Способ преобразования отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, способ получения преобразованного газа, устройство риформинга отходящего газа, устройство для преобразования отходящего газа, способ охлаждения отходящего газа и устройство для охлаждения отходящего газа

Способ преобразования отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, способ получения преобразованного газа, устройство риформинга отходящего газа, устройство для преобразования отходящего газа, способ охлаждения отходящего газа и устройство для охлаждения отходящего газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к способу преобразования отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, способу получения преобразованного газа, к способу охлаждения отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, а также к устройству риформинга отходящего газа, устройству для преобразования отходящего газа и к устройству для охлаждения отходящего газа. В частности, изобретение относится к способу преобразования и к способу охлаждения отходящего газа, содержащего газообразный диоксид углерода, образовавшийся в металлургической печи, такой как кислородный конвертер или восстановительная плавильная печь, и к соответствующим устройствам.

Уровень техники

В последние годы снижение выбросов газообразного диоксида углерода становится важной проблемой в рамках глобальной защиты окружающей среды и предотвращения глобального потепления. В частности, на металлургических заводах снижение выбросов газообразного диоксида углерода представляет собой наиболее важную проблему, относящуюся к жизнеспособности фирмы. Для снижения выбросов предложены традиционные решения. Однако до сих пор не разработана полномасштабная технология снижения выбросов газообразного диоксида углерода.

Обычно отходящие газы, имеющие высокую температуру и содержащие значительное количество газообразного диоксида углерода, образуются в кислородном конвертере, восстановительной плавильной печи и тому подобном на металлургических заводах. Эти отходящие газы содержат монооксид углерода и водород, в дополнение к газообразному диоксиду углерода, и поэтому используются в качестве источника энергии при работе различного оборудования на металлургических заводах. Кроме того, с точки зрения использования теплосодержания таких отходящих газов, обычно отходящий газ с высокой температурой направляют в кипятильник для генерации пара низкого давления, и таким образом, рекуперируется отходящее тепло. Однако пар низкого давления не является ценным источником энергии на металлургических заводах, и поэтому весьма желательно найти химическое использование отходящего газа с высокой температурой.

В то же время известно, что различные углеводороды, такие как метан, и кислородсодержащие соединения, такие как метанол и диметиловый эфир, взаимодействуют с газообразным диоксидом углерода или водяным паром и превращаются в монооксид углерода и водород. В качестве технологии рекуперации отходящего тепла с использованием этого процесса, в публикации выложенной заявки на патент Японии JP-A 2000-212615 раскрыт способ с попыткой "повышения теплосодержания", в котором газ и/или жидкость, содержащие углеводороды, смешивают с высокотемпературным отходящим газом, содержащим диоксид углерода и/или водяной пар, образовавшийся в оборудовании для преобразования, таком как кислородный конвертер, чтобы осуществить процесс риформинга, при этом повышается концентрация монооксида углерода, а также водорода в отходящем газе, и таким образом, увеличивается скрытая теплота отходящего газа.

В способе, описанном в документе JP-A 2000-212615, когда природный газ нагнетается в газ, отходящий из кислородного конвертера, чтобы осуществить процесс риформинга по следующему ниже уравнению (1), температура снижается приблизительно до 375°С к моменту, когда этот процесс считается завершенным. Однако, как показали исследования авторов настоящего изобретения, когда температура завершения процесса риформинга ниже 800°С, возникает проблема значительного образования углерода, что приводит к осаждению углерода и пыли в системе рекуперации газа кислородного конвертера. Кроме того, снижение температуры завершения процесса риформинга навлекает снижение эффективности процесса риформинга, что приводит к уменьшению степени превращения диоксида углерода.

В документе JP-A 5-117668 (1993) описан способ с попыткой увеличения тепла отходящего газа, в котором подают уголь в местоположение, в котором температура газа, выходящего из кислородного конвертера, составляет 600°С или выше, причем отходящий газ и уголь приводятся в контакт в противотоке, чтобы осуществить процесс риформинга по следующему уравнению (2), и таким образом, получить монооксид углерода.

В документе JP-A 5-117668 (1993) описан превосходный способ, поскольку при осуществлении процесса преобразования используется недорогой уголь, однако возникает проблема, состоящая в том, что негорючие материалы (SiO₂, AlO₃ и тому подобное), содержащиеся в угле, осаждаются в канале или выпадают в кислородном конвертере, что приводит к увеличению количества шлама.

В документе JP-A 2-11715 (1990) раскрыты способ и устройство для увеличения содержания монооксида углерода и водорода в отходящем газе, в котором метан и водяной пар вводятся в таком месте, где температура отходящего газа, образовавшегося в кислородном конвертере, составляет 1300°С или выше, таким образом, осуществляется процесс парового риформинга по следующему уравнению (3):

В способе, раскрытом в документе JP-A 2-11715 (1990), имеется та проблема, что при добавлении водяного пара выделяется СО и Н₂, процесс риформинга с участием диоксида углерода не протекает и, следовательно, этот способ не дает вклада в снижение СO₂.

Как описано выше, в традиционных технологиях, обеспечивающих повышение теплосодержания, где увеличивается значение скрытой теплоты отходящего газа (теплота эндотермической реакции по уравнению (1) сохраняется в виде теплоты сгорания продуктов реакции) за счет использования теплосодержания отходящего газа, содержащего газообразный диоксид углерода, выделяемого из металлургических печей, таких как кислородный конвертер и восстановительная плавильная печь, существуют проблемы осаждения углерода и снижения реакционной способности газообразного диоксида углерода, осаждения негорючих материалов, таких как SiO₂, Аl₂O₃ и тому подобных, и кроме того, газообразный диоксид углерода не вступает в реакцию, причем отсутствуют эффекты повышения теплосодержания отходящего газа и снижения выбросов газообразного диоксида углерода.

Традиционно, типичный способ охлаждения высокотемпературного отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, такого как кислородный конвертер и восстановительная плавильная печь, представляет собой механический способ, в котором отходящий газ охлаждается с использованием водной охлаждающей рубашки (водного охлаждающего трубопровода), расположен в канале (каналах) системы извлечения газа кислородного конвертера, причем отходящее тепло рекуперируется с использованием теплообменника (смотрите публикацию рассмотренной заявки на патент Японии JP-B 57-10930 и публикацию выложенной заявки на патент Японии JP-A 62-074018 (1987)).

Однако в случае описанного выше уровня техники канал, например, излучательная часть (канала), в случае системы извлечения газа кислородного конвертера, должен иметь структуру водной охлаждающей рубашки. В связи с этим возникают проблемы, такие как необходимость сооружения устройства охлаждения, имеющего сложную и крупногабаритную структуру, и кроме того, необходимо монтировать кипятильник в системе использования тепла. Более того, целевой отходящий газ (который должна быть охлажден) представляет собой газ, отходящий из металлургической печи и имеющий высокую температуру 800°С или выше, и когда отходящий газ пытаются охладить с использованием указанного выше устройства охлаждения, то обязательно используют материалы, выдерживающие высокую температуру.

Способ охлаждения с использованием распыленной воды рассматривается в качестве другого способа охлаждения. Однако необходимо сооружать крупногабаритное устройство охлаждения для распыления и контакта между водой и газом. Кроме того, газ после охлаждения содержит водяной пар, что является недостатком в случае, когда газ после обработки будет использоваться в качестве горючего газа.

Краткое изложение изобретения

Задачей настоящего изобретения является разработка способа преобразования высокотемпературного отходящего газа. Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является снижение выбросов газообразного диоксида углерода, наряду с повышением теплосодержания отходящего газа, за счет проведения эффективного процесса риформинга диоксида углерода, без осаждения углерода и негорючих материалов, и устройства для этого способа.

Для достижения этого технического результата в настоящем изобретении разработан способ преобразования отходящего газа, выбрасываемого из металлургической печи, который включает добавление восстанавливающего агента в отходящий газ, содержащий высокотемпературный газообразный диоксид углерода, выходящий из металлургической печи, взаимодействие газообразного диоксида углерода с восстанавливающим агентом и риформинг отходящего газа, где восстанавливающий агент добавляется, когда концентрация кислорода в отходящем газе составляет 1 об.% или ниже, причем процесс риформинга завершается, когда температура отходящего газа составляет 800°С или выше.

Восстанавливающий агент выбирают из соединений типа ископаемых ресурсов и соединений типа неископаемых ресурсов. В случае соединений типа ископаемых ресурсов, восстанавливающий агент предпочтительно выбирают, по меньшей мере, из группы, состоящей из природного газа, сжиженного нефтяного газа, метана, этана, легкого бензина, рафината, метанола, этанола, диметилового эфира и диэтилового эфира. В случае соединений типа неископаемых ресурсов, восстанавливающий агент предпочтительно выбирают, по меньшей мере, из группы, состоящей из биоэтанола, биодизельного топлива и смеси биоэтанола и биодизельного топлива.

Высокотемпературный отходящий газ, выбрасываемый из металлургической печи, предпочтительно имеет температуру от 800 до 1800°С, и более предпочтительно от 1000 до 1800°С.

Высокотемпературный отходящий газ, выбрасываемый из металлургической печи, предпочтительно имеет концентрацию диоксида углерода от 3 до 30 об.%.

Предпочтительно восстанавливающий агент добавляют, когда концентрация кислорода в отходящем газе составляет 0,5 об.% или меньше.

Процесс риформинга завершается, когда температура отходящего газа составляет предпочтительно от 800 до 1100°С, и более предпочтительно от 850 до 1050°С.

Предпочтительно процесс риформинга проводят при температуре отходящего газа 800°С или выше, в течение времени пребывания от 0,01 до 50 секунд, и более предпочтительно проводят при температуре отходящего газа 800°С или выше, в течение времени пребывания от 0,1 до 20 секунд.

В случае, когда металлургическая печь представляет собой кислородный конвертер с продолжительным временем пребывания, желательно добавлять восстанавливающий агент из бокового трубопровода верхней трубки для вдувания воздуха в кислородный конвертер. В случае, когда металлургическая печь представляет собой кислородный конвертер с сокращенным временем пребывания, предпочтительно восстанавливающий агент добавляют между устройством ограждения и первичным пылеуловителем в системе извлечения газа кислородного конвертера.

Кроме того, настоящее изобретение касается способа получения преобразованного газа, который включает добавление восстанавливающего агента в отходящий газ, содержащий высокотемпературный газообразный диоксид углерода, выбрасываемый из металлургической печи, и взаимодействие газообразного диоксида углерода с восстанавливающим агентом, где восстанавливающий агент добавляется, когда концентрация кислорода в отходящем газе составляет 1 об.% или меньше, причем процесс риформинга завершается, когда температура отходящего газа составляет 800°С или выше.

Предпочтительно восстанавливающий агент представляет собой, по меньшей мере, одно соединение типа ископаемых ресурсов, которое выбирают из группы, состоящей из природного газа, сжиженного нефтяного газа, метана, этана, легкого бензина, рафината, метанола, этанола, диметилового эфира и диэтилового эфира.

Предпочтительно восстанавливающий агент представляет собой, по меньшей мере, одно соединение типа неископаемых ресурсов, которое выбирают из группы, состоящей из биоэтанола, биодизельного топлива и смеси биоэтанола и биодизельного топлива.

Кроме того, настоящее изобретение касается устройства риформинга отходящего газа в системе извлечения газа кислородного конвертера, в котором восстанавливающий агент добавляется к отходящему газу, содержащему высокотемпературный газообразный диоксид углерода, выбрасываемый из металлургической печи, причем газообразный диоксид углерода реагирует с восстанавливающим агентом, и таким образом, преобразуется отходящий газ; это устройство включает в себя средство измерения концентрации кислорода в отходящем газе, в системе извлечения газа; переключающее устройство проходного сечения, осуществляющее переключение проходного сечения трубопроводов отходящего газа под действием выходного сигнала средства измерения концентрации; средство измерения температуры отходящего газа, теплосодержание которого повышается в результате процесса риформинга; средство контроля скорости потока, которое регулирует количество добавляемого восстанавливающего агента, работающее под действием выходного сигнала от средства измерения температуры и выходного сигнала от средства измерения концентрации; и устройство продувки восстанавливающего агента.

Предпочтительным средством измерения концентрации является следующее ниже.

(A) Газоанализатор, смонтированный на стороне впуска первичного пылеуловителя в системе извлечения газа кислородного конвертера.

(B) Газоанализатор, смонтированный на выпускной стороне вторичного пылеуловителя в системе извлечения газа кислородного конвертера.

(C) Анализатор (A), а также анализатор (B).

Предпочтительно переключающее устройство проходного сечения представляет собой клапан, переключающий проходное сечение газа, срабатывающий в соответствии с выходным сигналом концентрации кислорода от средства измерения концентрации и выбирающий проходное сечение в направлении факела или газгольдера.

Предпочтительно средством измерения температуры является термометр, вставленный на входной стороне первичного пылеуловителя в системе извлечения газа кислородного конвертера.

Предпочтительно средство контроля скорости потока восстанавливающего агента срабатывает в соответствии, по меньшей мере, с одним выходным сигналом средства измерения концентрации и средства измерения температуры.

Желательно, чтобы устройство продувки восстанавливающего агента было смонтировано, по меньшей мере, в одном месте между верхней трубкой для вдувания воздуха кислородного конвертера, или устройством ограждения в системе извлечения газа кислородного конвертера, и стороной впуска первичного пылеуловителя в излучательной части системы извлечения газа.

Кроме того, настоящее изобретение касается устройства преобразования отходящего газа, выбрасываемого из металлургической печи, которое применяется для риформинга отходящего газа в процессе взаимодействия между газообразным диоксидом углерода, содержащимся в отходящем газе, и восстанавливающим агентом, путем добавления восстанавливающего агента к высокотемпературному отходящему газу, выбрасываемого из металлургической печи, где форсунка для вдувания восстанавливающего агента, имеющая структуру двойной концентрической трубы, содержащей внешнюю трубу для вдувания разбавленного азота и внутреннюю трубку для вдувания восстанавливающего агента, смонтированных вместе путем вставки во внешнюю трубу, установлена в канале отходящего газа системы извлечения газа металлургической печи.

Металлургическая печь предпочтительно является кислородным конвертером.

Желательно, чтобы канал отходящего газа содержал нижний колпак, верхний колпак и излучательную часть в системе извлечения газа.

Предпочтительно, по меньшей мере, одна форсунка для вдувания восстанавливающего агента смонтирована в направлении вдоль окружности, внизу излучательной части канала отходящего газа.

Предпочтительно, чтобы форсунка для вдувания восстанавливающего агента распыляла восстанавливающий агент из центрального отверстия внутренней трубки, причем разбавленный азот выпускается струей из кольцевого канала, образовавшегося между внутренней трубкой и внешней трубой.

Внешняя труба может быть трубой для вдувания разбавленного азота при аварийном останове путем разбавления отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, встроенной в канал отходящего газа. Разбавленный азот, выпускаемый струей из кольцевого канала внешней трубы, может быть разбавленным азотом для аварийного останова путем разбавления отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи.

Предпочтительно, восстанавливающий агент содержит, по меньшей мере, одно соединение типа ископаемых ресурсов, которое выбирают из группы, состоящей из природного газа, сжиженного нефтяного газа, метана, этана, легкого бензина, рафината, метанола, этанола, диметилового эфира и диэтилового эфира.

Предпочтительно, восстанавливающий агент содержит, по меньшей мере, одно соединение типа неископаемых ресурсов, которое выбирают из группы, состоящей из биоэтанола, биодизельного топлива и смеси биоэтанола и биодизельного топлива.

Другой целью настоящего изобретения является разработка удобного способа охлаждения высокотемпературного отходящего газа, с температурой 800°С или выше, с использованием химического процесса, в котором теплосодержание металлургического отходящего газа используется без сооружения большого охлаждающего оборудования, и устройства охлаждения для этого способа.

Для достижения указанной выше цели, в настоящем изобретении разработан способ охлаждения отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, заключающийся в добавлении восстанавливающего агента к отходящему газу, образовавшемуся в металлургической печи и содержащему высокотемпературные газы - монооксид углерода и диоксид углерода, чтобы вызвать эндотермическую реакцию между восстанавливающим агентом и диоксидом углерода в отходящем газе, и охлаждение самого отходящего газа за счет эндотермической реакции.

Предпочтительно продувка восстанавливающего агента осуществляется в канале до входной стороны пылеуловителя, эндотермическая реакция происходит в канале, причем реакция завершается, когда температура газа после взаимодействия составляет 800°С или выше. Этот канал предпочтительно представляет собой излучательную часть между верхним колпаком кислородного конвертера и входной стороной первичного пылеуловителя.

Предпочтительно, отходящий газ представляет собой отходящий газ кислородного конвертера, содержащий пыль конвертера, выбрасываемую из кислородного конвертера. Катализатором эндотермической реакции являются пылевидные частицы оксида железа в пыли конвертера.

Предпочтительно, восстанавливающим агентом является, по меньшей мере, один, выбранный из группы, состоящей из природного газа, сжиженного нефтяного газа, метана, этана, легкого бензина, рафината, метанола, этанола, диметилового эфира и диэтилового эфира.

Кроме того, настоящее изобретение предоставляет устройство охлаждения отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, которое содержит форсунку для вдувания восстанавливающего агента, который вступает в эндотермическую реакцию с газообразным диоксидом углерода в высокотемпературном отходящем газе, содержащем диоксид углерода и монооксид углерода, которое смонтировано в одном или нескольких местах части канала в системе извлечения газа кислородного конвертера.

Предпочтительно, часть канала находится между верхней трубкой для вдувания воздуха кислородного конвертера или нижним колпаком в кислородном конвертере системы извлечения газа и входной стороной первичного пылеуловителя.

Отходящий газ предпочтительно является отходящим газом кислородного конвертера, который содержит пыль конвертера, выбрасываемую из кислородного конвертера. Катализатором эндотермической реакции являются пылевидные частицы оксида железа в пыли конвертера.

Взаимодействие между газообразным диоксидом углерода в отходящем газе и восстанавливающим агентом, предпочтительно, представляет собой эндотермическую реакцию, катализатором которой являются пылевидные частицы оксида железа в пыли конвертера.

Предпочтительно восстанавливающим агентом является, по меньшей мере, один, выбранный из группы, состоящей из природного газа, сжиженного нефтяного газа, метана, этана, легкого бензина, рафината, метанола, этанола, диметилового эфира и диэтилового эфира.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 представляет собой схематичный чертеж устройства преобразования отходящего газа конвертера по первому варианту осуществления.

На фигуре 2 приведен график зависимости степени превращения CO₂ и CH₄ и количества углерода по 1-му варианту осуществления от температуры выхода моделирующего газа, повышающего теплосодержание.

На фигуре 3 приведен график зависимости степени превращения CO₂ и CO₄ и пониженной величины нагрева по 1-му варианту осуществления от концентрации кислорода в моделирующем газе, повышающем теплосодержание.

Фигура 4 представляет собой схематичный чертеж устройства преобразования отходящего газа кислородного конвертера по 1-му варианту осуществления.

Фигура 5 представляет собой схематичный чертеж устройства преобразования отходящего газа кислородного конвертера по 2-му варианту осуществления.

На фигуре 6 показан вид в разрезе форсунки для вдувания восстанавливающего агента по 2-му варианту осуществления.

Фигура 7 представляет собой схематичный чертеж устройства охлаждения отходящего газа кислородного конвертера по 3-му варианту осуществления.

Фигур 8 представляет собой схематичный чертеж устройства охлаждения отходящего газа, оборудованного узлом вдувания восстанавливающего агента по 3-му варианту осуществления.

Фигур 9 представляет собой другой схематичный чертеж устройства охлаждения отходящего газа, оборудованного узлом вдувания восстанавливающего агента по 3-му варианту осуществления.

На фигуре 10 приведен график зависимости константы скорости от температуры реакции, для канала кислородного конвертера по 3-му варианту осуществления.

Варианты осуществления изобретения

Вариант осуществления 1

Вариант осуществления 1 представляет собой способ преобразования высокотемпературного отходящего газа, для достижения эффективного повышения теплосодержания отходящего газа и снижения выбросов газообразного диоксида углерода путем полного развития процесса риформинга газообразного диоксида углерода, без осаждения углерода, негорючих материалов и тому подобного, в канале. Конкретно, восстанавливающий агент добавляют в отходящий газ с высокой температурой порядка 800°С или выше, и предпочтительно 1000°С или выше, выходящий из металлургической печи. В дальнейшем металлургическая печь описана на примере "кислородного конвертера". Высокотемпературный отходящий газ в последующем называется "отходящий газ". Добавление восстанавливающего агента вызывает протекание процесса риформинга между газообразным диоксидом углерода, содержащимся в отходящем газе, и восстанавливающим агентом, таком как природный газ, как показано в уравнении (1)

Теплота отходящего газа увеличивается за счет регулирования любого из факторов: добавленное количество, период добавления и места добавления восстанавливающего агента, так что время начала добавления восстанавливающего агента наступает, когда концентрация кислорода в отходящем газе становится равной 1 об.% или меньше, причем процесс риформинга завершается, когда температура отходящего газа составляет 800°С или выше.

Обычно отходящий газ, выбрасываемый из кислородного конвертера, содержит приблизительно от 10 до 20 об.% CO₂ и приблизительно от 50 до 80 об.% СО, имеет теплотворную способность приблизительно от 1500 до 2000 ккал/нм³, и температура в горловине в ходе эксплуатации составляет приблизительно от 1200 до 1800°С. В 1 м варианте осуществления повышение теплосодержания отходящего газа и снижение выбросов газообразного диоксида углерода достигается одновременно путем добавления восстанавливающего агента, такого как природный газ, в отходящий газ кислородного конвертера и проведения процесса риформинга по уравнению (1) между восстанавливающим агентом и газообразным диоксидом углерода. Другими словами, поскольку отходящий газ с повышенным теплосодержанием, то есть преобразованный отходящий газ, применяется в качестве различных источников тепла на металлургических заводах (для сжигания), окончательно выделяется газообразный диоксид углерода. Однако количество вспомогательного топлива, такого как котельное топливо, используемое на металлургических заводах, может быть снижено в соответствии с повышением теплосодержания, и в результате можно снизить выбросы газообразного диоксида углерода, в соответствующем количестве.

На фигуре 1 представлен схематичный чертеж системы извлечения газа из кислородного конвертера для объяснения способа преобразования отходящего газа согласно 1-му варианту осуществления изобретения. Как показано на чертеже, отходящий газ, образовавшийся в кислородном конвертере 1, выбрасывается через полый цилиндр 2, нижний колпак 3, верхний колпак 4, первичный пылеуловитель (влажный пылеуловитель) 5, вторичный пылеуловитель 13, и тому подобное, и по ходу газа измеряется концентрация кислорода с помощью газоанализатора 6, предусмотренного на выходном патрубке (ниже по ходу потока) вторичного пылеуловителя 13, в непрерывном, полунепрерывном или периодически. Когда концентрация кислорода в отходящем газе больше чем 1 об.%, регулирующий клапан 7, контролирующий добавление (введение) количества восстанавливающего агента в ходе процесса риформинга, закрыт, и в то же время закрыт клапан 8, переключающий каналы газообразного потока, так что отходящий газ направляется в сторону факела 9.

На фигуре 1 показан вариант осуществления, где газоанализатор 6 предусмотрен на выходном патрубке вторичного пылеуловителя 13. Однако газоанализатор 6 может быть расположен на стороне впуска первичного пылеуловителя 5, который находится рядом с термометром 10, или анализатор 6 может быть предусмотрен как на стороне впуска первичного пылеуловителя 5, так и на выходном патрубке вторичного пылеуловителя 13.

Тип газоанализатора 6 конкретно не оговаривается, однако предпочтительно применяется анализатор, который может измерять концентрацию газообразного диоксида углерода (скорость потока) и скорость потока отходящего газа, в дополнение к концентрации кислорода. Скорость потока газообразного диоксида углерода можно определить по данным измерений газоанализатора 6, и следовательно, можно определить количество восстанавливающего агента, введенного в процессе риформинга.

Например, когда концентрация кислорода снижается до 1 об.% или меньше и температура отходящего газа, измеренная с помощью термометра 10, расположенного на стороне впуска в первичный пылеуловитель, составляет 800°С или выше, открывается клапан 8, переключающий каналы газообразного потока, так что отходящий газ направляется в сторону газгольдера (не показан), и в то же время, открывается клапан 7, и, например, восстанавливающий агент для процесса риформинга добавляется по боковому трубопроводу верхней трубки для вдувания кислорода 11. Возможно возникнет необходимость непрерывного измерения температуры газа с помощью термометра 10, причем введенное количество восстанавливающего агента и/или место добавления (вдувания) агента регулируется таким образом, что процесс риформинга завершается при температуре отходящего газа с повышенным теплосодержанием 800°С или выше.

Восстанавливающий агент добавляется, когда концентрация кислорода в отходящем газе составляет 1 об.% или меньше. Причина этого ограничения изложена ниже. Когда в отходящем газе кислорода больше чем 1 об.%, газообразный водород в отходящем газе и атомы водорода в восстанавливающем агенте способны взаимодействовать с кислородом, образуя водяной пар, и протекает процесс риформинга с участием водяного пара, благодаря добавлению восстанавливающего агента. В результате снижается степень превращения газообразного диоксида углерода, что приводит к уменьшению эффекта снижения содержания газообразного диоксида углерода. При добавлении восстанавливающего агента в момент, когда концентрация кислорода в отходящем газе больше чем 1 об.%, существует опасность воспламенения и взрыва.

Предпочтительно концентрация кислорода в отходящем газе, по возможности, приближается к нулю для того, чтобы эффективно провести процесс риформинга газообразного диоксида углерода, представленный уравнением (1). Однако введение приблизительно до 1 об.% кислорода является допустимым диапазоном. Причина этого ограничения изложена ниже. Система извлечения газа из кислородного конвертера выполнена таким образом, что воздух подается в незначительной степени. Поэтому требуется длительное время, чтобы снизить концентрацию кислорода до предела детектирования или меньше. Если восстанавливающий агент нельзя добавить в течение этого периода, то не только уменьшается эффект повышения теплосодержания, но также увеличивается сжигание газа на факеле 9, что неблагоприятно влияет на увеличение выбросов газообразного диоксида углерода. Поэтому необходимым условием 1-го варианта осуществления является то, что концентрация кислорода в отходящем газе составляет 1 об.% или меньше, когда начинается добавление восстанавливающего агента.

В 1-ом варианте осуществления важно, чтобы добавляемое количество восстанавливающего агента и/или место добавления агента контролировалось таким образом, чтобы процесс риформинга завершился, когда температура охлажденного отходящего газа риформинга, то есть отходящего газа в состоянии повышенного теплосодержания в виде скрытой теплоты сгорания продукта реакции, составляет 800°С или выше за счет процесса риформинга, использующего теплосодержание отходящего газа. Таким образом, требуется, чтобы температура отходящего газа к моменту завершения процесса риформинга составляла 800°С или выше, и более предпочтительно эта температура равна 850°С или выше. Причина этого ограничения изложена ниже. Когда температура отходящего газа к моменту завершения процесса риформинга составляет меньше чем 800°С, не только образуется углерод, такой как зольная пыль, и осаждается в канале, но также снижается степень превращения газообразного диоксида углерода, что приводит к ухудшению эффекта повышения теплосодержания, а также эффекта уменьшения выброса газообразного диоксида углерода.

Другими словами, замысел 1-го варианта осуществления заключается не в регулировании процесса риформинга за счет скорости потока газообразного диоксида углерода в отходящем газе, а в том, что повышение теплосодержания отходящего газа контролируется по температуре отходящего газа (>800°С) к моменту завершения процесса риформинга. Причина этого ограничения изложена ниже. Обычно кислородный конвертер представляет собой печь периодического действия, причем характеристика температуры отходящего газа значительно колеблется, когда происходит аномальная раздувка, как например, повышение содержания оксида железа расплавленной стали. Другими словами, способ настоящего изобретения позволяет удобно устранять возникающие колебания температуры отходящего газа.

По указанной выше причине, добавленное количество и место добавления восстанавливающего агента определяются таким образом, чтобы процесс риформинга завершался, когда температура отходящего газа с повышенным теплосодержанием (накопленная тепловая энергия) составляет 800°С или выше. Например, в случае, относящемся к восстанавливающему агенту, добавленное количество предпочтительно изменяется в зависимости от скорости потока газообразного диоксида углерода, типа восстанавливающего агента, стехиометрии процесса риформинга газообразного диоксида углерода, температуры отходящего газа в месте добавления и времени пребывания газа от места добавления этого агента до термометра 10.

Указанный выше термин "завершение процесса риформинга" означает, что взаимодействие между добавленным восстанавливающим агентом, таким как метан, и газообразным диоксидом углерода в отходящем газе протекает вблизи равновесия в такой атмосфере. Для доведения реакции до полного равновесия теоретически требуется бесконечное время пребывания. Следовательно, термин вблизи равновесия нельзя определить однозначно. По этой причине в 1-ом варианте осуществления предпочтительно используют термин "завершение процесса риформинга", определяемый по увеличению концентрации газообразного водорода, как описано в последующем, по отношению к концентрации водорода в отходящем газе до риформинга.

Например, при обезуглероживающей продувке концентрация водорода в отходящем газе обычно мала - около 1 об.%, и благодаря риформингу концентрация водорода в отходящем газе увеличивается приблизительно от 2 до 25 раз, по сравнению с содержанием водорода до риформинга. Следовательно, это легко контролировать. По этой причине при обезуглероживающей продувке является предпочтительным определять "завершение процесса риформинга", по увеличению содержания газообразного водорода в два раза или больше, по сравнению с содержанием водорода до риформинга.

С другой стороны, при дефосфорационной продувке, когда скорость потока отходящего газа обычно невелика и скорость извлечения отходящего газа также мала, в последние годы эта операция выполняется с введением пластиковых отходов или тому подобного для того, чтобы увеличить скорость потока отходящего газа с целью повышения скорости извлечения. В этом случае концентрация газообразного водорода в отходящем газе до риформинга составляет приблизительно от 10 до 15 об.% за счет выделения водорода из дополнительных материалов, таких как пластиковые отходы. Более того, в конвертер с нижней продувкой подают сжиженный нефтяной газ (СНГ) или тому подобное в качестве охлаждающего газа для предотвращения повреждения фурмы, и по этой причине выделяется большое количество газообразного водорода при разложении СНГ. В случае выделения такого большого количества газообразного водорода, количественное увеличение концентрации водорода в отходящем газе после риформинга составляет приблизительно от 1 до 5 об.% по сравнению с концентрацией газообразного водорода до риформинга. Следовательно, при дефосфорационной продувке и нижней продувке печи является предпочтительным определять "завершение процесса риформинга", по увеличению содержания газообразного водорода на 1 об.% или больше, по сравнению с содержанием водорода до риформинга.

Температура отходящего газа снижается по мере протекания процесса риформинга. Следовательно, термин завершение процесса риформинга, когда температура отходящего газа после 800°С или выше, имеет физический смысл. С другой стороны, атом водорода, находившийся в добавленном восстанавливающем агенте, превращается в газообразный водород за счет процесса риформинга. В способе, где отходящий газ извлекается в качестве источника энергии, анализ состава отходящего газа является существенным, причем контроль завершения реакции по концентрации газообразного водород имеет значение как для химии, так и в качестве эксплуатационного контроля.

В приведенном выше описании стехиометрия процесса риформинга газообразного диоксида углерода означает, что (X-Z) моль газообразного диоксида углерода взаимодействую