專利名稱：生產(chǎn)生鐵水或鋼水預(yù)產(chǎn)品的方法和實施該方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用含有鐵礦石并可任選熔劑的爐料，生產(chǎn)生鐵水或鋼水預(yù)產(chǎn)品的方法和實施該方法的設(shè)備。其中所述的爐料優(yōu)選具有塊狀和/或球團(tuán)形態(tài)，該爐料在一個還原區(qū)中直接還原成海綿鐵。在提供含碳材料和含氧氣體的條件下，該海綿鐵在一個熔融氣化區(qū)中熔化，同時生成了一種含有CO和H2的還原氣體，該氣體通入所述的還原區(qū)在那發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并作為排出氣體排出。此后該排出氣體通向一個消耗裝置。
從DE-C-4037977中知道了一種方法，根據(jù)該專利，為了降低生產(chǎn)海綿鐵或生產(chǎn)由海綿鐵熔化得到的生鐵的成本，由于所述的排出氣體量比較大并含有大量一氧化碳和氫，因此，該氣體要通入一個充當(dāng)消耗裝置的二次還原區(qū)用于還原額外的含鐵材料，但是該氣體要在經(jīng)過處理以后才用于還原額外的含鐵材料。
采用上述已知方法，如果具有高固定C含量的含碳材料在熔爐氣化器氣化，就可能在所述熔爐氣化器中出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。這類含碳材料有無煙煤和各類可煅燒的石油焦炭等等。這類已知方法另一個缺點是生產(chǎn)單位還原劑所消耗的O2量較高，這是由于熔爐氣化器中一氧化碳的生成完全靠含碳材料與氧的氣化反應(yīng)。
本發(fā)明的目標(biāo)是避免上述這些缺點和難點并創(chuàng)造一種方法以及一種實施該方法的方案，以便能夠使用具有高固定C含量的含碳材料。此外，使煤炭氣化所消耗的O2量降低。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的可通過以下辦法達(dá)到將一種CO2含量高的氣體送入熔融氣化區(qū)并在那與含碳材料反應(yīng)生成CO，其中所述氣體的CO2含量遠(yuǎn)高于所述排出氣體的CO2含量，優(yōu)選的是在超過40％；并且如果含有CO，所述氣體的CO含量遠(yuǎn)低于所述排出氣體的CO。
AT-B-394.201涉及一種與起初描述類似的方法，根據(jù)該方法，隨同一部分在所述熔爐氣化器中生成并具有很低CO2含量的熱還原氣體一起，使含CO2的排出氣體在一個洗滌器中冷卻、凈化，并根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行脫硫處理，然后用作一種燃?xì)廨啓C的燃料氣體。采用該方法，能滿足環(huán)境保護(hù)要求的一種燃料氣體的制備工藝的花費比較高，而且也需要相當(dāng)大的投資。
從AT-B-394.201中知道，可以將還原階段的排出氣體作為一種吸熱的含氧氣體送入燃料氣化器的流態(tài)化床。由于所述排出氣體的CO2含量約在25％～35％，仍然比較低，此外還充滿了粉塵，因此其效果也比較小。該方法的一個缺點是與所述的排出氣體一起，相當(dāng)高含量的一氧化碳進(jìn)入了所述的熔爐氣化器，這些一氧化碳必須要先冷卻而在熔爐氣化器中又要再次加熱。該部分一氧化碳作為一種緩沖氣體在所述熔爐氣化器中流過，這會帶來由此產(chǎn)生的所有缺點(壓降，不必要的高功率壓縮機，能量消耗增大等等)。
AT-B-394.201的又一個缺點是必須提供一個用于還原剩余氣體的脫硫裝置，而根據(jù)本發(fā)明，如果還原氣體中的硫可轉(zhuǎn)移到液相中，這樣一個裝置就根本不需要，或者只為從CO2去除設(shè)備排放的廢氣提供這樣一個脫硫裝置。
本發(fā)明方法的優(yōu)點描述如下根據(jù)本發(fā)明，通過引入CO2含量高的氣體，使CO2根據(jù)方程發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。一氧化碳的形成增大了還原氣體的體積并可以用于還原反應(yīng)。二氧化碳生成一氧化碳的反應(yīng)是吸熱的，籍此通過引入適當(dāng)量的CO2含量高的氣體可以將熔爐氣化器中調(diào)整到預(yù)想的溫度，因而避免了過熱。
這樣根據(jù)本發(fā)明，大量使用具有高固定C含量和本質(zhì)上揮發(fā)性組分很低的含碳材料，例如無煙煤和各類可煅燒的石油焦炭等等是切實可行的，而如果不同時使用CO2含量高的氣體以施加降溫作用，由于過熱的影響是不允許大量使用所述含碳材料的。而且，每摩爾CO2和一摩爾碳可以生成二摩爾一氧化碳，在熔爐氣化器中由CO2含量高的廢氣生成的一氧化碳增大了用于還原鐵的氧化物的還原氣體的體積。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)點是生成單位還原劑所消耗的O2量下降了，這是因為在熔爐氣化器中部分含碳材料不使用O2而是使用二氧化碳生成一氧化碳。因而提供O2所需的能量也顯著降低了。這樣，根據(jù)本發(fā)明的方法，可以降低向大氣排放的CO2量，這符合關(guān)于減少CO2排放的多倫多聲明(Toronto Declaration)，其中CO2被認(rèn)為是使氣候變遷的主要原因。
如果預(yù)熱CO2含量高的氣體，可以進(jìn)一步降低熔爐氣化器中的O2消耗量，因為可以燃燒更少的送入熔爐氣化器中的含碳材料中的固定C。
本發(fā)明的另一個目標(biāo)源于以下問題根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，所述排出氣體的處理通常要首先經(jīng)過在一個洗滌器中清洗，除去固體顆粒，從而顯著降低了該氣體的溫度。此后根據(jù)DE-C-4037977去除該排出氣體中的CO2，因為CO2不利于進(jìn)一步將該廢氣用作一種還原氣體；在所述排出氣體中還原劑含量會過低。已知有多種方法從排出氣體中去除CO2，例如通過壓力回轉(zhuǎn)吸收工藝或CO2化學(xué)洗滌。根據(jù)DE-C-4037977可以在很大程度上利用在排出氣體中化學(xué)鍵合的能量，但在凈化排出氣體時產(chǎn)生的含CO2的廢氣造成一個問題，因為該廢氣必須以一種與環(huán)境相容的方式處理掉。
該廢氣含有CO,H2,CH4和H2S，由于環(huán)境保護(hù)的原因不能在這種狀態(tài)下排入大氣。這也是它只能有條件地適于可能的二次處理的原因。因此，通常要將該廢氣中的硫化合物去除。到目前為止，可采用不同的方法進(jìn)行該脫硫過程，例如通過所謂的“Stretford洗滌”或通過在活性炭上的催化氧化等方法進(jìn)行。所有這些方法都是昂貴的并需要額外的材料，例如活性炭或吸附劑，這些材料需要單獨儲存和處理。
顯然知道可將含有CO2的廢氣燒掉。然而，這種燃燒處理需要提供用于點燃和增碳以支持燃燒的氣體，因為含有CO2的廢氣只具有低的熱值。
本發(fā)明的另一個目標(biāo)是避免所述這些缺點和難點，本發(fā)明額外的目的是提供一種有效的方法，以利用還原礦石時排出的氣體，例如在生成海綿鐵時進(jìn)行的直接還原所排出的氣體，而同時避免現(xiàn)有技術(shù)方法所帶來的難點。特別是切實可行地以一種環(huán)境相容的方式處理和排放含有CO2的廢氣并且在本發(fā)明方法和設(shè)備的能量條件下，最大限度地利用該氣體。而且，與分離CO2同時出現(xiàn)的、分離H2S所帶來的所有問題也同樣以一種環(huán)境相容的方式解決。
根據(jù)本發(fā)明，該目標(biāo)通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法達(dá)到，其中至少一部分在去除CO2過程中分離出來的廢氣(CO2含量高)通入熔融氣化區(qū)中并在那與碳反應(yīng)生成CO。
根據(jù)本發(fā)明，不僅會使所述CO2去除設(shè)備排出的高的CO2產(chǎn)率降低，而且會增加其中的額外CO含量以便進(jìn)一步為一個消耗裝置所利用，從而有效地降低了其中的CO2含量。根據(jù)本發(fā)明，如果排出氣體可為一個二次還原區(qū)使用，那么就不必將該排出氣體中的CO2百分含量降低到現(xiàn)有技術(shù)的水平。
如果采用石油焦炭，將在去除CO2同時分離出的H2S也送入所述熔爐氣化器是有好處的，籍此其中的硫可以轉(zhuǎn)移到已經(jīng)在熔爐氣化器中熔化的液相中。而通過已知的方法可以簡單地從所述的熔爐氣化器中脫硫，而且與從所述的還原氣體中除去氣態(tài)的H2S相比，可以以更容易更節(jié)能的方式脫硫。
根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方案，將CO2含量高的氣體送入熔融氣化區(qū)中形成的流態(tài)化床的下底部，在那可以更有效地進(jìn)行CO2與C的化學(xué)反應(yīng)。
優(yōu)選地，將CO2含量高的氣體與含氧氣體一起送入所述的熔融氣化區(qū)。然而，在這種情況下，含有CO2的氣體不能含有任何可燃成分，不然就必須為含氧氣體和所述含有CO2的氣體提供單獨的導(dǎo)管，只有在熔爐氣化器中的燃燒器中才能一起流過。
特別優(yōu)選的是將CO2含量高的氣體與要送入熔融氣化區(qū)的粉塵一起送入熔融氣化區(qū)，其中CO2含量高的所述氣體與粉塵一起送入所述的熔融氣化區(qū)，所述的粉塵是從熔融氣化區(qū)中生成的還原氣體中分離出來的，需要在熔融氣化區(qū)中進(jìn)行再循環(huán)。鐵與CO2發(fā)生再氧化反應(yīng)是吸熱的，會導(dǎo)致溫度降低，從而發(fā)生失控的氧化反應(yīng)的危險減小了。在此可以將CO2含量高的氣體與目前使用的氮氣混合充當(dāng)傳輸氣體，從而降低氣體體系中氮氣的富集。從體系中去除氮是比較困難的，而且輸送因氮氣而增大的氣體體積造成更多的能耗，其中氮氣必須完全通過緩沖氣體形式一起輸送。
為了生產(chǎn)具有極低硫含量的生鐵和鋼的預(yù)產(chǎn)品，要送入熔融氣化區(qū)的CO2含量高的氣體需要在送入熔融氣化區(qū)之前進(jìn)行脫硫處理。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以在以下特別優(yōu)選的方式下實施排出氣體在至少一個初次還原區(qū)中形成后經(jīng)過CO2去除處理，并且去除了CO2的該排出氣體作為還原氣體在至少一個二次還原區(qū)中使用，并任選地在加熱后，用于還原粒狀的含金屬氧化物的材料，尤其是含鐵的氧化物的材料，并在所述的二次還原區(qū)中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這樣做的原因在于所述的初次還原區(qū)排出氣體去除CO2后得到的氣體，作為一種用于所述二次還原區(qū)的還原氣體，含有特別高的還原劑含量。如上所述，這是由于在熔爐氣化器內(nèi)生成的還原氣體中含有過多的一氧化碳(增大的CO/CO2比)，從所述的初次還原區(qū)排出的氣體中去除CO2的處理，并不一定要按目前要求的辦法進(jìn)行。例如，可以直接將一部分所述排出氣體通入所述二次還原區(qū)中，而不進(jìn)行去除CO2處理。
在此優(yōu)選的是將至少一部分來自加熱過程的煙道氣送入熔融氣化區(qū)，并適宜地將去除CO2時分離出來的CO2含量高的廢氣用于加熱，其中，更優(yōu)選的是將在一個二次還原區(qū)中反應(yīng)后的還原氣體用于加熱，并且將至少一部分這樣形成的煙道氣送入所述熔融氣化區(qū)。
如果至少部分地燃燒在所述初次還原區(qū)生成的一部分排出氣體，并且將煙道氣送入所述熔融氣化區(qū)中以及在這之前使所述煙道氣與一種冷卻氣體混合，那么氣體的利用情況就特別好。
如果所述煙道氣在送入熔融氣化區(qū)之前，在換熱器中冷卻而將一種氣體，優(yōu)選的是在本工藝中使用的一種含氧氣體加熱，那么就工藝總體上而言冷卻所述煙道氣就特別有意義。換熱器加熱也可以用于生產(chǎn)作為一種氧化劑使用的水蒸氣。
在此將所述二次還原區(qū)形成的排出氣體至少部分地也同樣進(jìn)行CO2去除處理是有好處的，而該處理優(yōu)選的是在與來自初次還原區(qū)的排出氣體混合以后，而在此分離出來的、具有高的CO2含量的廢氣，也至少部分送入熔融氣化區(qū)中，在那與碳進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成CO。
一種實施本方法的設(shè)備，包含一個還原反應(yīng)器用于還原鐵礦石，所述鐵礦石優(yōu)選具有塊狀和/或球團(tuán)形態(tài)；一個熔爐氣化器；一個輸送還原氣體的進(jìn)氣導(dǎo)管，該導(dǎo)管將所述的熔爐氣化器與所述的還原反應(yīng)器連接起來；一個輸送在所述還原反應(yīng)器中生成的還原產(chǎn)物的導(dǎo)管，該導(dǎo)管將所述還原反應(yīng)器與熔爐氣化器連接起來；一個排放排出氣體的導(dǎo)管，該導(dǎo)管從所述的還原反應(yīng)器引出；輸送含氧氣體和含碳材料的進(jìn)料導(dǎo)管，該導(dǎo)管通入所述的熔爐氣化器中；一個位于所述的熔爐氣化器的用于出生鐵和爐渣的料口；所述的設(shè)備的特征在于有一個氣體導(dǎo)管通入所述熔爐氣化器用于傳輸一種CO2含量高而CO含量盡可能低的氣體。
根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，所述還原反應(yīng)器的排放排出氣體的導(dǎo)管要經(jīng)過一個CO2去除設(shè)備，而從該設(shè)備引出一個用于排放分離出來的含CO2的廢氣的導(dǎo)管，該導(dǎo)管與熔爐氣化器相導(dǎo)通。
相應(yīng)地，所述氣體導(dǎo)管通入熔爐氣化器的下部，大致在熔爐氣化器內(nèi)形成的流態(tài)化床的下底部，其中，如果沒有爆炸的危險(大致為100％的氧化劑和0％的還原劑)，所述氣體導(dǎo)管最好與輸送含氧氣體的導(dǎo)管一起通入所述熔爐氣化器。
根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，所述氣體導(dǎo)管與一個向所述的熔爐氣化器輸送粉塵的進(jìn)料導(dǎo)管一起通入所述的熔爐氣化器，優(yōu)選的是通過一個燃燒器將粉塵送入熔爐氣化器中，其中，在輸送還原氣體的導(dǎo)管中可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置一個粉塵分離器，該導(dǎo)管將熔爐氣化器與還原反應(yīng)器連接起來，所述分離器通過一個粉塵再循環(huán)導(dǎo)管與熔爐氣化器相連，而所述的氣體導(dǎo)管與所述粉塵循環(huán)導(dǎo)管一起通過一個粉塵燃燒器通入熔爐氣化器。
為了得到一種具有盡可能低的硫含量的產(chǎn)品，在所述氣體導(dǎo)管中設(shè)置了一個脫硫裝置。
一個優(yōu)選的實施方案的特征在于安裝了兩個還原反應(yīng)器，它們通過初次還原反應(yīng)器的排出氣體導(dǎo)管相互連接，而通過CO2去除設(shè)備相互氣流導(dǎo)通，其中從CO2去除設(shè)備排出的氣體通過一個加熱裝置通入二次還原反應(yīng)器。
在此相應(yīng)地一個用于排放所述二次還原反應(yīng)器的排出氣體的傳輸導(dǎo)管通入一個CO2去除設(shè)備，優(yōu)選地通入所述二次還原反應(yīng)器的CO2去除設(shè)備。
根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，為了提供一種加熱氣體，一個廢氣的支導(dǎo)管從CO2去除設(shè)備通入所述的加熱裝置，從該加熱裝置引出一個用于排放煙道氣的煙道氣排放導(dǎo)管，該導(dǎo)管與熔爐氣化器是氣流導(dǎo)通的。
相應(yīng)地，從排放排出氣體的導(dǎo)管出發(fā)，一個排出氣體的支導(dǎo)管通向一個燃燒裝置，從該裝置引出一個排放煙道氣的導(dǎo)管通入熔爐氣化器。
一個更優(yōu)選的實施方案，其特征在于一個換熱器，優(yōu)選地用于加熱一種含氧氣體例如空氣，設(shè)置在所述的排放煙道氣的導(dǎo)管中。熱空氣可用于礦石預(yù)熱，干燥等等。
以下參照幾個示意地表示于附圖的典型實施方案，更為詳細(xì)地闡述本發(fā)明，其中所附

圖1至5中的每一個都以流程示意圖形式圖解了一個工藝的變種。
塊狀鐵礦石和/或球團(tuán)狀的鐵礦石經(jīng)一個傳輸裝置2，通過一個未在附圖中描述的推進(jìn)裝置，從頂端送入由初次豎爐構(gòu)成的還原反應(yīng)器1中，有時也加入熔劑用于形成一個運動床。豎爐1與一個熔爐氣化器3相連，在熔爐氣化器3中由煤炭和含氧氣體生成一種還原氣體并通過一個進(jìn)料導(dǎo)管4和一個氣體凈化裝置4’送入豎爐1中，該氣體凈化裝置4’選擇性地設(shè)置在導(dǎo)管4中用于干除塵。
“運動床”一詞是指一個連續(xù)運動的物料流，其中的可運動的顆粒與還原氣體氣體接觸。優(yōu)選地，利用一個在重力作用下連續(xù)向下運動的物料流。
不采用豎爐1，也可以使用具有文丘里(Venturi)流態(tài)化床，一個循環(huán)流態(tài)化床，一個流態(tài)化床的反應(yīng)器或具有鏈?zhǔn)綘t箅的反應(yīng)器或具有回轉(zhuǎn)管式窯的反應(yīng)器作為還原反應(yīng)器。
熔爐氣化器3具有一個用于固體含碳材料進(jìn)料導(dǎo)管3，一個用于含氧氣體的進(jìn)料導(dǎo)管6以及任選的進(jìn)料導(dǎo)管7，該導(dǎo)管用于在室溫下為液態(tài)或氣態(tài)含碳材料如各種碳?xì)浠衔镆约坝糜陟褵娜蹌Ｔ谌蹱t氣化器3中，熔融生鐵9和熔融爐渣10聚集在熔融氣化區(qū)8的下面，并通過料口11排出。
鐵礦石在豎爐1中的一個直接還原區(qū)12中還原為海綿鐵，并利用例如傳輸加料器等裝置通過一個傳輸導(dǎo)管13，與在直接還原區(qū)12中煅燒的熔劑一起送入熔爐氣化器3，所述導(dǎo)管13將豎爐1與熔爐氣化器3連接起來。一個排放排出氣體的導(dǎo)管14通入豎爐1的上部，該導(dǎo)管14用于排放在直接還原區(qū)12中由還原氣體生成的排出氣體。
從導(dǎo)管14流出的排出氣體首先在洗滌器15中進(jìn)行凈化以盡可能完全地去除粉塵顆粒并降低水蒸氣含量，以便隨后可以進(jìn)一步使用。此后所述的排出氣體通過一個壓縮機16通入一個CO2去除設(shè)備17(例如一個CO2洗滌器或一個壓力回轉(zhuǎn)吸收設(shè)備)以便盡可能完全地去除CO2。從所述CO2去除設(shè)備17排放出來的廢氣任選地送入一個脫硫裝置18。這樣的去除了CO2的排出氣體通過一個還原氣體進(jìn)氣導(dǎo)管19送入一個二次還原反應(yīng)器，該反應(yīng)器是豎爐20并類似豎爐1也具有一個運動床并按照逆流原理運轉(zhuǎn)。在該二次豎爐20中塊狀和/或球團(tuán)狀鐵礦石在一個還原區(qū)21中直接還原。礦石進(jìn)料導(dǎo)管用數(shù)字20’表示，海綿鐵的出料裝置用20”表示。
因為所述排出氣體經(jīng)過凈化后已經(jīng)被顯著冷卻，因而該氣體在送入所述二次還原豎爐20之前要進(jìn)行加熱。加熱要經(jīng)過兩個階段首先凈化后的排出氣體在第一階段要經(jīng)過一個加熱裝置22的間接加熱，所述加熱裝置22是一個熱交換器。所述熱交換器22(換熱器)通過凈化后的排出氣體運轉(zhuǎn)，該氣體從二次還原豎爐20通過一個導(dǎo)管23排出。除此以外，含氧氣體(氧以分子形式存在)例如空氣通過一個導(dǎo)管24提供給熱交換器22的燃燒器。隨后，加熱過的排出氣體經(jīng)過二次燃燒，即在二次燃燒裝置25中部分凈化過的排出氣體在提供氧26條件下燃燒。采用這種方法，所述凈化后的排出氣體達(dá)到在二次還原豎爐20中還原所需的溫度，該溫度優(yōu)選在600～900℃之間，但可能會更高，特別是在使用包覆的爐料的情況下。
為了除塵和降低水蒸氣含量，從二次還原豎爐20中排出的氣體也要經(jīng)過在排出氣體洗滌器27中的凈化和冷卻，此后可用于進(jìn)一步的使用。所述排出氣體的一部分經(jīng)過導(dǎo)管23提供給熱交換器22。在二次還原豎爐20中產(chǎn)生的另一部分排出氣體，經(jīng)壓縮機28同樣送入CO2去除設(shè)備17中，即通過導(dǎo)管29通入排出氣體排放導(dǎo)管14，去除了CO2的所述氣體隨后作為一種循環(huán)的還原氣體送入二次還原豎爐20中。在二次還原豎爐20產(chǎn)生的排出氣體的一部分通過排出氣體導(dǎo)管30繼續(xù)傳輸以供其它用途使用。
通過一個從進(jìn)料導(dǎo)管4引出的一個支導(dǎo)管31，在熔爐氣化器3中生成的還原氣體的一部分，流經(jīng)一個旋風(fēng)除塵器4’，而不加洗滌即不流經(jīng)一個洗滌器，在熱態(tài)下經(jīng)過支導(dǎo)管31與還原氣體混合物混合，該氣體混合物是由循環(huán)還原氣體與去除了CO2的排出氣體構(gòu)成的，在混合之前所述還原氣體混合物要流經(jīng)熱交換器22和二次燃燒裝置25。通過這種方式，在熔爐氣化器3中生成的還原氣體的顯熱傳給了在二次還原豎爐20發(fā)生的直接還原過程，從而得到了有效利用。籍此不僅節(jié)約了在CO2去除設(shè)備17上的費用、減小了熱交換器22和二次燃燒裝置25的尺寸，而且還能在所述過程中節(jié)約能源。
從還原氣體分支出來的熱氣體在通過旋風(fēng)除塵器4’后仍然具有殘余粉塵含量，但是這可以通過不造成有害作用的體系來解決，因為所述熱的分支出來的還原氣體與循環(huán)的還原氣體以及去除了CO2的排出氣體混合，通過稀釋作用顯著降低了粉塵含量。因此設(shè)想不會對二次還原豎爐20中發(fā)生的直接還原過程產(chǎn)生有害影響。
為了在送入氣體凈化裝置4’之前，調(diào)節(jié)從熔爐氣化器3排出的非常熱的還原氣體的溫度，特別是為了將該氣體冷卻到適合豎爐1的直接還原反應(yīng)的溫度，一部分所述的還原氣體經(jīng)過一個洗滌器32，并通過具有壓縮機34的導(dǎo)管33再循環(huán)回到進(jìn)料導(dǎo)管4。為了控制體系的壓力，通過一個補償導(dǎo)管35可以任選地將還原氣體與從豎爐1排出的氣體混合。
所述還原氣體的相當(dāng)大的體積流量并未流經(jīng)CO2去除設(shè)備17就送入二次還原豎爐20，考慮到在所述還原氣體流動方向上只是隨后與從CO2去除設(shè)備17出來的還原氣體這部分進(jìn)行混合，這樣可以大大減小CO2去除設(shè)備17的尺寸。
根據(jù)在圖1中描述的實施方案，通過一個廢氣導(dǎo)管36從CO2去除設(shè)備17排出的含CO2的廢氣，送入一個脫硫裝置18并在脫硫后排掉。從CO2去除設(shè)備17排放的廢氣可以在比該設(shè)備上其它位置的高得多的效率下進(jìn)行脫硫，因為從CO2去除設(shè)備17排放的廢氣的硫含量是所述排出氣體的3倍，特別是該脫硫過程由二次直接還原過程的運行特性決定。
從廢氣導(dǎo)管36，部分CO2含量高的廢氣通過一個支導(dǎo)管37送入熔爐氣化器3，即在熔爐氣化器3中形成的流態(tài)化床38的下底部的上面送入。
在流態(tài)化床38中，所述廢氣中的CO2與碳在熔爐氣化器3中按照方程發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。生成的一氧化碳上升穿過流態(tài)化床38并增大了還原氣體氣流及其中的還原劑的比例。由于二氧化碳?xì)怏w生成一氧化碳的反應(yīng)是吸熱的，因此在熔爐氣化器3中的過熱得以可靠地避免，而這種過熱在使用具有高固定i的煤炭時總是可能發(fā)生的。
根據(jù)圖2所示的特定的實施方案，一部分CO2含量高的廢氣通過從支導(dǎo)管37上分支出來的導(dǎo)管37’輸送到一個粉塵燃燒器39，在粉塵分離器4’分離的還原氣體的粉塵通過該燃燒器39再送到熔爐氣化器3，并與通過輸送粉塵燃燒器39的粉塵一起送入熔爐氣化器3中。在此CO2含量高的廢氣可以替代一部分用于輸送粉塵到粉塵燃燒器39的氮，籍此可以獲得減少所述還原氣體中緩沖氣體氮的好處。
根據(jù)圖3，只有已經(jīng)再循環(huán)到熔爐氣化器3中的從CO2去除設(shè)備17出來的含CO2的廢氣要進(jìn)行脫硫處理，并且支導(dǎo)管37與將氧引入熔爐氣化器3的進(jìn)料導(dǎo)管6一起通入熔爐氣化器3中。
以下通過一個實施例更為詳細(xì)地闡述本發(fā)明方法。
在由鐵礦石球團(tuán)在熔爐氣化器3中生產(chǎn)生鐵水的過程中，產(chǎn)生大約100t/h的生鐵以及大約155,000Nm3/h的排出氣體。這些排出氣體在一個CO2去除設(shè)備17中去除了CO2以后，送入二次還原豎爐20用于鐵礦石的二次還原。從還原豎爐1出來的排出氣體具有大約37vol.％的CO2含量。因此，在CO2去除設(shè)備17中會產(chǎn)生57,350Nm3/h的CO2。
在這些CO2中的約10,500Nm3/h再循環(huán)到熔爐氣化器3，在熔爐氣化器3使用了100％的無煙煤作為含碳材料。采用該方法，一方面可將反應(yīng)溫度降低到工藝控制所需的程度，即通過在熔爐氣化器3中CO2與碳發(fā)生吸熱反應(yīng)以降低反應(yīng)溫度，另一方面，由于CO2與碳的反應(yīng)可生成2倍于CO2體積的CO，因而可以生成約21,000Nm3/h的CO。其中額外部分的CO隨后可以用于所述二次還原豎爐20。從CO2去除設(shè)備17排放的具有高含量CO2的廢氣中約18％可以以有效益的方式進(jìn)行再利用。
以下更為詳盡地闡述本發(fā)明方法的熱平衡，然而，其中只有超過所述熔爐氣化器中發(fā)生熔化還原所需的熱量以外的能量部分才會被更為仔細(xì)地考慮。在此我們的目標(biāo)是描述純的1Nm3CO2的作用，其中為了方便計算，假定CO2,C和O2處于25℃并且反應(yīng)產(chǎn)物CO的溫度是1060℃。在此反應(yīng)的焓是ΔH=+238KJ/mol。反應(yīng)的焓是ΔH=-156KJ/mol。因此，對1Nm3CO2就需要提供1.53Nm3O2，其中消耗1Nm3CO2和2.17kgC可生成5Nm3CO。
根據(jù)示于圖4的實施方案，通過煙道氣排放導(dǎo)管39從加熱裝置22排放出來的煙道氣的至少一部分，通過設(shè)置了壓縮機41的支導(dǎo)管40送入熔爐氣化器3中。同樣這些煙道氣具有很高的CO2含量和很低的CO含量。為了加熱通向二次還原反應(yīng)器20的還原氣體，可以切實可行地對從CO2去除設(shè)備排放的廢氣額外地加以利用，使所述廢氣通過一個廢氣支導(dǎo)管42通向加熱裝置22，如圖4中的破折線所示。
根據(jù)示于圖5的實施方案，從還原反應(yīng)器1排放的一部分排出氣體通過一個排出氣體支導(dǎo)管43和一個壓縮機44，在一個燃燒裝置45中進(jìn)行燃燒，而該過程中產(chǎn)生的煙道氣的至少一部分通過一個排放煙道氣的導(dǎo)管46送入熔爐氣化器3中。在所述排放煙道氣的導(dǎo)管中，最好設(shè)置一個換熱器例如用于加熱所述煤炭氣化過程所需的氧。如果完全燃燒了所述排出氣體而又沒有隨后與一種冷卻氣體混合，這時上述過程就特別有必要，因為完全燃燒會造成溫度很高。然而，燃燒也可以在上述排出氣體與一種氣體混合以后進(jìn)行或者甚至進(jìn)行部分燃燒。
本發(fā)明可以進(jìn)行各種改進(jìn)而不局限于本說明書中典型實施方案的詳細(xì)描述。例如，也可以設(shè)置兩個或幾個初次還原豎爐1，其中可以將它們的排出氣體收集起來在去除了CO2以后送入至少一個二次還原豎爐20。還可以通過一個單獨的去除CO2的設(shè)備，將從還原豎爐20循環(huán)出來的排出氣體輸送出來，其中該CO2去除設(shè)備可以是一個重整爐并與還原豎爐1的CO2去除設(shè)備相互獨立運轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1．從含有鐵礦石和可任選熔劑的爐料出發(fā)，生產(chǎn)生鐵水或鋼水預(yù)產(chǎn)品的方法，其中所述的鐵礦石優(yōu)選具有塊狀和/或球團(tuán)形態(tài)，所述爐料在一個還原區(qū)(12)中直接還原成海綿鐵，在提供含碳材料和含氧氣體的條件下，該海綿鐵在一個熔融氣化區(qū)(8)中熔化，同時生成了一種含有CO和H2的還原氣體，該氣體通入所述的還原區(qū)(12)在那里發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并作為排出氣體排出，其中該排出氣體通向一個消耗裝置(20)，所述的方法的特征在于向熔融氣化區(qū)(8)引入一種CO2含量高的氣體，該氣體在熔融氣化區(qū)(8)中與含碳材料反應(yīng)生成CO，其中所述氣體的CO2含量遠(yuǎn)高于所述排出氣體的CO2含量，并優(yōu)選在超過40％；并且如果含有CO，所述氣體的CO含量遠(yuǎn)低于所述排出氣體的CO的含量。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述排出氣體排出后要經(jīng)過CO2去除處理，并且將至少一部分在CO2去除過程中排放的廢氣通入熔融氣化區(qū)(8)中，其中所述廢氣具有高的CO2含量。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于將CO2含量高的氣體通入熔融氣化區(qū)(8)中形成的運動床(38)的下底部。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項或幾項的方法，其特征在于CO2含量高的氣體與含氧氣體一起送入熔融氣化區(qū)(8)中。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項或幾項的方法，其特征在于CO2含量高的氣體與要送入所說的熔融氣化區(qū)(8)的粉塵一起送入熔融氣化區(qū)(8)中。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于CO2含量高的氣體與粉塵一起送入熔融氣化區(qū)(8)中，所述的粉塵是從熔融氣化區(qū)(8)中生成的還原氣體中分離出來，并要在熔融氣化區(qū)(8)中進(jìn)行再循環(huán)。
7．根據(jù)權(quán)利要求2至6的任一項或幾項的方法，其特征在于CO2含量高的氣體在送入熔融氣化區(qū)(8)之前要進(jìn)行脫硫處理。
8．根據(jù)權(quán)利要求2至7的任一項或幾項的方法，其特征在于在至少一個初次還原區(qū)(12)中生成的排出氣體經(jīng)過CO2去除處理后，任選地在加熱后，作為一種還原氣體在至少一個二次還原區(qū)(20)中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，用于還原顆粒狀含有金屬氧化物的材料，優(yōu)選用于還原含鐵的氧化物的材料。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于把至少一部分從加熱過程排放的煙道氣送入熔融氣化區(qū)(8)中。
10．根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，其特征在于在CO2去除處理過程分離的、高CO2含量的廢氣用于加熱(圖4)。
11．根據(jù)權(quán)利要求8至10的任一項或幾項的方法，其特征在于在一個二次還原區(qū)(21)發(fā)生過反應(yīng)的一種還原氣體用于加熱，并把在該過程中產(chǎn)生的至少部分煙道氣送入熔融氣化區(qū)(8)中(圖4)。
12．根據(jù)權(quán)利要求1至11的任一項或幾項的方法，其特征在于在所述初次還原區(qū)(12)生成的排出氣體的一部分至少經(jīng)過部分燃燒，并把在該過程中產(chǎn)生的煙道氣送入熔融氣化區(qū)(8)中(圖5)。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于一種冷卻氣體在通入熔融氣化區(qū)(8)之前與所述煙道氣混合(圖5)。
14．根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其特征在于所述煙道氣在通入熔融氣化區(qū)(8)之前或是在換熱器中冷卻用于加熱一種氣體，優(yōu)選用于加熱本工藝使用的含氧氣體或是為了產(chǎn)生水蒸氣而冷卻(圖5)。
15．根據(jù)權(quán)利要求8至14的任一項或幾項的方法，其特征在于在所述二次還原區(qū)(21)生成的排出氣體至少部分同樣經(jīng)過CO2去除處理，優(yōu)選在與初次還原區(qū)(12)的排出氣體混合后進(jìn)行CO2去除處理，從中分離出來的高CO2含量廢氣的至少一部分也送入熔融氣化區(qū)(8)中，并在那里與碳進(jìn)行反應(yīng)生成CO。
16．實施根據(jù)權(quán)利要求1至15任一項或幾項的方法的設(shè)備，包括一個還原反應(yīng)器(1)用于還原鐵礦石，所述鐵礦石優(yōu)選具有塊狀和/或球團(tuán)形態(tài)；一個熔爐氣化器(3)；一個輸送還原氣體的進(jìn)氣導(dǎo)管(4)，該導(dǎo)管將所述的熔爐氣化器(3)與所述的還原反應(yīng)器(1)連接起來；一個輸送在所述還原反應(yīng)器(1)中生成的還原產(chǎn)物的導(dǎo)管(13)，該導(dǎo)管將所述還原反應(yīng)器(1)與熔爐氣化器(3)連接起來；一個排放排出氣體的導(dǎo)管(14)，該導(dǎo)管從所述的還原反應(yīng)器(1)引出；輸送含氧氣體和含碳材料的進(jìn)料導(dǎo)管(6、7)，這些導(dǎo)管通入所述的熔爐氣化器(3)中；一個位于所述的熔爐氣化器(3)的用于出生鐵和爐渣的料口(11)；所述的設(shè)備的特征在于有一個氣體導(dǎo)管通入所述熔爐氣化器(3)用于傳輸一種CO2含量高而CO含量盡可能低的氣體。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征在于還原反應(yīng)器(1)的排放排出氣體的導(dǎo)管(14)，要經(jīng)過一個CO2去除設(shè)備(17)，而用于排放分離出來的含CO2的廢氣的排放導(dǎo)管(36,37,37’)從CO2去除設(shè)備(17)引出而與熔爐氣化器(3)相通。
18．根據(jù)權(quán)利要求16或17的設(shè)備，其特征在于所述的氣體導(dǎo)管(37,37’)在熔爐氣化器(3)的下部通入熔爐氣化器(3)，大致位于熔爐氣化器(3)中形成的流態(tài)化床(38)的下底部。
19．根據(jù)權(quán)利要求16至18的任一項或幾項的設(shè)備，其特征在于所述的氣體導(dǎo)管(37)與一個用于含氧氣體的進(jìn)料導(dǎo)管(6)一起通入熔爐氣化器(3)(圖3)。
20．根據(jù)權(quán)利要求16至19的任一項或幾項的設(shè)備，其特征在于所述的氣體導(dǎo)管(37’)與一個用于粉塵的進(jìn)料導(dǎo)管一起通入熔爐氣化器(3)，優(yōu)選通過一個燃燒器(39)將所述粉塵送入熔爐氣化器(圖2,3)。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，其特征在于在用于還原氣體的進(jìn)料導(dǎo)管(4)中，設(shè)置一個粉塵分離器(4’)通過一個粉塵再循環(huán)導(dǎo)管連接到熔爐氣化器(3)上，所述的進(jìn)料導(dǎo)管(4)將熔爐氣化器(3)與還原反應(yīng)器(1)連接起來，并且所述的氣體導(dǎo)管(37’)與所述粉塵再循環(huán)導(dǎo)管一起通過一個粉塵燃燒器(39)通入熔爐氣化器(3)(圖2,3)。
22．根據(jù)權(quán)利要求16至21的任一項或幾項的設(shè)備，其特征在于在所述的氣體導(dǎo)管(36,37)中設(shè)置了一個脫硫裝置(18)。
23．根據(jù)權(quán)利要求16至21的任一項或幾項的設(shè)備，其特征在于安裝了兩個還原反應(yīng)器(1,20)，它們通過初次還原反應(yīng)器(1)的排出氣體導(dǎo)管(14)相互連接，而通過CO2去除設(shè)備(17)相互氣流導(dǎo)通，其中從CO2去除設(shè)備(17)排出的氣體任選地通過一個加熱裝置(22,25)通入二次還原反應(yīng)器(20)。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的設(shè)備，其特征在于一個用于排放所述二次還原反應(yīng)器(20)的排出氣體的傳輸導(dǎo)管(29)通入一個CO2去除設(shè)備(17)，優(yōu)選地通入用于二次還原反應(yīng)器的排出氣體的CO2去除設(shè)備(17)。
25．根據(jù)權(quán)利要求23或24的設(shè)備，其特征在于一個廢氣支導(dǎo)管(42)從所述的CO2去除設(shè)備(17)通入所述的加熱裝置(22)，以便提供作為一種加熱氣體的廢氣，從該加熱裝置(22)引出一個排放煙道氣的煙道氣排放導(dǎo)管(39,40)與熔爐氣化器(3)相互氣流導(dǎo)通(圖4)。
26．根據(jù)權(quán)利要求16至25的任一項或幾項的設(shè)備，其特征在于從排放排出氣體的導(dǎo)管引出一個排出氣體支導(dǎo)管并通向一個燃燒裝置，從該燃燒裝置引出一個煙道氣排放導(dǎo)管通入熔爐氣化器(3)中(圖5)。
27．根據(jù)權(quán)利要求25或26的設(shè)備，其特征在于一個換熱器，優(yōu)選地用于加熱一種含氧氣體，置于所述的煙道氣排放導(dǎo)管中(圖5)。
28．用根據(jù)權(quán)利要求1或8任一項方法生產(chǎn)的生鐵或鋼的預(yù)產(chǎn)品制成的商品，例如軋制件。
全文摘要
本發(fā)明涉及從鐵礦石以及可任選填料構(gòu)成的爐料,生產(chǎn)生鐵水或鋼水預(yù)產(chǎn)品的方法,其中所述的鐵礦石優(yōu)選具有塊狀和/或球團(tuán)形態(tài)。在上述工藝過程中,所采用的爐料在至少一個初次還原區(qū)(12)中直接還原成海綿鐵。在提供含碳材料(10)和含氧氣體的條件下,該海綿鐵在一個熔融氣化區(qū)(8)中熔化。生成了一種含有CO和H
文檔編號C10J3/00GK1212730SQ97192779
公開日1999年3月31日 申請日期1997年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月5日
發(fā)明者E·艾克伯格, G·施雷, F·勒菲, J·迪艾爾, G·羅森菲勒內(nèi) 申請人:奧地利鋼鐵聯(lián)合企業(yè)阿爾帕工業(yè)設(shè)備制造公司