【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及用于使含金属氧化物的材料还原的方法和装置，其中使用通过利用氨nh3获得的还原气体。
技术介绍
0、现有技术
1、已知使用还原性气体来使含金属氧化物，例如含铁氧化物的材料，例如矿石还原。例如，通过在还原装置例如还原竖井中用还原气体直接还原；以及在高炉方法中，例如一氧化碳co在高炉还原装置中充当还原性气体。在目前工业大规模使用的传统方法中，还原性气体主要基于天然气。因此，在此产生大量的二氧化碳co2，这尤其出于环境政策原因是不希望的。
2、为了在含金属氧化物的材料还原时减少co2排放，已知使用氢气h2作为还原性气体。在此，氢气可以用作唯一的还原气体，或者与其它气体，例如基于天然气的还原气体组合使用。还原气体中的co2中性氢气h2的比例越大，排放的co2越少。
3、但是，由于其物理性质，氢气h2的储存和将其从生产地运输到消费地是成问题的，并且与很大的花费相关联。
4、为了在含金属氧化物的材料还原时减少co2排放，还已知使用氨nh3作为还原剂。氨在储存和运输方面比氢气h2具有明显的优点。
5、氨可以裂解成氮气和氢气
6、2nh3→n2+3h2。
7、氢气h2可作为还原剂与金属氧化物，例如铁氧化物发生反应：
8、3fe2o3+h2→2fe3o4+h2o
9、fe3o4+h2→3feo+h2o
10、feo+h2→fe+h2o。
11、但是，氨本身也可以充当还原剂：
12、9fe2o3+2
13、3fe3o4+2nh3→9feo+n2+3h2o
14、3feo+2nh3→3fe+n2+3h2o。
15、原则上，也可以使用通过利用氨nh3获得的还原气体来使含金属氧化物的材料还原；因此，还原气体可以是例如氨nh3、或氨nh3与一种或多种其它气体(其中优选一种或多种可对含金属氧化物的材料具有还原作用)的混合物，这例如对于氨和其裂解产物(即氢气h2和氮气n2)的混合物而言是这种情况，其中当然混合物中也可以包含其它气体。然而，利用氨nh3获得的还原气体也可以是不含氨nh3、但含有由裂解获得的裂解产物氢气h2(单独或与裂解产物氮气n2一起)的还原气体，任选与一种或多种其它气体(其中优选一种或多种可对含金属氧化物的材料具有还原作用)混合。
16、用氢气h2和氨nh3产生金属铁fe的这种还原反应以及将氨裂解成氮气n2和氢气h2是吸热的。因此，出现了如何能够在工业上执行时以节约资源的方式供应对于运行此类反应而言足够量的能量的问题。
17、在裂解氨和使其充当还原剂时，除了氢气h2之外还产生大量的氮气n2。因此，出现了如何能够在工业上执行时使所产生的氮气对所述方法有益的问题。
技术实现思路
1、技术目的
2、本专利技术的目的是提供对至少一些前述问题的解决方案的贡献。
3、技术方案
4、所述目的通过如下方法实现：
5、用于使含金属氧化物的材料还原的方法，
6、其中使用通过利用氨nh3获得的还原气体，
7、其中将所述还原气体供给至含有含金属氧化物的材料的还原反应器，和
8、从还原反应器排出炉顶气，
9、其特征在于，任选在加工炉顶气之后，将至少一部分量的炉顶气用作制备还原气体时的组分。
10、含金属氧化物的材料优选为含铁氧化物的材料。
11、还原的方法例如是直接还原的方法。
12、通过例如用氨nh3获得还原气体。这种还原气体可以是例如氨nh3、或氨nh3与一种或多种其它气体(其中优选一种或多种可对含金属氧化物的材料具有还原作用)的混合物——这例如对于氨和其裂解产物(即氢气h2和氮气n2)的混合物而言是这种情况，其中当然混合物中也可以包含其它气体。然而，利用氨nh3获得的还原气体也可以是不含氨nh3、但含有由裂解获得的裂解产物氢气h2(单独或与裂解产物氮气n2一起)的还原气体，任选与一种或多种其它气体(其中优选一种或多种可对含金属氧化物的材料具有还原作用)混合。
13、因此，还原气体可以包含氨；它可以部分或完全由氨组成。如果只是部分由氨组成，则还含有其它组分；利用氨的一方面是将其与其它组分混合；例如，可以将氨添加到其它组分中，以使得其占其混入后获得的气体流的多于0.5体积％。其它组分既可以是在还原反应器中存在的条件下对于与含金属氧化物的材料的反应呈惰性的那些——例如氮气n2，也可以是在还原反应器中存在的条件下与含金属氧化物的材料反应的那些。就此而言，优选对含金属氧化物的材料具有还原作用的组分；它可以是例如含烃气体、含碳气体、含氢气体、氢气。
14、还可以通过利用氨获得还原气体，这通过裂解氨并将所得的氮气和氢气的气体混合物——任选地在富集或贫化氮气或氢气之后——与还原气体的其它组分混合。
15、还可以通过利用氨获得还原气体，这通过裂解氨并将所得的氢气在与氮气分离后与还原气体的其它组分混合或构成全部还原气体——任选地与剩余少量的在裂解中形成的氮气一起。
16、原则上，各种“颜色”的氨都是可考虑的。“颜色”在此被理解为是指与所基于的生产类型相关的赋色。氨的颜色通常与生产中使用的氢气的颜色有关。例如，氨可以是绿色的，例如如果它是使用绿色氢气生产的；它可以是蓝色的，例如如果它是借助于通过封存所得二氧化碳co2获得的氢气生产的。氨也可以借助于绿松石色的氢气来生产，例如如果氢气是通过分离所得碳c来生产的；它可以借助于粉色的氢气来生产，例如如果氢气是通过使用核电生产的。也可以考虑氨的一种或多种这些“颜色”的混合物，或者氨所基于的氢气的颜色的混合物。
17、还原气体是引入到还原反应器或其包含含金属氧化物的材料的内部空间(其中发生还原反应)中的气体，其具有在引入时存在的其组成和温度。在存在该组成和温度之前，存在还原气体前体，还原气体基于该前体制备。例如可以通过添加另外的组分或加热来进行所述制备。所述制备还可以通过在前体中在无需外部干预的情况下发生的化学反应来进行，所述化学反应例如改变化学组成或温度。
18、所述还原反应器是例如还原竖井——例如当使用包含含金属氧化物的材料的固定床的还原竖井进行直接还原方法时。还原反应器例如是流化床反应器——例如当使用包含含金属氧化物的材料的流化床的还原反应器进行直接还原方法时。在此，流化床反应器还可以包括多个单独的子反应器，它们例如并联或相继连接并且共同形成流化床反应器。
19、还原反应器例如是涡流层反应器——例如当使用包含含金属氧化物的材料的涡流层的还原反应器进行直接还原方法时。所述涡流层反应器在此还可以包括多个单独的子反应器，它们例如并联或相继连接并且共同形成涡流层反应器。
20、还原反应器还可以是含有包含含金属氧化物的材料的固定床的高炉——当操作高炉时，氨可以例如替代本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于使含金属氧化物的材料(2)还原的方法，
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对从还原反应器(2)排出的炉顶气的加工包括用于降低氮气含量的方法步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在制备还原气体时向所述炉顶气和/或加工气体添加选自由以下物质组成的第一组中的至少一种成员：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在制备还原气体时向所述炉顶气和/或加工气体添加选自由以下物质组成的第二组中的至少一种成员：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在将炉顶气或加工气体与所述第一组中的至少一种成员合并之后，将所述第二组中的至少一种成员添加至所得气体混合物中。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在将炉顶气或加工气体与所述第二组中的至少一种成员合并之后，将所述第一组中的至少一种成员添加至所得气体混合物中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中其在具有冷却区(12)和/或产物冷却器的还原反应器(2)中进行，
8.用于使含金属氧化物的材料(3)还原的装置
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述炉顶气排料管线(5)包括至少一个加工设备，所述加工设备是用于降低氮气含量的装置(9)。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述制备设备(6)包括至少一个用于供给选自由以下物质组成的组中的一种或多种成员的供应管线(10)：
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置，其中所述还原反应器(2)具有冷却区(12)和/或产物冷却器，其特征在于，氨进料管线(11)通入所述冷却区(12)和/或产物冷却器中。
12.具有机器可读程序代码的信号处理装置，其特征在于，其具有用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的控制命令。
13.用于信号处理装置的机器可读程序代码，其特征在于，所述程序代码具有使所述信号处理装置实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的控制命令。
14.其上存储有根据权利要求13所述的机器可读程序代码的存储介质。
15.具有包含计算机程序产品的计算机的用于使含金属氧化物的材料还原的装置的控制和/或调节单元，其包含当计算机程序被计算机执行时使得其实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤的命令。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.用于使含金属氧化物的材料(2)还原的方法，
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对从还原反应器(2)排出的炉顶气的加工包括用于降低氮气含量的方法步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在制备还原气体时向所述炉顶气和/或加工气体添加选自由以下物质组成的第一组中的至少一种成员：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在制备还原气体时向所述炉顶气和/或加工气体添加选自由以下物质组成的第二组中的至少一种成员：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在将炉顶气或加工气体与所述第一组中的至少一种成员合并之后，将所述第二组中的至少一种成员添加至所得气体混合物中。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在将炉顶气或加工气体与所述第二组中的至少一种成员合并之后，将所述第一组中的至少一种成员添加至所得气体混合物中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中其在具有冷却区(12)和/或产物冷却器的还原反应器(2)中进行，
8.用于使含金属氧化物的材料(3)还原的装置(1)，
9.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·米尔纳，A·弗莱尚德尔，B·维斯，
申请(专利权)人：首要金属科技奥地利有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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