Восстановление оксида железа до металлического железа с применением коксового газа и газа из сталеплавильной печи с подачей кислорода

Восстановление оксида железа до металлического железа с применением коксового газа и газа из сталеплавильной печи с подачей кислорода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННУЮ (РОДСТВЕННЫЕ) ЗАЯВКУ (ЗАЯВКИ)

[0001] Настоящая заявка на патент/патент является частичным продолжением одновременно рассматриваемой заявки на патент США № 13/363044, поданной 31 января 2012 года и озаглавленной «СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА ДО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ КОКСОВОГО ГАЗА И ГАЗА ИЗ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ С ПОДАЧЕЙ КИСЛОРОДА», которая является частичным продолжением одновременно рассматриваемой заявки на патент США № 13/107013, поданной 13 мая 2011 года и озаглавленной «СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА ДО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ КОКСОВОГО ГАЗА И ГАЗА ИЗ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ С ПОДАЧЕЙ КИСЛОРОДА», которая заявляет преимущество по приоритету предварительной заявки на патент США № 61/334786, поданной 14 мая 2010 года и озаглавленной «СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА ДО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ КОКСОВОГО ГАЗА И ГАЗА ИЗ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ С ПОДАЧЕЙ КИСЛОРОДА», все содержания которых полностью включены в данный документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] В целом настоящее изобретение относится к новым системе и способу для восстановления оксида железа до металлического железа на заводе с полным металлургическим циклом производства или подобном, на котором имеется коксовая печь и/или сталеплавильная печь с подачей кислорода. Более конкретно, настоящее изобретение относится к новым системе и способу для восстановления оксида железа до металлического железа с применением коксового газа и/или газа из сталеплавильной печи с подачей кислорода.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] На заводах с полным металлургическим циклом производства и подобных, как правило, имеются коксовые печи и/или сталеплавильные печи с подачей кислорода, и применяют избыточные попутные газы для нагревания и выработки энергии. Во многих областях применения желательно применять попутный коксовый газ (COG) и/или попутный газ из основной сталеплавильной печи с подачей кислорода (BOFG) для восстановления оксида железа до металлического железа в форме железа прямого восстановления (DRI), горячего железа прямого восстановления (HDRI) или горячебрикетированного железа (HBI). Как COG, так и BOFG содержат значительные доли в процентах монооксида углерода (CO) и водорода (H₂), которые представляют собой первичные восстановители для восстановления оксида железа до металлического железа. COG также содержит 20+% метана (CH₄), который при надлежащих условиях может быть преобразован посредством диоксида углерода (CO₂) и воды (H₂O) с образованием CO и H₂. BOFG может содержать до 20% азота (N₂), который может накапливаться до очень высоких уровней, например, в рециркуляционной системе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В различных иллюстративных вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает экономичный способ прямого восстановления железной руды, при котором внешним источником восстановителей является один или оба из COG и BOFG, причем последний также известен как газ из сталеплавильной печи с подачей кислорода. CO₂ удаляют из смеси отходящего газа из шахтной печи, полученного из традиционной шахтной печи для прямого восстановления, хорошо известной специалисту в данной области техники, и BOFG. Данный бедный CO₂ газ затем смешивают с чистым COG, увлажненным и нагретым в косвенном нагревателе. Затем в нагретый восстановительный газ вводят кислород (O₂) для дополнительного повышения его температуры. Данный горячий восстановительный газ течет в шахтную печь для прямого восстановления, где CH₄ в горячем восстановительном газе подвергается риформингу посредством контакта с DRI/HDRI с последующим восстановлением оксида железа. Отработанный горячий восстановительный газ выходит из шахтной печи для прямого восстановления в виде отходящего газа из шахтной печи, образует пар в котле-утилизаторе тепла отходящих газов, очищается в скруббере-охладителе, а также сжимается и повторно используется для объединения со свежим BOFG. Часть отходящего газа из шахтной печи направляют к горелкам нагревателя.

[0005] Другие предполагаемые применения для BOFG включают форму добавки для очищенного/охлажденного отходящего газа из шахтной печи, предназначенного для применения в качестве топлива на основе колошникового газа для косвенного нагревателя. Аналогичным образом, COG также может применяться для ряда других целей. COG, который нагревают в косвенном нагревателе, предпочтительно сначала очищают от сложных углеводородов, которые могут загрязнять косвенный нагреватель, посредством окислительной обработки (т. е. частичного сжигания) или подобного (соответственно тем самым уменьшая и, возможно, устраняя необходимость в добавке на основе BOFG). COG со сложными углеводородами или без них также может применяться для добавки в топливо на основе колошникового газа для косвенного нагревателя в качестве инжекционного газа переходной зоны шахтной печи для прямого восстановления и/или для обогащения конечного потока восстановительного газа. Все эти возможности, которые не являются взаимоисключающими и могут применяться в любой комбинации, описаны более подробно в данном документе ниже.

[0006] Одной из целей настоящего изобретения является максимизация количества DRI, HDRI или HBI, которые могут быть получены из заданного количества COG и/или BOFG.

[0007] Другой целью настоящего изобретения является обеспечение эффективного способа для заданных изменяющихся количеств COG и/или BOFG.

[0008] Дополнительной целью настоящего изобретения является минимизация оборудования и, таким образом, стоимости установки посредством устранения внешней установки каталитического риформинга, которая может применяться для образования CO и H₂ посредством риформинга CH₄ в COG с помощью окислителей из отходящего газа из шахтной печи и BOFG. Нагревание смеси бедного CO₂ газа, бедного CO₂ BOFG и COG в косвенном нагревателе с последующим введением O₂ и риформингом в шахтной печи для прямого восстановления является менее дорогостоящим, чем применение внешней установки каталитического риформинга.

[0009] Еще одной дополнительной целью настоящего изобретения является обеспечение эксплуатации шахтной печи для прямого восстановления при более низком давлении, чем это было бы допустимо, поскольку уровень CH₄ в горячем восстановительном газе, поступающем в шахтную печь для прямого восстановления, снижают посредством добавления BOFG.

[0010] Еще одной дополнительной целью настоящего изобретения является ограничение накапливания N₂ до приемлемого уровня посредством утилизации части отработанного горячего восстановительного газа в качестве топлива для косвенного нагревателя.

[0011] В одном иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает новую систему для восстановления оксида железа до металлического железа с применением коксового газа (COG) и газа из сталеплавильной печи с подачей кислорода (BOFG), содержащую шахтную печь для прямого восстановления, предназначенную для обеспечения отходящего газа; источник BOFG для обеспечения BOFG; систему удаления диоксида углерода (CO₂), предназначенную для удаления CO₂ из смеси отходящего газа и BOFG; источник COG для смешивания полученного в результате бедного CO₂ газа с COG и шахтную печь для прямого восстановления, предназначенную для восстановления оксида железа до металлического железа с применением полученного в результате восстановительного газа. Система также содержит сатуратор для регулирования содержания влаги полученного в результате восстановительного газа перед его применением в шахтной печи для прямого восстановления. Система дополнительно содержит косвенный нагреватель для нагревания полученного в результате восстановительного газа перед его применением в шахтной печи для прямого восстановления. Необязательно топочный газ для косвенного нагревателя содержит часть отходящего газа и часть одного или более из COG и BOFG. Еще система дополнительно содержит источник кислорода для добавления кислорода в полученный в результате восстановительный газ перед его применением в шахтной печи для прямого восстановления. Еще необязательно система дополнительно содержит трубопровод для сообщения части COG из источника COG с полученным в результате восстановительным газом перед его применением в шахтной печи для прямого восстановления. Еще необязательно система дополнительно содержит трубопровод для сообщения части COG из источника COG с переходной зоной шахтной печи для прямого восстановления. Еще необязательно система дополнительно содержит реактор частичного окисления для удаления сложных углеводородов из COG перед его смешиванием с бедным CO₂ газом. Предпочтительно количество применяемого BOFG зависит от количества и состава применяемого COG.

[0012] В другом иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает новый способ восстановления оксида железа до металлического железа с применением коксового газа (COG) и газа из сталеплавильной печи с подачей кислорода (BOFG), включающий получение отходящего газа из шахтной печи для прямого восстановления; получение BOFG из источника BOFG; удаление диоксида углерода (CO₂) из смеси отходящего газа и BOFG; смешивание полученного в результате бедного CO₂ газа с COG из источника COG и восстановление оксида железа до металлического железа в шахтной печи для прямого восстановления с применением полученного в результате восстановительного газа. Способ также включает регулирование содержания влаги полученного в результате восстановительного газа с применением сатуратора перед его применением в шахтной печи для прямого восстановления. Способ дополнительно включает нагревание полученного в результате восстановительного газа с применением косвенного нагревателя перед его применением в шахтной печи для прямого восстановления. Необязательно топочный газ для косвенного нагревателя содержит часть отходящего газа и часть одного или более из COG и BOFG. Еще способ дополнительно включает добавление кислорода в полученный в результате восстановительный газ с применением источника кислорода перед его применением в шахтной печи для прямого восстановления. Еще необязательно способ дополнительно включает сообщение части COG из источника COG с полученным в результате восстановительным газом посредством трубопровода перед его применением в шахтной печи для прямого восстановления. Еще необязательно способ дополнительно включает сообщение части COG из источника COG с переходной зоной шахтной печи для прямого восстановления посредством трубопровода. Еще необязательно способ дополнительно включает удаление сложных углеводородов из COG перед его смешиванием с бедным CO₂ газом с применением реактора частичного окисления. Предпочтительно количество применяемого BOFG зависит от количества и состава применяемого COG.

[0013] В дополнительном иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ восстановления оксида железа до металлического железа, включающий получение отходящего газа из шахтной печи для прямого восстановления; получение газа из основной сталеплавильной печи с подачей кислорода (BOFG) из источника BOFG; удаление диоксида углерода (CO₂) из смеси отходящего газа и BOFG и восстановление оксида железа до металлического железа в шахтной печи для прямого восстановления с применением полученного в результате бедного CO₂ газа. Необязательно способ также включает смешивание полученного в результате бедного CO₂ газа с коксовым газом (COG) из источника COG перед его применением в качестве восстановительного газа. Необязательно способ дополнительно включает удаление сложных углеводородов из COG перед его смешиванием с полученным в результате бедным CO₂ газом.

[0014] В еще одном дополнительном иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ восстановления оксида железа до металлического железа, включающий получение отходящего газа из шахтной печи для прямого восстановления; смешивание отходящего газа с коксовым газом (COG) из источника COG и восстановление оксида железа до металлического железа в шахтной печи для прямого восстановления с применением полученного в результате восстановительного газа. Необязательно способ также включает получение газа из основной сталеплавильной печи с подачей кислорода (BOFG) из источника BOFG; удаление диоксида углерода (CO₂) из смеси отходящего газа и BOFG и смешивание полученного в результате бедного CO₂ газа с COG из источника COG. Необязательно способ дополнительно включает удаление сложных углеводородов из COG перед его смешиванием с бедным CO₂ газом.

[0015] В еще одном дополнительном иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает систему для восстановления оксида железа до металлического железа с применением коксового газа (COG), содержащую шахтную печь для прямого восстановления, предназначенную для обеспечения отходящего газа; источник COG для введения COG в поток восстановительного газа, включающего по меньшей мере часть отходящего газа; и шахтную печь для прямого восстановления, предназначенную для восстановления оксида железа до металлического железа с применением потока восстановительного газа и введенного COG. COG имеет температуру при введении приблизительно 1200°C или больше. COG характеризуется содержанием CH₄ от приблизительно 2% до приблизительно 13%. Предпочтительно COG представляет собой COG после риформинга. Необязательно COG представляет собой свежий горячий COG. Источник COG содержит систему частичного окисления. Необязательно источник COG содержит горячую кислородную горелку. Еще необязательно система дополнительно содержит источник газа из основной сталеплавильной печи с подачей кислорода (BOFG) для введения BOFG в отходящий газ, который образует по меньшей мере часть потока восстановительного газа. Еще необязательно система дополнительно содержит систему удаления диоксида углерода (CO₂) для удаления CO₂ из смеси отходящего газа и BOFG.

[0016] В еще одном дополнительном иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ восстановления оксида железа до металлического железа с применением коксового газа (COG), включающий обеспечение шахтной печи для прямого восстановления, предназначенной для обеспечения отходящего газа; обеспечение источника COG для введения COG в поток восстановительного газа, включающего по меньшей мере часть отходящего газа; и шахтную печь для прямого восстановления, предназначенную для восстановления оксида железа до металлического железа с применением потока восстановительного газа и введенного COG. COG имеет температуру при введении приблизительно 1200°C или больше. COG характеризуется содержанием CH₄ от приблизительно 2% до приблизительно 13%. Предпочтительно COG представляет собой COG после риформинга. Необязательно COG представляет собой свежий горячий COG. Источник COG содержит систему частичного окисления. Необязательно источник COG содержит горячую кислородную горелку. Еще необязательно способ дополнительно включает обеспечение источника газа из основной сталеплавильной печи с подачей кислорода (BOFG) для введения BOFG в отходящий газ, который образует по меньшей мере часть потока восстановительного газа. Еще необязательно способ дополнительно включает обеспечение системы удаления диоксида углерода (CO₂) для удаления CO₂ из смеси отходящего газа и BOFG.

[0017] В еще одном дополнительном иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ восстановления оксида железа до металлического железа с применением COG, включающий обеспечение потока колошникового газа из шахтной печи для прямого восстановления; риформинг природного газа с потоком колошникового газа в установке риформинга с образованием потока восстановительного газа и обеспечение потока восстановительного газа для шахтной печи для прямого восстановления с целью восстановления оксида железа до металлического железа; и обеспечение потока COG для установки риформинга в качестве топлива. Способ дополнительно включает предварительное нагревание потока COG в предварительном нагревателе перед обеспечением потока COG для установки риформинга в качестве топлива. Способ дополнительно включает обеспечение части предварительно нагретого потока COG для шахтной печи для прямого восстановления в качестве одного или более из газа из кольцевого трубопровода и газа из переходной зоны. Способ дополнительно включает добавление кислорода в газ из кольцевого трубопровода. Способ дополнительно включает обогрев предварительного нагревателя частью потока колошникового газа. Способ дополнительно включает предварительное нагревание потока COG в предварительном нагревателе с применением отработанного тепла из установки риформинга. Способ дополнительно включает отвод из системы оборотного газа одного или более из диоксида углерода и азота через предварительный нагреватель. Способ дополнительно включает отвод одного или более из диоксида углерода и азота из установки риформинга. Применение COG приводит к уменьшенному расходу природного газа в способе DR, позволяет регулировать содержание углерода в полученном в результате DRI и позволяет регулировать температуру слоя в шахтной печи.

[0018] В еще одном дополнительном иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ восстановления оксида железа до металлического железа с применением COG, включающий обеспечение потока колошникового газа из шахтной печи для прямого восстановления; удаление диоксида углерода из потока колошникового газа с применением блока удаления диоксида углерода; нагревание потока колошникового газа в газонагревателе с образованием потока восстановительного газа, и обеспечение потока восстановительного газа для шахтной печи для прямого восстановления с целью восстановления оксида железа до металлического железа, и добавление потока COG в поток восстановительного газа в качестве потока синтез-газа. Способ дополнительно включает предварительное нагревание потока COG в предварительном нагревателе перед добавлением потока COG в поток восстановительного газа в качестве потока синтез-газа. Способ дополнительно включает проведение реакции с предварительно нагретым потоком COG в системе термического реактора с образованием потока синтез-газа. Система термического реактора содержит горячую кислородную горелку и форсунку, с помощью которых обрабатывают кислород и топливо. Кислород получают из воздухоразделительной установки. Топливо содержит часть потока колошникового газа. Способ дополнительно включает обеспечение части потока COG для газонагревателя в качестве топлива. Способ дополнительно включает обогрев предварительного нагревателя частью потока колошникового газа. Способ дополнительно включает обеспечение части предварительно нагретого потока COG для шахтной печи для прямого восстановления в качестве одного или более из газа из кольцевого трубопровода и газа из переходной зоны. Способ дополнительно включает добавление кислорода в газ из кольцевого трубопровода. Способ дополнительно включает образование пара в котле с применением потока колошникового газа и утилизацию пара в блоке удаления диоксида углерода. Способ дополнительно включает обеспечение части потока колошникового газа для газонагревателя в качестве топлива. Применение COG в газе из кольцевого трубопровода и газе из переходной зоны позволяет регулировать содержание углерода в полученном в результате DRI и позволяет регулировать температуру слоя в шахтной печи.

[0019] В еще одном дополнительном иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ восстановления оксида железа до металлического железа с применением COG, включающий обеспечение потока колошникового газа из шахтной печи для прямого восстановления; удаление диоксида углерода из потока колошникового газа с применением блока удаления диоксида углерода с образованием потока бедного диоксидом углерода газа; добавление потока синтез-газа на основе COG в поток бедного диоксидом углерода газа с образованием объединенного газового потока; удаление влаги из объединенного газового потока с применением сатуратора с образованием объединенного газового потока с отрегулированной влажностью, и нагревание объединенного газового потока с отрегулированной влажностью в газонагревателе с образованием потока восстановительного газа, и обеспечение потока восстановительного газа для шахтной печи для прямого восстановления с целью восстановления оксида железа до металлического железа. Способ дополнительно включает предварительное нагревание потока COG в теплообменнике. Способ дополнительно включает проведение реакции с предварительно нагретым потоком COG в системе термического реактора с образованием потока синтез-газа на основе COG. Система термического реактора содержит горячую кислородную горелку и форсунку, с помощью которых обрабатывают кислород и топливо. Кислород получают из воздухоразделительной установки. Топливо содержит часть потока колошникового газа. Способ дополнительно включает охлаждение предварительно нагретого и прореагировавшего потока COG в котле и теплообменнике с образованием потока синтез-газа на основе COG. Способ дополнительно включает обеспечение части потока COG для газонагревателя в качестве топлива. Теплообменник приводится в действие посредством перекрестного обмена с нагретым потоком синтез-газа на основе COG. Способ дополнительно включает обеспечение части предварительно нагретого потока COG для шахтной печи для прямого восстановления в качестве одного или более из газа из кольцевого трубопровода и газа из переходной зоны. Способ дополнительно включает образование пара в первом котле с применением потока колошникового газа и утилизацию пара в блоке удаления диоксида углерода. Способ дополнительно включает образование пара во втором котле с применением предварительно нагретого и прореагировавшего потока COG и утилизацию пара в блоке удаления диоксида углерода. Способ дополнительно включает обеспечение части потока колошникового газа для газонагревателя в качестве топлива. Способ дополнительно включает добавление кислорода в поток восстановительного газа. Опять же, применение COG в газе из кольцевого трубопровода и газе из переходной зоны позволяет регулировать содержание углерода в полученном в результате DRI и позволяет регулировать температуру слоя в шахтной печи.

[0020] В еще одном дополнительном иллюстративном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ восстановления оксида железа до металлического железа с применением COG или COG и BOFG, включающий обеспечение потока COG или COG и BOFG; предварительное нагревание потока COG или COG и BOFG в теплообменнике; проведение реакции с предварительно нагретым потоком COG или COG и BOFG в системе термического реактора с образованием потока восстановительного газа и обеспечение потока восстановительного газа для шахтной печи для прямого восстановления с целью восстановления оксида железа до металлического железа. Система термического реактора содержит горячую кислородную горелку и форсунку, с помощью которых обрабатывают кислород и топливо. Кислород получают из воздухоразделительной установки. Топливо содержит часть потока колошникового газа, полученного из шахтной печи для прямого восстановления, которую охлаждают в теплообменнике и очищают в скруббере. Поток COG или COG и BOFG предварительно нагревают в теплообменнике, например, посредством перекрестного обмена с потоком колошникового газа. Способ дополнительно включает обеспечение части предварительно нагретого потока COG или COG и BOFG для шахтной печи для прямого восстановления в качестве одного или более из газа из кольцевого трубопровода и газа из переходной зоны. Способ дополнительно включает утилизацию остальной части охлажденного/очищенного в скруббере потока колошникового газа в одном или более из системы выработки энергии и сталеплавильного агрегата. Опять же, применение COG в газе из кольцевого трубопровода и газе из переходной зоны позволяет регулировать содержание углерода в полученном в результате DRI и позволяет регулировать температуру слоя в шахтной печи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0021] Настоящее изобретение представлено и описано в данном документе со ссылкой на различные графические материалы, на которых подобные номера ссылок используют для обозначения подобных компонентов системы/этапов способа, соответственно, и на которых:

[0022] фиг. 1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую один иллюстративный вариант осуществления новых системы и способа для восстановления оксида железа до металлического железа с применением COG и/или BOFG в соответствии с настоящим изобретением;

[0023] фиг. 2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую один иллюстративный вариант осуществления способа удаления сложных углеводородов из COG в сочетании с системой и способом на фиг. 1;

[0024] фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую альтернативный иллюстративный вариант осуществления новых системы и способа для восстановления оксида железа до металлического железа с применением COG в соответствии с настоящим изобретением;

[0025] фиг. 4 представляет собой другую блок-схему, иллюстрирующую альтернативный иллюстративный вариант осуществления новых системы и способа для восстановления оксида железа до металлического железа с применением COG в соответствии с настоящим изобретением, в частности, применение COG по сути предусматривают в существующей установке для прямого восстановления;

[0026] фиг. 5 представляет собой дополнительную блок-схему, иллюстрирующую альтернативный иллюстративный вариант осуществления новых системы и способа для восстановления оксида железа до металлического железа с применением COG в соответствии с настоящим изобретением, в частности, COG применяют в сочетании с установкой для прямого восстановления с низким содержанием углерода (до приблизительно 1-2%), такой как установка для получения HBI;

[0027] фиг. 6 представляет собой дополнительную блок-схему, иллюстрирующую альтернативный иллюстративный вариант осуществления новых системы и способа для восстановления оксида железа до металлического железа с применением COG в соответствии с настоящим изобретением, в частности, COG применяют в сочетании с установкой для прямого восстановления с высоким содержанием углерода (более чем приблизительно 2%); и

[0028] фиг. 7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую альтернативный иллюстративный вариант осуществления новых прямоточной (т. е. без рециркуляции) системы и способа для восстановления оксида железа до металлического железа с применением COG или COG и BOFG в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0029] Ссылаясь конкретно на фиг. 1, в одном иллюстративном варианте осуществления новые система и способ для восстановления оксида железа до металлического железа с применением COG и/или BOFG (система и способ, совместно 5) в соответствии с настоящим изобретением предусматривают отдельные компоненты, которые хорошо известны специалисту в данной области техники и, таким образом, не проиллюстрированы или не описаны с излишними подробностями в данном документе, но которые объединены вместе в способе по настоящему изобретению. Такие компоненты включают в себя без ограничения традиционную шахтную печь 10 для прямого восстановления, котел-утилизатор 18 тепла отходящих газов, скруббер-охладитель 20, источник 30 BOFG (и/или соответствующий резервуар для хранения), систему 40 удаления CO₂, источник 50 COG (и/или соответствующий резервуар для хранения), сатуратор 60, косвенный нагреватель 70 и источник 80 кислорода (и/или соответствующий резервуар для хранения).

[0030] Шахтная печь 10 для прямого восстановления имеет верхний край, через который подают железную руду в форме окатышей, кусков, агрегатов и т. д. 14. Восстановленные окатыши, куски, агрегаты и т. д. 14 удаляют через нижний край 13 шахтной печи 10 для прямого восстановления в виде DRI. Впускной трубопровод 15 для восстановительного газа расположен между загрузкой сырья и выгрузкой продукта и через него подают горячий восстановительный газ в шахтную печь 10 для прямого восстановления. Данный горячий восстановительный газ содержит CH₄, который подвергают риформингу возле секции впуска газа шахтной печи 10 для прямого восстановления с помощью CO₂ и H₂O, содержащимися в горячем восстановительном газе, с получением дополнительного CO и H₂. HDRI в реакции риформинга выступает в качестве катализатора. После данной реакции риформинга горячий восстановительный газ, содержащий CO и H₂, восстанавливает оксид железа до металлического железа и выходит из шахтной печи 10 для прямого восстановления в виде отработанного восстановительного газа посредством отводного трубопровода в верхней части шахтной печи 10 для прямого восстановления, поступая через трубу 17 в котел-утилизатор 18 тепла отходящих газов и затем в скруббер-охладитель 20. Пар, образованный в котле-утилизаторе 18 тепла отходящих газов, обеспечивает большую часть регенерированной теплоты, например, для системы 40 удаления CO₂. С помощью скруббера-охладителя 20 охлаждают и очищают отработанный отходящий газ, который выходит из скруббера-охладителя через трубопровод 21.

[0031] Затем часть охлажденного отходящего газа входит в другой трубопровод 23 и поступает в горелки косвенного нагревателя 70. Часть охлажденного отходящего газа также входит в дополнительный трубопровод 22 и соединяется с потоком трубопровода 32 из источника 30 BOFG, образуя другой поток трубопровода 34, который поступает в компрессор 35. Сжатый газ из компрессора 35 поступает в систему 40 удаления CO₂, где CO₂ очищают в скруббере от газа. Бедный CO₂ газ в трубопроводе 41 затем обогащают COG из другого трубопровода 52, и затем он входит в дополнительный трубопровод 56, который поступает в сатуратор 60, где H₂O добавляют в газ с целью его регулирования в отношении содержания углерода в шахтной печи 10 для прямого восстановления.

[0032] Дополнительный BOFG объединяют непосредственно с потоком топлива на основе колошникового газа посредством трубопровода 33. Дополнительный COG направляют во вспомогательные горелки косвенного нагревателя 70 посредством одного или более трубопроводов 53 и 54, а также в переходную зону шахтной печи 10 для прямого восстановления в качестве инжекционного газа переходной зоны посредством одного или более других трубопроводов 53 и 55. Газ из сатуратора 60 поступает посредством трубопровода 61 в косвенный нагреватель 70, где газ нагревают до температуры, близкой к температуре восстановления, посредством горелок, в которых сжигают комбинацию отработанного отходящего газа из печи для прямого восстановления и BOFG, а также вспомогательных горелок, в которых, например, сжигают COG.

[0033] Воздух для горения предварительно нагревают посредством теплообмена с топочным газом нагревателя. Горячий газ из косвенного нагревателя 70 отводят посредством трубопровода 71 и добавляют O₂ из источника 80 кислорода посредством другого трубопровода 81 с повышением температуры газа до 1000°C или выше. Затем газ направляют посредством дополнительного трубопровода 15 при повышенной температуре, требуемой для подачи эндотермической загрузки, необходимой для риформинга на месте в шахтной печи 10 для восстановления.

[0034] В общем, COG и BOFG характеризуются инженерными расчетами, которые могут меняться в зависимости от определенных сырьевых материалов и конкретных технологий на различных сталелитейных заводах по всему миру. В таблице ниже приведены некоторые неограничивающие примеры.

	COG	BOFG
CO	6-7	55-72
CO2	1-2	13-18
H2	61-63	1-4
H2O	1-5	1-5
CH4	21-24	1-3
N2	3-7	11-20

[0035] Если COG и BOFG утилизируют наиболее эффективным способом с получением DRI/HDRI/HBI с минимальным количеством COG и/или BOFG без топлива для отвода, имеет место конкретное отношение COG к BOFG для каждого инженерного расчета газов. Данное отношение может варьироваться от приблизительно 0,95 до приблизительно 1,25. Для BOFG с большими количествами CO и, следовательно, более низкими количествами N₂ отношение близко к 0,95. Для BOFG с большими количествами N₂ и, следовательно, более низкими количествами CO требуется большее количество COG, и отношение близко к 1,25.

[0036] Как указано выше, возможно выполнение варьирования отношений COG к BOFG за пределами наилучшей расчетной рабочей точки, но оно должно выполняться в отношении топлива для отвода, которое может потребляться где-либо еще. Одно из таких применений данного топлива для отвода может представлять собой, например, увеличение количества дополнительного пара для регенерации в системе 40 удаления CO₂.

[0037] Как описано выше, в дополнение к добавлению потока отходящего газа из шахтной печи и внесению в конечный поток восстановительного газа другое предполагаемое применение для BOFG включает добавление потока отходящего газа из шахтной печи для применения в качестве топлива на основе колошникового газа для косвенного нагревателя 70 (посредством трубопроводов 31, 33 и 24). Аналогичным образом, в дополнение к добавлению потока отходящего газа из шахтной печи и внесению в конечный поток восстановительного газа COG также может применяться для ряда других целей.

[0038] Ссылаясь конкретно на фиг. 2, COG из источника 50 COG, который в конечном итоге нагревают в косвенном нагревателе 70 (фиг. 1), предпочтительно сначала очищают от серы и сложных углеводородов, которые могут загрязнять косвенный нагреватель 70, посредством окислительной обработки (т. е. частичного сжигания) или подобного в реакторе 90 частичного окисления или подобном с добавлением O₂ и H₂O (т. е. пара). Посредством данного способа очистки соответственно уменьшают и потенциально устраняют необходимость добавки BOFG, если это желательно. Процесс очистки в первую очередь требуется для борьбы с присутствием количеств NH₃, H₂S, смол, HCN, нафталина и BTX (бензола, толуола и ксилола) в COG. Необязательно процесс очистки протекает в форме менее интенсивной реакции в трубах системы для получения восстановительного газа, в отличие от реактора 90 частичного окисления. Окислительная реакция выглядит следующим образом (только в качестве иллюстрации):

COG – 7,5% CO, 3,5% CO₂, 54% H₂, 25,25% CH₄, 7,45% N₂, 2,3% C_nH_m

1 часть пара к 10 частям COG

Добавление кислорода к 10 частям COG:

	- 1,7 части кислорода:
	21,38% CO, 2,8% CO2, 61,16% H2, 7,28% H2O, 2,91% CH4, 4,46% N2;
	Темп. 800°C, 17,1 части получаемого газа;
	- 2 части кислорода:
	22,81% CO, 2,54% CO2, 61,74% H2, 8,14% H2O, 0,49% CH4, 4,27% N2;
	Темп. 880°C, 17,9 части получаемого газа.

[0039] Снова ссылаясь конкретно на фиг. 1, COG со сложными углеводородами или без них также может применяться для добавки в топливо на основе колошникового газа для косвенного нагревателя 70 (посредством трубопроводов 53 и 54), в качестве инжекцион