用于固体热处理的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于热处理含铁氧化物的方法及其相关的设备，其中在预热煅烧阶段中加热细粒固体，并在随后的还原阶段中暴露于还原气体。将来自还原阶段的排气引导通过分离装置，其中将源自于还原阶段的水分离。将来自预热煅烧阶段的排气引导通过文丘里洗涤器和文丘里洗涤器下游的填充床段，以使水蒸气冷凝。

Equipment and methods for solid heat treatment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于固体热处理的设备和方法本专利技术涉及一种用于热处理含铁氧化物的方法和相应的设备，其中在预热煅烧阶段中加热细粒固体，并在随后的还原阶段中将其暴露于还原气体，其中来自还原阶段的排气(off-gas)被引导通过分离装置，从而将源自于还原阶段的水分离。为了对含铁氧化物的热处理，特别是对铁矿石的氢基直接还原工艺，在预热煅烧阶段中加热细粒固体，并在随后的还原阶段中将其暴露于还原气体，其中来自还原阶段的排气被引导通过分离装置，从而将源自于还原段的水分离。在这种情况下，通常使用所谓的Circored工艺，例如WO2005/116273A1中所述。将含铁的细颗粒送到第一流化床，优选循环流化床(CFB)，其充当预热和煅烧阶段。所需的热量是通过进入流化床的天然气与空气燃烧而产生的。典型的煅烧温度在800和1000℃之间。随后，至少一部分煅烧颗粒从第一流化床中取出，并进入第二流化床反应器，优选循环流化床反应器，用以装入还原步骤，其中使用还原气体(例如氢气)从热的铁矿石中除去氧，产生金属化的铁和作为副产物的水。在还原步骤中，将细粉还原至约60-70％金属化。如果需要更高的还原百分比，则可以将部分金属化的颗粒装入第三流化床反应器，优选固定流化床反应器，其中它们再次与还原气体如氢气接触。在该第三流化床反应器中，能够实现约75-95％的金属化。该中间产品被称为直接还原的铁(DRI)。随后，DRI离开一系列流化床反应器并压块，即在约650-700℃的升高温度下压实。该产品然后被称为热压块的铁(HBI)。为了存储和运输，HBI需要冷却。常常通过在所谓的振动冷却传输机中与水直接接触来实现冷却，由此使水蒸发。蒸发的水蒸气可包含固体粉尘颗粒，因此必须在气体清洁设备中进行清洁。通常，为此目的，应用由蒸发式文丘里段组成的所谓的废气洗涤器。水蒸气出现在工艺的不同阶段：在将排气排放到大气中之前，典型使用蒸发式文丘里洗涤器除去来自预热段的排气中的夹带粉尘。在包含循环流化床和流化床反应器的还原段中，使用填充床文丘里洗涤器将来自还原过程的水蒸气和来自还原气体的夹带颗粒去除。在预热段中，由于文丘里洗涤器通常设计为在50至100℃(优选60至95℃)的温度下释放饱和的排气，因此在文丘里洗涤器中来自铁矿石水分和来自燃气燃烧的水会部分损失。该设备的目的是控制粉尘排放，优选地控制到50mg/Nm3的最大值。然而，该设备不能冷凝和去除排气流中的水蒸气。在废气洗涤器中会发生类似的水损失，其中来自振动冷却传输机的蒸气释放到大气中。从而总输入水的约65重量％损失。另外，通常用于还原段中以通过间接热传递加热还原气体的燃烧气体加热器典型地基于天然气与空气的燃烧，由此作为燃烧副产物的水蒸气损失到大气中。因此，现有技术的缺点是高的水消耗，这是因为Circored工艺的预热段和压块机区域产生的排气向大气中损失水蒸气，全部以50℃和100℃之间的典型温度离开工艺并且饱含水蒸气。如果在Circored工艺中使用氢气作为还原气体或燃料气体，并且将通过水电解产生氢气，那么这意味着大体积流量的新鲜水消耗。例如，将Circored设备和水电解设备连接而不关闭水回路，每吨热压块铁(HBI)将需要1.5m3的补充水。在每年500000吨HBI产量的Circored设备的情形中，该设备每年将需要750000m3新鲜水(freshwater)。这样的水量在世界上某些地区是不可获得的，或者对于这种工艺而言至少太昂贵而在经济上不可行。因此，本专利技术的目的是提供以减少的水消耗来热处理含铁氧化物的方法及其相关设备。通过根据权利要求1所述的方法解决了本专利技术的任务。在预热煅烧阶段中加热细粒固体，优选直至850至1200℃的温度，更优选900至1100℃，最优选约1000℃，以便在没有或有限的空气或氧气供应的情况下，向矿石和其它固体材料施加的后续热处理工艺引起热分解。然后，在还原阶段中使固体颗粒暴露于还原气体。来自还原阶段的排气被引导通过分离装置，从而将粉尘和源自于还原阶段的部分水分离。在分离装置中，水可以被冷凝并收集以备进一步使用。本专利技术的重要部分是将来自预热段的排气引导通过文丘里洗涤器，以除去固体并冷却至蒸气/液体平衡，并通过文丘里洗涤器下游的填充床段，以通过冷凝将大部分的水蒸气分离，即作为液态水。由此，优选在低于75℃的温度下冷却并释放预热段的排气，并且排气中的一部分水被冷凝并从排气流中除去。填充床段可以具有向上流动的排气和向下流动的冷工艺水的逆流。冷工艺水优选具有环境温度，例如5至30℃之间的温度。填充床可包含不规则形状的聚乙烯(PE)泰勒填料(tellerette)或其它填充物，它们产生大的表面积从而增加下落的液体与上升的气体之间的接触。在Circored工艺的预热段中产生的水由燃料燃烧产生的水(例如，天然气、氢气和来自还原阶段的工艺泄放气体的混合物)和细粒固体(例如原料铁矿石)的水分组成。典型的铁矿石水分相对于铁矿石总质量为3至12重量％不等。本专利技术还可以应用于其它含铁矿石的还原或预还原，例如钛铁矿、铁钒、钛磁铁矿、铁砂、铁镍等。本专利技术还可应用于使用H2、CO、CO2、CH4和H2O的混合物作为气态还原剂的直接还原工艺。在本专利技术的一个优选实施方案中，预热煅烧阶段和/或至少一个还原阶段包括循环流化床反应器。由此，确保了非常好的传热系数和传质系数，从而保证了非常均匀的产品品质。在本专利技术的另一优选实施方案中，用至少一个燃烧气体加热器通过间接热传递来加热在还原阶段中的还原气体。来自至少一个气体加热器的烟道气(fluegas)被引导通过分离装置，优选地为填充床塔，以通过冷凝将水以液体形式分离。通过使烟道气以向上流动的方式通过填充床塔并利用向下流动的冷工艺水逆流，可以使来自燃烧气体加热器中的燃烧的水蒸气冷凝。通过用氧气或富氧空气而不是环境空气燃烧，可以增加从气体加热器获得的水的质量流量。燃烧气体加热器的燃料中所含的H2越多，排气中的CO2浓度就越低，从而减少铁矿石还原设备的碳足迹。如果提供给气体加热器的燃料是纯氢气，用纯氧气燃烧所述氢气，则填充床塔下游的排气体积将变得非常小，基本上仅由为了完全燃烧而提供的过量氧气和极小浓度的水蒸气(这取决于填充床塔温度下的气/液平衡)组成。为了控制火焰温度，填充床塔上游的部分烟道气可以被循环利用。在本专利技术的另一优选实施方案中，将还原的固体在高温下压块，然后在急冷工具中将团块冷却到约80℃，优选在振动冷却传输机中。可以按与上述预热段的排气文丘里洗涤器和填充床段相同的方式，使振动冷却传输机中产生的水蒸气在分离装置中冷凝并作为液态水回收。在本专利技术的另一优选实施方案中，用于预热段的燃料改变为氢气，这意味着排气中的水蒸气浓度更高。在本专利技术的另一优选实施方案中，在至少一个燃烧气体加热器中使用的燃料气体中的氢气含量为至少20v/v.-％。由于可容易地从可再生来源产生氢气，例如可再生电力或生物物质，这允许减少整个过程的化石燃料需求。它还允许较高质量流量的液态水作为副产物从工艺链中分离出来。在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于热处理含铁氧化物的方法，其中在预热煅烧阶段(2)中加热细粒固体，以及在随后的还原阶段(3)中使其暴露于还原气体，其中来自还原阶段(3)的排气被引导通过分离装置(5)，从而分离源自还原阶段(3)的水，其特征在于来自预热煅烧阶段(2)的排气被引导通过文丘里洗涤器(11)以及文丘里洗涤器(11)下游的填充床段(12)以便使水蒸气冷凝。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于热处理含铁氧化物的方法，其中在预热煅烧阶段(2)中加热细粒固体，以及在随后的还原阶段(3)中使其暴露于还原气体，其中来自还原阶段(3)的排气被引导通过分离装置(5)，从而分离源自还原阶段(3)的水，其特征在于来自预热煅烧阶段(2)的排气被引导通过文丘里洗涤器(11)以及文丘里洗涤器(11)下游的填充床段(12)以便使水蒸气冷凝。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预热煅烧阶段(2)和/或所述还原阶段(3)包括流化床反应器，优选循环流化床反应器。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用至少一个气体加热器(6)加热所述预热阶段(2)和/或所述还原阶段(3)，并且来自所述至少一个气体加热器(6)的排气被引导通过分离装置(7)以使水蒸气冷凝。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在还原阶段(3)的下游，还原的固体在急冷中被冷却，优选在振动冷却传输机(8)中，并且来自急冷(8)的排气被引导通过分离装置(10)以使水蒸气冷凝。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述还原气体中的氢气含量为至少85v/v.-％和/或所述预热阶段2和/或至少一个气体加热器中使用的燃料气体中的氢气含量为至少20v/v.-％。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在至少一个分离装置(4、5、7、10)中分离的水被再循环到水处理段(20)中，优选地包括去除固体、去除不能冷凝的气体和间接冷却。


7.根据权利要求6中任一项所述的方法，其特征在于，将所述再循环水供应到产生氢气的水电解设备(40)和/或蒸汽重整设备，并且将所产生的氢气供应到还原阶段(3)作为还原剂，以及供应到预热煅烧阶段(2)作为燃料，和/或供应到气体加热器(6)作为燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·施特勒德，R·瓦勒里，S·兰格，S·拉恩南蒂，V·西亚乌韦，G·里马斯泽基，
申请(专利权)人：奥图泰芬兰公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI