81. Топливо и восстановитель для металлургии железа

В процессах металлизации в качестве технологического топлива возможно применение различных видов топлива — газообразного (природный и попутный газ), жидкого (про-жуктов нефтепереработки) и твердого (некоксующиеся угли различных видов). Использование этих видов топлива в ка­честве восстановителя без специальной подготовки в боль­шинстве случаев невозможно.

Выбор способа производства восстановительного газа определяется экономическими факторами (наличие и стои-мость того или иного вида сырья, капитальные затраты на строительство установки, эксплуатационные расходы и др.),

а также требованиями к его химическому составу, главными которых являются максимальная доля в нем восстановите­лей СО и Н₂ и минимальная СО₂, Н₂О, СН4, сажистого угле-ймнп. Для оценки восстановительной способности газа

используют выражение степени его окисленности:

Получение восстановительного газа конверсией газообразного топлива

Основным видом газообразного топлива для производства восстановительного газа служит природный газ, являющийся в исходном виде плохим восстановителем, так как состав-ляющие его основу углеводороды слабо взаимодействуют оксидами железа. Для этой цели можно также использовать подвергнутый десульфурации коксовый газ, остаточный гая после синтеза аммиака (56%СH4; 10% Н₂; 12% СО; 1 % СО₂; 21 % N₂) или газ, полученный газификацией сырых легких нефтепродуктов (65%СН₄; 12%Н₂; 1% СО; 22% СО₂). В качестве окислителей применяют технологический кислород, воздух, пар, углекислый газ. В соответствии с типом окислителя различают кислородную, воздушную, паро

ную и углекислотную конверсию природного газа. Возможен и смешанный тип конверсии (например, паровоздушная).

Конверсия протекает по одной из приведенных ниже хими­ческих реакций: кислородная или воздушная:

Паровая

Углекислотная

Получение восстановительного газа из жидкого топлива

Процессы получения восстановительного газа из жидкого топлива не отличаются от аналогичных процессов с примене­нием газообразного топлива, однако имеют свои особеннос­ти. Так, если для метана отношение углерода и водорода (по массе) составляет 3:1, то для тяжелого жидкого топ­лива оно возрастает до 7:1. С увеличением этого отноше­ния наблюдается тенденция к росту содержания в восстано­вительном газе, полученном кислородной конверсией, оксида углерода. При использовании метана в качестве топлива по­лученный конвертированный газ содержит 66,7 % Н₂ и 33,3% СО, а при использовании тяжелого жидкого топлива 46%Н₂ и 55% СО. Для восстановительного газа с повышен­ным содержанием СО характерна склонность к образованию сажистого углерода. Еще более благоприятные условия для выделения сажи создаются при применении воздушной конвер­сии жидких углеводородов, при которой до 30% топлива не газифицируется, что приводит к наличию в восстановитель­ном газе до 57 г сажистого углерода на 1 м³ сухого газа. Восстановительный газ, полученный в вертикальном реакто­ре, содержит 4%СО₂; 16% СО; 14%Н₂; 4%СН₄; 62%N₂ и имеет температуру 1200 °С.

Помимо содержания в восстановительном газе сажистого углерода, существенным недостатком описанных процессов является также снижение восстановительной способности получаемого газа за счет присутствия в нем значительного количества азота, переходящего из воздуха.

Газификация твердого топлива

Во многих регионах мира имеются значительные запасы низкосортных некоксующихся углей, пригодных для прямого восстановления. По этой причине (а также по причине роста цен и дефицита на природный газ) процессы металлизации с использованием твердого топлива оцениваются как наиболее перспективные. Они могут базироваться как на непосредст­венном использовании угля в качестве восстановителя, так и на восстановительном газе, полученном из угля.

В отличие от газообразного и жидкого топлива твердое топливо можно использовать в процессах металлизации без особой предварительной подготовки.

Газификация твердого топлива для получения восстанови­тельного газа может идти с участием в качестве окисли­телей технологического кислорода, водяного пара, углекис­лого газа по реакциям:

Подготовка необходима для поступления в печь сырья определенной крупности, равномерного химического состава, хорошей восстановимости и с высоким содержанием железа. Для обеспечения хорошей газопроницаемости плавильных материалов шихта должна быть однородной по кусковатости 10-20 мм или 20-40мм.