直接還原鐵的制造裝置及直接還原鐵的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及直接還原鐵的制造裝置及直接還原鐵的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 公知有如下方法：在直接還原爐中，使鐵礦石所包含的氧化鐵與一氧化碳或氫等 還原性氣體接觸來(lái)進(jìn)行還原，從而制造直接還原鐵。在這樣的方法中所使用的還原性氣體 能夠通過(guò)使煤在煤氣化爐中氣化來(lái)生成。作為直接還原爐采用例如豎式直接還原爐。在自 直接還原爐排出的排出氣體中，除了含有由于氧化鐵的還原反應(yīng)而產(chǎn)生的二氧化碳及水分 以外，還含有未反應(yīng)的成分，即一氧化碳及氫。因此，自直接還原爐排出的排出氣體在利用 濕式集塵設(shè)備等冷卻及清洗而去除了二氧化碳、水分之后，在直接還原爐中被再利用。
[0003] 例如，在專利文獻(xiàn)1中，將自直接還原爐排出的排出氣體以如下方式進(jìn)行循環(huán)利 用。自直接還原爐排出的排出氣體在換熱器中被冷卻之后，在洗滌器中與水接觸而被冷卻 及清洗。冷卻及清洗后的氣體在氣體壓縮機(jī)中被升壓之后，與由碳化氫的氣化裝置所供給 的合成氣體匯合。在此，由碳化氫的氣化裝置所供給的合成氣體在與循環(huán)氣體匯合之前，利 用冷卻器、洗滌器及變換反應(yīng)器而進(jìn)行氣體的冷卻、清洗及組成的調(diào)整。
[0004] 匯合后的氣體在二氧化碳的去除裝置中被去除了二氧化碳之后，在加熱器中被加 熱至800°C以上之后，被供給至直接還原爐。如此，循環(huán)使用來(lái)自直接還原爐的排出氣體，來(lái) 實(shí)現(xiàn)還原氣體成分的有效活用。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :美國(guó)特許出愿公開(kāi)第2010/0162852號(hào)說(shuō)明書(shū)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0009] 可是，氫的分子的大小小于一氧化碳的分子的大小，因此，能夠容易地浸透到鐵礦 石的內(nèi)部。因而，認(rèn)為提高還原性氣體中的氫的比率是提高直接還原爐中的還原反應(yīng)的反 應(yīng)速度的有效手段。
[0010] 在煤氣化爐中生成的還原性氣體的一氧化碳與氫的體積比大概是2 :1。作為提高 這樣的還原性氣體中的氫的比率的手段，利用進(jìn)行下述式（1)所示的用于進(jìn)行水煤氣變換 反應(yīng)的變換反應(yīng)器來(lái)提高還原性氣體中的氫的比率是有效的。
[0011] CCHH2O-C02+H2 (1)
[0012] 另一方面，由于在變換反應(yīng)器中，使用催化劑進(jìn)行水煤氣變換反應(yīng)，因此，需要將 向變換反應(yīng)器供給的氣體的溫度調(diào)節(jié)至適合于反應(yīng)的溫度。若從防止水煤氣變換反應(yīng)用的 催化劑的損傷的觀點(diǎn)出發(fā)，則供給氣體的溫度需要調(diào)整至例如200°C~350°C。因此，在專 利文獻(xiàn)1的方法中，將合成氣體冷卻至適合于變換反應(yīng)的溫度。并且，需要在位于變換反應(yīng) 器的后段的CO2去除裝置中對(duì)合成氣體進(jìn)一步進(jìn)行冷卻。像這樣溫度降低了的合成氣體需 要在導(dǎo)入直接還原爐之前進(jìn)行加熱。因而，需要對(duì)合成氣體進(jìn)行冷卻和加熱的工序，結(jié)果產(chǎn) 生能量損耗。
[0013] 本發(fā)明是鑒于上述情況做成的，目的在于提供一種如下直接還原鐵的制造裝置： 在作為還原性氣體的供給源而使用了煤氣化爐的情況下，通過(guò)使氧化鐵的還原反應(yīng)的速度 充分變快且有效利用煤氣所具有的能量，從而能夠以優(yōu)異的能量效率來(lái)制造直接還原鐵。 此外，本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)使氧化鐵的還原反應(yīng)的速度充分變快且有效利用煤 氣所具有的能量從而能量效率優(yōu)異的直接還原鐵的制造方法。
[0014] 用于解決問(wèn)題的方案
[0015] 本發(fā)明提供一種直接還原鐵的制造裝置，其使用在煤氣化爐中使煤氣化而獲得的 煤氣，在直接還原爐中直接還原氧化鐵原料，其中，
[0016] 該直接還原鐵的制造裝置包括：
[0017] 變換反應(yīng)器，其利用水煤氣變換反應(yīng)而由直接還原爐的排出氣體獲得氫濃度比排 出氣體的氫濃度高的反應(yīng)氣體；
[0018] 脫CO2設(shè)備，其用于減少反應(yīng)氣體所包含的二氧化碳而獲得含有氫的循環(huán)氣體；
[0019] 加熱器，其用于加熱向直接還原爐供給的循環(huán)氣體；
[0020] 連結(jié)部，其用于使循環(huán)氣體與煤氣在位于加熱器與直接還原爐之間的氣體流路中 匯合；以及
[0021] 減壓部，其位于煤氣化爐與連結(jié)部之間的煤氣的氣體流路中。
[0022] 在上述本發(fā)明的直接還原鐵的制造裝置中，除了減少來(lái)自直接還原爐的排出氣體 所包含的二氧化碳以外，還在變換反應(yīng)器中生成氫。因此，能夠充分提高循環(huán)氣體所包含的 氫濃度。由此，即使煤氣的氫濃度較低，也能夠提高煤氣與循環(huán)氣體在連結(jié)部處匯合之后的 還原性氣體的氫濃度，能夠使還原反應(yīng)的反應(yīng)速度充分變快。
[0023] 此外，在本發(fā)明的直接還原鐵的制造裝置中，能夠?qū)?lái)自煤氣化爐的煤氣的溫度 維持為高溫。因此，能夠使來(lái)自煤氣化爐的煤氣不經(jīng)由加熱器而向直接還原爐供給。由此， 能夠有效利用在煤氣化爐中獲得的煤氣的顯熱，能夠以優(yōu)異的能量效率來(lái)制造直接還原 鐵。即，本發(fā)明的直接還原鐵的制造裝置設(shè)為能夠充分提高循環(huán)氣體的氫濃度、并且能夠有 效利用煤氣的顯熱那樣的裝置構(gòu)成，從而能夠以極高的能量效率來(lái)制造直接還原鐵。
[0024] 減壓部也可以是減壓渦輪。在該情況下，也可以包括換熱器，其用于對(duì)上述氣體流 路的位于減壓渦輪的入口側(cè)的部分與上述氣體流路的位于減壓渦輪的出口側(cè)的部分進(jìn)行 熱交換。通過(guò)包括減壓渦輪，從而能夠?qū)⒚簹獾膲毫δ芰坑行У鼗钣米麟娔堋＜?，通過(guò)設(shè)為 能夠充分提高循環(huán)氣體的氫濃度且有效利用煤氣的壓力能量那樣的裝置構(gòu)成，從而能夠以 極高的能量效率來(lái)制造直接還原鐵。此外，通過(guò)設(shè)置換熱器，從而能夠提高在連結(jié)部處與循 環(huán)氣體匯合時(shí)的煤氣的溫度。其結(jié)果，能夠有效利用在煤氣化爐中獲得的煤氣的顯熱，能夠 以更優(yōu)異的能量效率制造直接還原鐵。減壓部也可以是減壓閥。
[0025] 本發(fā)明的直接還原鐵的制造裝置也可以在煤氣化爐與減壓部之間的煤氣的氣體 流路中設(shè)置有用于進(jìn)行煤氣的除塵的除塵器。通過(guò)設(shè)置除塵器，能夠充分去除在煤氣化爐 中生成的煤氣所夾帶的粉塵部分。在煤氣化爐與連結(jié)部之間的煤氣的流路上，也可以自煤 氣化爐側(cè)起依次設(shè)置除塵器和換熱器，該除塵器用于進(jìn)行煤氣的除塵；該換熱器用于對(duì)煤 氣的氣體流路中的位于減壓渦輪的入口側(cè)的部分與煤氣的氣體流路中的位于減壓渦輪的 出口側(cè)的部分進(jìn)行熱交換。
[0026] 也可以在煤氣化爐與減壓部之間設(shè)置有用于自煤氣以干式去除煤氣所包含的固 體成分的第1集塵器。由此，能夠抑制固體成分被帶入減壓部，能夠長(zhǎng)期地繼續(xù)進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn) 行。此外，由于是干式的，能夠更有效利用煤氣的顯熱。
[0027] 也可以在煤氣化爐與減壓部之間設(shè)置有用于自煤氣以濕式去除煤氣所包含的固 體成分的第2集塵器。由此，能夠使作為煤氣所包含的固體成分的一種的氯化銨（NH4Cl)溶 解，能夠自煤氣去除氯化銨。
[0028] 優(yōu)選的是，在直接還原爐與變換反應(yīng)器之間設(shè)置有用于自排出氣體去除排出氣體 所包含的固體成分的第3集塵器。由此，能夠抑制固體成分流入變換反應(yīng)器，能夠?qū)崿F(xiàn)操作 的進(jìn)一步穩(wěn)定化。
[0029] 本發(fā)明的直接還原鐵的制造裝置優(yōu)選的是，在煤氣化爐或煤氣化爐與連結(jié)部之間 的煤氣的流路中具有用于將與循環(huán)氣體匯合時(shí)的煤氣的溫度調(diào)整至500°C~900°C的溫度 調(diào)整部。在能夠有效利用煤氣的顯熱的范圍內(nèi)，通過(guò)用溫度調(diào)整部調(diào)整煤氣的溫度，從而能 夠抑制煤氣所包含的煤渣及灰分等附著于流路、除塵器、換熱器及集塵器等各種設(shè)備的內(nèi) 壁。
[0030] 本發(fā)明的直接還原鐵的制造裝置優(yōu)選的是，在用于向煤氣化爐供給煤的供給部設(shè) 置有用于供循環(huán)氣體自脫〇) 2設(shè)備或脫CO2設(shè)備的下游側(cè)進(jìn)行流通的氣體流路。以往，為了 向煤氣化爐供給煤，使用了二氧化碳或氮等非活性氣體。上述非活性氣體不僅降低煤氣中 的還原性氣體（一氧化碳、氫）的濃度，而且還需要去除煤氣中的這些非活性氣體的裝置。 相對(duì)于此，使用含有被脫〇) 2設(shè)備減少了二氧化碳的氫的循環(huán)氣體，向煤氣化爐供給煤，從 而能夠充分降低煤氣中的二氧化碳濃度且提高氫濃度。因而，能夠進(jìn)一步提高直接還原爐 中的氧化鐵的還原反應(yīng)的反應(yīng)速度，而能夠進(jìn)一步提尚能量效率。
[0031] 本發(fā)明的另一技術(shù)方案提供一種直接還原鐵的