炼铁方法和装置制造方法及图纸

炼铁方法和装置，其中废气作为还原气体再循环，并且其中在CO/CO2分离单元的上游和/或下游取出一部分废气，使所述取出的废气进行水煤气变换反应以生成H2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】炼铁方法和装置，其中废气作为还原气体再循环，并且其中在CO/CO2分离单元的上游和/或下游取出一部分废气，使所述取出的废气进行水煤气变换反应以生成H2。【专利说明】炼铁方法和装置本专利技术涉及炼铁方法，例如铁还原方法和铁还原&冶炼方法，和相应的装置，其中废气作为还原气体部分地再循环。这种方法和装置的一个实例是炉顶气体再循环高炉(Top Gas Recycle BlastFurnace,下文称作 TGRBF)。这种类型的高炉的其它已知名称包括:超低C02炼钢高炉或ULCOS高炉、氧气高炉OBF和无氮高炉。TGRBF降低高炉中的焦炭消耗，其中焦炭消耗是铁还原操作的重要成本因素。TGRBF也是炼铁工业中用于降低CO2排放的优选解决方案之一，其通过捕获和/或内部或外部利用和/或封存由还原过程生成的CO2降低CO2排放。TGRBF的基本原理是将高炉湿废气(被称作炉顶气体)分离成一方面富CO2部分，另一方面富CO部分。将其中获得的富CO部分作为碳源注入高炉，由此降低每吨铁所需的焦炭量和生成的CO2量。在高炉中，注入的CO也充当冶炼工艺中的还原气体并提高生产率。为了 TGRBF的有效运行，炉顶气体必须富集碳氧化物(CO2和CO)。迄今已知使用由富氧空气或氧气构成的高炉。在实践中，不可能系统地将整个富CO分再循环至高炉，需要吹扫或放气以避免再循环气体逐渐富集污染物和惰性物，例如n2。在We1-Hsin Chen、Mu-Rong Lin 和 Shan-Wen Du 著的文章《An evaluationof hydrogen production from the perspective of using Blast Furnace gas andcoke oven gas as feedstocks)), International Journal of Hydrogen Energy,第 36卷，ISSuel8，第11727-11737页中，已经提出在从中脱除CO2之前或之后对高炉炉顶气体施以水煤气变换反应(CCHH2O — C02+H`2)，其中获得含H2的无CO流，其可作为还原气体注入高炉或用在其它地方。但是，以这种方式没有有效的碳源(即CO)再循环到高炉中。因此，与⑶再循环至高炉时相比，TGRBF工艺的目的卿降低焦炭消耗)减损，且每吨铁生成的CO2量提闻，以致CO2排放提闻或CO2捕获和封存的成本提闻。此外，将所有闻炉炉顶气体(无论是在从中脱除CO2之前还是之后)送入水煤气变换反应器所需的设备需要相当大和通常抑制性的资本投资。在W02010/057767中也已经提出使用来自冶金反应器(例如COREX?反应器、FINEX?反应器或高炉)的输出气体以生成具有指定h2/co比的气体，这种气体用作化学合成工艺(例如甲烧、甲醇、羰基合成醇oxo-alcohol或费托燃料生产)中的原材料。根据W02010/057767，通过使至少一部分输出气体在由另一部分输出气体的燃烧生成的水蒸气存在下进行CO转化步骤，获得具有预定h2/co比的气体。在这种方法中，转化成含H2-CO-的气体的输出气体部分必须使得足够的气体能够产生，以用作下游化学合成法中的原材料，由此限制输出气体的可能的其它用途。本专利技术的一个目标是提供改进的炼铁法，其中将废气作为还原气体部分地再循环，而不损失再循环效率并具有改进的废气利用。特别的目标是提供这样的铁还原和/或冶炼法。本专利技术的另一目标是提供用在这种改进的炼铁法中的炼铁装置，特别是铁还原和/或冶炼装置。根据本专利技术，如下实现了改进的废气利用:首先在分离单元前在废气仍含有显著量的CO2时、和/或在分离单元后以几乎不含或不含CO2的富CO气体的形式，从再循环回路中取出一部分废气，然后使用废气的所述取出部分生成氢(氢是有价值的商品)。本专利技术因此涉及一种炼铁方法，其中用至少一种氧化剂燃烧至少一种燃料且其中生成至少一种含有CO2和CO的废气。将所述废气分离成富CO2部分和富CO部分。将所述富CO部分的至少第一部分再循环并用作该炼铁方法中的还原气体。取出一部分废气，并通过使废气的所述取出部分进行水煤气变换反应而生成h2。如上文所述，可以在分离成富CO2部分和富CO部分之前取出废气的所述部分。也可以在将废气分离成富CO2部分和富CO部分之后作为富CO部分的第二部分取出废气的所述部分。也可以在如上所述的分离之前和之后都取出废气。优选作为富CO部分的一部分取出废气。适宜地进行这种一部分废气的取出以使取出的部分含有该炼铁法生成的废气中存在的CO的不到20%。这样，可以使充足的CO再循环并用于该炼铁法，同时可避免再循环气体逐渐富集污染物和惰性物，特别例如n2。炼铁工艺(例如铁还原和/或冶炼工艺)是复杂的工艺，其需要例如铁矿石准备和供应、燃料准备和供应、气体压缩等步骤。在本专利技术的方法的上文描述中，仅明确提到了本专利技术区别于现有技术的必要技术特征。铁冶炼操作所需的其余工艺步骤是默示的。通常，废气含有CO2、H2O和CO，可能还含有H2、NjPAr。例如:在TGRBF的情况中，用可能富氧的鼓风、任选地还用单独注入的氧气燃烧焦炭和可能的煤，其中生成主要含有C02、H2O和CO+少量百分比的H2、N2和Ar的被称作炉顶气体的废气。将所述废气分离成一方面富CO2部分、另一方面富CO部分，其中使用至少一部分所述富CO部分作为高炉中·的还原气体。在再循环回路的某阶段，取出一些炉顶气体。根据本专利技术，至少部分地利用所述取出的炉顶气体，即，对其施以水煤气变换反应以生成有价值的H2。在提纯单元中将借助水煤气变换反应生成的H2进一步提纯。根据本专利技术，有利地通过对废气的取出部分施以被称作“酸气变换工艺(sourshift process)”的催化工艺而生成H2。为了改进制氢工艺的效率，可以在水煤气变换反应上游压缩废气的取出部分，优选不冷却。在提纯单元中，借助水煤气变换反应器生成的H2有利地提纯至含有不到I体积％含碳化合物(例如CO、CO2、烃等)和优选不到IOppm含碳化合物的水平。在该情况中，纯化的H2例如可用于下游炼铁或炼钢工艺，例如镀锌工艺。关于生成的氢气的其它预期利用，例如在化学生产工艺中，可能指示提纯至至少90体积％ H2的纯度，优选至少95体积％的纯度，更优选至少99体积％的纯度。H2提纯单元有用地包括吸附单元，优选变压吸附单元，或吸附单元与膜提纯单元的组合。优选使用吸附单元，特别是变压吸附单元。H2提纯单元的废气流通常非常富含N2,并例如通过燃烧(突然燃烧)来处置。所述至少一种燃料通常包括焦炭或煤或二者的组合。至少一种氧化剂有利地是富氧空气或氧，通常具有工业纯度(至少80%的O2，优选至少90%的O2，更优选至少95%的02)。使用富氧空气和甚至氧可以降低要分离成富CO2部分和富CO部分的废气中的N2量。可以将该废气在分离成富CO2部分和富CO部分之前压缩，优选压缩至20至25巴(绝对)的压力，以改进分离工艺的效率。在例如TGRBF的情况中，借助本领域中所谓的炉顶气体压缩机压缩这种炉顶气体。由于炼铁废气通常含有颗粒物，理想地将该废气在分离成富CO2部分和富CO部分之前过滤。因此可以将该废气在分离前过滤和之后压缩。在分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
炼铁方法，包括（a）用至少一种氧化剂燃烧至少一种燃料，（b）生成至少一种含有至少CO2和CO的废气，和（c）废气再循环，其中：·将至少一部分废气分离成富CO2部分和富CO部分，和·将所述富CO部分的至少第一部分再循环并用作所述炼铁方法中的还原气体，和其中在分离成富CO2部分和富CO部分之前将一部分废气取出，和/或在分离成富CO2部分和富CO部分之后作为富CO部分的第二部分取出，其特征在于通过使废气的所述取出部分进行水煤气变换反应而生成H2，且特征在于在提纯单元中将借助水煤气变换反应生成的H2进一步提纯。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：X·特拉维萨，R·杜贝蒂尔格勒尼耶，S·德利蒙，P·科特，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR