含氧化物矿砂的气体还原方法及设备技术

在含氧化物矿砂且尤其是含氧化铁材料按照流化床法并在≤５巴的压力下进行气体还原的方法中，借助由煤产生的还原气体并在一被设计成预热阶段（５）的流化床反应器（１）中加热并或许也预还原矿砂，然后在至少一个被设计成还原阶段（７，８）的流化床反应器（２，３）中还原成海绵铁，还原气体通过还原气体供应管路（１２）或还原气体输送管路（１３）与要逐段输送的待还原材料的方向相反地从还原阶段（７，８）被送往预热阶段（５），并且在净化后作为输出气体被排出，给被供给还原阶段（７，８）和／或预热阶段（５）的还原气体提供热量，确切地说以这样的方式，即被拟定用于在还原阶段（７，８）和／或预热阶段（５）中的还原的还原气体的一部分与氧气和／或空气一起燃烧。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含氧化物矿砂且尤其是含氧化铁材料按照流化床法在≤5巴的压力下进行气体还原的方法，其中矿砂借助由煤产生的还原气体在一个被设计成预热阶段的流化床反应器中被加热并或许也被预还原，然后在至少一个被设计成还原阶段的流化床反应器中被还原成海绵铁，该还原气体通过一条还原气体供应管路或还原气体输送管路与要逐级输送的待还原材料的方向相反地从还原阶段被送往预热阶段并在净化后作为输出气体被排出，本专利技术也涉及实现该方法的设备。在AT402937B所述的开头类型的方法中，含氧化铁材料在4个前后串联的流化床还原区内被还原。为在所有流化床反应区内调节出大致一样高的稳定温度，除了串列流过流化床还原区的还原气体外，新形成的还原气体被部分地直接供应给那些在还原气体流向上紧跟在第一流化床还原区后的流化床还原区，从而这些流化床还原区的还原气体输送管路不仅是串联的，也是并联的。在这里，最好按照5％-15％的量将附加送来的新形成的还原气体供给那些独立的流化床还原区。而在这种情况下，与之有关的缺点在于，必须按照越来越高的气体量来设计在预热阶段前的预还原阶段，因为在紧跟最终还原阶段的每个阶段中，附加的新还原气体被加到离开前置阶段的还原气体中。人们进一步假设，在最终还原区内总是需要定量还原气体，以便完全完全还原所投入材料，这与是否存在还原气体的附加平行输送管路无关，总之，在AT402937B的装置中出现了更高的还原气体消耗量。在WO 97/13880A和WO 97/13878A中描述了一种方法，其中部分从最终还原阶段流入预热阶段的还原气体被分流、涤气、除CO2和加热，然后，被回送入最终还原阶段。在预热阶段中，为升高还原气体的温度，氧气和被送入该阶段的还原气体一起燃烧。根据WO 97/13880A和WO 97/13878A，借助气体循环和/或局部燃烧，只控制属于最终还原阶段和预热阶段的流化床反应器内的温度。而在这两个阶段之间的反应器取决于最终还原流化床反应器内的情况。从JP 58-34114A中公开了一种还原细粒铁矿砂的方法，其中通过由最终还原区排出的氧化性废气来分解和重组碳氢化合物，从而产生用于最终还原阶段的还原气体，其中铁矿砂在第一阶段中通过从碳氢化合物中分离出的碳被预还原。为了提供制造还原气体所需的能量，氧化性废气在开始接触碳氢化合物之前被加热。在US 3985547A中描述了一种在多个流化床反应器中还原铁矿砂的方法，其中通过甲烷和氧气在属于该反应器的燃烧器内的亚化学计量燃烧，产生了新还原气体，该反应器的其出口位于最下面的流化床与位于其上的流化床之间。离开最上面流化床的还原废气被净化、被除去水和CO2并且在加热状态下作为循环还原气体被供给最下面的流化床。根据本专利技术，如此完成该任务，即给被供给还原阶段和/或预热阶段的还原气体提供热量，确切地说是通过这样的方式，即为在还原阶段和/或预热阶段的气体还原提供的还原气体的一部分与氧气和/或空气一起燃烧。还原气体的部分燃烧表示最有效的焓提高并且还带来了不必明显增大气体量的优点。此外，如此完成该任务，即通过使部分输出气体和氧气与/或空气一起燃烧，给还原气体提供热量。完成本专利技术任务的另一可能性在于，用于冷却要送入最终还原区的还原气体的冷却气体与氧气和/或空气一起燃烧，由此给被供给该还原阶段和/或预热阶段的还原气体提供热量。加入还原气体的氧能够将能量单独地分配给各反应器，所以例如在三个流化床反应器中，当氧气/空气被加入这三个反应器时，还原气体的入口温度可以是920℃(1st反应器)/890℃(2st反应器/900℃(3st反应器)。如果只对属于预热阶段的流化床反应器(3st反应器)和属于最终还原阶段的流化床反应器(1st反应器)添加氧气/空气，则入口温度必须变成920℃/750℃/1140℃，以便获得相同还原结果，这将导致反应器3和装入反应器3的矿砂的更高热负荷。通过如本专利技术所述的方法，可以避免这个问题。通过根据本专利技术地提高还原气体温度，从热力学和动力学上优选在气相中的自动重组反应，其中在还原气体中的灰尘或许起到催化剂作用。在自动重组反应中，甲烷与二氧化碳和水蒸气反应生成一氧化碳和氢。由于当场产生还原性成分，结果改善了还原气体分解并进而从热动力方面改善了矿砂还原。还原气体、输出气体或冷却气体的待燃烧部分最好在燃烧之前经历涤气操作，由此避免了因含尘气体燃烧而产生的局部非常高的温度，这个过高温度可能通过Boudouard反应而导致灰尘熔化。还原气体燃烧所需的氧气和/或空气有利地通过喷枪被送入还原气体供应管路或还原气体输送管路中，所述喷枪同时起到烧嘴作用，而该管路将还原气体送入第一流化床还原区和/或从一个流化床还原区送入后置还原区。通过这种布局，设备成本保持很低。调节流化床还原阶段温度的另一可能性在于，通过燃烧外界可燃气体和/或固态和/或液态的燃料以及氧气和/或空气，给还原气体提供热量。根据一个优选实施例，在一个设置于还原气体供应管路或还原气体输送管路中的燃烧器内进行可燃气体或固态和/或液态的燃料的燃烧。该管路在该区域内可适当地加厚。根据另一个优选实施例，在一个独立于还原气体供应管路或还原气体输送管路的燃烧室内进行可燃气体或固态和/或液态的燃料的燃烧，燃烧后气体和或许不燃烧的固体随后被送入还原气体供应管路或还原气体输送管路中。这样一来，可能出现的热火焰锋面得到均匀，随后它们才接触到含尘还原气体并也在该管路中造成灰尘熔化。有利的是，可燃气体或固态和/或液态燃料借助至少一个设置于还原流化床反应器内的燃烧器与氧气和/或空气一起燃烧。在这里，燃烧后气体被直接送入该流化床反应器中。根据另一个优选实施例，只有氧气和/或空气经过一个燃烧器并最好是喷枪被送入流化床反应器并且还原气体直接在那里燃烧。在这种情况下，该燃烧器可以适当地设置在流化床反应器中形成的流化床的下面、在流化床高度上或在其上方，由此可以非常有目的性地且很有效地给还原气体提供热量。后面提到的这两个取代方案是特别有利的，因为在这种情况下，分配器底部的热负荷较小并且防止或至少减少了固体在分配器底部的喷嘴或开口之中或之上结垢。根据本专利技术方法的一个优选实施例，基于碳氢化合物的还原气体和/或输出气体和/或冷却气体和/或外界可燃气体和/或固态和/或液态的和/或气态的燃料被补充用于燃烧。当上述组中的任何一种燃料过量存在或还原气体、输出气体和/或冷却气体的绝大部分被用于其它目的并因此没有足够的量供使用时，这个实施例被证明是特别有利的。有利地在供给还原阶段和/或预热阶段的还原气体中混入一种通过至少部分与还原气体反应而提高了还原气体的还原剂含量的物质，尤其是天然气和/或煤。这样一来，避免了阻止还原过程的粘附现象。其原因在于铁在矿砂细粒表面上的针状定向析出，这发生在温度较高和且还原电位较低的情况下。也可以在一燃烧器内完成材料反应。提供附加燃料能够对温度调节、还原气体氧化程度和或许气体总量增加产生积极影响。另外，本专利技术提供一种方法，其中在被供给还原阶段和/或预热阶段的还原气体中混入一种通过至少部分地与还原气体反应而提高了还原气体的还原剂含量的物质且尤其是天然气和/或煤，其中不发生燃烧。该方法的优势在于避免了上述的粘附。附图说明图1-图3和图9分别在以框图示出了本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
含氧化物矿砂且尤其是含氧化铁材料按照流化床法在≤５巴的压力下进行气体还原的方法，其中所述矿砂借助由煤产生的还原气体并一个被设计成一预热阶段（５）的流化床反应器（１）中被加热并或许也被预还原并且随后在至少一个被设计成一还原阶段（７，８）的流化床反应器（２，３）中被还原成海绵铁，所述还原气体通过一条还原还原气体供应管路（１２）或还原气体输送管路（１３）与要逐级输送的待还原材料的方向相反地从还原阶段（７，８）被送入预热阶段（５）并且在净化后作为输出气体被排出，其特征在于，给被供给还原阶段（７，８）和／或预热阶段（５）的还原气体提供热量，确切地说是通过这样的方式，即拟定用于在还原阶段（７，８）和／或预热阶段（５）中的气体还原的还原气体的一部分与氧气和／或空气一起燃烧。（图１）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LW凯普林格，F豪岑博格，J申克，S朱，
申请(专利权)人：沃斯特阿尔派因工业设备制造股份有限公司，浦项综合制铁株式会社，工业科学与技术研究所，财团，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]