[发明专利]具有集成发电的高炉炼铁

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2008年12月5日提交的申请号12/329010的部分延续，其公开内容由此通过参考引入。

发明背景

本申请涉及富集供给到注射烃的炼铁高炉（iron-making blast furnace）的空气以及使用该炉的烟道气或炉顶气发电。“烃”表示包括燃料或还原剂，包括油、天然气、石油焦、煤及其他材料及其混合物。

“Oxygen blast furnace and combined cycle (OBF-CC) – an efficient iron-making and power generation process”, Y. Jianwei et al., Energy 28 (2003) 825-835中描述了炼铁和发电相结合的方法。

美国专利号5,268,019中描述了空气分离装置（ASU）以及在其中制备氧气的方法，其由此通过参考引入。在美国专利号5,582,029和WO 9728284-A1中描述了将炼铁工艺与ASU相结合的方法。

“Developments in iron making and opportunities for power generation”, 1999 Gasification Technologies Conference, San Francisco, California, October 17-20, 1999中描述了ASU和发电相结合的方法。该公开文件还描述了在炼铁生产中使用煤以降低所需焦炭的量。

美国专利号6,216,441 B1公开了在其在燃气轮机或联合循环发电设备（combined cycle power plant）中燃烧之前从烟道气或炉顶气中除去惰性气体。

以上所述专利和专利申请的公开内容由此通过参考引入。

现有技术中需要将煤气化和高炉富氧炼铁生产与发电相结合，以及如果需要，与二氧化碳去除和隔离（sequestration）相结合的集成系统。

发明简述

本发明通过提供基于使炉顶气中的热量或热值最大化的集成系统，解决与将常规炼铁方法与由炉顶气的燃烧更高效联合循环发电相结合关联的问题，同时提高了炉铁水（hot metal）生产的生产率。该集成系统包括以其中实现以下至少一种的方式操作该高炉：a）粉煤注入（PCI）速率最大化并结合b）用氧气对供给该高炉的空气进行“超富集”（例如通过ASU、膜以及其他适于制氧的装置），其中用氧气对鼓风的“超富集”表示富集该鼓风至大于约32％且至多约70％摩尔体积（例如至少40％-约60％摩尔体积）的氧浓度，c）在该富氧鼓风中添加蒸气以提高氢气的产量以及控制高炉下部的温度（例如蒸气能够从该联合循环（CC）蒸气轮机中提取），和d）使焦炭消耗速率最小化到在该矿石还原工艺过程中足以提供支撑和透气性的程度。该超富集的空气（以及任选地蒸气）增强了该炉内的煤气化以产生还原气体CO和H₂，由此替代了更昂贵的冶金焦炭。该超富集的空气还提供了以下至少之一：a）提高该炉中的煤用量，b）更完全的气化；c）提高所提供的高炉的炼铁生产率；和d）产生更高热值或含燃料的炉顶气，该炉顶气能够与下游工艺相配合以使下游工艺操作的效率最大化（例如在一些情况中，有很少或没有补充燃料）。

使PCI注入最大化实现了该高炉的有效脱硫和能量转化特征，以与下游炉顶气处理和转化工艺和设备相结合产生能量、合成气、蒸气以及其他益处中的至少之一。具有PCI注入的高炉操作能够与超富集空气相结合，其能够消除对传统热风炉的需求。

本发明的一个方面涉及与联合循环发电集成的炼铁和煤气化。

本发明的另一方面涉及炼铁生产和煤气化，其中注入该高炉中的氧气是由ASU产生的，其也与联合循环燃气轮机集成以提供用于冷却和质量增强的氮气，将来自为该燃气轮机供给燃烧空气的压缩机的任意过量的压缩空气供给该ASU。

本发明的另一方面涉及炼铁生产和煤气化，其与联合循环发电以及二氧化碳捕获以用于可能的隔离集成，其两者都是由使用超富集氧的鼓风导致的炉顶气中的N₂浓度降低所造成和增强的。捕获或除去二氧化碳能够提高炉顶气的燃料值，降低或消除在任选的循环回路中供给到该炉的二氧化碳的量，以及其他益处。

本发明的另一方面涉及炼铁生产和煤气化，其与联合循环发电和二氧化碳捕获集成，在该二氧化碳去除和捕获步骤之前另外包括变换反应器，以能够除去和捕获更大比例的二氧化碳。