[发明专利]使用既含烃又含氢的气流还原金属氧化物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用既含烃又含氢的气流来还原金属氧化物，优选还原铁氧化物的方法。本发明还涉及实施这种方法的装置。

现有技术

在一体化的冶金工厂或独立操作的生产装置中，在生产焦炭时产生焦炉气，并且至今例如用作在板坯连续式加热炉或辊底式炉中的燃气用于在将其用于热风炉中之前维持高炉-炉顶煤气的热值，和用于电厂发电。其既含烃又含氢作为主成分，所述烃例如为一种或多种烃C_nH_2n+2 ，其中可以是n = 1或2或3或4；但主要是甲烷，即n = 1。在一些一体化的冶金工厂中，也使用焦炉气生产工业纯的氢，例如在退火炉中使用的。在一体化的冶金工厂中的焦炉气的典型的出现的组成如下：

虽然该焦炉气含可用于还原通常金属氧化物和特别是铁氧化物的成分如氢和一氧化碳，但由于烃-含量，在还原机组中仅能有限地还原金属氧化物，特别是铁氧化物，因为由于在将焦炉气供入还原机组时发生强烈的烃的吸热反应。

例如烃CH₄

CH₄ → 2H₂ + C              裂解作用   △H₂₉₈ = ＋74.86 [kJ/mol]

3Fe + CH₄ → Fe₃C + 2H₂      渗碳作用    △H₂₉₈ = ＋99.7 [kJ/mol]

该还原温度下降得太剧烈，这又大大限制了该还原机组的生产效率。

发明概述

技术目的

本发明的目的在于提供允许使用包含烃和氢的气流来还原金属氧化物的方法。本发明的目的同样在于提供实施所述方法的装置。

技术方案

所述目的通过使用既含烃又含氢的气流还原金属氧化物的方法得以实现，所述方法的特征在于，

将所述既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分，并且随后使至少部分量的富烃级分经受选自下列的至少一个操作

- 用工业纯的氧氧化

- 借助于CO₂和H₂O重整，

然后将其至少作为还原气的组分送入到包含金属氧化物的还原机组中，其中通过选自上述的至少一个操作如此调节烃-含量，使得在进入还原机组时所述还原气中的烃-含量在12体积%以下，优选在10体积%以下，特别优选在8体积%以下。

在此，金属氧化物例如可为铁氧化物，或镍、铜、铅、钴的氧化物。

所述金属氧化物的还原优选进行至尽可能金属化的金属-即金属化程度大于等于90 %，优选大于等于92 %-，例如是海绵铁。

本发明的有利效果

所述既含烃又含氢的气流可包含一种或两种或多种烃。例如其包含饱和的低级烃C_nH_2n+2，其中n = 1即甲烷，或n = 2即乙烷，或n = 3即丙烷，或n = 4即丁烷或异丁烷。其也可包含单不饱和或多不饱和的低级烃，其中例如是C_nH_2n，例如乙烯。其也可以包含芳烃，例如苯或甲苯。在所述既含烃又含氢的气流中也可以包含一种或多种通式为C_nH_m的烃，其中m可以是m = n，m = 2n，m = 2n+2。

根据本发明，将所述既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分。在此，所述富烃级分不仅包含烃，而且还包含其它组分如氩、氮、一氧化碳、二氧化碳和水蒸汽。术语富烃意指，与既含烃又含氢的气流相比，该级分具有更高的烃含量。所述富氢级分不仅包含氢。术语富氢意指，与既含烃又含氢的气流相比，该级分具有更高的氢含量。

分离后，使至少部分量的在分离中所得的富烃级分经受选自下列的至少一个操作

- 用工业纯的氧氧化

- 借助于CO₂和H₂O重整。