通过直接还原铁矿石来生产铁的方法及相应设备技术

本发明专利技术涉及一种用于生产DRI的方法，该方法包括使离开反应器(10)的第一废还原气体流(F1)在还原气体回路(20)中循环通过至少一个二氧化碳去除单元(38)、还原气体加热器(42)和反应器(10)，并将第一流(F1)与含有比甲烷重的烃的还原气体混合。烃的还原气体混合。烃的还原气体混合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过直接还原铁矿石来生产铁的方法及相应设备


[0001]本专利技术涉及一种通过直接还原铁矿石来生产金属铁的方法及相应设备，其使用由烃源产生的还原气体，该烃源具有比甲烷重的碳化合物，并且碳渣的形成有限。

技术介绍

[0002]众所周知，在钢铁工业中，生产金属铁的最广泛使用的工艺之一是直接还原铁矿石(DirectReducedIron，DRI)。这种DR(直接还原)工艺因对环境影响小且效率高而尤具优势。
[0003]DR工艺提供了使铁矿石在合适的还原反应器中与还原气体流反应。
[0004]还原气体主要包括氢气(H2)和一氧化碳(CO)，实际上是通过这些气体利用高温化学还原(700℃～1000℃)从铁矿石中去除氧气，如以下公式所示：
[0005]Fe2O3+3H2→
2Fe+3H2O(1)ΔH25℃＝
‑
95.484kJ/kmol
[0006]Fe2O3+3CO
→
2Fe+3CO2(2)ΔH25℃＝
‑
28.085kJ/kmol
[0007]通常，在这些工艺中使用的还原气体是产自新鲜还原气体(即从外部引入的CH4和高含量重烃气体)与还原过程后离开反应器的废还原气体的混合物。
[0008]废还原气体在经处理恢复其还原特性后可以在新的还原操作中重复使用，并可能将其与新鲜还原气体混合，例如天然气或者焦炉煤气(COG)或其他具有高含量CH4和重烃的合成气。
[0009]天然气(DRI工艺中还原气体的主要来源)包括不同比例的烃，如甲烷(CH4)和乙烷(C2H6)，并可能包括其他不同比例的长链烃(C2+)，即更重的烃，如丙烷(C3H8)、丁烷(C4H
10
)等。
[0010]煤热解制得的COG中含有高比例的碳化合物，如苯
‑
甲苯
‑
二甲苯混合物(称为BTX)，以及其他复杂碳化合物，也可用作还原气体源。
[0011]在与反应器内的铁矿石接触之前，来自任何具有高含量CH4和重烃的气体源(与再循环的废还原气体混合)的还原气体通常在气体加热器中受到加热而将其温度提高到700℃至1100℃之间的值。必须将还原气体加热到如此高的温度来向竖式炉内的氧化铁材料提供热量，从而保持适当的温度条件，以使还原反应动力在对应于炉的DRI生产率的要求值范围内。
[0012]众所周知，当C2+烃含量不可忽略时，在加热过程中会发生烃链的不理想断裂，随之而来的是固体碳在加热器内沉积。
[0013]因此，一个缺点是需要定期对加热器进行长时间的清洁操作以除去积碳。
[0014]另一缺点是在加热器的清洁操作过程中会中断生产以除去积碳，从而造成经济损失。
[0015]又一缺点是需要执行清洁循环所决定的加热器频繁热循环会导致其过早损坏。
[0016]还已知使用一些装置从还原气体中至少部分地去除较重烃馏分，例如所谓的“重整器”。
[0017]这些装置的一个缺点是它们增加了设备的基建费用(CAPEX)。
[0018]另一缺点是诸如外部重整器等装置使还原设备更加复杂。
[0019]专利文献US 2001/0003930 A1公开了用于提高直接还原过程生产率的方法和设备，其中氧化铁通过与热还原气体接触而还原为金属化铁；包括如下步骤：a)提供基本上由CO和H2组成的第一热还原气体；b)通过气态或液态烃燃料与氧气的反应提供附加还原气体；c)将第一热还原气体与附加还原气体混合以形成还原气体混合物；d)通过添加气态或液态烃来富集还原气体混合物；e)将氧气或富氧空气注入到富集混合物中；f)将富集混合物作为还原气体引入相关的直接还原炉中。然而，该文献完全未提及由于天然气中存在的较重烃馏分而导致加热器内部的固体碳沉积。
[0020]专利文献WO 2016/203396 A1公开了富集较重烃的天然气混合物，提高热值以获得还原气体流，然后将其送至重整器。该文献也未面对由于天然气中存在的较重烃馏分而导致加热器内部的固体碳沉积的问题。
[0021]专利文献DE 40 30 093 A1公开了一种用含氢气和一氧化碳的还原气体在炉中直接还原颗粒状铁矿石的工艺，该还原气体由富含甲烷的气体在800℃至1200℃的温度下通过间接加热的催化剂产生，其中炉顶气从炉中提取出并至少部分地用作间接加热催化剂的燃料。该文献公开了将天然气供应到热交换区，其乙烷含量为至少25vol
‑
％，并且包含0.5vol
‑
％至5vol
‑
％的丙烷和0.1vol
‑
％至5vol
‑
％的丁烷和高级烃。如果这样的天然气与水蒸气和/或CO2一起通过在管式炉内间接加热的催化剂，则在充分加热之后，积灰会导致催化剂快速失活。该文献旨在尽可能地抑制扰动烟灰的形成，以实现延长催化剂的使用寿命，然而，这是通过特定处理来去除天然气中存在的较重烃来实现。
[0022]专利文献WO 2018/024767公开了一种利用烃的催化预处理作为还原气体源来生产直接还原铁的方法和设备。该文献教导了如何通过供应前在预重整段中处理天然气来避免天然气中存在较重烃的出现。
[0023]有鉴于此，需要完善一种通过直接还原铁矿石来产生DRI的方法和设备，其可以克服现有技术中的至少一个缺点。
[0024]具体而言，本专利技术的一个目的是提供一种利用还原气体直接还原铁矿石的方法及相应设备，还原气体具有高含量的比甲烷重的烃(﹥4％)，其能够产生直接还原铁(DRI)，限制加热器中积碳的形成。
[0025]本专利技术的另一目的是提供一种高效且包含投资成本在内的直接还原铁矿石的方法和设备。
[0026]本申请人设计、测试和体现了本专利技术来克服现有技术中的缺点并获得上述及其他目的和优点，解决了限制比甲烷重的烃或复杂碳化合物通过DR设备的还原气体加热器的量的技术问题，从而减少可能在其中形成的积碳量，同时保持竖式炉中还原气体和氧化铁的温度以提供所需的DRI生产率。

技术实现思路

[0027]本专利技术的陈述及特征参阅独立权利要求，而本专利技术的其他特征或主要专利技术构思的变型方案参阅从属权利要求。
[0028]本专利技术实施例涉及一种使用还原气体在直接还原过程中产生DRI的方法，该还原
气体选自具有高含量的比甲烷重的总烃(﹥4％)的天然气或者具有复杂碳化合物(BTX)的焦炉煤气(COG)或其他来自任何来源的具有高含量CH4和重烃的合成气。
[0029]根据一实施例，该方法包括使离开还原反应器的第一还原气体流在还原气体回路中循环通过至少一个二氧化碳去除单元、还原气体加热器和反应器。
[0030]该方法进一步提供了向位于还原气体加热器与还原反应器之间的还原气体回路进给新鲜还原气体流，该新鲜还原气体流占送到还原反应器进而为操作直接还原过程所需的还原气体总量的20％以上。
[0031]根据典型方法，将未在该位置进给的剩余部分转而注本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使用还原气体在直接还原过程中产生DRI的方法，所述还原气体选自具有高含量的比甲烷重的总烃的天然气或者具有复杂碳化合物(BTX)的焦炉煤气(COG)或其他来自任何来源的具有高含量CH4和重烃的合成气，所述方法包括：使离开反应器(10)的第一还原气体流(F1)在还原气体回路(20)中循环通过至少一个二氧化碳去除单元(38)、还原气体加热器(42)和所述反应器(10)，其特征在于，所述方法向位于所述还原气体加热器(42)与所述还原反应器(10)之间的所述还原气体回路(20)进给新鲜还原气体流(F2)，所述新鲜还原气体流(F2)占送到还原反应器(10)的新鲜还原气体总量的20％以上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述气体流(F2)预热至低于650℃的温度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述流(F2)在所述还原气体加热器(42)的对流区(43)中进行预热。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述流(F2)在与所述还原气体加热器(42)分立的热交换器或火焰加热器中进行预热。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述流(F2)在未预热的情况下注入到回路(20)中。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：进给至少一路另外的新鲜还原气体流(F3、F4)，这相当于未通过流(F2)注入到还原气体回路(20)中的新鲜还原气体部分。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述流(F3)与位于所述二氧化碳去除单元(38)与所述还原气体加热器(42)之间还原气体回路(20)的任何部分相对应地注入。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将所述流(F4)直接进给到反应器(10)中。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括：供给所述新鲜还原气体的组合，这相当于未通过流(F2)注入的新鲜还原气体部分，由与位于所述于二氧化碳去除单元(38)与所述还原气体加热器(42)之间回路(20)的任何部分相对应地注入的流(F3)和直接注入到反应器(10)的流(F4)形成。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，至少流F2由至少一个控制单元(68)控制，所述控制单元(68)配置为调节流量和因此的注入回路(20)的所述新鲜还原气体的百分比。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制单元(68)响应于由测量气体流(F3)和/或气体流(F4)的流量的流量传感器(69、70)发出的信号来调节所述气体流(F2)的流量。12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，除了调节所述气体流(F2)的流量之外，所述控制单元(68)还调节气体流(F3)和/或气体流(F4)的流量。13.根据权利要求10所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：芭芭拉，
申请(专利权)人：HYL技术股份公司，
类型：发明
国别省市：