直接还原系统及相关工艺技术方案

本发明专利技术提供了一种还原系统和方法，该还原系统和方法可以用任何比例的含气态氢的气体和含气态烃的气体操作，当含气态氢的气体由于任何原因不可用并且在设备操作中进行微小调整的情况下允许用含气态烃的气体替代含气态氢的气体时，具有继续其操作的可能性，确保高的工艺可用性和可忽略的生产损失。本发明专利技术的还原系统被设计成在新的且已经建立的直接还原设备中实施，以有效地操作并且具有较低的资本成本和操作成本。成本和操作成本。成本和操作成本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】直接还原系统及相关工艺
专利

[0001]本专利技术涉及一种直接还原系统及相关工艺，特别地适于通过使用还原气体直接还原氧化铁来生产金属铁。
[0002]背景
[0003]用于生产已知类型的还原铁矿石(DRI
‑
直接还原铁)的系统包括反应器和用于处理和供应包括氢气和一氧化碳的还原气体并适于在反应器中还原所述氧化铁的管线(line)，氧化铁以球团(pellet)和/或块(lump)的形式被装载到该反应器中。还原气体在高温被注入到反应室或反应器中。反应器可以是静态床型，或移动床型，或流化床型，或回转型或窑型。在移动床反应器中，还原气体通常被引入到反应器的中央部分中，使得逆流向上通过氧化铁，并且然后在还原回路中被提取、再加工和再循环。离开反应器的排出气体(exhaust gas)被除尘，去除反应产物(H2O和CO2)并且被压缩；其然后与补充气体(make
‑
up gas)(天然气、COG、在重整器中获得的气体、Corex气体(Corex Gas)、合成气(Syn Gas)等)混合。由新的补充气体和在适当处理后再循环的排出气体的混合物所界定的气体流被送至加热单元，加热单元将该气体流带到还原工艺所需的温度，通常高于850℃。
[0004]向其中可以注入氧气以甚至进一步提高其温度为目的的加热的还原气体流被送至反应器，待还原的氧化铁以球团和/或块的形式从上方被引入到反应器中并且在其中向下流动，而DRI(还原产物)在所述反应器的相对端处被提取，并且通过气动传输系统或通过重力或通过皮带被送至高炉或电弧炉或者被送至氧气转化器或者被送至任何能够熔化所产生的DRI的装置。
[0005]更详细地说，在氧化铁直接还原工艺中，通过与氢气和一氧化碳的化学反应从铁矿石中去除氧，以便获得具有高的金属化水平(DRI中含有的金属铁和总铁之间的比率)的DRI。该工艺中涉及的总体还原反应是熟知的，并且它们在下文示出：
[0006]Fe2O
3 + 3H2ꢀ‑
> 2Fe + 3H2O (1)
[0007]Fe2O
3 + 3CO
ꢀ‑
> 2Fe + 3CO
2 (2)。
[0008]根据反应(1)和反应(2)，氢气和一氧化碳与氧化铁的氧反应，并且转化成水和二氧化碳。除了H2O和CO2，未反应的H2和CO也存在于离开反应器的排出气体中。排出气体如上文所描述的被处理，目的是回收这些还原剂。
[0009]使用进料到含有大量的碳的还原回路的补充气体(含气态烃的气体诸如天然气、焦炉煤气、Corex气、合成气等)主要具有两个缺点：
[0010]温室气体排放物(CO2)；
[0011]进入反应器的还原气体流中相对高含量的一氧化碳(CO)，这可以导致在还原反应期间相对高的细粉产量，并且因为由于与一氧化碳的还原(其是放热的)导致的温度的升高，这可以增加生成团簇的风险，阻碍固体物质的移动。
[0012]在当前使用的工艺的方案中，通过从再循环到反应器的排出气体中选择性去除CO2(其可以被储存并且被用于食品工业中或用于其他工业应用)来减少CO2排放物，并且这样的排放物主要由通过烃气体重整器的烟囱(如果存在)或还原气体的加热单元释放的二
氧化碳组成。
[0013]关于其他已知的直接还原工艺，上文描述的工艺，其被供应有天然气以促进还原反应器内部的甲烷重整反应，或者被供应有由离线重整器产生的重整气体，仍保证了被引入到反应器中的还原气体的组成中良好的H2/CO比。
[0014]目前，CO2排放物的进一步减少是极其困难的。
[0015]因此，认为需要开发一种能够克服上述缺点的直接还原系统及相关工艺。
[0016]专利技术概述
[0017]本专利技术的目的是开发一种直接还原系统及相关工艺，以允许二氧化碳排放物的进一步减少，在一些实施方案中，二氧化碳排放物有利地低于40Nm3/t
DRI
。
[0018]本专利技术的另外的目的是开发一种直接还原系统，该直接还原系统在补充气体方面是灵活的，这意味着能够在不扰乱还原回路的设备的情况下和/或在不长的停机时间段的情况下用不同类型的补充气体或甚至其混合物来进料，补充气体进料的这些变化是基于市场可用性或成本来选择的。
[0019]本专利技术通过用于直接还原氧化铁的直接还原系统来实现这样的目的和其他目的，根据本说明书，这样的目的和其他目的将变得明显，根据权利要求1，该直接还原系统包括回路，该回路设置有：
[0020]反应器，其具有适于被装载有所述氧化铁的还原区；
[0021]具有等于以体积计至少80％的气态氢含量的补充含气态氢的气体的第一外部源；
[0022]补充含气态烃的气体，优选地具有等于以体积计至少25％的气态烃含量的补充含气态烃的气体的第二外部源；
[0023]回收和处理管线，其被放置在反应器的下游，用于回收和处理离开反应器的排出气体；
[0024]处理和进料管线，其被放置在反应器的上游，用于处理通过将来自第一外部源的补充含气态氢的气体和/或来自第二外部源的补充含气态烃的气体与在回收和处理管线中处理的排出气体混合而获得的工艺气体，并且用于向反应器的还原区进料所述工艺气体；
[0025]其中回收和处理管线在下游与所述处理和进料管线连通；
[0026]其中回收和处理管线包括至少一个第一热交换装置，在所述第一热交换装置中热量从排出气体传递到传热流体；
[0027]其中处理和进料管线包括至少一个第二热交换装置；
[0028]其中能够携带传热流体的管道将至少一个第一热交换装置连接到至少一个第二热交换装置，由此传热流体的热量可以通过所述至少一个第二热交换装置传递到至所述工艺气体；
[0029]其中回收和处理管线还包括用于从排出气体中去除二氧化碳的至少一个二氧化碳去除装置；
[0030]其中管道具有将所述管道连接到至少一个二氧化碳去除装置的分支，由此传热流体的热量可以被全部地或部分地传递到所述至少一个二氧化碳去除装置；
[0031]并且其中所述第一外部源和所述第二外部源被连接到所述处理和进料管线或所述回收和处理管线。
[0032]优选地，至少一个第二热交换器被放置在加湿器和加热单元之间，所述加湿器和
所述加热单元被设置在所述处理和进料管线中。
[0033]任选地，至少一个第一热交换装置被放置在反应器与至少一个洗涤和冷却单元之间，用于从排出气体中去除水，获得脱水的气体，所述至少一个洗涤和冷却单元被设置在所述回收和处理管线中。
[0034]优选地，设置了将至少一个洗涤和冷却单元的排放管线连接到加湿器的另外的管道，用于将热水携带到加湿器。
[0035]在本说明书中，术语“工艺气体”意指通过将来自第一外部源的补充含气态氢的气体和/或来自第二外部源的补充含气态烃的气体与在回收和处理管线中处理的排出气体混合而获得的气体的混合物。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于直接还原氧化铁的直接还原系统，包括气体循环回路，所述气体循环回路包括：反应器(1)，其具有适于被装载有所述氧化铁的还原区(12)；具有等于以体积计至少80％的气态氢气含量的补充含气态氢的气体的第一外部源(200)；补充含气态烃的气体，优选地具有等于以体积计至少25％的气态烃含量的补充含气态烃的气体的第二外部源(210)；回收和处理管线(10)，其被放置在所述反应器(1)的下游，用于回收和处理离开所述反应器(1)的排出气体；处理和进料管线(11)，其被放置在所述反应器(1)的上游，用于处理通过将来自所述第一外部源(200)的所述补充含气态氢的气体和/或来自所述第二外部源(210)的所述补充含气态烃的气体与在所述回收和处理管线(10)中处理的所述排出气体混合而获得的工艺气体，并且用于向所述反应器(1)的所述还原区(12)进料所述工艺气体；其中所述回收和处理管线(10)在下游与所述处理和进料管线(11)连通；其中所述回收和处理管线(10)包括至少一个第一热交换装置(22)，在所述第一热交换装置(22)中热量从所述排出气体传递到传热流体；其中所述处理和进料管线(11)包括至少一个第二热交换装置(72)；其中能够携带所述传热流体的管道(75)将所述至少一个第一热交换装置(22)连接到所述至少一个第二热交换装置(72)，由此所述传热流体的热量能够通过所述至少一个第二热交换装置(72)传递到至所述工艺气体；其中所述回收和处理管线(10)还包括用于从所述排出气体中去除二氧化碳的至少一个二氧化碳去除装置(50)；其中所述管道(75)具有将所述管道(75)连接到所述至少一个二氧化碳去除装置(50)的分支(76)，由此所述传热流体的热量能够被全部地或部分地传递到所述至少一个二氧化碳去除装置(50)；并且其中所述第一外部源(200)和所述第二外部源(210)被连接到所述处理和进料管线(11)或所述回收和处理管线(10)。2.根据权利要求1所述的系统，其中设置了所述回收和处理管线(10)中的旁路管道(52)，其用于绕过所述至少一个二氧化碳去除装置(50)；第一流量调节装置(62)，其用于调节所述传热流体朝向所述至少一个二氧化碳去除装置(50)的流量；第二流量调节装置(65)，其用于调节所述传热流体朝向所述至少一个第二热交换装置(72)的流量；第三流量调节装置(63)，其用于至少部分地关闭或打开所述旁路管道(52)；第四流量调节装置(32)，其用于调节待进料到所述气体循环回路的所述补充含气态烃的气体的流量；第五流量调节装置(31)，其用于调节待进料到所述气体循环回路的所述补充含气态氢的气体的流量；
以及优选地，控制单元(64)，其被配置用于根据包括指示所述补充含气态氢的气体的可用性数据的信号(118)的输入数据向所述第一流量调节装置(62)发送第一控制信号(110)，向所述第二流量调节装置(65)发送第二控制信号(111)；向所述第三流量调节装置(63)发送第三控制信号(112)；向所述第四流量调节装置(32)发送第四控制信号(114)和向所述第五流量调节装置(31)发送第五控制信号(116)。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述至少一个第二热交换器(72)被放置在加湿器(60)和加热单元(180)之间，所述加湿器(60)和所述加热单元(180)被设置在所述处理和进料管线(11)中。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述至少一个第一热交换装置(22)被放置在所述反应器(1)与至少一个洗涤和冷却单元(36)之间，用于从所述排出气体中去除水，获得脱水的气体，所述至少一个洗涤和冷却单元(36)被设置在所述回收和处理管线(10)中；优选地其中设置了另外的管道(54)，所述管道(54)将所述至少一个洗涤和冷却单元(36)的排放管线连接到所述加湿器(60)，用于将热水携带到所述加湿器(60)。5.根据权利要求2或4所述的系统，其中所述处理和进料管线(11)除了所述工艺气体适于通过的第一管道之外，依次包括至少一个加湿器(60)，其用于调节所述工艺气体的水含量；所述至少一个第二热交换器(72)；至少一个加热单元(180)，其用于加热所述工艺气体；并且优选地，其中所述回收和处理管线(10)除了所述排出气体适于通过的第二管道之外，依次包括所述至少一个第一热交换器(22)，其用于冷却离开所述反应器(1)的所述排出气体；至少一个洗涤和冷却单元(36)，其用于从所述排出气体中去除水，获得脱水的气体；优选地至少一个泵送装置(42)，其用于将所述脱水的气体泵送到所述处理和进料管线(11)中；所述至少一个二氧化碳去除装置(50)和所述旁路管道(52)。6.根据权利要求5所述的系统，其中，在所述第一外部源(200)和所述第二外部源(210)连接到所述处理和进料管线(11)的情况下，所述第一外部源(200)和所述第二外部源(210)两者被连接到所述气体循环回路的区段，所述区段包括在所述回收和处理管线(10)的可能的泵送装置(42)与所述处理和进料管线(11)的所述加热单元(180)之间，优选地在所述回收和处理管线(10)的所述至少一个二氧化碳去除装置(50)或所述旁路管道(52)与所述处理和进料管线(11)的所述至少一个加湿器(60)之间。7.根据权利要求5所述的系统，其中，在所述第一外部源(200)和所述第二外部源(210)连接到所述回收和处理管线(10)的情况下，所述第一外部源(200)和所述第二外部源(210)两者被连接到所述气体循环回路的区段，所述区段包括在所述至少一个洗涤和冷却单元(36)和所述至少一个泵送...

【专利技术属性】
技术研发人员：芭芭拉，
申请(专利权)人：伊尔技术有限公司，
类型：发明
国别省市：