[发明专利]用于再循环高炉煤气的方法和相关的装置

说明书

技术领域

本发明涉及高炉煤气的再循环方法，在其中，至少一部分来自高炉的煤气经历一CO₂净化步骤，以产生再被注入进高炉中的富CO气体。本发明此外涉及实施该方法的装置。

背景技术

高炉是气-液-固对流式化学反应器，其主要目的在于生产生铁，在之后通过减少生铁的碳含量转化为钢。

高炉在上部分的位置被供给固态物质，主要是烧结块、球团、铁矿石和焦炭。由生铁和熔渣组成的液体在炉床的位置被排送进高炉的下部分中。

含铁炉料(烧结块、球团和铁矿石)到生铁的转化在传统上由通过还原气体(尤其是容纳CO、H₂和N₂)减少铁氧化物进行，还原气体在位于高炉的下部分中的风口位置通过焦炭的燃烧形成，在高炉的下部分中的风口中注入被称之为热风的、温度在1000℃到1300℃之间的预热空气。

为了提高生产率和降低成本，还向风口中注入助燃燃料，如煤粉、燃油、天然气或其它燃料，这些燃料与给热风添加的氧气相结合。

在高炉的上部分的位置回收的气体被称之为炉顶煤气，主要由CO、CO₂、H₂和N₂组成，其各自比例大约为22％、22％、3％和53％。这些气体通常在工厂的其它部分作为燃料使用。高炉因此是重要的CO₂的生产着。

然而，自上个世纪开端，在CO₂在大气中的浓度显著提高面前，在大量产生CO₂的地方，和因此尤其是高炉，降低CO₂的排放是很重要的。

从这个角度讲，在近50年中，高炉对还原剂的消耗减半，以使得现今，在传统构型的高炉中，碳的消耗达到与热动力学定律相关的下极限。

已知的一种附加降低CO₂排放的途径在于：将净化CO₂和富CO的炉顶煤气再引入高炉中。富CO气体作为还原剂使用，从而允许降低焦炭的消耗，和因此降低CO₂排放。

在一优选构型中，CO的再引入在两个位置执行，一方面在温度大约为1200℃，更为宽泛地在1000℃到1300℃之间的风口的位置，和另一方面在高炉的炉身拐角附近，温度大约为900℃，更为宽泛地在1000℃到1300℃之间。参照图1对已知的该系统进行描述。

高炉1通过线路3在位点4被供给焦炭、烧结块、球团和铁矿石2。生铁和熔渣5在炉床的位置通过线路7在位点6进行回收。氧气和煤和/或其它辅助还原剂8在风口的位置通过线路10在位点9引入。

炉顶煤气在高炉的上部分的位点11通过线路12回收。这些炉顶煤气的一部分经过管路14输出到现场的另一装置中。其它部分的炉顶煤气通过管路15在高炉中进行再循环。

这部分用于进行再循环的炉顶煤气通过一CO₂净化器净化大部分CO₂。该净化器16可例如包括使用胺溶液的一种物理化学吸附方法、或称之为PSA(Pressure Swing Adsorption)的一种调压吸附方法，或称之为VPSA(Vacuum Pressure Swing Adsorption)的一种真空再生吸附方法，这些方法可与一附加致冷步骤相结合或不相结合，该附加致冷步骤用于产生纯CO₂17，纯CO₂准备用于存储在地下室(因此述及地质封存)或在特定应用中——如食品工业或出于开发目的在矿层中的辅助采烃。

富CO气体18继而在热交换器24，通常被称之为“热风炉”，中进行加热，继而在一上注入管线21的位点20以在700℃到1000℃之间的一温度，和在一下注入管线23的位点22以在1000℃到1300℃之间的一温度被引入高炉1中。

所要求的用于上注入管线21的富CO气体的比流量在300Nm³到600Nm³每吨生铁之间，和对于下注入管线23，在200Nm³到500Nm³每吨生铁之间。

这种构型的困难之处在于对流量的控制。实际上，在下23和上注入管线21中流动的富CO气体，对于上注入管线而言温度超过700℃，和对于下注入管线而言温度超过1000℃，和因此不可能使用常见的调节阀，这是因为常见的调节阀并不耐抗这类温度，特别地在还原气体的循环管线上。

发明内容