[发明专利]使用焦炉气和氧气炼钢炉气将氧化铁还原为金属铁的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

非临时性的本专利申请/专利是在2011年5月13日提交的、标题为“使用焦炉气和氧气炼钢炉气将氧化铁还原为金属铁的系统和方法”的共同未决美国专利申请号13/107,013的部分继续，其要求在2010年5月14日提交的、标题为“使用焦炉气和氧气炼钢炉气将氧化铁还原为金属铁的系统和方法”的美国临时申请号61/334,786的优先权，两者的内容均通过引用全部结合在此。

发明领域

本发明概括地涉及在具有焦炉和/或氧气炼钢炉的联合钢铁厂等中将氧化铁还原为金属铁的新型系统和方法。更具体地，本发明涉及使用焦炉气和氧气炼钢炉气将氧化铁还原为金属铁的新型系统和方法。

发明背景

联合钢铁厂等典型地具有焦炉和/或氧气炼钢炉，并且将过剩的伴生气用于加热和发电。在许多应用中，期望利用伴生的焦炉气(COG)和/或伴生的碱性氧气炉气(BOFG)将氧化铁还原为处于直接还原铁(DRI)、热直接还原铁(HDRI)或热压块铁(HBI)形式的金属铁。COG和BOFG两者均含有显著百分比的一氧化碳(CO)和氢(H₂)，它们是将氧化铁还原为金属铁的主要还原剂。COG还含有20+％的甲烷(CH₄)，所述甲烷可以在适当条件下与二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)重整而形成CO和H₂。BOFG可以含有多至20％的氮(N₂)，所述氮可以在例如再循环系统中积累至非常高的程度。

发明简述

在各种示例性实施方案中，本发明提供了当还原剂的外部源是COG和BOFG(后者也称为氧气炼钢炉气)中之一或两者时，将铁矿石直接还原的经济的方法。从竖炉废气和BOFG的混合物中，除去CO₂，所述竖炉废气得自本领域普通技术人员公知的常规直接还原竖炉。随后将此贫CO₂气与净化的COG混合、润湿、并在间接加热器中加热。随后，向被加热的还原气中注入氧(O₂)，以进一步提高其温度。此热还原气流动至直接还原竖炉，在该处热还原气中的CH₄通过与DRI/HDRI接触而经历重整，随后将氧化铁还原。用过的热还原气作为竖炉废气退出直接还原竖炉，在废热锅炉中产生蒸汽，在冷却洗涤器中得到净化，并且被压缩并再循环加入到新鲜的BOFG中。一部分竖炉废气被送至加热燃烧器。

对于BOFG，其他的预期用途包括作为向用作间接加热器的顶部气体燃料的经净化的/冷却的竖炉废气的补充。类似地，COG也可以用于各种其他目的。在间接加热器中被加热的COG优选首先被净化掉复杂的烃类，(从而相应地减低并潜在地消除了对于BOFG补充的需要)，这些烃类会经由氧化处理(即部分燃烧)等污染间接加热器。也可以使用含有或不含有复杂的烃类的COG补充用于间接加热器的顶部气体燃料，作为直接还原竖炉过渡区注入气，和/或使最终还原气流增浓。本文以下部分更详细地描述了所有这些不互相排斥并可以以任何组合使用的可能性。

本发明的一个目的是使可以由给定量的COG和/或BOFG制得的DRI、HDRI或HBI的量最大化。

本发明的另一个目的是，提供一种在COG和/或BOFG的量变化情况下的有效方法。

本发明的进一步的目的是，通过除去外部催化重整装置而使设备最少化，并因此使工厂成本最小化，所述外部重整装置会被用于通过将COG中的CH₄与来自竖井废气和BOFG中的氧化剂重整而生成CO和H₂。与使用外部催化重整装置相比，将贫CO₂气、贫CO₂的BOFG和COG的混合物在间接加热器中加热，接着进行O₂注入并在直接还原竖炉中重整，花费较少。

本发明的再进一步的目的是使直接还原竖炉在与别的方式中可能会被允许的压力相比更低的压力下作业，因为通过添加BOFG降低了被递送至直接还原竖炉的热还原气中的CH₄浓度。

本发明的再进一步的目的是，通过使用一部分的用过的热还原气作为间接加热器燃料而将N₂的积累限制在可接受的程度。