[发明专利]用含氢和CO的还原气体源生产直接还原铁的方法和装置

权利要求书

1.一种使用含有一氧化碳和氢气的补充还原气体的来源在包括有还原反应器的还原设备中生产直接还原铁的方法，所述还原反应器具有上部还原区域和下部排出区域，铁氧化物在所述上部还原区域中经主要由氢气和一氧化碳组成的高温还原气体而被还原，且转化为含有金属铁的直接还原铁；

其特征在于，所述方法包括：

在300-600℃之间的温度下，从所述还原反应器的还原区域中排出热的用过的还原气体物流；

使所述热的用过的还原气体通过热交换器，在所述热交换器中将其温度降低至200-400℃的水平，然后通过冷却和净化站将其温度降低至100℃以下的水平，从而得到冷的用过的循环气体物流；

将所述补充还原气体物流与所述冷的用过的还原气体物流的至少一部分混合；

使混合气体通过CO₂分离单元，由此形成贫CO₂气体物流和载CO₂气体物流；

使所述贫CO₂气体物流通过所述热交换器，其中使用从自所述还原反应器中流出的所述用过的还原气体中回收的显热来在第一加热阶段中使所述贫CO₂气体物流的温度升高至低于450℃的水平而不使用任何燃料燃烧；

通过在燃烧腔中将所述加热的贫CO₂气体物流与含有分子氧的气体部分燃烧，或者通过一部分的所述加热的贫CO₂气体物流的完全燃烧并将燃烧产物与所述加热的贫CO₂气体物流的剩余部分相结合，来将所述加热的贫CO₂气体物流的温度上升至700℃以上；

将燃烧后的热气通入所述反应器的还原区域；以及

将直接还原铁从所述还原反应器的下部排出。

2.根据权利要求1所述的生产直接还原铁的方法，其中，将通入所述还原反应器的还原气体物流中的还原剂与氧化剂的比率定义为以体积比计（H₂+CO）/（H₂O+CO₂），所述比率至少为7。

3.根据权利要求1所述的生产直接还原铁的方法，其中，将通入所述还原反应器的还原气体物流中的还原系数定义为以体积比计（H₂+CO）/（H₂+CO+H₂O+CO₂），所述还原系数至少为0.87。

4.根据权利要求1所述的生产直接还原铁的方法，其中，所述还原反应器为移动床反应器。

5.根据权利要求1所述的生产直接还原铁的方法，其中，所述CO₂分离单元为变压吸附或真空变压吸附的吸收单元。

6.根据权利要求1所述的生产直接还原铁的方法，其中，所述CO₂分离单元为化学吸收单元。

7.根据权利要求1所述的生产直接还原铁的方法，其中，所述方法进一步包括：在所述燃烧腔中使所述贫CO₂还原气体的一部分与含有分子氧的气体部分或完全燃烧，并在所述燃烧腔的外部和/或内部将所述贫CO₂气体的其他部分与自所述燃烧腔中流出的热气相结合，以将所述贫CO₂气体的温度提升至足以用于所述还原区域中的铁矿石还原的温度，其中所述燃烧腔装备有用于实施所述部分或完全燃烧的合适的燃烧器。

8.根据权利要求5所述的生产直接还原铁的方法，其中，所述含有分子氧的气体为工业级纯度的氧气。

9.根据权利要求5所述的生产直接还原铁的方法，其中，所述含有分子氧的气体为富氧空气。

10.根据权利要求1所述的生产直接还原铁的方法，其中，所述贫CO₂气体和含有分子氧的气体的流速通过在所燃烧腔中的部分或完全燃烧以没有任何显著的烟尘形成的方式进行控制。

11.根据权利要求5所述的生产直接还原铁的方法，其中，通入所述燃烧腔的贫CO₂气体的部分为所有贫CO₂气体物流的50-70%之间。

12.根据权利要求1所述的生产直接还原铁的方法，其中，通过使在封闭回路中循环回收的冷却气体进行循环，从而在所述反应器的锥体内将所述直接还原铁冷却。