專利名稱:用于從生鐵制造設(shè)備的廢氣中去除CO₂的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
為了制造生鐵，其中也包括制造類似生鐵的產(chǎn)品，主要存在兩種公知的常用的方法:高爐方法和熔化還原。
背景技術(shù)：
在高爐方法中首先借助于焦炭從鐵礦石制造生鐵。此外可以附加地使用廢鋼。然后通過其它方法從生鐵制造鋼。鐵礦石作為礦石塊、球團(tuán)或燒結(jié)塊與還原劑(大多是焦炭或煤，例如以細(xì)煤噴射設(shè)備的形式)以及其他成分(石灰石、爐渣形成物等)一起混合成所謂的爐料并且接著裝料到高爐中。高爐是金屬冶金反應(yīng)器，在其中以對(duì)流形式使?fàn)t料柱與熱空氣、所謂的熱風(fēng)反應(yīng)。通過燃燒焦炭中的煤產(chǎn)生對(duì)于反應(yīng)所需的熱量和⑶或氏，它是還原氣體的主要部分并且它通流爐料柱并且還原鐵礦石。作為結(jié)果生產(chǎn)生鐵和爐渣，它們周期地排出。
在所謂的氧氣高爐中，它也稱為具有頂氣或爐氣回輸?shù)母郀t，在焦炭或煤氣化時(shí)將大于90%氧氣含量(O2)的含氧氣的氣體噴入到高爐中。
對(duì)于從高爐排出的氣體、所謂的頂氣或爐氣必須設(shè)置氣體凈化器(例如粉塵分離器和/或旋風(fēng)分離器與濕洗器、袋式過濾單元或熱氣過濾器相結(jié)合)。
此外在氧氣高爐中大多對(duì)于回輸?shù)礁郀t中的頂氣設(shè)有壓縮機(jī)、優(yōu)選具有后冷卻器，以及用于去除CO2的裝置，按照現(xiàn)有技術(shù)大多利用壓力交變-吸附。
用于高爐工藝結(jié)構(gòu)的其它選擇是加熱還原氣體的加熱器和/或用于氧氣部分燃燒的燃燒室。
高爐的缺陷是對(duì)使用材料的要求和二氧化碳的高排放。所使用的鐵載體和焦炭必須成塊并且是硬的，由此在爐料柱中保留足夠的空腔，它們保證通流吹入的風(fēng)。CO2排放是劇烈的環(huán)境負(fù)荷。因此致力于替代高爐工藝。這里要提及的是以天然氣為基礎(chǔ)的海綿鐵制造(MIDREX，HYL, FINMET)以及熔化還原工藝(Corex和Finex工藝)。
在熔化還原時(shí)使用熔化氣化器，在其中制造熱的液體金屬，以及至少一個(gè)還原反應(yīng)器，在其中通過還原氣體還原鐵礦石載體(礦石塊、細(xì)礦石、球團(tuán)、燒結(jié)塊)，其中在熔化氣化器中通過煤(和必要時(shí)少量焦炭)與氧氣(90%或更多)氣化產(chǎn)生還原氣體。
在熔化還原工藝中通常也具有
-氣體凈化設(shè)備(一方面用于來自還原反應(yīng)器的頂氣，另一方面用于來自熔化氣化器的還原氣)，
-壓縮機(jī)，優(yōu)選具有后冷卻器，用于回輸?shù)竭€原反應(yīng)器中的還原氣體，
-用于去除CO2的裝置，按照現(xiàn)有技術(shù)大多利用壓力交變-吸附，
-以及可選的用于還原氣體的加熱器和/或用于氧氣部分燃燒的燃燒室。
Corex工藝是兩級(jí)熔化還原工藝(英文:smelting reduction)。熔化還原使直接還原工藝(鐵預(yù)還原成海綿鐵)與熔化工藝(主還原)組合。
同樣公知的Finex工藝基本對(duì)應(yīng)于Corex工藝,但是鐵礦石作為細(xì)礦石加入。
如果要在制造生鐵時(shí)降低到大氣中的CO2排放，必須從生產(chǎn)生鐵的廢氣中分離CO2并且以化合的形式儲(chǔ)存(英文:C0 2 Capture and sequestration (CCS))。
為了分離CO2目前主要使用壓力交變-吸附(英文:PSA_Pressure SwingAdsorption)、尤其真空-壓力交變-吸附(英文:VPSA_Vacuum Pressure SwingAdsorption)。壓力交變-吸附是在壓力下選擇性分解氣體混合物的物理方法。作為分子篩使用專用的多孔材料(例如沸石、活性炭、活性的氧化硅(SiO2)、活性的氧化鋁(Al2O3)或者組合地使用這些原料)，用于對(duì)應(yīng)于分子的吸附力和/或其運(yùn)動(dòng)的直徑吸附分子。在PSA時(shí)充分利用，使氣體不同程度地吸附在表面上。氣體混合物在準(zhǔn)確定義的壓力下導(dǎo)入到柱列中?，F(xiàn)在吸附不期望的組分(在這里CO2和H2O)并且使有價(jià)值原料(在這里C0、H2、CH4)無阻礙地流過所述柱列。一旦吸附劑完全加載，就減壓并沖洗柱列。為了運(yùn)行(V)PSA設(shè)備需要電流，用于事先壓縮富含CO2的回輸氣體。
在壓力交變-吸附以后的含有有價(jià)值原料的產(chǎn)物氣流在生產(chǎn)生鐵的廢氣中還含有約2-6體積％的C02。但是來自(V)PSA設(shè)備的剩余氣流總還含有相當(dāng)高的還原的氣體組分(例如CO，H2),它們對(duì)于生產(chǎn)生鐵而言是損耗。
在壓力交變-吸附以后的含有不期望組分的剩余氣流在來自生產(chǎn)生鐵的廢氣中一般如下組成:
化合物在VPSA時(shí)的體積％ 在PSA時(shí)的體積％
H22.25.5
N21.52.4
CO10.916.8
CO282.172.2
CH40.70.9
H2O2.62.2 。
剩余氣體不能簡(jiǎn)單地?zé)崂?，因?yàn)橛捎诘偷暮?或變化的約±50%熱值必須添加其它燃料。來自生產(chǎn)生鐵的輸出氣體(=頂氣的從生產(chǎn)生鐵的工藝中提取的那個(gè)部分)的熱值也減小，如果將它混合到高爐或熔化還原設(shè)備的頂氣中的時(shí)候，結(jié)果是由于高的燃?xì)鈮嚎s和低的燃?xì)馔钙叫?，也降低了以輸出氣體供給的發(fā)電廠、例如組合發(fā)電廠(英文:combined cycle power plant,簡(jiǎn)稱CCPP)的效率。在蒸汽發(fā)電廠或加熱鍋爐中也降低在燃燒期間的火焰溫度。
如果要使來自剩余氣體的CO2化合，必須使剩余氣體壓縮，由此使CO2以液態(tài)的形式呈現(xiàn)，并且接著必須使液態(tài)CO2加入到儲(chǔ)存場(chǎng)所，為此大多這樣多地提高壓力，使CO2位于液態(tài)-固態(tài)或超臨界狀態(tài)，在那里CO2的密度約為1000kg/m3。
超臨界狀態(tài)是在相圖中臨界點(diǎn)以上的狀態(tài)(見圖1)，它的特征在于液相與氣相的密度平衡。在這個(gè)點(diǎn)上不存在兩個(gè)物態(tài)之間的區(qū)別。
對(duì)于這種高的壓縮必須使用高功率的多級(jí)壓縮機(jī)，用于使典型的密度帶到管道水平，它約為大于0°C和大于70bar (7,000,OOOPa)的范圍，優(yōu)選在環(huán)境溫度時(shí)80_150bar。
但是來自(V)PSA的剩余氣體不適合于化合，因?yàn)樗?CO2以外還具有相對(duì)高含量的CO、H2、N2、CH4等。一方面CO含量是安全隱患，因?yàn)镃O在泄漏時(shí)可能導(dǎo)致人員危險(xiǎn)(CO中毒)并且可能導(dǎo)致著火或爆炸。此外C0、H2……CO2的“污物”對(duì)還原工作而言是損耗，并且影響壓縮氣體的物理特性， 對(duì)于壓縮氣體而言由于C0、H2等含量的波動(dòng)，測(cè)量性、壓縮、水溶性和運(yùn)輸性同樣變化。
由于污染也必須減小站點(diǎn)之間的距離，在這些站點(diǎn)處，輸運(yùn)的氣體混合物或輸運(yùn)的液體必須重新壓縮，由此由于附加的壓縮機(jī)或泵提高投資和運(yùn)行成本和其能量需求?；蛘弑仨毺岣吖艿乐械娜肟趬毫Γ糜跍p少沿著管道的附加泵和壓縮機(jī)的數(shù)量或功率。已經(jīng)由Newcastle大學(xué)進(jìn)行污物對(duì)于輸運(yùn)液化氣體的影響的試驗(yàn)并且在http://www.geos,ed.ac.uk/ccs/UKCCSC/Newcastle 2 07.ppt 中公開并且在圖 2 中不出。

實(shí)用新型內(nèi)容

因此本實(shí)用新型的目的是，使來自生產(chǎn)生鐵的廢氣的CO2比在(V)PSA時(shí)更大的產(chǎn)出量與其它氣體分開，但是為此比在(V) PSA時(shí)附加地使用更低值的能量載體。
為此本實(shí)用新型提出一種用于從生鐵制造設(shè)備的廢氣中去除CO2的裝置，其特征在于，設(shè)有利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備，其中用于再生吸附劑的設(shè)備部件
-與用于利用來自生鐵制造的廢熱的蒸汽透平(30)連接和可選地附加地與蒸汽發(fā)電廠(32)的蒸汽透平(34)連接，使來自用于利用來自生鐵制造的廢熱的蒸汽透平(30)和蒸汽發(fā)電廠的蒸汽透平(34)的低壓蒸汽可以至少部分地導(dǎo)引到用于再生吸附劑的設(shè)備部件中，
-和/或與用于利用來自生鐵制造的廢熱的廢熱鍋爐連接和可選地附加地與蒸汽發(fā)電廠的廢熱鍋爐連接，使低壓蒸汽可以至少部分地用于再生吸附劑，
并且設(shè)有選自下述管道組中的至少一個(gè)管道
-管道，通過它可以將來自高爐、尤其來自具有頂氣回輸?shù)难鯕飧郀t的頂氣導(dǎo)引到用于利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備中，
-管道，通過它可以將來自熔化還原設(shè)備的廢氣導(dǎo)引到用于利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備中。本實(shí)用新型的目的即通過一種方法得以實(shí)現(xiàn)，該方法利用化學(xué)吸附去除0)2，其中用于再生吸附劑的熱量至少部分地
-或者通過低壓蒸汽提供使用，它來自蒸汽發(fā)電廠的蒸汽透平和/或來自用于利用生鐵制造(還原氣體、頂氣等)的廢熱的蒸汽透平
-和/或通過來自蒸汽發(fā)電廠的廢熱鍋爐的和/或來自利用生鐵制造的廢熱的廢熱鍋爐的低壓蒸汽提供使用。
“低壓蒸汽”指的是水蒸汽，它是飽和的并且具有2至IObarg的壓力。
概念“蒸汽發(fā)電廠”一方面指的是傳統(tǒng)的蒸汽發(fā)電廠，在那里通過燃燒燃料產(chǎn)生熱能，通過它制造水蒸汽，其中在蒸汽透平中充分利用水蒸汽，即最終轉(zhuǎn)換成電能。
另一方面也指的是組合發(fā)電廠，準(zhǔn)確地說，燃?xì)夂驼羝?lián)合循環(huán)發(fā)電廠(英文:combined cycle power plant,簡(jiǎn)稱CCPP),在其中組合燃?xì)馔钙桨l(fā)電廠和蒸汽透平發(fā)電廠的原理。在此燃?xì)馔钙阶鳛楹笾玫膹U熱鍋爐的熱源，廢熱鍋爐又作為蒸汽透平的蒸汽發(fā)生器。
通過使用化學(xué)吸附工藝與(V)PSA相比可以提高從生鐵制造回收的氣體C0、H2、CH4的比例并且顯著地(高達(dá)幾個(gè)ppmv)減少產(chǎn)物氣體中的C氧氣含量。
使用來自已經(jīng)存在的蒸汽工藝的低壓蒸汽，比通過只用于解吸的獨(dú)立設(shè)備產(chǎn)生蒸汽更加成本有利。此外由于經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的觀點(diǎn)使用低值的能量載體如蒸汽優(yōu)先于高值的能量載體如電流。此外，從運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸汽發(fā)電廠中比從單獨(dú)用于去除CO2運(yùn)行的蒸汽發(fā)生器中取出蒸汽更加靈活，在持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸汽工藝中更好地充分利用用于產(chǎn)生蒸汽的燃料。
在化學(xué)吸附后的剩余氣流主要含有CO2并且在去除H2S以后只剩微量H2S并因此可以直接排放到大氣和/或甚至輸送到CO2壓縮機(jī)并接著進(jìn)行CO2儲(chǔ)存(英文:sequestration,例如 EOR-enhanced oil recovery,EGR- enhanced gas recovery)和 / 或也在制鐵時(shí)作為N2的替代物使用:剩余氣流主要由CO2組成并因此可以用于給料裝置、阻氣密封和有選擇的洗滌氣體和冷卻氣體消耗器。
由于微少的污物含量，用于將來自化學(xué)吸附的剩余氣體流壓縮直到液態(tài)-固態(tài)或超臨界狀態(tài)(>73.3bar)的能耗比來自(V)PSA的剩余氣體降低了約20_30%。因此在氣體管道中也增加站點(diǎn)之間的距離，在這些站點(diǎn)必須重新壓縮氣體。由此不僅降低購置成本而且降低CO2儲(chǔ)存的運(yùn)行成本。
與壓力交變-吸附相比，化學(xué)吸附在要被凈化的氣體時(shí)以更低的壓力工作，并且在去除CO2時(shí)以更低的壓力降工作，由此在這里也節(jié)省能量。與VPSA不同，也無需真空壓縮機(jī)，它們同樣消耗許多能量并且引起高的維護(hù)成本。微少能耗尤其對(duì)于能源緊缺和/或昂貴的那些國(guó)家是有利的。
通過在按照本實(shí)用新型凈化的生鐵制造廢氣中的可燃燒原料的更高含量，可以提高設(shè)備效率，或者說可以降低其單位消耗值，或者也可以在發(fā)電廠中燃燒這些氣體時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的發(fā)電廠效率。
用于化學(xué)吸附工藝的投資成本與用于VPSA設(shè)備的投資成本類似。但是吸附工藝需要大量的低壓蒸汽，壓力大于2barg，或者更高例如10barg。這種蒸汽將是昂貴的，如果它必須單獨(dú)制成并且不能從已經(jīng)現(xiàn)有的蒸汽源中取出的時(shí)候。
存在不同的化學(xué)吸附工藝，它們適用于本實(shí)用新型:
第一種吸附工藝的特征在于使用碳酸鉀作為吸附劑。使用熱的碳酸鉀(英文:hotpotassium carbonate (HPC)或“Hot Pot”)。根據(jù)這個(gè)工藝的提供者,對(duì)碳酸鉀添加不同的原料:活性劑(它們能夠提高CO2分離)和抑制劑(它們能夠減小腐蝕)。以名稱Benfield工藝已知這種形式的更廣泛的工藝并且由UOP提供。在Benfield工藝中每Nm3要凈化的氣體需要約0.75kg的蒸汽。
第二種吸附工藝由具有多個(gè)子工藝的胺洗所公知。在此第一步驟中使用低堿水性的胺溶液(大多是乙醇胺衍生物)，它們可逆地化學(xué)吸附酸氣、即例如co2。在第二工藝步驟中再使酸氣熱技術(shù)地(通過加熱)與胺分離并且使回收的胺重新用于胺洗。
對(duì)此已知的工藝是UOP的Amine Guard FS工藝,它降低C氧氣含量到50ppmv并且降低H2S含量到lppmv。這種工藝的蒸汽需求為每Nm3要凈化的氣體約1.05kg蒸汽。
胺、例如二乙醇胺(DEA)也作為吸附工藝的活性劑使用，該吸附方法使用碳酸鉀，例如用于Benfield工藝。
對(duì)于胺洗可以使用伯胺，例如甲胺、乙醇胺(MEA)和/或二甘醇胺(DGA)。
對(duì)于胺洗，附加于或替代伯胺可以使用仲胺，如二乙醇胺(DEA)和/或二異丙醇胺(DIPA)0
附加于或替代伯胺和/或仲胺也可以使用叔胺，如三乙醇胺(TEA)和/或甲基二乙醇胺(MDEA)。為此現(xiàn)有的工藝是BASF公司的aMDEA工藝(由Linde和Lurgi提供)，它使用活性的甲基二乙醇胺(MDEA)。這種工藝的蒸汽需求為每Nm3要凈化的氣體約0.85kg蒸汽。
通過按照本實(shí)用新型的方法可以有利地將來自高爐、尤其來自具有頂氣回輸?shù)难鯕飧郀t的頂氣凈化CO2，氧氣高爐主要以氧氣代替熱風(fēng)運(yùn)行。
按照本實(shí)用新型的方法對(duì)于來自熔化還原設(shè)備的廢氣優(yōu)選為了 CO2凈化使用至少一種下面的廢氣:
-來自熔化氣化器的廢氣(所謂的多余氣體)，
-來自至少一個(gè)還原反應(yīng)器的廢氣，
-來自至少一個(gè)用于預(yù)熱和/或還原氧化鐵和/或鐵塊的固體床反應(yīng)器的廢氣(所謂的頂氣)。
為了將去除CO2以后的氣體的還原組分更好地用于生鐵制造，可以規(guī)定使用至少一部分凈化的廢氣再作為用于生鐵制造的還原氣體。
為了方便地得到低壓蒸汽，優(yōu)選在蒸汽透平的膨脹的端部或蒸汽透平的廢熱鍋爐取出低壓蒸汽。
在對(duì)應(yīng)于按照本實(shí)用新型方法的裝置中，設(shè)有利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備，其中用于再生吸附劑的設(shè)備部件
-或者與蒸汽發(fā)電廠的蒸汽透平或用于利用生鐵制造的廢熱的蒸汽透平連接，使來自蒸汽透平的低壓蒸汽可以至少部分地導(dǎo)引到用于再生吸附劑的設(shè)備部件中，
-和/或與蒸汽發(fā)電廠的廢熱鍋爐和/或利用生鐵制造的廢熱的廢熱鍋爐連接，使至少部分地用于產(chǎn)生低壓蒸汽的廢熱可以用于再生吸附劑。
尤其可以對(duì)于高爐工藝設(shè)有管道，通過它可以將來自高爐的、尤其來自具有頂氣回輸?shù)难鯕飧郀t的頂氣導(dǎo)引到用于利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備中。
在熔化還原工藝時(shí)，相應(yīng)地設(shè)有至少一個(gè)管道，通過它可以將來自熔化還原設(shè)備的廢氣導(dǎo)引到用于利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備中。
至少一個(gè)這種管道與至少一個(gè)下面的裝置連接:
-與熔化氣化器，
-與一個(gè)或多個(gè)還原反應(yīng)器，
-與用于預(yù)熱和/或還原氧化鐵和/或鐵塊的固定床反應(yīng)器。
根據(jù)另一實(shí)施例，設(shè)有管道，通過它可以將至少一部分凈化的廢氣再作為還原氣體返回到生鐵制造。
為了加入低壓蒸汽到用于去除CO2的設(shè)備中，可以規(guī)定使這個(gè)設(shè)備與蒸汽透平的低壓部分和/或與廢熱鍋爐連接。


下面借助于簡(jiǎn)示的附圖詳細(xì)解釋本實(shí)用新型。附圖中:
圖1示出CO2的相圖，
圖2示出在輸運(yùn)液化氣體時(shí)在氣體污物與為此所需的壓縮站之間的關(guān)系，
圖3示出按照本實(shí)用新型的在一個(gè)高爐與兩個(gè)發(fā)電廠之間的連接，
圖4示出按照本實(shí)用新型的在一個(gè)用于熔化還原的設(shè)備與兩個(gè)發(fā)電廠之間的連 接。
具體實(shí)施方式
在圖1中示出CO2的相圖。在水平軸上標(biāo)出溫度K，在縱軸上標(biāo)出壓力bar(Ibar=IO5P)0單個(gè)聚合狀態(tài)(固體或固態(tài)、液體或液態(tài)和氣體或氣態(tài))通過線相互分開。三相點(diǎn)是這樣的點(diǎn)，在該點(diǎn)上固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)相匯合。超臨界狀態(tài)(超臨界流體)是在相圖中處于臨界點(diǎn)以上的狀態(tài)，它的特征在于液相與氣相密度的平衡。在這個(gè)點(diǎn)上不存在兩個(gè)聚合狀態(tài)之間的區(qū)別。
在圖2中示出在輸運(yùn)液化氣體時(shí)氣體污物與為此所需的壓縮站之間的關(guān)系。在水平軸上以氣體體積％標(biāo)出污物，在豎軸上以km標(biāo)出壓縮站之間的距離。對(duì)于每個(gè)污物標(biāo)出適合的曲線。在10%污物時(shí)(圖的右邊緣)H2S對(duì)于壓縮站距離的影響最小，依次是S02、CH4、Ar、02、N2和CO，然后是N02、H2的影響最大，在那里曲線幾乎接近零。
在圖3中示出具有頂氣回輸I的氧氣高爐，在其中輸送來自燒結(jié)設(shè)備2的鐵礦石以及焦炭(未示出)。氧氣含量>80%的含氧氣體3加入到環(huán)形管道4中，同樣在還原氣體爐6中加熱的還原氣體5與冷的或預(yù)熱的O2共同加入到高爐I中。爐渣7和生鐵8在下面取出。在高爐I頂面上取出頂氣或爐氣9并且將其在粉塵分離器或旋風(fēng)分離器10中預(yù)凈化并且在濕式洗滌器11 (或者袋式過濾器或熱氣過濾系統(tǒng))中再一次凈化。由此凈化的頂氣或爐氣一方面可以直接作為輸出氣體12從高爐系統(tǒng)中取出并且輸送到輸出氣體容器13，另一方面其可以輸送到用于化學(xué)吸附CO2的設(shè)備14，其中凈化的頂氣或爐氣事先在壓縮機(jī)15中壓縮到約2-6bar并且在后冷卻器16中冷卻到約30_60°C。
用于化學(xué)吸附CO2的設(shè)備14主要由吸附器17和分離裝置18組成。這樣的設(shè)備由現(xiàn)有技術(shù)所公知并因此在這里只大致地描述。在吸附器17中從下面加入要凈化的頂氣或爐氣9，而吸附氣體的酸性成分的溶液、例如胺溶液從上面向下流動(dòng)。在這里從頂氣或爐氣中去除CO2并且使凈化的氣體再輸送到高爐I中。加載的吸附劑(吸附液體)從上面導(dǎo)引到分離裝置18，在那里吸附劑通過熱的低壓蒸汽19 (其溫度約為120-260°C、尤其150°C)加熱到>100°C、尤其110-120°C，由此使酸氣、尤其是CO2再作為剩余氣體20釋放。剩余氣體20或者可以在H2S凈化21以后再排放到大氣，和/或輸送到另一用于CO2液化的壓縮機(jī)22，用于繼續(xù)輸送并且例如地下地儲(chǔ)存或作為替換N2在制鐵時(shí)使用。取出分離裝置中凝結(jié)的冷凝物23并且可以輸送到蒸汽發(fā)電廠32的蒸汽循環(huán)。
來自可選擇的輸出氣體容器13的輸出氣體可以作為燃料導(dǎo)引到組合發(fā)電廠24，必要時(shí)通過緩沖儲(chǔ)存器25和過濾器26。輸出氣體輸送到氣體壓縮機(jī)27和燃?xì)馔钙?8。燃?xì)馔钙降膹U熱在用于具有蒸汽透平30的蒸汽循環(huán)的廢熱鍋爐29中利用。也可以從這個(gè)蒸汽透平30中取出低壓蒸汽用于分離裝置18 (未示出)。
備選或附加于組合發(fā)電廠24也可以輸送輸出氣體12作為燃料(必要時(shí)通過另一輸出氣體容器31)到蒸汽發(fā)電廠32的蒸汽鍋爐33。從蒸汽發(fā)電廠32的蒸汽透平34的最后級(jí)取出低壓蒸汽19并輸送到分離裝置18。
也可以在膨脹透平35 (英文:Top gas recovery turbine)中充分利用輸出氣體12的壓力能涵，膨脹透平在這個(gè)示例中設(shè)置在輸出氣體容器13與所述另一輸出氣體容器31之間。[0091]既不用于組合發(fā)電廠24也不用蒸汽發(fā)電廠32的輸出氣體12可以用于其它目的，例如原料干燥(煤干燥、細(xì)煤干燥或礦石干燥)36。
圖4示出按照本實(shí)用新型的在用于熔化還原的設(shè)備與兩個(gè)發(fā)電廠之間的連接，即組合發(fā)電廠24 (它與圖3中的組合發(fā)電廠正好相同地構(gòu)成)和蒸汽發(fā)電廠32 (同樣與圖3中的蒸汽發(fā)電廠一樣構(gòu)成)。在圖4中也可以只設(shè)有組合發(fā)電廠24或者只設(shè)有蒸汽發(fā)電廠32，或者不僅設(shè)有組合發(fā)電廠24而且設(shè)有蒸汽發(fā)電廠32。
兩個(gè)發(fā)電廠24、32由Finex設(shè)備供應(yīng)輸出氣體12，它可以中間儲(chǔ)存在輸出氣體容器13或31中?？蛇x擇的膨脹透平35也用于充分利用在輸出氣體12中含有的能量。對(duì)于發(fā)電廠24、32不需要的輸出氣體12可以再輸送到原料干燥器36。
所述Finex設(shè)備在這個(gè)示例中具有四個(gè)還原反應(yīng)器37_40，它們由渦流層反應(yīng)器構(gòu)成并且以細(xì)礦石供料。細(xì)礦石和添加劑41輸送到礦石干燥器42并且從那里先輸送到第四反應(yīng)器37，其然后進(jìn)入到第三反應(yīng)器38、第二反應(yīng)器39，最后到第一還原反應(yīng)器40。但是代替四個(gè)渦流層反應(yīng)器37-40也可以只存在三個(gè)反應(yīng)器。
與細(xì)礦石對(duì)流地輸送還原氣體43。還原氣體在第一還原反應(yīng)器40的底部上加入并且在其頂面上排出。在從下面進(jìn)入到第二還原反應(yīng)器39中之前，還可以通過氧氣O2加熱還原氣體，同樣在第二還原反應(yīng)器39與第三還原反應(yīng)器38之間。在用于產(chǎn)生蒸汽的廢熱鍋爐45中充分利用還原反應(yīng)器37-40的廢氣44的熱量，在廢熱鍋爐中產(chǎn)生的低壓蒸汽46輸送到用于化學(xué)吸附CO2的設(shè)備的分離裝置18。從廢熱鍋爐45排出的廢氣44在濕式洗滌器47中凈化并且作為輸出氣體12如上所述繼續(xù)在后置的發(fā)電廠中使用。按照本實(shí)用新型將廢氣44的分流導(dǎo)引到用于去除CO2的吸附器17。
在熔化氣化器48中制造還原氣體43，一方面在熔化氣化器中輸送塊煤49形式和煤粉50形式的煤(它們與氧氣O2共同輸送),另一方面在熔化氣化器中輸送在還原反應(yīng)器37-40中預(yù)還原的且在鐵壓塊器51中以熱狀態(tài)成塊(英文:HCT Hot Compacted Iron)的鐵礦石。在此鐵塊通過輸送設(shè)備52進(jìn)入到儲(chǔ)存容器53，它由固定床反應(yīng)器構(gòu)成，在那里鐵塊通過粗凈化的來自熔化氣化器48的發(fā)生器氣體54必要時(shí)預(yù)熱并還原。在這里也可以輸送冷的鐵塊63。接著從上面裝料鐵塊或氧化鐵到熔化氣化器48中。同樣可以從鐵壓塊器51去除低還原的鐵(英文:LRI=low reduced iron)。
煤在熔化氣化器48中氣化，產(chǎn)生氣體混合物，它主要由CO和H2組成，并且作為還原氣體(發(fā)生器氣體)54排出并且一部分分流作為還原氣體43輸送到還原反應(yīng)器37-40。
在熔化氣化器48中熔化的熱金屬和爐渣排出，見箭頭56。
由熔化氣化器48排出的頂氣54首先導(dǎo)引到分離器57，用于分離攜帶的粉塵并且使粉塵通過粉塵燃燒器回輸?shù)饺刍瘹饣?8。一部分已凈化粗粉塵的頂氣利用濕式洗滌器58繼續(xù)凈化并且作為多余氣體59從Finex設(shè)備取出，并且按照本實(shí)用新型輸送到用于化學(xué)吸附CO2的設(shè)備14的吸附器17。另一部分凈化的發(fā)生器氣體54同樣在濕式洗滌器60中進(jìn)一步凈化，為進(jìn)行冷卻，導(dǎo)引到氣體壓縮機(jī)61，然后在與從吸附器17取出的、無CO2的產(chǎn)物氣體62混合后，再輸送到熔化氣化器48后面的發(fā)生器氣體54用于冷卻。通過這種回輸無CO2的氣體62可以使在其中含有的還原性的份額還充分用于Finex工藝并且另一方面可以保證所需的熱的發(fā)生器氣體54從約1050°C冷卻到700-870°C。
從儲(chǔ)存設(shè)備53排出的頂氣55在濕式洗滌器64中凈化，然后同樣輸送到吸附器17，用于去除CO2，其中在儲(chǔ)存設(shè)備中鐵塊或氧化鐵通過來自熔化氣化器48的去粉塵且冷卻的發(fā)生器氣體54加熱和還原。
一方面可以將來自廢熱鍋爐45的低壓蒸汽46和/或來自組合發(fā)電廠24的蒸汽透平30的低壓蒸汽19和/或來自蒸汽發(fā)電廠32的蒸汽透平34的低壓蒸汽輸送到分離裝置18。但是由于廢熱鍋爐與化學(xué)吸附CO2的設(shè)備14之間的短的路程優(yōu)選利用來自制鐵工藝的廢熱。
在這個(gè)示例中將分離裝置18的冷凝物32輸送到蒸汽發(fā)電廠32的蒸汽循環(huán)。但是也可以輸送到廢熱鍋爐或組合發(fā)電廠。分離裝置18后面的剩余氣體20又可以完全或部分地在H2S凈化器21以后排到大氣，或者完全或部分地在利用壓縮機(jī)22壓縮后輸送到CO2儲(chǔ)存器。
附圖標(biāo)記清單
I 高爐
2燒結(jié)設(shè)備
3含氧氣的氣體
4環(huán)形管道
5 熱風(fēng)
6還原氣體爐
7 爐洛
8 生鐵
9頂氣或爐氣
10粉塵分離器或旋風(fēng)分離器
11濕式洗滌器
12輸出氣體
13輸出氣體容器
14用于化學(xué)地吸附CO2的設(shè)備
15壓縮機(jī)
16后冷卻器
17吸附器
18分離裝置
19低壓蒸汽
20分離裝置18后面的剩余氣體
21 H2S 凈化器
22用于CO2液化的壓縮機(jī)
23冷凝物
24組合發(fā)電廠
25緩沖儲(chǔ)存器
26過濾器
27氣體壓縮機(jī)
28燃?xì)馔钙絒0132]29廢熱鍋爐
30蒸汽透平
31另外的輸出氣體容器
32蒸汽發(fā)電廠
33蒸汽鍋爐
34蒸汽發(fā)電廠32的蒸汽透平
35膨脹透平
36用于原料干燥(煤干燥、細(xì)煤干燥或礦石干燥)
37第四還原反應(yīng)器
38第三還原反應(yīng)器
39第二還原反應(yīng)器
40第一還原反應(yīng)器
41細(xì)礦石和添加物
42礦石干燥器
43還原氣體
44來自還原反應(yīng)器37-40的廢氣
45廢熱鍋爐
46來自廢熱鍋爐45的低壓蒸汽
47用于廢氣44的濕式洗滌器
48熔化氣化器
49塊煤
50粉末煤
51鐵壓塊器
52輸送設(shè)備
53由固體床反應(yīng)器構(gòu)成的儲(chǔ)存容器， 用于預(yù)熱和還原氧化鐵和/或鐵塊
54來自熔化氣化器48的頂氣或發(fā)電廠氣
55來自濕式洗漆器64的頂氣
56熱金屬和爐渣
57細(xì)礦石分離器
58濕式洗滌器
59多余氣體
60濕式洗滌器
61氣體壓縮機(jī)
62來自吸附器17的無CO2的氣體(產(chǎn)物氣體)
63冷的鐵塊
64濕式洗滌器。
權(quán)利要求
1.用于從生鐵制造設(shè)備的廢氣中去除CO2的裝置，其特征在于，設(shè)有利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備，其中用于再生吸附劑的設(shè)備部件 -與用于利用來自生鐵制造的廢熱的蒸汽透平(30)連接和可選地附加地與蒸汽發(fā)電廠(32)的蒸汽透平(34)連接，使來自用于利用來自生鐵制造的廢熱的蒸汽透平(30)和蒸汽發(fā)電廠的蒸汽透平(34)的低壓蒸汽可以至少部分地導(dǎo)引到用于再生吸附劑的設(shè)備部件中， -和/或與用于利用來自生鐵制造的廢熱的廢熱鍋爐連接和可選地附加地與蒸汽發(fā)電廠的廢熱鍋爐連接，使低壓蒸汽可以至少部分地用于再生吸附劑， 并且設(shè)有選自下述管道組中的至少一個(gè)管道 -管道，通過它可以將來自高爐的頂氣導(dǎo)引到用于利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備中， -管道，通過它可以將來自熔化還原設(shè)備的廢氣導(dǎo)引到用于利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備中。
2.如權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)這種管道與至少一個(gè)下面的裝置連接: -與熔化氣化器(48), -與一個(gè)或多個(gè)還原反應(yīng)器(37-40), -與用于預(yù)熱和/或還原氧化鐵和/或鐵塊的固定床反應(yīng)器(53)。
3.如權(quán)利要求
1至2中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，設(shè)有管道，通過它可以將至少一部分凈化的廢氣再作為還原氣體返回到生鐵制造。
4.如權(quán)利要求
1至2中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，為了加入低壓蒸汽到用于去除CO2的設(shè)備中，使這個(gè)設(shè)備與用于利用來自生鐵制造的廢熱的蒸汽透平(30)和蒸汽發(fā)電廠的蒸汽透平(34)的低壓部分和/或與廢熱鍋爐連接。
5.如權(quán)利要求
1至2中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，使利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備(14)與用于生鐵制造的設(shè)備和/或與用于處理和儲(chǔ)存CO2的設(shè)備連接，使獲取的富含CO2的氣體可以作為替代氣體在制鐵工藝中使用和/或用于處理和儲(chǔ)存C02。
6.如權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，所述高爐是具有頂氣回輸?shù)难鯕飧郀t。
專利摘要
本實(shí)用新型示出一種用于從生鐵制造設(shè)備的廢氣中去除CO2的裝置，其中設(shè)有利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備，其中用于再生吸附劑的設(shè)備部件-與用于利用來自生鐵制造的廢熱的蒸汽透平連接和可選地附加地與蒸汽發(fā)電廠的蒸汽透平連接，使來自蒸汽透平的低壓蒸汽可以至少部分地導(dǎo)引到用于再生吸附劑的設(shè)備部件中；-和/或與用于利用來自生鐵制造的廢熱的廢熱鍋爐連接和可選地附加地與蒸汽發(fā)電廠的廢熱鍋爐連接，使低壓蒸汽可以至少部分地用于再生吸附劑；并且設(shè)有選自下述管道組中的至少一個(gè)管道-管道，通過它可以將來自高爐的頂氣導(dǎo)引到用于利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備中；-管道，通過它可以將來自熔化還原設(shè)備的廢氣導(dǎo)引到用于利用化學(xué)吸附去除CO2的設(shè)備中。
文檔編號(hào)C21B13/00GKCN203002174SQ201090001130
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2010年9月6日
發(fā)明者R.米爾納, J.L.申克 申請(qǐng)人:西門子 Vai 金屬科技有限責(zé)任公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan