[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

说明书

技术领域

本发明涉及使用含有氢气和一氧化碳的还原气体的来源生产直接还原铁的方法和装置。

背景技术

近年来，由于生产成本提高，并由于通过环境保护法令而强加于钢厂的限制，提高炼钢工艺的效率和产率的需求变得更加紧迫。

正在被日益推广的一条成功的炼钢路线为基于气体的铁矿石的直接还原法，其通过在700-1100℃的温度级别下将循环的还原气体通过铁矿石颗粒的移动床来生产直接还原铁（DRI），在钢铁工业中也被称为海绵铁。通过化学还原将氧从铁矿石中移除以生产高度金属化的直接还原铁。

直接还原设备的一些优点为具有宽范围的生产能力，可在低的硫和硅含量下以固体形态生产金属铁，且得到的DRI可被作为电炉的原材料使用并且可组成其整个的炉料。

另外，还提供了一个特殊的技术优点，如果将作为还原反应的副产物而产生的CO₂的一部分从工艺中选择性移除，则相比较于其他的钢铁生产路线，排放至大气中的整个CO₂可显著地减少。

在直接还原设备中使用的还原剂为氢气和一氧化碳，通过在外部催化重整器中或在铁还原系统中的“原位”中的天然气的重整得到。然而，直接还原设备也可被设计为使用来自焦炉、高炉、煤的以气体形态的可利用的其他能量来源，或使用来自其他化学/冶金工艺的油汽化、天然气、含有氢气和一氧化碳的废气等等。

一个可能的还原气体的来源为基于煤的使用的生铁生产设备（例如高炉或工业中已知商标为Corex的设备）和直接还原反应器的联合设备中生产的多余的气体。Corex设备或高炉使用通过与含氧气体的部分燃烧得到的气化煤来生产生铁。从该工艺中撤出的已经排出的还原气体仍然含有H₂和CO，在将至少一部分的H₂O和CO₂移除后，可被用于还原反应。

Hauk等的美国专利US5238487公开了一种包含熔融气化炉、第一还原反应器和第二还原反应器的方法，其中在第二还原反应器中使用从所述第一反应器中流出的直接还原气体来生产DRI。如该专利中指出的，流出的还原气体在仅经过净化后，与脱水的用过的还原气体混合，并在CO₂移除单元中进行处理。从脱碳器中离开的气体随后在热交换器中加热，并最终进行部分燃烧以达到用于还原反应所要求的合适的温度。另外，本专利教导了使用硫氧化物和氯来抑制一氧化碳的分解。但是，该专利的所有实施例都使用了热交换器，其在部分燃烧加热步骤之前消耗燃料以加热还原气体。

Viramontes-Brown等的美国专利US5676732公开了一种在直接还原设备中使用来自第一还原反应器的多余的废气的改进的方法和装置，其中第一还原反应器接受来自熔融气化炉的还原气体。所述方法建议使用催化反应器或转换器，用于调整自所述第一反应器流出的气体物流的组成，以避免气体加热器中的碳沉积和腐蚀，所述气体加热器用于在新鲜气体进入还原反应器之前对其加热。为了从CO变换中得到最大产量的H₂产物，在固定床反应器中使用一种特殊的催化剂。由于该原因，必须进一步处理合成气以移除对催化剂有毒害的物质。

关于将来自汽化器的合成气作为还原气体的代替来源，Jahnke等的美国专利US6149859和US6033456描述了一种自汽化器中提供高压合成气至直接还原设备的整体工艺。在现有技术中，该专利建议在转换器中处理合成气以达到改变其组成的目的，从而当所述气体被加热到高于400℃的温度时（在直接还原设备的一个典型工艺气体加热器中实现的通常条件）避免碳沉积。如此，在专用单元中经处理除去CO₂以及被膨胀至直接还原回路的压力后，经调节的气体物流即可作为DRI工艺中的补充气体使用。

WO-A-2008/146112公开了在如美国专利US6149859和US6033456描述的工艺中设置单个吸收单元的另外的可能性，在该吸收单元中，将自汽化器中生产的合成气和自还原反应器中循环回收的还原气体的结合物流中的酸性气体成分移除。