СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА ДО ПРОДУКТА ВОССТАНОВЛЕНИЯ

1. Способ восстановления металлосодержащего материала до продукта восстановления, включающий этапы
обеспечения газовой фазы, содержащей газообразный СО, путем газификации углеродсодержащего соединения, с использованием кислородсодержащий газовый поток;
помещение металлосодержащего материала в реакционную камеру реактора с псевдоожиженным слоем;
подачу упомянутого газообразного СО в реакционную камеру реактора с псевдоожиженным слоем и преобразование газообразного СО в твердый углерод и газообразный диоксид углерода, при этом твердый углерод выделяется на металлосодержащий материал и/или на продукт восстановления;
осуществление восстановления, по меньшей мере, частично, металлосодержащего материала твердым углеродом до продукта восстановления, таким образом, используя металлосодержащий материал и/или продукт восстановления как активатор преобразования газообразного СО в твердый углерод и газообразный диоксид углерода;
выгрузку конечного продукта восстановления из реакционной камеры, при этом конечный продукт восстановления дополнительно восстанавливают в реакторе конечного этапа до более высокой степени восстановления или металлизации при помощи, по существу, твердофазной реакции между твердым углеродом и частью продукта восстановления, неполностью восстановленной.
2. Способ по п.1, в котором конечный продукт восстановления после проведения выгрузки из реакционной камеры реактора с псевдоожиженным слоем катализатора имеет степень восстановления, по меньшей мере, 50%.
3. Способ по п.1 или 2, в котором восстановление в реакторе конечного этапа происходит в неинертной атмосфере.
4. Способ по п.1 или 2, в котором горячий газовый поток, включающий газообразный СО, подают в реактор конечного этапа.
2
2
5. Способ по п.1 или 2, в котором подают газ, содержащий СО/СО или кислород, в реактор конечного этапа, где предпочтительно газ, содержащий СО/СО, является свежим синтетическим газом и/или рециркулирующим технологическим газом, и/или где газом, содержащим кислород, является воздух или технически чистый кислород.
6. Способ по п.1 или 2, в котором осуществляют способ как непрерывный процесс, в котором металлосодержащий материал и газообразный СО обеспечиваются непрерывно или партиями в реакционную камеру, для того чтобы непрерывно получать продукт восстановления, и при этом конечный продукт восстановления выгружают непрерывно или партиями из упомянутой реакционной камеры.
7. Способ по п.1 или 2, в котором конечный продукт восстановления имеет степень восстановления, по меньшей мере, 50%, предпочтительно, по меньшей мере, 60%, более предпочтительно, по меньшей мере, 70%.
8. Способ по п.1 или 2, в котором максимальная температура в реакционной камере составляет 875°C, предпочтительно 845°C, более предпочтительно 825°C, и еще более предпочтительно 800°C.
9. Способ по п.1 или 2, в котором активатор преобразования газообразного СО в твердый углерод и газообразный диоксид углерода также действует как активатор восстановления металлосодержащего материала.
10. Способ по п.1 или 2, в котором металлосодержащим материалом является соединение железа, предпочтительно железная руда.
11. Способ по п.10, в котором железная руда обеспечивается в форме тонкоизмельченной руды, предпочтительно, при этом размер зерна руды заключается между 0,1 и 5000 мкм, и более предпочтительно между 5 и 50 мкм.
12. Способ по п.1 или 2, в котором металлосодержащим материалом является соединением никеля, предпочтительно никелевой рудой, соединением кобальта, предпочтительно - кобальтовой рудой, или их смесью.
13. Способ по п.1 или 2, в котором металлосодержащий материал является смесью, по меньшей мере, двух соединений из группы соединений, включающей в себя соединение никеля, такое как никелевая руда, соединение кобальта, такое как кобальтовая руда, соединение железа, такое как железная руда.
14. Способ по п.1 или 2, в котором газообразный СО готовят путем газификации углеродсодержащего соединения, используя кислородсодержащий газовый поток, при этом упомянутый поток предпочтительно является горячим газовым потоком.
2
15. Способ по п.1 или 2, в котором отходящий газ выводят из реакционной камеры и, при этом, по меньшей мере, часть остающегося газообразного СО и/или СО2 отделяют от отходящего газа для повторного введения упомянутого остающегося газообразного СО и/или СО в реакционную камеру газификатора.
2
16. Способ по п.1 или 2, в котором отходящий газ выводят из реакционной камеры и, при этом, по меньшей мере, часть остающегося газообразного СО и/или СО отделяют от отходящего газа для подогревания газового потока перед входом в газификатор.
17. Способ по п.1 или 2, в котором восстановление металлосодержащего материала твердым углеродом происходит в реакторе с циркулирующим псевдоожиженным слоем (CFB-circulating fluidized bed - циркулирующий псевдоожиженный слой - ЦПС), причем упомянутый реактор включает в себя вертикальную часть и возвратный путь, при этом металлосодержащий материал и газообразный СО обеспечиваются в вертикальной части ЦПС, и при этом поток газа, включающий в себя газообразный СО, двигает металлосодержащий материал, по существу, в верхнем направлении через вертикальную часть ЦПС, и где преобразование газообразного СО в твердый углерод и газообразный диоксид углерода происходит, по меньшей мере, частично во время, по существу, вертикального движения вверх металлосодержащего материала и газообразного СО.
18. Способ по п.17, в котором металлосодержащий материал и продукт восстановления, получающийся от восстановления металлосодержащего материала и твердого углерода, выгружают в возвратный путь ЦПС, и металлосодержащий материал, и продукт восстановления, и твердый углерод движутся, по существу, по направлению вниз через возвратный путь ЦПС, и в котором восстановление металлосодержащего материала и продукта восстановления твердым углеродом происходит, по меньшей мере, частично, и, предпочтительно, по существу, в части возвратного пути ЦПС.
19. Способ по п.1 или 2, в котором восстановленный металлосодержащий материал с достигнутой желательной степенью восстановления выгружают из реакционной камеры как конечный продукт восстановления.
20. Способ по п.1 или 2, в котором восстановление металлосодержащего материала происходит в ряде реакторов с псевдоожиженным слоем, при этом конечный продукт восстановления предшествующего реактора с псевдоожиженным слоем выгружают и пропускают в следующий реактор с псевдоожиженным слоем для дальнейшего проведения восстановления до еще более высокой степени восстановления.
21. Способ по п.20, в котором газообразные фазы, выгруженные из следующего псевдоожиженного слоя, выгружают в предшествующий реактор с псевдоожиженным слоем для дополнительного обрабатывания.
22. Способ по п.1 или 2, в котором псевдоожиженный слой представляет собой тип быстрого псевдоожижения или пневмотранспортирования.
23. Способ по п.1 или 2, в котором конечный продукт восстановления дополнительно восстанавливают до степени металлизации, по меньшей мере, 90%, предпочтительно, по меньшей мере, 95%, более предпочтительно, по меньшей мере, 98% в реакторе конечного этапа при помощи, по существу, твердофазной реакции между твердым углеродом и неполностью восстановленной частью продукта восстановления, при этом реактор конечного этапа предпочтительно является вращающейся печью, карусельной печью или реактором с псевдоожиженным слоем.
24. Способ по п.1 или 2, в котором конечный продукт восстановления обрабатывают для отделения металлической фракции от неметаллической фракции, такой как порода или шлак.
25. Способ по п.1 или 2, в котором конечный продукт восстановления дополнительно подвергают обработке путем компактирования продукта в компактный продукт, предпочтительно брикетированием или прокаткой в прокатное изделие.
26. Способ по п.1 или 2, в котором металлосодержащий материал включает железо-кислородные соединения и цинк-кислородные соединения, причем способ включает восстановление железо-кислородных соединений согласно любому одному из предшествующих пунктов, включает восстановление цинк-кислородных соединений твердым углеродом, полученный из газообразного СО, до цинка, испарение цинка с последующим этапом извлечения цинка, необязательно включающего конденсацию цинка из газообразных состояний, или заключающего в себе повторное окисление цинка и собирание в виде соединений цинк-кислород.
27. Устройство для восстановления металлосодержащего материала до продукта восстановления согласно способу по любому предшествующему пункту включающий
по меньшей мере, один реактор с псевдоожиженным слоем, включающий реакционную камеру;
газификатор для получения газообразной фазы, включающей газообразный СО, путем газификации углеродсодержащего соединения с использованием кислородсодержащего газового потока, который включает впускное отверстие для обеспечения упомянутого кислородсодержащего газа, впускное отверстие для введения углеродсодержащего соединения, выпускное отверстие для газообразной фазы, включающей газообразный СО, и необязательное выпускное отверстие для твердотельных отходов, таких как шлам;
первое впускное отверстие в реакционную камеру для введения металлосодержащего материала;
второе впускное отверстие для введения газообразного СО в реакционную камеру;
устройство для получения псевдоожиженного слоя, включающее металлосодержащий материал и газообразный СО в реакционной камере;
устройство для получения подходящей температуры в реакционной камере для создания возможности преобразования газообразного СО в твердый углерод и газообразный диоксид углерода, и осаждение твердого углерода на металлосодержащий материал и/или на продукт восстановления, и для восстановления металлосодержащего материала твердым углеродом для получения продукта восстановления;
устройства для направления, по меньшей мере, части составляющих псевдоожиженного слоя по направлению к разделительному устройству для проведения отделения продукта восстановления от псевдоожиженного слоя и, необязательно, устройство для направления отходящего газа из псевдоожиженного слоя в рециркуляционному устройство;
возвратную часть для возвращения, по меньшей мере, части продукта восстановления, отделенного от потока газа, в реакционную камеру, и выпускное отверстие для проведения выгрузки остающегося продукта восстановления из реакционной камеры, как конечного продукта восстановления;
необязательно, реактор конечного этапа для проведения дополнительного восстановления продукта восстановления до более высокой степени восстановления при помощи, по существу, твердофазной реакции твердого углерода с продуктом восстановления, при этом предпочтительно, что необязательный реактор конечного этапа является вращающейся печью, карусельной печью или реактором с псевдоожиженным слоем.
28. Устройство по п.27, в котором реактор с псевдоожиженным слоем является циркулирующим псевдоожиженным слоем, включающим
вертикальную часть для обеспечения, по существу, вертикального движения псевдоожиженного слоя, причем флюидизированный слой включает в себя металлосодержащий материал и газообразный СО;
устройство для направления составляющих псевдоожиженного слоя по направлению к устройствам разделения при достижении верха вертикальной части для отделения продукта восстановления от псевдоожиженного слоя и устройство для направления газообразных фаз из псевдоожиженного слоя к рециркуляционному устройству и устройство для направления продукта восстановления в возвратный путь;
возвратный путь для предоставления движения, по существу, вниз продукта восстановления;
устройство для проведения выгрузки отходящего газа из псевдоожиженного слоя для дальнейшего обрабатывания;
устройство для возвращения, по меньшей мере, части продукта восстановления из возвратного пути в реакционную камеру, причем упомянутое устройство также включают в себя выпускное отверстие для проведения выгрузки конечного продукта восстановления из реакционной камеры.
29. Устройство по п.28, в котором устройством для возвращения, по меньшей мере, части продукта восстановления из возвратного пути к реакционной камере является петлевое уплотнение.
30. Устройство по любому одному из пп.27-29, включающий ряд соединенных реакторов с псевдоожиженным слоем, где обеспечено устройство для транспортирования конечного продукта восстановления из предшествующего реактора с псевдоожиженным слоем в реакционную камеру следующего реактора с псевдоожиженным слоем для дополнительного восстановления конечного продукта восстановления до более высокой степени восстановления, и/или где обеспечено устройство для обеспечения газообразных фаз, выгружаемых из следующего псевдоожиженного слоя в предшествующий реактор с псевдоожиженным слоем.
31. Устройство по п.30, в котором обеспечены устройства для эксплуатации следующего реактора с псевдоожиженным слоем при более высокой температуре, чем предшествующего реактора с псевдоожиженным слоем, при этом, предпочтительно, любой следующий реактор эксплуатируется при более высокой температуре, чем любой предшествующий реактор с псевдоожиженным слоем.
32. Устройство по любому одному из пп.27-29, где устройство снабжено газификатором, предпочтительно для газификации в потоке, для получения газообразного СО, совокупность связанных циркулирующих псевдоожиженных слоев, предпочтительно 3, причем каждый включает в себя реакционную камеру для обеспечения продуктом восстановления, реактором конечного этапа с кипящим псевдоожиженным слоем для дополнительного восстанавливания продукта восстановления, при этом имеется линия между газификатором, циркулирующими псевдоожиженными слоями и реактором конечного этапа является непрерывной, при этом, предпочтительно, в устройстве обеспечивают избыточное давление, по меньшей мере, 2, предпочтительно, по меньшей мере, 4 бар.
33. Устройство по любому одному из пп.27-29, включающее установку восстановления для осуществления восстановления Zn, и/или Pb, и/или Cd из содержащего Zn, и/или Pb, и/или Cd металлосодержащего материала, причем установка включает нагревательное устройство, дающее возможность восстановления Zn-, Pb- и/или Cd-содержащих соединений твердым углеродом до металлических Zn, Pb и/или Cd, и для испарения Zn, Pb и/или Cd для получения газообразных Zn, Pb и/или Cd.
34. Устройство по п.33, включающее
конденсационное устройство для конденсирования и/или отвердевания газообразных Zn, Pb и/или Cd в жидкотекучие и/или твердые Zn, Pb и/или Cd, или
окисляющее устройство для осуществления окисления газообразных Zn, Pb и/или Cd до соединений цинк-кислород, соединений свинец-кислород и/или соединений кадмий кислород.
35. Применение продукта восстановления, полученного способом по любому одному из пп.6-26, в процессе прямого получения губчатого железа для производства водорода.