[发明专利]用于将含金属的物质还原成还原产物的方法和装置

说明书

本发明涉及用于将含金属的物质还原成还原产物的方法。本发明 还涉及用于将含金属的物质还原成还原产物的装置。

含金属的物质，例如金属-氧化合物、金属氧化物(例如铁氧化 物)的还原一直在大规模还原炉中进行。为还原铁-氧化合物，一个 多世纪以来，鼓风炉一直是从含金属的物质例如铁-氧化合物或铁矿 石中生产生铁的广泛使用的设备。在这些鼓风炉中主要的还原剂和化 学能来源一直是焦炭。

焦炭通过在无氧的条件下焙烧煤来生产以脱除挥发性烃并赋予所 述焦炭以对于稳定的鼓风炉操作来说至关重要的性质。从环境的观点 看，焦炭生产是成问题的，因为许多挥发性烃是危险的。而且不是所 有类型的煤都适合生产焦炭。此外，对于焦炭生产的副产物的需求已 经降低。因此，降低鼓风炉的焦炭消耗和整体的燃料消耗一直是最近 开发的主要焦点。将煤直接注入鼓风炉中是这些开发之一。也已经开 发了新的工艺以避开鼓风炉工艺，例如铁矿石的直接还原。

直接还原包括用还原剂还原铁矿石生产铁，该还原剂在低于铁的 熔点的温度下可以是固体还原剂或气态还原剂。固体还原剂可以是任 何尺寸的煤，而不是焦炭。气态还原剂的实例是天然气、氢气和一氧 化碳(CO)。

铁矿石的直接还原可以产生直接还原的固体铁形式的最终还原产 物，或与冶炼设备结合，产生液体产物。直接还原方法的最终还原产 物可以排出到第二反应器中用于熔融和任选地进一步精炼，或冷却并 存储待以后使用。

当前，将来自集成钢制品的锈和矿泥作为原料在矿石制备阶段再 循环。这些废物，通常称作“细粉”，可含有含铁的化合物例如铁氧 化物。然而，由于在这些细粉中的金属例如锌或锌化合物的含量，这 些元素的聚集、和对于装入鼓风炉中的这些金属的量的限制，这些废 物经常不得不以其它方式回收或抛弃，导致额外的成本或环境负担。

从WO2005/116273得知一种还原铁矿石的方法，其基于在流化床 中在第一容器中提供固体碳质物质例如煤和含氧气体并产生热量，将 煤转化为碳，并排出含有CO的热出口气，该CO由所述碳的部分氧化 而生成。然后将该CO、碳和不可避免的剩余固体颗粒(例如灰份)带 至第二容器，在那里含金属的物质被至少部分还原。该含有至少部分 还原的铁矿石细粉的固体还原产物可以根据需要进一步加工，例如在 用于第二还原阶段的流化床中进一步加工以实现更高的还原程度。作 为至少900℃的高工艺温度的结果，所述铁矿石细粉倾向于形成炉结 和聚集物。该粘结行为受到在所述第一容器中形成的碳的过量的量的 控制。其它缺点是大量的复杂且危险的烃的形成。必须避免这些烃的 冷凝，这需要脱除或后燃烧所述出口气同时必须防止金属的再次氧化。 而且，因为高操作温度和随之发生的热损失，直接还原方法的能量效 率通常低下，导致高的碳消耗速率。该高操作温度也导致生成显著量 的有害的氮-氧化合物(NOx气体)或，在还原性气氛中，生成氨型 化合物。此外，因为煤中存在硫，基于直接使用煤的直接还原工艺不 得不处理更高含量的硫。

US3788835公开了铁矿石还原方法，其中该方法的主要部分使用 气态还原剂例如甲烷来实施，该甲烷在高温下离解成氢气和CO。用气 态还原剂进行铁矿石的还原直至实现约85-90％的金属化程度。在其 中实现主要部分的金属化的区域中，碳沉积在矿石上同时矿石被还原。 在达到约85-90％的金属化程度后，然后在单独的惰性阶段使所沉积 的碳与任何剩余的氧化物相互作用，导致金属化程度的增加在0.5％ 和2.5％之间。

EP1568793公开了在其中用碳来还原金属-氧化合物的还原反应 中还原金属-氧化合物的方法，其中金属充作该还原反应的催化剂。 EP1568793公开了实施该反应的反应器类型，其包括挤出机型螺杆作 为固体反应物的输送设备。

本发明的目标是提供使用固体碳作为还原剂直接还原含金属的物 质的方法和装置。

本发明的另一个目标是提供还原金属-氧化合物的方法和装置， 其可操作在相对低的温度下以增加能量效率和/或产生更低量的危险 出口气，例如烃和/或NOx气体。

本发明的另一个目标是提供还原金属-氧化合物的方法和装置， 其可导致增加的每单位重量的还原的金属的碳效率。

为实现一个或多个这些目标，提供了将含金属的物质还原为还原 产物的方法，所述方法包括以下步骤：