[发明专利]减少高炉的二氧化碳排放的方法和相关的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种减少高炉的二氧化碳排放的方法。本发明还涉及一种实施这种方法的装置。

背景技术

高炉是气-液-固对流式化学反应器，其主要目的是生产生铁，之后生铁通过减少其碳含量而转化为钢。

高炉通常在称为高炉的炉喉的高炉的上部分处被供给固体材料，主要是烧结块、球团、铁矿石和含碳材料，通常是焦炭。由生铁和熔渣组成的液体在炉床处被排送进高炉的下部分中。

含铁炉料(烧结块、球团和铁矿石)到生铁的转化传统地通过由还原气体(其尤其是包含CO、H₂和N₂)还原铁氧化物进行，其在位于高炉的低部分中的风口处通过含碳材料的燃烧形成，在位于高炉的低部分中的风口处注入被称为热风的、温度在1000℃到1300℃之间的预热空气。

含铁炉料的这种转化工艺在设备的两个不同区域中进行，这两个区域通过被称为热储存区的一中间区域分隔。热储存区的特征在于：与气体和固体实际上与被称为储存区温度的温度相同的事实相关的热交换的中止。这还引起在气体和固体之间的化学反应的中止，从而限定一化学储存区。

进行含铁材料的转化的两区域是：

-设备的低部分，被称为冶炼区，该冶炼区规定高炉的能量需求并允许实施铁氧化物从维氏体状态到金属铁的转化。该冶炼区还允许进行材料从储存区的温度到生铁的最终温度的加热和熔融。

-设备的上部分，被称为准备区，该准备区用作气体的热势和化学势的回收器。该准备区允许将材料从环境温度加热到储存区的温度，和将装载的铁氧化物(赤铁矿和磁铁矿)还原到维氏体状态。

为了提高生产能力和降低成本，注入辅助燃料——如粉煤、燃料油、天然气或其它燃料——到风口，与热风所富含的氧气相结合。

在高炉的上部分处回收的气体被称为炉顶气体，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的生产者。

然而，自上个世纪开始，在大气中CO₂的浓度显著提高面前，在大量产生CO₂的地方，和因此尤其在高炉处，减少CO₂的排放是很重要的。

从这个角度讲，在近50年中，还原剂的消耗量，和主要是所使用的含碳材料的消耗量减半，以使得现今，在传统构型的高炉中，碳消耗量已达到一方面与热动力学定律相关的，和另一方面与装载到设备的炉喉的含碳材料的属性和固有特性相关的下限。

发明内容

在此背景下，本发明提出一种方法，该方法显著地限制二氧化碳排放，而不需要对设备进行较大修改。

为此，本发明的减少高炉的二氧化碳排放的方法——其中，还原剂装载到炉喉，且粉化形式的辅助燃料注入到风口——的主要特征在于，装载到炉喉的还原剂包括木炭。

本发明的方法还可以包括单独地或组合地采用的以下可选的特征：

-装载到炉喉的木炭的单位消耗量小于装载到炉喉的还原剂的总量的20％。

-装载到炉喉的木炭的单位消耗量小于装载到炉喉的还原剂的总量的10％。

-装载到炉喉的还原剂的余下部分是石墨。

-装载到炉喉的木炭呈直径大于20毫米的块体的形状。

-该方法包括一筛选步骤，该筛选步骤将装载到炉喉的木炭块体与细木炭部分分开。

-细木炭部分以粉化形式注入到风口，作为对通常以粉化形式注入到风口的对应数量的辅助燃料的补充和/或替代。

-辅助燃料或者是矿物煤，或者是木炭。

本发明还涉及一种用于实施前文所定义的方法的装置。该装置的主要特征在于，该装置包括将木炭装载到高炉的炉喉的装载部件。

本发明的装置还可以包括单独地或组合地采用的以下可选的特征：

-装置包括一筛，以将用于装载到炉喉的木炭块体与细木炭部分分开。

-装置包括一磨碎机，在磨碎机中细木炭部分与含碳材料进行混合，由细木炭部分和含碳材料形成的整体用于注入到风口。

-对应的含碳材料或者是矿物煤，或者是木炭。

附图说明

通过阅读以下参照附图给出的说明，将更好地理解本发明，附图中：

-图1是根据第一变型的本发明的装置的示意图，其中来自筛选操作的细木炭部分在该方法中不再进行再利用，和