用于操作冶金炉的方法技术

本发明专利技术涉及用于操作冶金炉(10)的方法。为了提供为冶金炉提供合成气体的简化的方式，本发明专利技术提供了方法包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作冶金炉的方法


[0001]本专利技术涉及用于操作冶金炉的方法。

技术介绍

[0002]尽管有替代方法、例如在电弧炉内的废料熔化或直接还原，但高炉今天仍然代表用于钢铁生产的最广泛使用的方法。高炉设备的关注点中的一个关注点是排出高炉的高炉气体。由于该气体在高炉的顶部处排出该高炉，因此该气体通常也被称为“顶部气体”。虽然在早期时，这种高炉气体可以被允许直接排放到大气中，但长期以来，这一直被认为是资源浪费和对环境造成过度负担。高炉气体中的一种成分是CO2，CO2是环境有害的并且主要对于工业应用是无用的。实际上，排出高炉的高炉气体通常包括浓度高达20％至30％的CO2。除此之外，高炉气体通常包括相当大量的N2、CO、H2O和H2。然而，N2含量主要地取决于用于高炉的是热空气还是(纯)氧气。
[0003]为了减少CO2排放物，已提出重整高炉气体以获得可用于多种工业目的的合成气体(也称为合成气)。根据最常见的重整过程，高炉气体与包括至少一种碳氢化合物(例如CH4和可能的更高分子量的碳氢化合物)的燃料气体进行混合。在所谓的干式重整反应中，燃料气体的碳氢化合物与高炉气体中的CO2反应用于生成H2和CO。在所谓的湿式重整反应中，碳氢化合物与高炉气体中的H2O反应也用于生成H2和CO。无论哪种方式，都会获得具有浓度显着增加的H2和CO的合成气体。还提出的是，使用这种合成气体作为还原气体，该还原气体可以循环使用、即重新引入到高炉中。根据一种方法，将合成气体与富氧热风(即热空气)和粉末状煤一起给送到高炉中。这种类型的炉也可以被称为“合成气高炉”。
[0004]合成气体的另一个潜在用途是与使在风口水平处进入高炉的辅助燃料(例如粉末状煤)增加的目的相结合。这样做需要使热风中的氧含量增加，并且与此相关，需要使热风速率降低。这又会导致顶部气体温度的不期望的降低。这种影响可以通过热气体、特别是热还原气体的炉身注入(shaft injection)来抵消。如上所述的合成气体可用于该目的。然而，虽然使用例如高炉气体的合成气体生成可以如例如在WO 2019/057930 A1中所述的来实现，但重整过程是吸热的，并且因此需要对高炉气体和/或燃料气体进行大量加热。在某些情况下，需要催化剂来支持重整过程。加热使重整过程的复杂性增加并且对于燃烧器等而言还需要消耗燃料，从而部分地抵消(undoing)通过顶部气体再循环而实现的CO2减少。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术的目的是提供为冶金炉提供合成气体的简单方式。该目的通过根据权利要求1的方法来解决。
[0006]本专利技术提供了用于对冶金炉进行操作的方法。在第一步骤中，在冶金炉的外部通过含碳材料与富氧气体一起燃烧来执行燃烧过程以产生废气(offgas),该废气是含CO2的气体。含碳材料可以是固态的、液态的和/或气态的。该含碳材料也可以是含碳的不同化学物质的混合物。通常，碳不是以元素形式被包含的，而是作为化合物的一部分，例如作为碳
氢化合物的一部分。特别地，含碳材料可包括焦油、焦屑、木炭、煤和/或重燃料油。在燃烧过程中，含碳材料被富氧气体燃烧、即焚烧(burned)。富氧气体通常是具有明显比空气的O2浓度高的O2浓度的气体。通常，富氧气体主要包括O2，即该富氧气体具有大于50％的O2浓度。优选地，该富氧气体包含至少60％的O2、优选地至少80％的O2、更优选地至少90％的O2。在一些情况下，富氧气体甚至可以被称为“氧气”，尽管应理解的是，低浓度(例如<5％)的其他成分比如N2几乎无法避免。燃烧过程的产物是包含CO2的废气。应理解的是，废气可包含其他组分，如H2O、CO以及含碳材料和/或富氧气体的未反应组分。然而，CO2含量可能相对较高、例如高于30％。燃烧过程在冶金炉外部执行，即该燃烧过程不是冶金炉内的内部过程的一部分。然而，该燃烧过程可以在靠近冶金炉的反应器内执行。用富氧气体来使含碳材料燃烧可能导致非常高的火焰温度，例如高于2000℃、2500℃或甚至3000℃。
[0007]在另一步骤中，在废气由于燃烧过程而具有燃烧引起的升高的温度时，将废气与含碳氢化合物的燃料气体结合，以获得第一气体混合物，该第一气体混合物具有比重整过程、优选地干式重整过程所需的重整温度高的温度。燃料气体可以例如包括焦炉气体(COG)、天然气体和/或沼气。特别地，该燃料气体可以包括任何这些气体中的任意气体的混合物。该燃料气体通常具有高浓度的低分子碳氢化合物、特别是CH4。在第一气体混合物中，废气和燃料气体可以或多或少很好地混合。将废气与燃料气体结合一般是指“允许废气与燃料气体混合”。这可以包括(主动)将废气与燃料气体混合，即施加机械力来混合气体。然而，在某些情况下可能足够的是，例如将两种气体喷射到容器中，使得通过对流和/或扩散或多或少被动地发生混合。不过，可以理解的是，通过更高程度的混合而使化学反应增强。将废气与燃料气体结合以获得第一气体混合物包括仅结合废气和燃料气体的可能性以及至少还有再一种气体用于第一气体混合物的可能性。可以将(至少)两种气体在可称为混合容器或混合室的专用容器中结合。在废气由于燃烧过程而具有升高的温度时，废气与燃料气体结合，在本文中将该升高的温度称为燃烧引起的温度。该燃烧引起的温度当然是由于燃烧过程的高度放热性质引起的。当废气与燃料气体结合时，气体混合物因此也具有比重整过程、优选地干式重整过程所需的重整温度高的高温。下文中将描述的干式重整过程要求第一气体混合物具有特定的最低温度，该特定的最低温度在本文中称为重整温度。如果第一气体混合物至少具有该重整温度，则重整过程有利地在不需要催化剂或额外加热的情况下开始和持续进行。
[0008]在该方法的另一步骤中，使气体混合物经历(优选干式的)重整过程，从而产生包含CO和H2的合成气体。干式重整过程的化学机制不限于本专利技术的范围内，但该化学机制通常至少包括废气的CO2含量与燃料气体中的碳氢化合物反应，例如根据以下反应：CO2+CH4→
2H2+2CO。这通常称为干式重整。除此之外，废气的H2O含量(如果存在的情况下)可能与燃料气体中的碳氢化合物反应，例如根据以下反应：H2O+CH4→
3H2+CO。这也可以称为湿式重整。干式重整过程需要升高的重整温度，这取决于多个因素，例如是否存在催化剂。在没有催化剂的情况下，重整温度应该是例如高于800℃并且可以优选地介于900℃与1600℃之间。因为一旦废气与燃料气体结合，由于废气的燃烧引起的温度是足够高的，以在启动和维持干式重整过程，因此可以在与组合(或混合)气体的容器相同的容器中执行干式重整过程。应当指出的是，可以在升高的压力下执行干式重整过程。特别地，这可能是由于在燃烧过程后不允许废气膨胀而导致的。有利地，(优选干式的)重整过程在不需要催化剂的情况下进行。
换句话说，重整过程是以非催化的方式进行的。本专利技术的另一个优点是使对于重整气体净化而言的需要和成本减少。实际上，由于没有使用催化剂，因此在任何其他过程中使用该重整气体之前，不需要从重整气体清除催化剂中毒剂。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于操作冶金炉(10)的方法，所述方法包括：
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在所述冶金炉(10)外部通过将含碳材料(41)与富氧气体(40)一起燃烧来执行燃烧过程，以产生废气(42)，所述废气(42)是含CO2的气体；
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在所述废气(42)由于所述燃烧过程而具有燃烧引起的升高的温度时，将所述废气与含碳氢化合物的燃料气体(43)结合，以获得第一气体混合物(44)，所述第一气体混合物(44)具有比重整过程所需的重整温度高的温度；
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使所述第一气体混合物(44)经历所述重整过程，从而产生包含CO和H2的合成气体(45)，所述重整过程以非催化的方式执行；以及
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将所述合成气体(45)给送到所述冶金炉(10)中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富氧气体(40)包含至少60％的O2，优选地，所述富氧气体(40)包含至少80％的O2，更优选地，所述富氧气体(40)包含至少90％的O2。3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述废气(42)在与所述燃料气体(43)结合时具有高于1000℃的燃烧引起的温度，优选地，所述废气(42)在与所述燃料气体(43)结合时具有高于1500℃的燃烧引起的温度，更优选地，所述废气(42)在与所述燃料气体(43)结合时具有高于2000℃的燃烧引起的温度。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述燃料气体(43)在与所述废气(42)结合时具有低于100℃的温度。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述废气(42)和所述燃料气体(43)与作为含CO2的气体的补充气体(48)结合以获得所述第一气体混合物(44)。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述含碳材料(41)包括焦油、焦屑、木炭...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂亚诺，
申请(专利权)人：保尔伍斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：