EA045225B1 - DIRECT REDUCTION METHOD USING HYDROGEN - Google Patents

Description

Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross reference to related application

Настоящее изобретение заявляет преимущество приоритета одновременно находящейся на рассмотрении предварительной заявки на патент США № 62/857 843, поданной 6 июня 2019 под названиемThe present invention claims the benefit of priority to contemporaneous U.S. Provisional Patent Application No. 62/857,843, filed June 6, 2019, entitled

MIDREX PROCESS UTILIZING HYDROGEN, содержание которой в полном объеме включено в этот документ посредством ссылки.MIDREX PROCESS UTILIZING HYDROGEN, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

Область техникиField of technology

Настоящее изобретение в целом относится к областям производства железа прямого восстановления (ЖПВ) и стали. В частности, настоящее изобретение в целом относится к способу использования водорода, позволяющему получать ЖПВ с более низкими общими выбросами CO₂.The present invention relates generally to the fields of direct reduced iron (DRI) and steel production. In particular, the present invention generally relates to a process for using hydrogen to produce LPV with lower overall CO ₂ emissions.

Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for creating the invention

Большую часть стали, производимой сегодня в мире, получают с применением маршрута в доменной печи (BF) или маршрута в электродуговой печи (EAF). Маршрут в BF характеризуется выбросами большого количества CO2, в диапазоне 1,6-2,0 кг СО₂/кг стали, и, несмотря на многие улучшения, маловероятно снизить выбросы значительно ниже этой точки. Ввиду использования переработанного металлолома маршрут в EAF создает значительно меньше выбросов CO2, но все равно в размере 0,5 кг СО₂/кг стали. Альтернативные железные блоки (AIU, полученные из железной руды), такие как ЖПВ, горячебрикетированное железо (ГБЖ) или чугун в чушках, часто требуются в EAF для обеспечения соответствия целям качества и производительности; эти AIU увеличивают выбросы CO2 из EAF, но выбросы CO2 все же меньше, чем при маршруте в BF.Most of the steel produced in the world today is produced using the blast furnace (BF) route or the electric arc furnace (EAF) route. The BF route has high CO2 emissions, in the range of 1.6-2.0 kg CO ₂ /kg steel, and despite many improvements it is unlikely to reduce emissions significantly below this point. Due to the use of recycled scrap metal, the EAF route generates significantly less CO2 emissions, but still at 0.5 kg CO ₂ /kg steel. Alternative iron units (AIU, derived from iron ore), such as iron ore, hot briquetted iron (HBI), or pig iron, are often required in EAF to meet quality and productivity goals; these AIUs increase the CO2 emissions from the EAF, but the CO2 emissions are still less than the route to BF.

За последнее время было много попыток устранить углекислый газ в сталелитейной промышленности путем применения таких подходов, как улавливание углекислого газа или исключение углекислого газа. С недавних пор много европейских проектов направлено на использование экологически чистого водорода (то есть полученного из возобновляемых источников энергии) для восстановления оксида железа в ЖПВ и последующего его плавления в EAF (см., например, ЕР2895631 В1). Недостаток основополагающей концепции заключается в том, что эффективность процесса не соответствует тому, чтобы удовлетворять запросы рынка. Кроме того, есть проблемы в работе, которые необходимо решить, чтобы установка работала надлежащим образом. Проблемы, которые требуют решения, включают: исключение ненужных потерь энергии; регулирование образования второстепенных компонентов в рециркуляционном контуре; и обеспечение надлежащего уровня углерода, необходимого для производства стали с применением направленного вниз потока.There have been many recent attempts to eliminate carbon dioxide from the steel industry through approaches such as carbon capture or carbon dioxide exclusion. Recently, many European projects have been aimed at using green hydrogen (i.e. obtained from renewable energy sources) to reduce iron oxide in FLW and subsequently smelt it in EAF (see, for example, EP2895631 B1). The flaw in the underlying concept is that the process efficiency is not adequate to meet market demands. Additionally, there are operational issues that need to be resolved for the unit to function properly. Issues that need to be addressed include: eliminating unnecessary energy waste; regulation of the formation of minor components in the recirculation circuit; and ensuring adequate levels of carbon required for downstream steel production.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

Настоящее изобретение представлено и описано со ссылкой на различные графические материалы, в которых подобные номера ссылок используют для обозначения подобных компонентов способа, в зависимости от ситуации, и при этом:The present invention is presented and described with reference to various drawings, in which like reference numerals are used to designate like components of the method, as appropriate, and wherein:

на фиг. 1 представлено схематическое изображение, на котором показан один представленный в качестве примера вариант осуществления способа прямого восстановления (ПВ) согласно настоящему изобретению, в котором выработку водорода осуществляют в основном технологическом контуре посредством электролизера;in fig. 1 is a schematic diagram showing one exemplary embodiment of the direct reduction (DR) process according to the present invention, in which hydrogen production is carried out in the main process loop via an electrolyser;

на фиг. 2 представлено схематическое изображение, на котором показан другой представленный в качестве примера вариант осуществления способа прямого восстановления согласно настоящему изобретению, в котором содержание углерода в ЖПВ регулируют посредством газового карбюризатора, вводимого непосредственно в шахтную печь, и оно зависит от основного технологического контура;in fig. 2 is a schematic diagram showing another exemplary embodiment of the direct reduction process according to the present invention, in which the carbon content of the LHR is controlled by a gas carburizer introduced directly into the shaft furnace and is dependent on the main process loop;

на фиг. 3 представлено схематическое изображение, на котором показан еще один представленный в качестве примера вариант осуществления способа прямого восстановления согласно настоящему изобретению, в котором содержание углерода в ЖПВ регулируют посредством контура для карбюризации, который работает независимо от основного технологического контура в отдельном сосуде; и на фиг. 4 представлено схематическое изображение, на котором показан еще один представленный в качестве примера вариант осуществления способа прямого восстановления согласно настоящему изобретению, в котором содержание углерода в ЖПВ регулируют посредством контура для карбюризации, который работает независимо от основного технологического контура в одном сосуде.in fig. 3 is a schematic diagram showing yet another exemplary embodiment of the direct reduction process of the present invention, in which the carbon content of the LPR is controlled by a carburization loop that operates independently of the main process loop in a separate vessel; and in fig. 4 is a schematic diagram showing yet another exemplary embodiment of the direct reduction process of the present invention, in which the carbon content of the LPR is controlled by a carburization loop that operates independently of the main process loop in a single vessel.

Суть изобретенияThe essence of the invention

Настоящее изобретение относится к улучшению процесса, в котором для получения ЖПВ используют водород. На общем уровне этот процесс вводит этап получения водорода внутри основного контура для технологического газа. Это отличает его от других способов получения ПВ на основе водорода, в которых водород или предшественник водорода в виде метана подают как топливо. Основные этапы способа следующие: (а) этап рециркуляции отработанного восстановительного газа из шахтной печи в электролизер (то есть этап удаления кислорода), предпочтительно в твердооксидный электролитический топливный элемент (SOEC); (b) этап сбора пыли без быстрого охлаждения; (с) непосредственное использование пара из колошникового газа в шахтной печи с получением водорода; и (d) непосредственное использование тепла, присутствующего в газе после электролизера.The present invention relates to an improvement in a process that uses hydrogen to produce LPV. At a general level, this process introduces a hydrogen production step within the main process gas loop. This distinguishes it from other methods for producing hydrogen-based PV, in which hydrogen or a hydrogen precursor in the form of methane is supplied as fuel. The main steps of the method are as follows: (a) a step of recirculating waste reducing gas from the shaft furnace to an electrolyser (ie, an oxygen removal step), preferably to a solid oxide electrolytic cell (SOEC); (b) dust collection step without rapid cooling; (c) direct use of steam from the top gas in a shaft furnace to produce hydrogen; and (d) direct use of the heat present in the gas after the electrolyser.

Этот способ частично устраняет указанные ранее недостатки путем удаления кислорода из основной технологической линии для газа. Этот способ обладает существенными преимуществами над обще- 1 045225 признанными способами восстановления с применением водорода. Эти преимущества без ограничения включают: отсутствие необходимости в подаваемом извне топливном газе, требуемом для восстановления, снижение требований к местной инфраструктуре для подачи и хранения водорода или природного газа; ограниченная обработка воды, при этом большая часть необходимой воды уже присутствует в рециркулированном колошниковом газе; минимальная потеря тепла в ходе этапа обеспыливания; непосредственное использование физического тепла технологического газа внутри электролизера; и простая интеграция с карбюризацией после восстановления и другими технологиями регулирования углерода в ЖПВ.This method partially overcomes the previously mentioned disadvantages by removing oxygen from the main gas process line. This method has significant advantages over generally accepted reduction methods using hydrogen. These benefits include, but are not limited to: eliminating the need for externally supplied fuel gas required for recovery, reducing local infrastructure requirements for supplying and storing hydrogen or natural gas; limited water treatment, with most of the required water already present in the recirculated blast furnace gas; minimal heat loss during the dust removal stage; direct use of sensible heat from process gas inside the electrolyser; and easy integration with post-reduction carburization and other carbon management technologies in the HPV.

В одном представленном в качестве примера варианте осуществления согласно настоящему изобретению предложен способ прямого восстановления железа, включающий: использование водорода как химического носителя для удаления кислорода из железной руды и восстановления возникающего пара электролизом; при этом колошниковый газ из шахтной печи обеспыливают без конденсирования пара в колошниковом газе; при этом в технологический контур, связанный со способом, не добавляют жидкой воды; и при этом водород получают с применением водяного пара, присутствующего в колошниковом газе из шахтной печи, с помощью электролизера, образующего часть технологического контура. При необходимости электролизер содержит твердооксидный электролизер. При необходимости способ дополнительно включает сжатие колошникового газа без охлаждения при температуре выше 100°C. При необходимости способ дополнительно включает добавление кислорода в водород перед введением водорода в шахтную печь для восстановления из железной руды. При необходимости способ дополнительно включает осаждение углерода на железо прямого восстановления, полученное из железной руды, путем введения газового карбюризатора в шахтную печь. При необходимости газовый карбюризатор вводят под давлением непосредственно в шахтную печь под ее кольцевым воздухопроводом. Диоксид углерода преобразуют в монооксид углерода в электролизере. Технологический газ в технологическом контуре содержит не меньше чем 20% CH₄. При необходимости продувочный поток технологического контура связан с огневым нагревателем для нагревания газа горячего дутья, вводимого в шахтную печь. При необходимости зону карбюризации под зоной восстановления шахтной печи используют для увеличения процентного содержания углерода в железе прямого восстановления и водород отделяют и направляют в технологический контур с получением тем самым вспомогательного контура для газа, содержащего: твердый материал, поступающий в зону карбюризации под действием силы тяжести и взаимодействующий с газом для добавления углерода в железо прямого восстановления; поток газа, затем входящий в зону карбюризации и поступающий на этап обеспыливания для удаления твердых частиц; водород, удаляемый из газа посредством блока газоотделения и возвращаемый в технологический контур; природный газ или другой газовый карбюризатор, вводимый в газ; и компрессор, используемый для увеличения давления газа для обеспечения двигательной силы для циркуляции и отделения газа. При необходимости зону карбюризации обеспечивают в отдельном сосуде, отличающемся от шахтной печи.In one exemplary embodiment, the present invention provides a method for direct reduction of iron, comprising: using hydrogen as a chemical carrier to remove oxygen from iron ore and recover the resulting steam by electrolysis; in this case, the top gas from the shaft furnace is dedusted without condensing steam in the top gas; in this case, no liquid water is added to the process circuit associated with the method; and wherein hydrogen is produced using steam present in the top gas from the shaft furnace by means of an electrolyser forming part of the process loop. If necessary, the electrolyzer contains a solid oxide electrolyzer. If necessary, the method additionally includes compression of the top gas without cooling at a temperature above 100°C. If necessary, the method further includes adding oxygen to the hydrogen before introducing the hydrogen into the shaft furnace for reduction from the iron ore. If necessary, the method further includes depositing carbon on direct reduced iron obtained from iron ore by introducing a gas carburizer into a shaft furnace. If necessary, a gas carburizer is introduced under pressure directly into the shaft furnace under its ring air duct. Carbon dioxide is converted to carbon monoxide in an electrolyzer. The process gas in the process loop contains no less than 20% CH ₄ . If necessary, the process loop purge stream is connected to a fired heater to heat the hot blast gas introduced into the shaft furnace. If necessary, the carburization zone below the reduction zone of the shaft furnace is used to increase the percentage of carbon in the direct reduced iron and the hydrogen is separated and sent to the process loop, thereby obtaining an auxiliary gas loop containing: solid material entering the carburization zone under the influence of gravity and interacting with gas to add carbon to direct reduced iron; a gas stream then entering the carburizing zone and entering the dust removal stage to remove solid particles; hydrogen removed from the gas by means of a gas separation unit and returned to the process loop; natural gas or other gas carburizing agent introduced into the gas; and a compressor used to increase gas pressure to provide motive force for circulating and separating the gas. If necessary, the carburization zone is provided in a separate vessel, different from the shaft furnace.

В другом представленном в качестве примера варианте осуществления согласно настоящему изобретению предложена система для прямого восстановления железа, содержащая: технологический контур, использующий водород как химический носитель для удаления кислорода из железной руды и восстановления возникающего пара электролизом; обеспыливающее устройство, выполненное с возможностью обеспыливания колошникового газа из шахтной печи в технологическом контуре без обеспыливания пара в колошниковом газе; при этом в технологический контур не добавлена жидкая вода; и электролизер, выполненный с возможностью получения водорода с применением водяного пара, присутствующего в колошниковом газе из шахтной печи, и образующий часть технологического контура. При необходимости электролизер содержит твердооксидный электролизер. При необходимости система также содержит одно или более из: компрессора, выполненного с возможностью сжатия колошникового газа без охлаждения при температуре выше 100°C; устройства впуска кислорода, выполненного с возможностью добавления кислорода в водород перед введением водорода в шахтную печь для восстановления из железной руды; устройства впуска газового карбюризатора, выполненного с возможностью осаждения углерода на железо прямого восстановления, полученное из железной руды, путем введения газового карбюризатора в шахтную печь, при этом обеспечено введение под давлением газового карбюризатора непосредственно в шахтную печь под ее кольцевым воздухопроводом; и продувочного потока, связанного с огневым нагревателем, выполненным с возможностью нагревания газа горячего дутья, вводимого в шахтную печь. При необходимости зона карбюризации под зоной восстановления шахтной печи предусмотрена для увеличения процентного содержания углерода в железе прямого восстановления и предусмотрено отделение водорода с его направлением в технологический контур с получением тем самым вспомогательного контура для газа, содержащего: твердый материал, поступающий в зону карбюризации под действием силы тяжести и взаимодействующий с газом для добавления углерода в железо прямого восстановления; поток газа, затем входящий в зону карбюризации и поступающий на этап обеспыливания для удаления твердых частиц; водород, удаляемый из газа посредством блока газоотделения и возвращаемый в технологический контур; природный газ или другой газовый карбюризатор, вводимый в газ; и компрессор, используемый для увеличения давления газа для обеспечения двигательной силы для циркуляции и отделения газа; при этом зона карбюризации реализована в одном из шахтной печи иIn another exemplary embodiment, the present invention provides a system for direct reduction of iron, comprising: a process loop using hydrogen as a chemical carrier to remove oxygen from iron ore and recover the resulting steam by electrolysis; a dust removal device configured to remove dust from the top gas from the shaft furnace in the process loop without removing dust from the steam in the top gas; no liquid water has been added to the process circuit; and an electrolyser configured to produce hydrogen using steam present in the top gas from the shaft furnace and forming part of the process loop. If necessary, the electrolyzer contains a solid oxide electrolyzer. If necessary, the system also includes one or more of: a compressor configured to compress the top gas without cooling at a temperature above 100°C; an oxygen inlet device configured to add oxygen to the hydrogen before introducing the hydrogen into the shaft furnace for reduction from the iron ore; a gas carburizer inlet device configured to deposit carbon on direct reduced iron obtained from iron ore by introducing the gas carburizer into the shaft furnace, whereby the gas carburizer is introduced under pressure directly into the shaft furnace under its annular air duct; and a purge flow associated with a fired heater configured to heat the hot blast gas introduced into the shaft furnace. If necessary, a carburizing zone below the reduction zone of the shaft furnace is provided to increase the percentage of carbon in the direct reduced iron and provision is made for separating the hydrogen and sending it to the process loop, thereby obtaining an auxiliary gas loop containing: solid material entering the carburizing zone under the influence of force gravity and interacting with gas to add carbon to direct reduced iron; a gas stream then entering the carburizing zone and entering the dust removal stage to remove solid particles; hydrogen removed from the gas by means of a gas separation unit and returned to the process loop; natural gas or other gas carburizing agent introduced into the gas; and a compressor used to increase gas pressure to provide motive force for circulating and separating gas; in this case, the carburization zone is implemented in one of the shaft furnaces and

- 2 045225 отдельного сосуда, отличающегося от шахтной печи.- 2 045225 separate vessel, different from the shaft furnace.

Описание представленных в качестве примера вариантов осуществленияDescription of Exemplary Embodiments

Настоящее изобретение относится к используемому в шахтной печи способу для прямого восстановления из железной руды с применением водорода. По сравнению с существующими способами, этот способ обеспечивает улучшение за счет лучшей интеграции этапа удаления кислорода (и равным образом этапа выработки водорода) в основную рециркуляцию газа для снижения тепла и потерь материала. Как и во всех способах ПВ, газ, используемый для восстановления железа, по-прежнему содержит непрореагировавшие восстановители после прохождения через шахтную печь. Эффективное использование этого непрореагировавшего газа делает большую часть экономики зависимой от установок для получения ЖПВ, в том числе основанного на водороде восстановления. Согласно настоящему изобретению предложен способ восстановления железа, который дополнительно улучшает использование теплосодержания, водорода и присутствующей воды в рециркуляции газа и также обеспечивает средство для регулирования содержания углерода в ЖПВ.The present invention relates to a shaft furnace method for direct reduction of iron ore using hydrogen. Compared to existing methods, this method provides an improvement by better integrating the oxygen removal step (and likewise the hydrogen generation step) into the main gas recycle to reduce heat and material loss. As with all IR processes, the gas used to reduce the iron still contains unreacted reducing agents after passing through the shaft furnace. The efficient use of this unreacted gas makes a large part of the economy dependent on LHR plants, including hydrogen-based reduction. The present invention provides a method for iron recovery that further improves the utilization of the heat content, hydrogen and present water in the gas recycle and also provides a means for controlling the carbon content of the LPG.

Для облегчения понимания представлено несколько фигур. На фиг. 1 в наиболее простом виде представлена технологическая схема настоящего изобретения. На фиг. 1 показано, что твердый оксид железа (1) поступает через верхнюю часть шахтной печи (А). По мере того как оксид железа перемещается в шахтной печи вниз, он восстанавливается до ЖПВ в окружении, состоящем в основном из водорода. ЖПВ покидает шахтную печь под действием силы тяжести (10). Отработанный восстановительный газ (2) низкого давления (называемый колошниковым газом) выходит из верхней части шахтной печи и направляется на этап сбора пыли без быстрого охлаждения (В) (то есть сухого обеспыливания, например, посредством свечных фильтров) для удаления выносимых твердых частиц (то есть мелких фракций). После обеспыливания предусмотрен продувочный поток (3) для осуществления контроля в отношении давления в системе и образования инертных газов. Большая часть газа (4) (называемого технологическим газом) рециркулируется и сжимается (С). Добавляется пар (5), который затем подается на этап удаления кислорода (D). Кислород удаляется из процесса (6), и выработанный водород направляется обратно в шахтную печь (7). В зависимости от выходных условий этапа удаления кислорода может быть необходим газовый нагреватель (Е) для нагревания водорода (9) (называемого газом горячего дутья) для снижения температур перед введением в шахтную печь. Кислород (8) также может быть непосредственно введен в газ (9) горячего дутья для повышения его температуры.To facilitate understanding, several figures are presented. In fig. 1 shows the flow diagram of the present invention in its simplest form. In fig. 1 shows that solid iron oxide (1) enters through the top of the shaft furnace (A). As the iron oxide moves downward in the shaft furnace, it is reduced to LPV in an environment consisting primarily of hydrogen. The LPV leaves the shaft furnace under the influence of gravity (10). The low pressure waste reducing gas (2) (called top gas) exits the top of the shaft furnace and is sent to the dust collection stage without rapid cooling (B) (i.e. dry dust removal, e.g. by candle filters) to remove the carried-out solids (then there are small fractions). After dust removal, a purge flow (3) is provided to control the pressure in the system and the formation of inert gases. Most of the gas (4) (called process gas) is recycled and compressed (C). Steam is added (5), which is then fed to the oxygen removal stage (D). Oxygen is removed from the process (6) and the produced hydrogen is sent back to the shaft furnace (7). Depending on the output conditions of the oxygen removal step, a gas heater (E) may be necessary to heat the hydrogen (9) (called hot blast gas) to reduce temperatures before being introduced into the shaft furnace. Oxygen (8) can also be directly introduced into the hot blast gas (9) to increase its temperature.

Этот способ характеризуется ключевыми преимуществами над традиционными способами восстановления. Осуществление выработки водорода внутри основного контура для технологического газа создает топливо в ходе процесса, ограничивая требования касательно подготовки топлива вне границ проектирования установки.This method has key advantages over traditional recovery methods. Conducting hydrogen generation within the main process gas loop creates fuel during the process, limiting fuel preparation requirements beyond plant design boundaries.

Очень важен правильный выбор технологии электролиза для этапа удаления кислорода (D). Для эффективного использования технологического потока предпочтительный выбор электролизера будет влиять на водяной пар, присутствующий в потоке газа рециркуляции. Для этого является предпочтительным использование твердооксидного электролитического топливного элемента (SOEC). SOEC могут работать с высокотемпературными потоками, имеющими высокие концентрации водорода. Это исключает необходимость в отделении или конденсировании воды из водорода, присутствующего в потоке, входящем в электролизер (4). В состав колошникового газа (2) входит где-то от 60% до 80% водорода по объему, но обычно его содержание поддерживается равным приблизительно 70%. Для обеспечения подходящего восстановительного газа для оксида железа содержание воды в выходном потоке из электролизера (7) должно быть уменьшено до 6% или ниже, в идеале до 0,5%. В некоторых случаях в технологическом газе используется более высокое процентное содержание азота, и поэтому такие процентные содержания будут снижать.The correct choice of electrolysis technology for the oxygen removal step (D) is very important. To efficiently utilize the process stream, the preferred choice of electrolyser will influence the water vapor present in the recycle gas stream. For this purpose, the use of a solid oxide electrolytic cell (SOEC) is preferred. SOECs can handle high temperature streams containing high hydrogen concentrations. This eliminates the need to separate or condense water from the hydrogen present in the stream entering the electrolyser (4). The blast furnace gas (2) contains anywhere from 60% to 80% hydrogen by volume, but is typically maintained at approximately 70%. To provide a suitable reducing gas for iron oxide, the water content of the effluent from the electrolyser (7) should be reduced to 6% or lower, ideally 0.5%. In some cases, a higher percentage of nitrogen is used in the process gas and therefore such percentages will be reduced.

Благодаря использованию в колошниковом газе (2) воды уже в паровой фазе, удается избежать неэффективности общего процесса касательно потребления энергии, связанной с конденсированием и повторным нагреванием воды, требуемой для выработки водорода, необходимого для восстановления. Дополнительная эффективность обеспечивается за счет рециркуляции водорода обратно в шахтную печь. Блоки SOEC работают при температурах, делающих возможным высокотемпературный электролиз, обычно при 500-800°C. Электролизер, работающий на более высоком конце этого диапазона, может обеспечивать температуру, требуемую для непосредственного использования вырабатываемого восстановительного газа в шахтной печи.By using water already in the vapor phase in the blast furnace gas (2), the inefficiency of the overall process in terms of energy consumption associated with the condensation and reheating of the water required to produce the hydrogen required for reduction is avoided. Additional efficiency is achieved by recycling hydrogen back to the shaft furnace. SOEC units operate at temperatures that allow high temperature electrolysis, typically 500-800°C. An electrolyser operating at the higher end of this range can provide the temperature required to directly use the generated reducing gas in a shaft furnace.

Температура колошникового газа (2) требует дополнительного рассмотрения. Согласно варианту осуществления на фиг. 1 температуры колошникового газа могут находиться в диапазоне 200-600°C. На такую температуру может влиять ряд факторов, характерных для конкретной установки. Например, температура колошникового газа на выходе может быть более высокой, если оксид железа (1) предварительно нагревается перед попаданием в шахтную печь или если используется поток более высококалорийного газа горячего дутья для восстановления из особенно трудной для обработки железной руды (обычно >2000 Нм/т ЖПВ для процесса, представленного на фиг. 1).The temperature of the top gas (2) requires additional consideration. According to the embodiment in FIG. 1 Top gas temperatures can be in the range of 200-600°C. This temperature can be influenced by a number of plant-specific factors. For example, the blast furnace outlet temperature may be higher if the iron(1) oxide is preheated before entering the shaft furnace or if a higher calorific hot blast gas stream is used for reduction from particularly difficult to process iron ore (typically >2000 Nm/t ZhPV for the process presented in Fig. 1).

Контур для технологического газа может быть спроектирован для такой температуры, и тепло может быть использовано, а не потрачено. Это отличается от традиционных способов восстановления, вThe process gas loop can be designed for this temperature and the heat can be used rather than wasted. This differs from traditional recovery methods, in

- 3 045225 которых более высокие температуры колошникового газа приводят к потерям энергии из-за конденсации воды в потоке газа. В способах согласно настоящему изобретению тепло, наоборот, сохраняется в технологическом контуре и используется электролизером. Подобного рода интеграция также минимизирует потребление топлива в установке. Использование водяного пара в газе обеспечивает часть пара, требуемого для добавления в процесс. Это уменьшает затраты на обработку воды, которая понадобилась бы, если сравнивать с системой, в которой для электролизера применяется вода в жидкой фазе.- 3 045225 in which higher temperatures of the top gas lead to energy losses due to condensation of water in the gas stream. In the methods according to the present invention, on the contrary, the heat is stored in the process loop and used by the electrolyser. This kind of integration also minimizes fuel consumption in the installation. The use of water vapor in the gas provides part of the steam required to be added to the process. This reduces the cost of water treatment that would be required when compared to a system that uses liquid water for the electrolyzer.

Другое отличие от предшествующих технологий прямого восстановления заключается в уменьшенном продувочном потоке из контура для газа. В традиционных установках на основе природного газа часть колошникового газа (2) в качестве источника топлива разделяется для удовлетворения требования выбранной технологии конверсии касательно нагревания и конверсии. Часть колошникового газа (2), которая разделяется, называется топливным колошниковым газом. Этот поток применяется для двух целей. Одна цель применения топливного колошникового газа заключается в удалении кислорода из системы в виде воды, монооксида углерода и диоксида углерода. Другая цель заключается в как можно более экономной и эффективной рекуперации некоторой части энергии из неиспользованного восстановительного газа. Предложенный способ, представленный на фиг. 1, минимизирует продувочный поток колошникового газа (2) путем сочетания удаления кислорода с выработкой водорода в электролизере (D) и способен исключить потерю восстановительного газа так, как описано для традиционной технологии на основе природного газа.Another difference from previous direct reduction technologies is the reduced purge flow from the gas loop. In conventional natural gas plants, a portion of the top gas (2) as a fuel source is split to meet the heating and conversion requirements of the selected conversion technology. The part of the top gas (2) that is separated is called fuel top gas. This stream serves two purposes. One purpose of blast furnace gas is to remove oxygen from the system in the form of water, carbon monoxide and carbon dioxide. Another goal is to recover some of the energy from the unused reducing gas as economically and efficiently as possible. The proposed method, shown in Fig. 1, minimizes the top gas purge flow (2) by combining oxygen removal with hydrogen production in the electrolyzer (D) and is capable of eliminating the loss of reducing gas as described for conventional natural gas technology.

Если в водороде после электролиза не достаточно тепла, то может быть использован необязательный газовый нагреватель (Е). Для осуществления эффективного восстановления водород необходимо вводить в шахтную печь при температурах выше 760°C. Ввиду того, что реакции восстановления с применением водорода в целом являются эндотермическими, и чтобы учитывались потери тепла в канале, рабочая температура газа, когда он поступает в шахтную печь (9), должна быть ближе к 800-1000°C. Выбор типа газового нагревателя на фиг. 1 не является жестко ограниченным. Предпочтительный способ заключается в применении электрического нагревателя, поскольку в установке из-за наличия электролизера (D) уже имеется большая потребность в электроэнергии. В отрасли получения ЖПВ особенно распространены работающие на газе нагреватели, и в качестве источника энергии может быть использовано любое поступающее извне топливо, например природный газ. Хоть это и является противоречием в отношении некоторых рассмотренных ранее преимуществ, но для обеспечения такой энергии также может сжигаться водород, вырабатываемый для нужд процесса. Продувочный поток (3) как источник топлива для необязательного нагревателя (Е) дает возможность объединить технологический контур и систему сжигания, как в традиционной технологической схеме прямого восстановления. Наконец, в газ (9) горячего дутья может быть непосредственно добавлен кислород (8), поскольку у газа как источника энергии выше температура самовоспламенения. Этот процесс функционирует идентично системам введения кислорода под давлением, используемым в традиционных установках для получения ЖПВ. Кислород (8) может подаваться из внешнего источника, или он может поступать из самого электролизера (D).If there is not enough heat in the hydrogen after electrolysis, an optional gas heater (E) can be used. To achieve effective reduction, hydrogen must be introduced into the shaft furnace at temperatures above 760°C. Because reduction reactions using hydrogen are generally endothermic, and to account for the heat loss in the duct, the operating temperature of the gas when it enters the shaft furnace (9) should be closer to 800-1000°C. Selecting the type of gas heater in Fig. 1 is not strictly limited. The preferred method is to use an electric heater, since the plant already has a high electrical demand due to the presence of the electrolyser (D). Gas-fired heaters are especially common in the LPG industry, and any externally supplied fuel, such as natural gas, can be used as an energy source. Although this is a contradiction in relation to some of the previously discussed benefits, hydrogen generated for the process can also be burned to provide this energy. The purge stream (3) as a fuel source for the optional heater (E) makes it possible to combine the process loop and combustion system as in a traditional direct reduction process design. Finally, oxygen (8) can be directly added to the hot blast gas (9), since gas as an energy source has a higher auto-ignition temperature. This process functions identically to the pressurized oxygen injection systems used in traditional LPV production units. Oxygen (8) can be supplied from an external source, or it can come from the electrolyser (D) itself.

Другим аспектом способа восстановления на основе водорода, требующим внимания, является наличие углерода в продукте в виде ЖПВ. Осаждение углерода ограничено термодинамикой и сильно зависит от температуры и состава потока газа. Осаждение является предпочтительным в случае газов, характеризующихся высокими температурами и отношениями водорода к углероду, и ухудшается при наличии кислорода в таких соединениях, как вода или диоксид углерода. В традиционном способе восстановления природный газ добавляется в переходную зону внутри шахтной печи под кольцевым воздухопроводом. Там из газа при температурах выше 800°C осаждается углерод.Another aspect of the hydrogen-based reduction process that requires attention is the presence of carbon in the product in the form of HPW. Carbon deposition is limited by thermodynamics and is highly dependent on the temperature and composition of the gas stream. Precipitation is favored with gases characterized by high temperatures and hydrogen to carbon ratios, and is impaired in the presence of oxygen in compounds such as water or carbon dioxide. In the traditional reduction method, natural gas is added to a transition zone inside a shaft furnace under an annular air duct. There, carbon precipitates from the gas at temperatures above 800°C.

Для получения ЖПВ с уровнями углерода, как в традиционных способах прямого восстановления на основе природного газа, требуются модификации основанного на водороде способа Настоящее изобретение может быть модифицировано относительно варианта осуществления, представленного на фиг. 1, для облегчения добавления углерода путем выборочного введения под давлением газового карбюризатора. Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения для добавления углерода показаны на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4. На фиг. 2 показан представленный в качестве примера вариант осуществления для способа, в котором газовый карбюризатор вводят в шахтную печь и углеродные соединения частично рециркулируют через основной технологический контур. На фиг. 3 представлен способ, в котором для предотвращения образования углеродных соединений в основном контуре и обеспечения лучшего контроля газового карбюризатора применяют второй контур. На фиг. 4 представлен вариант способа на фиг. 3. Эти варианты осуществления рассмотрены более подробно.Modifications to the hydrogen-based process are required to produce LPR with carbon levels similar to traditional natural gas-based direct reduction processes. The present invention may be modified from the embodiment shown in FIG. 1, to facilitate the addition of carbon by selectively introducing a gas carburizer under pressure. Additional embodiments of the present invention for carbon addition are shown in FIG. 2, fig. 3 and fig. 4. In FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a process in which a gas carburizer is introduced into a shaft furnace and the carbon compounds are partially recycled through the main process loop. In fig. 3 shows a method in which a secondary circuit is used to prevent the formation of carbon compounds in the main circuit and provide better control of the gas carburizer. In fig. 4 shows a variant of the method in FIG. 3. These embodiments are discussed in more detail.

В варианте осуществления, представленном на фиг. 2, показан прямой подход к добавлению газового карбюризатора. Оборудование, необходимое для этого способа, такое же, как и для способа на фиг. 1. Газовый карбюризатор (11), обычно природный газ, добавляют непосредственно в шахтную печь (А) в области под кольцевым воздухопроводом (называется переходной зоной). Газовый карбюризатор, теперь в контакте с горячим железом, текущим вниз в шахтной печи (А), разлагается, в результате чего осаждается углерод и вырабатывается газообразный водород. Как указано выше, этот процесс ограничен термодинамикой. Непрореагировавший метан перемещается вверх в шахтной печи, где он присоединяется к газу (9) горячего дутья. В присутствии воды и железа происходит конверсия метана, и в шахтной печиIn the embodiment shown in FIG. Figure 2 shows a straightforward approach to adding a gas carburizer. The equipment required for this method is the same as for the method in FIG. 1. A gas carburizer (11), usually natural gas, is added directly to the shaft furnace (A) in the area below the ring air duct (called the transition zone). The gas carburizer, now in contact with the hot iron flowing downward in the shaft furnace (A), decomposes, thereby precipitating carbon and producing hydrogen gas. As stated above, this process is limited by thermodynamics. Unreacted methane moves upward in the shaft furnace, where it joins the hot blast gas (9). In the presence of water and iron, methane conversion occurs, and in the shaft furnace

- 4 045225 (А) создается эндотермическая нагрузка, которая больше, чем имеется в первом варианте осуществления.- 4 045225 (A) an endothermic load is created which is greater than that present in the first embodiment.

В этом варианте осуществления температуру газа (9) горячего дутья увеличивают с помощью работающего на газе нагревателя (Е) после электролиза для поддержания температуры восстановления. Этот нагреватель работает на газе из продувочного потока (3) в качестве топлива.In this embodiment, the temperature of the hot blast gas (9) is increased by a gas-fired heater (E) after electrolysis to maintain the reduction temperature. This heater uses gas from the purge stream (3) as fuel.

Этот способ эксплуатации является осуществимым благодаря более высокой величине продувки (3), необходимой ввиду добавления газового карбюризатора. В дополнение к внесению углерода газовый карбюризатор также вводит углеродсодержащие газы (из непрореагировавшего метана) и водород. В зависимости от эксплуатации это означает, что колошниковый газ (2) теперь содержит не меньше чем 20% метана по объему, но является предпочтительным для поддержания его содержания на уровне 5% или 10%. Ввиду ограничений способа касательно сохранения степени металлизации и углерода количество метана контролируется только косвенно. В отношении некоторой части метана в шахтной печи (А) происходит конверсия в монооксид углерода и водород. Диоксид углерода, который проходит через электролизер, преобразуется в монооксид углерода, где он может быть использован снова в восстановлении. Содержание воды может регулироваться путем охлаждения и конденсации части основного технологического потока газа. Это может быть выполнено так, чтобы общий объем газа уменьшался без существенного влияния на теплосодержание газа. Хотя в крайнем случае избыточный газ должен быть как-то выпущен, что приводит к определенным выбросам углекислого газа. Эта операция представляет сочетание традиционных основанных на водороде способов с традиционными основанными на природном газе способами, где углеродсодержащее ЖПВ может быть получено с определенной степенью выбросов.This method of operation is feasible due to the higher purge value (3) required due to the addition of a gas carburizer. In addition to introducing carbon, the gas carburizer also introduces carbon-containing gases (from unreacted methane) and hydrogen. Depending on the operation, this means that the blast furnace gas (2) now contains at least 20% methane by volume, but is preferably maintained at 5% or 10%. Due to the limitations of the method regarding the preservation of the degree of metallization and carbon, the amount of methane is controlled only indirectly. Some of the methane in the shaft furnace (A) is converted to carbon monoxide and hydrogen. The carbon dioxide that passes through the electrolyzer is converted to carbon monoxide, where it can be used again in reduction. The water content can be controlled by cooling and condensing a portion of the main process gas stream. This can be done so that the total volume of the gas is reduced without significantly affecting the heat content of the gas. Although in extreme cases the excess gas must be released somehow, resulting in some carbon dioxide emissions. This operation represents a combination of traditional hydrogen-based processes with traditional natural gas-based processes, where carbon-containing LPG can be produced with a certain degree of emissions.

Для добавления углерода в ЖПВ представлен еще один вариант осуществления. В этом варианте осуществления используется второй контур для газа с целью регулирования карбюризации. Этот вариант осуществления может быть выполнен в одном сосуде или в отдельном сосуде, как понятно из разницы между фиг. 3 и фиг. 4. Добавленный контроль делает возможным осаждение углерода без наличия углерода в основном контуре для газа и, таким образом, ограничивает выброс диоксида углерода. Этот процесс представлен на фиг. 3. Здесь под шахтной печью (А) используется второй сосуд (F) для добавления углерода в ЖПВ. Основной контур для технологического газа работает так же, как и в примере на фиг. 1. Отличие в этом случае состоит в том, что твердый продукт (10), получаемый на выходе из шахтной печи (А), вводят в дополнительный сосуд (F) реактора для карбюризации. Здесь газовый карбюризатор (18) вводят в сосуд (F) реактора для карбюризации для добавления углерода в ЖПВ. Газ из сосуда (12) для карбюризации собирают и на этапе обеспыливания (G) удаляют выносимые твердые частицы для предотвращения повреждения расположенного ниже по потоку оборудования. Для этой конкретной конфигурации этап обеспыливания (G) может быть выполнен либо влажным, либо сухим способом. Обеспыленный газ (13) сжимается (Н) и направляется на этап газоотделения (I). С помощью газоотделения выборочно удаляют водород из рециркулированного газового карбюризатора, и оно может быть выбрано из известных технологий, таких как мембранное отделение или адсорбция с перепадом давления. На этом этапе обеспечивают выпуск для водорода, вырабатываемого в результате реакций осаждения углерода, или входящего нисходящего потока (10) из шахтной печи (А). Богатый водородом поток (14) направляется обратно в основной технологический контур для использования в качестве восстановителя. Оставшийся поток (15) обогащают углеродсодержащим газом (17) и повторно вводят обратно в сосуд (F) реактора для карбюризации. При достаточном удалении водорода и/или обогащении углеродом состав газа (18) будет продолжать оставаться предпочтительным для осаждения углерода.Another embodiment is presented for adding carbon to the HPW. In this embodiment, a second gas circuit is used to control carburization. This embodiment may be performed in a single vessel or in a separate vessel, as is clear from the difference between FIGS. 3 and fig. 4. The added control allows carbon deposition without the presence of carbon in the main gas loop and thus limits carbon dioxide emissions. This process is shown in Fig. 3. Here, a second vessel (F) is used under the shaft furnace (A) to add carbon to the LPV. The main process gas loop operates in the same way as in the example in FIG. 1. The difference in this case is that the solid product (10) obtained at the outlet of the shaft furnace (A) is introduced into an additional vessel (F) of the carburization reactor. Here, a gas carburizer (18) is introduced into the carburization reactor vessel (F) to add carbon to the LPV. The gas from the carburizing vessel (12) is collected and the dedusting step (G) removes entrained solids to prevent damage to downstream equipment. For this particular configuration, the dust removal step (G) can be performed using either a wet or dry method. The dust-free gas (13) is compressed (H) and sent to the gas separation stage (I). Gas separation selectively removes hydrogen from the recirculated gas carburizer and may be selected from known technologies such as membrane separation or pressure differential adsorption. At this stage, an outlet is provided for hydrogen produced by carbon deposition reactions or the incoming downflow (10) from the shaft furnace (A). The hydrogen-rich stream (14) is sent back to the main process loop for use as a reducing agent. The remaining stream (15) is enriched with carbonaceous gas (17) and reintroduced back into the carburization reactor vessel (F). With sufficient hydrogen removal and/or carbon enrichment, the gas composition (18) will continue to be favorable for carbon deposition.

Пара дополнительных признаков представлена на фиг. 3 для иллюстрации возможного средства для осуществления контроля и кондиционирования в отношении газового карбюризатора (18). Регулирование давления может быть осуществлено посредством вспомогательной продувочной линии (16). Это также служит для предотвращения образования инертного азота из уплотнительного газа, а также любых других нежелательных компонентов в системе. Необязательный газовый нагреватель (J) также предусмотрен в качестве примера, который может быть реализован для получения лучшего контроля в отношении требований к энергии для карбюризации ЖПВ.A couple of additional features are presented in Fig. 3 to illustrate a possible means for implementing control and conditioning in relation to a gas carburizer (18). Pressure regulation can be accomplished via an auxiliary purge line (16). This also serves to prevent the formation of inert nitrogen from the seal gas, as well as any other unwanted components in the system. An optional gas heater (J) is also provided as an example, which can be implemented to obtain better control over the energy requirements for carburizing the HPV.

Наличие контура для карбюризации, который работает независимо от основного контура для восстановления, также обеспечивает гибкость касательно возможности применения дополнительных типов технологий. Например, для выработки монооксида углерода, который может быть использован для обогащения газового карбюризатора (17), может быть использована система с регулируемой технологией получения углерода (ACT). Это позволяет дополнительно адаптировать состав подаваемого газового карбюризатора, чтобы он соответствовал необходимому содержащему углерод продукту. Несмотря на то, что для осуществления изобретения не требуется, чтобы зона карбюризации была расположена в строго отдельном сосуде, как видно на фиг. 4, отделение обеспечивает дополнительную гибкость в герметизации и контроле касательно потоков газа в ходе всего процесса, а также делает возможным больший контроль в отношении добавления углерода и выбросов углекислого газа. Без гибкости в том, что предусмотрен независимый контур для карбюризации, как показано на фиг. 3, количество содержащегося в продукте углерода было бы ограниченным условиями работы оборудования основного технологического контура (особенно электролизера), как было рассмотрено ранее.Having a carburizing loop that operates independently of the main reduction loop also provides flexibility to accommodate additional types of technologies. For example, a controlled carbon technology (ACT) system can be used to produce carbon monoxide that can be used to enrich a gas carburizer (17). This allows the composition of the gas carburizer feed to be further tailored to match the desired carbonaceous product. Although the implementation of the invention does not require that the carburization zone be located in a strictly separate vessel, as can be seen in FIG. 4, separation provides additional flexibility in containment and control regarding gas flows throughout the process, and also allows greater control over carbon addition and carbon dioxide emissions. Without the flexibility of providing an independent circuit for carburization, as shown in FIG. 3, the amount of carbon contained in the product would be limited by the operating conditions of the main process loop equipment (especially the electrolyser), as discussed previously.

Таким образом, согласно настоящему изобретению предложен способ получения железа прямогоThus, according to the present invention, a method for producing direct iron is proposed

--

Claims (5)

восстановления (ЖПВ) с углеродом или без него, с применением водорода, где водород получают с применением воды, получаемой внутри в ходе процесса. Способ характеризуется наличием либо одного, либо двух контуров для газа, при этом один предназначен для влияния на восстановление оксида, а другой предназначен для влияния на карбюризацию ЖПВ. Основной контур, который отвечает за восстановление, обеспечивает рециркуляцию использованного газа из шахтной печи в контуре, в котором выполняется этап сухого обеспыливания, этап удаления кислорода для выработки водорода и сообщение с шахтной печью для восстановления. При отсутствии второго контура этот контур, в сочетании с добавлением природного газа, может быть использован для осаждения углерода. Посредством вспомогательного контура для карбюризации, установленного ниже по потоку относительно шахтной печи, можно точнее контролировать добавление углерода. Этот контур содержит сосуд реактора, блок газоотделения и связан с этапом обеспыливания.reduction (RHR) with or without carbon, using hydrogen, where hydrogen is produced using water produced internally during the process. The method is characterized by the presence of either one or two gas circuits, one intended to influence the reduction of the oxide, and the other intended to influence the carburization of the PVW. The main circuit, which is responsible for recovery, recirculates the used gas from the shaft furnace in a circuit that performs a dry dust removal step, an oxygen removal step for hydrogen production, and communication with the shaft furnace for recovery. In the absence of a second loop, this loop, in combination with the addition of natural gas, can be used for carbon deposition. By means of an auxiliary carburizing circuit installed downstream of the shaft furnace, the addition of carbon can be more accurately controlled. This circuit contains a reactor vessel, a gas separation unit and is connected to the dust removal stage. Хотя настоящее изобретение проиллюстрировано и описано в данном документе со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления и его конкретные примеры, специалистам в данной области будет очевидно, что другие варианты осуществления и примеры могут выполнять похожие функции и/или достигать подобных результатов. Все такие эквивалентные варианты осуществления и примеры находятся в пределах сущности и объема настоящего изобретения и тем самым предполагаются, и при этом подразумевается, что они охватываются следующими неограничительными пунктами формулы изобретения для всех целей.While the present invention has been illustrated and described herein with reference to preferred embodiments and specific examples thereof, those skilled in the art will recognize that other embodiments and examples may perform similar functions and/or achieve similar results. All such equivalent embodiments and examples are within the spirit and scope of the present invention and are hereby intended and intended to be covered by the following non-limiting claims for all purposes. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Система для прямого восстановления железа, содержащая:1. System for direct reduction of iron, containing: шахтную печь, выполненную с возможностью использования водорода в качестве восстановителя для металлизации железорудного сырья;a shaft furnace configured to use hydrogen as a reducing agent for metallization of iron ore raw materials; электролизер, выполненный с возможностью электролиза пара, полученного в результате металлизации железорудного сырья;an electrolyser configured to electrolyze steam obtained as a result of metallization of iron ore raw materials; обеспыливающее устройство, выполненное с возможностью обеспыливания колошникового газа из шахтной печи;a dust removal device configured to remove dust from the top gas from the shaft furnace; при этом система выполнена таким образом, что циркулирующая в системе вода получена в результате металлизации железорудного сырья;in this case, the system is designed in such a way that the water circulating in the system is obtained as a result of metallization of iron ore raw materials; при этом зону карбюризации под зоной восстановления шахтной печи используют для увеличения процентного содержания углерода в железе прямого восстановления и водород отделяют и направляют в шахтную печь с получением тем самым вспомогательного контура для газа, содержащего:wherein the carburization zone below the reduction zone of the shaft furnace is used to increase the percentage of carbon in the direct reduced iron and the hydrogen is separated and sent to the shaft furnace, thereby obtaining an auxiliary gas circuit containing: твердый материал, поступающий в зону карбюризации под действием силы тяжести и взаимодействующий с газом для добавления углерода в железо прямого восстановления;solid material entering the carburizing zone by gravity and reacting with gas to add carbon to the direct reduced iron; поток газа, затем входящий в зону карбюризации и поступающий на этап обеспыливания для удаления твердых частиц;a gas stream then entering the carburizing zone and entering the dust removal stage to remove solid particles; водород, удаляемый из газа посредством блока газоотделения и возвращаемый в шахтную печь; природный газ или другой газовый карбюризатор, вводимый в газ; и компрессор, используемый для увеличения давления газа.hydrogen removed from the gas by a gas separation unit and returned to the shaft furnace; natural gas or other gas carburizing agent introduced into the gas; and a compressor used to increase gas pressure. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что электролизер содержит твердооксидный электролизер.2. The system according to claim 1, characterized in that the electrolyzer contains a solid oxide electrolyzer. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит одно или более из:3. The system according to claim 1, characterized in that it additionally contains one or more of: компрессора, выполненного с возможностью сжатия колошникового газа без охлаждения при температуре выше 100°C;a compressor configured to compress the top gas without cooling at temperatures above 100°C; устройства впуска кислорода, выполненного с возможностью добавления кислорода в водород перед введением водорода в шахтную печь для восстановления из железной руды;an oxygen inlet device configured to add oxygen to the hydrogen before introducing the hydrogen into the shaft furnace for reduction from the iron ore; устройства впуска газового карбюризатора, выполненного с возможностью осаждения углерода на железо прямого восстановления, полученное из железной руды, путем введения газового карбюризатора в шахтную печь, при этом обеспечено введение под давлением газового карбюризатора непосредственно в шахтную печь под ее кольцевым воздухопроводом; и продувочного потока, связанного с огневым нагревателем, выполненным с возможностью нагревания газа горячего дутья, вводимого в шахтную печь.a gas carburizer inlet device configured to deposit carbon on direct reduced iron obtained from iron ore by introducing the gas carburizer into the shaft furnace, whereby the gas carburizer is introduced under pressure directly into the shaft furnace under its annular air duct; and a purge flow associated with a fired heater configured to heat the hot blast gas introduced into the shaft furnace. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что зона карбюризации реализована в одном из шахтной печи и отдельного сосуда, отличающегося от шахтной печи.4. The system according to claim 1, characterized in that the carburization zone is implemented in one of a shaft furnace and a separate vessel different from the shaft furnace. 5. Способ работы системы для прямого восстановления железа по п.1, включающий:5. A method of operating a system for direct reduction of iron according to claim 1, including: подачу водорода для металлизации железорудного сырья;hydrogen supply for metallization of iron ore raw materials; электролиз пара, возникающего в результате металлизации железорудного сырья; и при этом зону карбюризации под зоной восстановления шахтной печи используют для увеличения процентного содержания углерода в железе прямого восстановления, и водород отделяют и направляют в шахтную печь с получением тем самым вспомогательного контура для газа, содержащего:electrolysis of steam resulting from metallization of iron ore raw materials; and wherein a carburizing zone below the reduction zone of the shaft furnace is used to increase the percentage of carbon in the direct reduced iron, and the hydrogen is separated and sent to the shaft furnace, thereby providing an auxiliary gas loop containing: твердый материал, поступающий в зону карбюризации под действием силы тяжести и взаимодействующий с газом для добавления углерода в железо прямого восстановления;solid material entering the carburizing zone by gravity and reacting with gas to add carbon to the direct reduced iron; --