处理金属矿石的方法和金属生产用的高炉技术

本发明专利技术涉及一种处理金属矿石的方法和金属生产用的高炉，方法包括以下步骤：在高炉炉身中还原金属矿石，尤其为金属氧化物；在高炉炉身中产生含有CO2的炉气；自高炉炉身排放炉气；将炉气的至少部分直接或间接引导至CO2转换器中；及在存在化学计量过量的C的情况下，在CO2转换器中将含于炉气中的CO2转换成由载气及C粒子组成的气溶胶；将来自CO2转换器的气溶胶的至少第一部分引导至高炉炉身中；及将H2O引入至高炉炉身中。藉助于反应C+H2O→CO2+2H，在高炉中产生引起金属矿石的快速还原的初生氢。金属矿石的还原速度因此增加，且可能增加高炉输送容量或减小高炉大小。呈流体形式的气溶胶可易于引入至高炉炉身中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】处理金属矿石的方法和金属生产用的高炉
本专利技术是有关于一种高炉以及一种用于操作高炉的方法，所述制程可用于增加容量或产量。
技术介绍
冶金设备是用于处理金属矿石的设备，其中此种冶金设备的中心元件为高炉。这些冶金设备为长期已知的。高炉被馈送有包括金属矿石、添加剂及发热材料的原料。煤或焦碳通常用作发热材料，其中煤及焦碳一方面通过在存在空气的情况下燃烧来产生热，且其中煤及焦碳也充当金属矿石的还原剂，此是因为金属矿石基本上由金属氧化物组成。当还原高炉中的金属矿石时，产生各种气体，这些气体被统称为炉气或烟道气。炉气通常含有大量二氧化碳(CO2)。二氧化碳为温室气体，且因为这些温室气体被视为对气候不利，所以近年来已作出愈来愈多的努力来防止产生温室气体或将其转化。在金属生产领域中，总体目标为使用尽可能少的原料及发热材料，此是因为这些材料为昂贵的且其输送为昂贵的。已作出许多努力来减少用于生产制程中的焦碳/煤的量。一种方法为将煤尘吹入高炉中，且另一种方法为在高炉自身中或在高炉外部的单独气化反应器中产生一氧化碳作为还原气体。自EP09318401A1已知，将还原金属矿石所需的一部分碳以替代还原材料的形式吹入高炉中。在此意义上，例如，天然气、重油、粉煤及具有高碳含量的类似材料可用作替代还原材料。可直接将这些材料吹入高炉炉身中或可在高炉炉身外部在单独气化反应器中气化以便形成还原气体。随后，可将此种反应气体引导至高炉炉身中。自EP09318401A1已知的方法可提供减少所消耗煤或焦碳的量的可能性，且使得能够将难以处理的材料用作替代还原材料，但在金属生产制程中的高CO2排放量的问题尚未得到解决。自公开德国专利申请案第102013009993号已知一种高炉及一种用于处理金属矿石的方法，与先前使用的冶金设备相比，所述高炉及制程适合于减少在高产量下的CO2排放量且减少添加剂及发热材料的量。此外，DE102004036767B4揭示一种用于在高炉中产生生铁的方法，所述方法通过与添加的氧气及烃一起馈送至炉中的无CO2炉气操作。DE1928981A1描述一种用于在高炉中产生生铁的方法，其中炉气不含粉尘，随后添加烃。接着对炉气加热且将其馈送回高炉中。自WO2012/085449A1已知一种用于在高炉中产生生铁的方法，其中已自接着馈送回高炉炉身中的炉气移除CO2。
技术实现思路
本专利技术是有关于一种处理金属矿石的方法和金属生产用的高炉，与目前使用的冶金设备相比，所述高炉及制程适合于减少在高产量下的CO2排放量，且其中添加剂及发热材料的量得以减少。此外，高炉的容量将增加。本专利技术的目标是通过一种用于处理金属矿石的方法来达成，所述方法包括以下步骤：在高炉炉身中还原金属矿石，尤其是金属氧化物；在高炉炉身中产生含有CO2的炉气；自高炉炉身排放炉气；将炉气的至少一部分直接或间接地引导至CO2转换器中且在CO2转换器中在存在化学计算过量的C的情况下，将含于炉气中的CO2转换成由载气与碳(C)粒子组成的气溶胶；将来自CO2转换器的气溶胶的第一部分引导至高炉炉身中；将来自CO2转换器的气溶胶的第二部分引导至进一步处理制程。取决于CO2转换器的构造，存在由CO2转换制程产生的大量气溶胶和/或CO，其并非高炉炉身中还原金属矿石所需的。因此，另外产生的气溶胶和/或CO可用作进一步处理制程的原料或能量源。或者，首先燃烧来自CO2转换器的气溶胶的第二部分以形成含CO2排气混合物，之后将气溶胶的第二部分以此排气混合物的形式传递至进一步处理制程。因此，所产生的气溶胶可用作能量源。取决于进一步处理制程的实施，需要提供CO2作为原料。再来，将水蒸汽H2O引入至高炉炉身中，且经由分开的喷嘴实现将气溶胶引入至高炉炉身中及将水蒸汽引入至高炉炉身中。因此，可设置用于引入气溶胶及引入水蒸汽的最佳化喷嘴，但仍可达成通过初生氢进行的快速还原。因此，在高炉中通过反应C+H2O→CO+2H产生导致金属矿石的快速部分还原的初生氢。金属矿石的还原速度藉此增加且有可能增加高炉的输送容量或减小高炉的大小。易于将呈流体形式的气溶胶引入至高炉炉身中。进一步处理制程为以下中的一个：进一步处理制程可以是燃料电池中的氧化制程或气体引擎或气体涡轮机中的燃烧制程，借助于这些制程，可以从自CO2转换器排出的气溶胶或CO气体混合物的可燃烧部分提取热或机械动力。进一步处理制程可以是生物转换器中的生物转换制程，使用微生物或藻类根据以下净反应式中的一或多者进行生物转换制程：a)6CO+3H2O→C2H5OH+4CO2；b)6H2+2CO2→C2H5OH+3H2O；c)2CO+4H2→C2H5OH+H2O。因此，可通过添加氢气将氛围中的CO及尤其不需要的CO2转换成乙醇。通过适当选择微生物或藻类，也可产生煤油、柴油、汽油、甲醇或其他燃料。在此实施例中，进一步处理制程为生物转换器中的生物转换制程，且当使用微生物或藻类时，将所引入的气体CO及CO2转换成煤油、柴油、汽油、甲醇或另一燃料作为最终产物。进一步处理制程还可为将合成气体转换成官能化和/或非官能化烃(较佳为石蜡、煤油、柴油、汽油、液化煤气或甲醇)的转换制程。因此，可由大量CO气体产生可售产物，CO气体是直接产生的或呈CO/C气溶胶的载气形式且并非高炉炉身中还原金属矿石所需的。在方法的另一实施例中，在将气溶胶引导至高炉炉身中之前将一些水蒸汽H2O添加至气溶胶。藉此，较佳在将气溶胶引导至高炉中之前，将与产生含少量氢气的合成气体CO/H2所需一样多的水蒸汽H2O添加至气溶胶。因此，产生充当可易于被引入至高炉炉身中的还原剂的气体。根据方法的另一实施例，其中将炉气间接投送至CO2转换器，首先燃烧炉气以形成含CO2排气混合物，之后将炉气以此排气混合物的形式传递至CO2转换器，且接着在CO2转换器中将其进行转换。因此，含于炉气中的CO及其他易燃成分用作能量源。取决于进一步处理制程的实施，有利的是，含CO2排气混合物的一部分绕过CO2转换器且将其引导至进一步处理制程，以便将CO2提供至进一步处理制程作为原料。在方法的一个实施例中，将炉气的一部分直接(即，使其绕过CO2转换器)传递至进一步处理制程。藉此，可将大量CO2提供至进一步处理制程。也有可能提供具有所要CO比CO2比率的气体混合物以用于进一步处理制程。较佳地，将气溶胶的一部分引入至高炉炉身中在熔融浴表面上方的下部区域中，详言之，引入包括鼓风气体进入点的区域中。因此，可将气溶胶作为还原剂引导至高炉炉身的还原区中。此外，当转换现存高炉以便根据此处正描述的制程操作时，先前存在的鼓风喷口可用作气溶胶的入口。较佳将气溶胶的一部分引导至沿着高炉炉身定位的一或多个气溶胶引入点。藉此高炉炉身的不同区中的转换制程可受到影响，且制程得到良好控制。气溶胶引入点视情况部分地位于高炉炉身中熔融浴表面下方。因此，可在需要时达成熔融金属的还原制程。在方法的一个实施例中，将额外碳引入至高炉炉身的下部区域中使其与熔融浴接触，以便降低金属的熔点。在方法的一个实施例中，在CO2转换器中将CO2转换成气溶胶是在800℃至1700℃的温度下发生。在这些条件下，实现Boudouard平衡的建立，且藉助于Boudouard平衡，将高比例引入CO2转换成CO。藉此，若添加摩尔过量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理金属矿石的方法，包括以下步骤：在高炉炉身(2)中还原金属矿石；在所述高炉炉身(2)中产生含有CO2的炉气；自所述高炉炉身(2)排放所述炉气；将所述炉气的至少一部分直接或间接地引导至CO2转换器(4)中，且在存在化学计量过量的C的情况下，在所述CO2转换器(4)中将含于所述炉气中的所述CO2转换成由载气及C粒子组成的气溶胶；将所述气溶胶的至少第一部分自所述CO2转换器(4)引导至所述高炉炉身(2)中；以及将H2O引入至所述高炉炉身(2)中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.28 DE 102013018074.01.一种用于处理金属矿石的方法，包括以下步骤：在高炉炉身(2)中还原金属矿石；在所述高炉炉身(2)中产生含有CO2的炉气；自所述高炉炉身(2)排放所述炉气；将所述炉气直接或间接地引导至CO2转换器(4)中，且在存在化学计量过量的碳的情况下，在所述CO2转换器(4)中将含于所述炉气中的所述CO2转换成由载气及碳粒子组成的气溶胶；将所述气溶胶的第一部分自所述CO2转换器(4)引导至所述高炉炉身(2)中；其中将来自所述CO2转换器(4)的所述气溶胶的第二部分馈送至进一步处理制程；或其中首先燃烧来自所述CO2转换器(4)的所述气溶胶的所述第二部分以形成含CO2的排气混合物，之后所述气溶胶的所述第二部分以所述含CO2的排气混合物形式被传递至所述进一步处理制程；将水蒸汽H2O引入至所述高炉炉身(2)中，且其中经由分开的喷嘴实行将所述气溶胶引入至所述高炉炉身(2)中及将所述水蒸汽H2O引入至所述高炉炉身(2)中；以及其中所述进一步处理制程为以下中的一个：气体引擎或气体涡轮机中的燃烧制程或燃料电池中的氧化制程；生物转换器中的生物转换制程，且是使用微生物或藻类根据以下净反应式中的一或多个来进行：a)6CO+3H2O→C2H5OH+4CO2；b)6H2+2CO2→C2H5OH+3H2O；c)2CO+4H2→C2H5OH+H2O；以及转换制程，在所述转换制程中将合成气体转换成官能化和/或非官能化烃。2.根据权利要求1所述的用于处理金属矿石的方法，其中在将所述气溶胶引导至所述高炉炉身(2)中之前，另外将一些水蒸汽H2O添加至所述气溶胶。3.根据权利要求2所述的用于处理金属矿石的方法，其中在将所述气溶胶引导至所述高炉炉身中之前，将与产生含少量氢气的合成气体CO/H2所需同样多的所述水蒸汽H2O添加至所述气溶胶。4.根据权利要求1所述的用于处理金属矿石的方法，其中在将所述炉气间接引入至所述CO2转换器(4)的状况下，首先燃烧所述炉气以形成含CO2的排气混合物，之后所述炉气以所述含CO2的排气混合物的形式被传递至所述CO2转换器(4)且在所述CO2转换器(4)中转换。5.根据权利要求4所述的用于处理金属矿石的方法，其包括将所述含CO2的排气混合物的一部分绕过所述CO2转换器(4)而引导至所述进一步处理制程的其他步骤。6.根据权利要求1所述的用于处理金属矿石的方法，其中将所述炉气的一部分绕过所述CO2转换器(4)直接传递至所述进一步处理制程。7.根据权利要求1所述的用于处理金属矿石的方法，其中将额外的碳引入至所述高炉炉身(2)的下部区域中以与熔融浴接触。8.根据权利要求1所述的用于处理金属矿石的方法，其中在所述CO2转换器(4)中，将所述CO2转换成所述气溶胶是在800℃至1700℃的温度下发生。9.根据权利要求1所述的用于处理金属矿石的方法，其中所述CO2转换器(4)包括多个交替操作的转换器腔室，其中通过化学计量过量的碳实施CO2在第一转换器腔室中的转换，以形成具有碳粒子的所述气溶胶；以及其中通过化学计量平衡的碳及CO2或通过化学计量过量的CO2实施CO2在第二转换器腔室中的转换，以形成无碳粒子的CO气体或CO2/CO气体混合物。10.根据权利要求1所述的用于处理金属矿石的方法，其中所述CO2转换器(4b)包括经填充而处于所要最小粒子填充等级与所要最大粒子填充等级之间的多个转换器腔室，其中将含于所述炉气中的所述CO2转换成气溶胶包括以下步骤：向所述转换器腔室(33)的第一部分(33a)供应由氢气及含碳粒子组成的H2/C气溶胶，直至受供应的所述转换器腔室(33)的所述第一部分(33a)经填充至所述所要最大粒子填充等级为止；一达到所述转换器腔室(33)的所述第一部分(33a)的所述所要最大粒子填充等级，便向所述转换器腔室(33)的第二部分(33b)供应所述H2/C气溶胶；以及将CO2引导至填充有所述含碳粒子的所述转换器腔室(33)的所述第一部分(33a)中，其中根据反应式C+CO2→2CO将碳转换成一氧化碳。11.根据权利要求1所述的用于处理金属矿石的方法，其中所述进一步处理制程为所述生物转换制程，其包括以下其他步骤：通过以下各个将含烃流体分解成碳及氢气：a)借助于等离子体；或b)通过引入热能，其中分解步骤在单独的烃转换器(46)中进行；以及将所述氢气供应至所述生物转换制程。12.根据权利要求1所述的用于处理金属矿石的方法，其中所述进一步处理制程为所述转换制程，在所述转换制程中将所述合成气体转换成所述官能化和/或非官能化烃。13.根据权利要求12所述的用于处理金属矿石的方法，其中通过以下步骤产生所述合成气体：通过以下各个将含烃流体分解成碳及氢气：a)借助于等离子体；或b)通过引入热能；以及将所述氢气的至少一部分与在所述CO2转换器(4)中产生的所述气溶胶的CO组分的至少一部分混合。14.根据权利要求1到权利要求13中的任一所述的用于处理金属矿石的方法，其中另外对所述高炉炉身(2)和/或所述CO2转换器(4)加热；以及其中至少部分地通过权利要求1或权利要求4所述的燃烧步骤中的一个或根据权利要求11、12或13所述的步骤中的一个产生的热来实施额外加热；或其中所述额外加热包括借助于感应对金属原料直接加热。15.根据权利要求1所述的用于处理金属矿石的方法，其中在所述CO2转换器中产生的所述气溶胶的所述载气是由CO组成或由CO与H2的混合物组成。16.一种用于金属生产的高炉(1)，包括以下各个：高炉炉身(2)，具有第一炉气出口(10)及至少一个气溶胶入口(14)；CO2转换器(4)，其包括至少一个转换器腔室(33)、CO2转换器入口(20)以及用于含有CO2的气体的CO2转换器气体入口(22)，且用以将CO2转换成由载气及碳粒子组成的气溶胶；其中所述第一炉气出口(10)直接或间接地连接至所述CO2转换器气体入口(22)；其中所述CO2转换器(4)包括至少一个第一气溶胶出口(24-1)，所述第一气溶胶出口(24-1)充当用于排放在所述CO2转换器(4)中产生的所述气溶胶的第一部分的转换器出口，其中所述第一气溶胶出口(24-1)直接或间接地连接至所述高炉炉身(2)，其中所述CO2转换器(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧拉芙·库尔，
申请(专利权)人：CCP技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE