金属熔炼装置中废气组成控制的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种废气组成的控制方法，其中废气由用于熔炼含金属原料的熔炼装置而产生，其中熔炼装置包含熔炼炉、安装在熔炼炉上并与熔炼炉内部连接的熔炼旋流器以及连接至熔炼旋流器的废气管道，其中该方法规定将含95％或更高的氧的含氧气体注入熔炼旋流器中，并用除氮气以外的载气将原料注入熔炼旋流器中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属熔炼装置中废气组成控制的方法
本专利技术涉及一种熔炼装置中废气组成控制的方法，该装置用于还原和熔炼含金属原料，通常是铁矿石。更特别地，该方法的目的在于提供直接或几乎直接适合于碳捕获和储存(CCS)和/或碳捕获和利用(CCU)的废气。技术背景在常规的高炉(BF)炼铁技术中，包含氧化铁的原料通过还原和熔炼而转化为液态金属，其中碳被用于还原氧化铁。以焦炭和/或煤的形式提供的碳通过形成CO和CO2气体而与铁矿石的氧结合。通过将预热的空气(热风)注入高炉中来提供熔化矿石并促进还原和熔化过程中的化学反应所需的热量。以这种方式，来自高炉的工艺气体含有大量的氮(>50％)以及CO(20％)、氢和水蒸气。为了从工艺气体中分离出CO2，必须除去所有其他组分，或者，反之亦然，必须除去CO2分子。对于CCS或对CCU的目的而言，分离CO2气体是必要的。已知的Hlsarna工艺在熔炼装置中进行，该装置包括(a)设有固体喷枪和含氧气体喷枪的熔炼炉，该熔炼炉适合于容纳熔化的金属液；以及(b)用于部分还原和熔炼含金属原料的熔炼旋流器，其位于熔炼炉上方并与熔炼炉连通。在WO00/022176中描述了Hlsarna工艺和用于该工艺的装置。在Hlsarna工艺中，使用含氧气体代替热风，其中氧会与注入的煤反应，以提供熔化铁矿石和增强化学反应所需的热量。因此，一次工艺气体主要包含CO、CO2、H2和H2O。在熔炼旋流器中，CO和/或H2被注入的矿石和氧完全或几乎完全利用。能够精确地控制Hlsarna工艺中的氧流量，并且借此能够控制二次燃烧气体的比例，从而在废气中产生少量的CO或O2。因为废气中的CO2浓度仍然对于直接将废气用于CCS或CCU目的不够高，所以由Hlsarna工艺产生的废气仍不能立即用于CCS或CCU目的。这意味着必须提供进一步的措施以将CO2与废气分离，这在工业规模上意味着大量的资本投资、高的运营成本和高的能量消耗。专利技术目的本专利技术的目的是提供一种废气组成的控制方法，其中该废气由熔炼装置产生，使得所产生的废气适合于CCS。本专利技术的另一个目的是提供一种废气组成的控制方法，其中该废气由熔炼装置产生，使得所产生的废气适合于CCU目的。本专利技术的另一个目的是提供一种废气组成的控制方法，该方法导致废气中的CO2体积至少为80％。本专利技术的另一个目的是提供一种能够易于实施的废气组成的控制方法。本专利技术的另一个目的是提供一种废气组成的控制方法，该方法能够以相对低的成本进行操作。
技术实现思路
本专利技术涉及如权利要求1至15中所限定的方法。本专利技术的一个或多个目的通过提供一种废气组成的控制方法来实现，其中废气由用于熔炼含金属原料的熔炼装置产生，其中该熔炼装置包含熔炼炉、安装在熔炼炉上并与熔炼炉的内部连接的熔炼旋流器、以及连接至熔炼旋流器的废气管道，其中该方法包含以下步骤：-用载气将原料注入熔炼旋流器中，-将含氧气体注入熔炼旋流器中，-用载气将煤注入熔炼炉中，-将含氧气体注入熔炼炉中，-任选地用载气将熔剂注入熔炼炉中，其中含氧气体含有95％或更多的氧，并且其中载气不是氮气。关于术语“氮气”，其是指含有50％或更多的氮的任何气体。然而，为了控制废气，载气中的氮量应低对于整个工艺在商业上可行。术语“含金属原料”应被理解为主要是铁矿石和其他或含铁的材料，但是该原料也可以含有其他金属和金属化合物。通过使用含有约95％氧的含氧气体而不是空气，从含氧气体中除去了大部分或几乎所有最后可能在最终的废气流中产生杂质的组分。最终的废气流中的任何杂质，诸如N2、H2、Ar、O2、H2O、SOx、NOx、HCl、HF、CO、H2S和微量金属，都可以导致CO2相图的变化，因此需要更高的压力以将CO2的密度保持在预定范围内，该范围最适合于经济有效地处理CO2气体。应限制不可冷凝气体如氮和氩的的浓度，这不仅是为了防止需要更高的运输压力，而且还因为这些气体可以对要存储二氧化碳的地质构造的储存能力产生负面影响。为了避免废气中任何不希望的组分，供应的氧应尽可能地纯，至少在工业级别上尽可能地纯。为此，优选规定含氧气体含有至少95％的氧。这样，由氧供应中的不希望的组分产生的对最终的废气以及该废气中的CO2的可能影响被最大可能程度地限制。在使用几乎纯的氧的情况下，废气中的CO2体积已经为大约70-75％。通过使用市售的含有约99％或甚至约99.5％氧的几乎纯的氧气，所产生的CO2体积进一步增加。因为这种增加付出了高昂的代价，所以在大多数情况下，使用含95％氧的气体在经济上更为可行。含95％氧的气体中的其他组分是约2％Ar和约3％N2。为了实现具有高CO2浓度的废气，必须控制的另一种气体源是用于喷射原料、煤和熔剂的载气，通常是空气和氮气。为此，规定用于喷射含金属原料、煤和任选的熔剂的载气不是氮气。根据本专利技术的另一方面，用烃气作为载气,将含金属原料注入熔炼旋流器中。以同样的方式，也用烃气作为载气将煤注入熔炼炉中。也能够用烃气作为载气将任选的熔剂注入熔炼炉中。在燃烧反应中，所有的烃气都与氧反应，尽管烃气中的碳原子数越高，其开始燃烧反应会变得越困难。为此，可以将甲烷、乙烷或丙烷用作载气，或者也可以将这些烃气的混合物用作载气。烃气与氧之间的反应方程式为：CnH2n+2+(3n/2+1/2)O2→(n+1)H2O+nCO2对于这些烃类载气重要的是，对于反应来说有足够的氧可以利用，以避免不完全燃烧，该不完全燃烧产生一氧化碳或碳，其可能会使熔炼炉和熔炼旋流器中的总气体控制复杂化。此外，烃气的燃烧产生大量的H2O。对于CCS，应限制水量，以防止由于形成碳酸而引起的可能的腐蚀或由于与硫组分结合而引起的腐蚀。根据本专利技术的另一方面，用含二氧化碳的气体作为载气,将含金属原料注入熔炼旋流器中。含二氧化碳的气体，是指含有至少70％二氧化碳的气体。以同样的方式，也用含二氧化碳的气体作为载气将煤注入熔炼炉中。也能够用含二氧化碳的气体作为载气将任选的熔剂注入熔炼炉中。使用含二氧化碳的气体作为载气没有与使用烃气作为载气相关的可能问题。在使用含二氧化碳的气体作为载气的情况下，应注意不要将由熔炼过程产生的杂质送回到熔炼过程中。为此，规定用作载气的含二氧化碳的气体是对废气进行净化和冷却之后的废气，其由在熔炼旋流器和熔炼炉中的含金属原料的熔炼产生。因为刚离开熔炼旋流器后的废气的高温，所以必须对废气进行冷却，以防止液态金属、原料或任何其他材料的液滴被进一步带到下游，并可能附着在排气管壁。为此，由含金属原料的熔炼所产生的废气的冷却包括借助急冷介质对废气进行急冷，该急冷在废气离开熔炼旋流器后尽可能合理地快地进行。废气在废气管道中被急冷，于是将任何液滴冷却至远低于其凝固温度的温度。在已知的气体急冷系统中，空气或水被用作急冷介质，于是在冷却的废气中引入大量的氮气或水蒸气，如果要将废气处理为适合CCS或CCU目的，则应尽可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于废气组成控制的方法，其中所述废气由用于熔炼含金属原料的熔炼装置产生，其中所述熔炼装置包含熔炼炉、安装在所述熔炼炉上并与所述熔炼炉的内部连接的熔炼旋流器以及连接至熔炼旋流器的废气管道，其中该方法包含以下步骤：/n-用载气将原料注入熔炼旋流器中，/n-将含氧气体注入熔炼旋流器中，/n-用载气将煤注入熔炼炉中，/n-将含氧气体注入熔炼炉中，/n-任选地，用载气将熔剂注入熔炼炉中，/n其中含氧气体含有95％或更多的氧，并且其中载气不是氮气。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180330 EP 18165337.9;20181221 EP 18215358.51.一种用于废气组成控制的方法，其中所述废气由用于熔炼含金属原料的熔炼装置产生，其中所述熔炼装置包含熔炼炉、安装在所述熔炼炉上并与所述熔炼炉的内部连接的熔炼旋流器以及连接至熔炼旋流器的废气管道，其中该方法包含以下步骤：
-用载气将原料注入熔炼旋流器中，
-将含氧气体注入熔炼旋流器中，
-用载气将煤注入熔炼炉中，
-将含氧气体注入熔炼炉中，
-任选地，用载气将熔剂注入熔炼炉中，
其中含氧气体含有95％或更多的氧，并且其中载气不是氮气。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氧气体含有至少95％氧。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中用烃气作为载气将原料注入熔炼旋流器中。


4.根据权利要求1所述的方法，其中用烃气作为载气将煤注入熔炼炉中。


5.根据权利要求3或4所述的方法，其中使用甲烷、乙烷或丙烷作为载气。


6.根据权利要求1所述的方法，其中用含二氧化碳的气体作为载气将原料注入熔炼旋流器中。


7.根据权利要求1所述的方法，其中用含二氧化碳的气体作为载气将煤注入熔炼炉中。

【专利技术属性】
技术研发人员：J·哈格，H·K·A·迈耶，C·蔡尔斯特拉，
申请(专利权)人：塔塔钢铁荷兰科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL