm ³ /t of external methane (such as natural gas) was required to be introduced into the following processes. This caused CO ₂ emissions to increase to 557 kg/t for the steel plant as a whole, and CO ₂ emissions could not be reduced. In addition, due to the high sulfur content of the coke oven gas, it was necessary to add a large-scale desulfurization line because the reaction activation catalyst provided in the reforming thermoreactor was sensitive to sulfur.

Коксовый газ, используемый в сравнительном примере 2, представляет собой важный технологический газ, применяемый как топливо в следующих далее по схеме процессах на интегрированном сталелитейном заводе, как например, топливо для горелки в нагревательной печи. Если такой коксовый газ используют для процесса получения восстановленного железа в большом количестве, в последующих процессах возникает нехватка топлива. Количество коксового газа, образующегося при получении кокса на сталелитейном заводе, включающем в себя доменную печь мощностью 10000 т/сут, составляет 1690000 н.м³/сут. В случае, когда количество получаемого восстановленного железа составляет 3000 т/сут, объём коксового газа, расходуемого в предложенном авторами способе получения восстановленного железа, равен 1570000 н.м³/т. Это означает, что в предложенном авторами способе получения восстановленного железа используется почти всё количество образующегося коксового газа. С учётом вышесказанного, на действующем сталелитейном заводе невозможно применять способ сравнительного примера 2.The coke oven gas used in Comparative Example 2 is an important process gas used as fuel in downstream processes in an integrated steel plant, such as burner fuel in a reheating furnace. If such coke oven gas is used in the process of producing reduced iron in large quantities, a shortage of fuel occurs in subsequent processes. The amount of coke oven gas generated when producing coke in a steel plant, which includes a blast furnace with a capacity of 10,000 tons per day, is 1,690,000 Nm ³ /day. In the case when the amount of reduced iron produced is 3000 tons/day, the volume of coke oven gas consumed in the method proposed by the authors for producing reduced iron is 1,570,000 Nm ³ /t. This means that in the method proposed by the authors for producing reduced iron, almost the entire amount of coke oven gas produced is used. In view of the above, it is not possible to apply the method of Comparative Example 2 in an existing steel mill.

Список позицийList of items

1 восстановительная печь1 recovery furnace

2 оксид железа2 iron oxide

3 восстановленное железо3 reduced iron

4 отделитель пыли4 dust separator

5 канал подачи5 feed channel

6 термореактор риформинга6 thermoreactor reforming

7a первый обезвоживатель7a first dehydrator

7b второй обезвоживатель7b second dehydrator

7c третий обезвоживатель7c third dehydrator

7d четвёртый обезвоживатель7d fourth dehydrator

8 сепаратор диоксида углерода 8 carbon dioxide separator

9 реактор синтеза метана9 methane synthesis reactor

10 нагнетатель восстановительного газа10 reducing gas blower

21 доменная печь21 blast furnaces

22 нагнетатель22 supercharger

23 обезвоживатель со стороны доменной печи23 dehydrator from the blast furnace side

24 горелка.24 burner.

Claims

1. Reduced iron production line containing:

a blast furnace configured to reduce iron oxide;

a reduction furnace configured to reduce iron oxide;

a methane synthesis reactor configured to synthesize methane from blast furnace gas and/or top gas and hydrogen gas, wherein the blast furnace gas is formed in the blast furnace as a by-product and contains carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen, and the top gas is removed from the top of the reduction room oven and contains carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen;

a blower configured to inject methane gas produced in the methane synthesis reactor into the blast furnace;

a reforming thermoreactor configured to heat or heat-reform blast furnace gas and/or top gas and methane gas produced in the methane synthesis reactor to form a reducing gas containing carbon monoxide gas and hydrogen gas;

a reducing gas blower configured to inject reducing gas into the reduction furnace; And

a supply channel configured to supply top gas to the methane synthesis reactor and/or reforming thermoreactor.

2. The line according to claim 1, containing a carbon dioxide separator, configured to separate carbon dioxide from the top gas, located in the supply channel.

3. Line according to claim 1 or 2, containing:

a device for separating and extracting gaseous carbon dioxide, configured to isolate and extract gaseous carbon dioxide from the blast furnace gas, located on the inlet side of the methane synthesis reactor; And

a channel configured to supply carbon dioxide gas recovered by the carbon dioxide gas separating and recovery device into the methane synthesis reactor.

4. A method for producing reduced iron using a line for the production of reduced iron according to any one of claims. 1-3, including the following:

iron oxide is loaded into the reduction furnace;

reducing gas is injected into the reduction furnace;

synthesizing methane from a mixed gas or carbon dioxide gas and hydrogen gas, wherein the mixed gas contains carbon dioxide and carbon monoxide;

heating the gaseous raw material containing methane gas and mixed gas, and reforming the gaseous raw material into a reducing gas; And

reduce iron oxide with reducing gas in a reduction furnace.

5. The method of claim 4, wherein the mixed gas is blast furnace gas produced as a by-product in the blast furnace and/or top gas removed from the top of the reduction furnace.

6. The method according to claim 5, in which part of the methane gas formed during the synthesis is blown into a blast furnace.

7. The method according to claim 5 or 6, in which gaseous oxygen is used for blasting in a blast furnace.

8. A method for producing reduced iron using a line for the production of reduced iron according to any one of paragraphs. 1-3, including the following:

loading iron oxide into a reduction furnace;

blowing reducing gas into the reduction furnace;

separating carbon dioxide from the top gas discharged from the top of the reduction furnace and containing carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen, and recovering a mixed gas containing carbon monoxide and hydrogen;

heating the gaseous raw material containing the mixed gas to form a reducing gas; And

reduce iron oxide with reducing gas in a reduction furnace.

9. The method according to claim 8, in which methane gas is used as part of the gaseous feedstock.

10. The method according to claim 9, wherein the methane gas is regeneration methane gas obtained by synthesizing methane from a portion of the blast furnace gas and/or a portion of the blast furnace gas and hydrogen gas, wherein the top gas is removed from the top of the reduction furnace and contains carbon dioxide , carbon monoxide and hydrogen, and blast furnace gas is formed in a blast furnace as a by-product and contains carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen, and

Some of the regeneration methane gas is injected into the blast furnace.

11. The method according to claim 10, in which gaseous oxygen is used for blasting in a blast furnace.