本发明专利技术涉及制备在金属制造方法中使用的具有高温的还原剂的方法，所述方法包括：ａ）使用热源加热含碳原料的热解步骤，其中所述原料被热解到至多８０％的热解程度变成具有高温的部分炭化了的含碳产物并从所述含碳原料产生包含挥发性物质的热解废气，ｂ）燃烧所述热解废气的燃烧步骤，由此产生燃烧废气，其中所述燃烧废气的热能通过使所述燃烧废气与所述含碳原料直接接触而用作步骤ａ）中的热源和／或其中所述燃烧废气的热能通过加热所述含碳原料而不直接接触所述含碳原料而用作步骤ａ）中的热源。本发明专利技术还涉及用于执行根据本发明专利技术的方法的优选设备、利用还原剂制备工艺的金属制造方法如制铁工艺和进行所述工艺的装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】第1/12页制备在金属制造方法中使用的还原剂的方法和设备、 使用所述设备的金属制造方法和金属制造装置本专利技术涉及制备在金属制造方法中使用的具有高温的还原剂的方 法和设备和使用所述设备的金属制造方法和装置。使用还原剂的金属制造方法在本领域中众所周知。EP 0 936 272 公开了 一种冶炼金属矿石即铁矿石的方法和设备，其中将氧化铁和作 为还原剂的热炭进料到 一级反应器中以还原氧化铁并由此生成元素铁 的熔池，产生含氧化铁的熔渣层。该热炭在二级反应器中通过部分氧化挥发性物质由包含固定碳和 含烃挥发物的含碳物质来制备。在二级反应器中同时产生包含烃、C0、 C02、水蒸汽和仏的燃料气体，其具有大于O. 25的CO:COz比。使这种燃 料气体燃烧，以使得产生喷射火焰，将该火焰导入由氧化铁组成的熔 渣层中。该一级反应器可包括转炉和在其顶部的熔融用旋风分离器，也称 为旋风分离器转炉(CCF)。将铁矿石细粒引入熔融用旋风分离器中。将氧气和来自转炉的气体物流形式的燃料也引入熔融用旋风分离器中。 结果是，铁矿石被预还原并熔融。由于旋风作用，将液体金属物流与 气体物流分离。液态的预还原了的铁矿石沿熔融用旋风分离器的内壁向下流入转 炉中，在那里发生进一步或最终还原。转炉中所需的还原剂以来自二 级反应器的热炭、煤或它们的组合的形式引入。使用一个或多个喷枪 将氧气引入转炉中。在二级反应器中，可使用氧化剂如(富氧)空气或 氧气部分氧化煤。二级反应器的实例包括适于具有窄粒度分布的粒状 煤原料的流化床、适于具有较宽粒度分布的粒状煤原料的喷射床反应 器和采用粉碎的煤原料的栽流反应器。EP 0 726 326公开了通过在熔融用旋风分离器中在预还原段然后 5在作为冶金容器的转炉中在最终还原段直接还原铁矿石来生产熔融金 属即生铁的方法和装置。这种已知方法包括输送铁矿石到在预还原段 中的熔融用旋风分离器中并借助于来源于冶金容器中的最终还原段的 还原性工艺气体在那里将其预还原的步骤。还原性工艺气体在熔融用旋风分离器中的后燃也通过供应氧气进 行，以使得熔融用旋风分离器中的铁矿石至少部分熔融。预还原的且 至少部分熔融了的铁矿石从熔融用旋风分离器向下进入在位于下方的 冶金容器中。在冶金容器中的最终还原通过直接供应固体颗粒形式的 煤到熔渣层和供应氧气到冶金容器中而在熔渣层中实现，由此生成还 原性工艺气体。这种还原性工艺气体通过供应氧气部分后燃。该部分后燃在熔渣层中至少部分实现，以使得后燃比率不大于O. 55。剩余的 还原性工艺气体在熔融用旋风分离器中消耗。据说尽管在冶金容器中 后燃程度低，但仍得到低的煤消耗。这种已知方法产生的具有较大化 学能含量的排出气体越多，设定的后燃比率越低。该方法还容许使用 较低廉的高挥发性煤。W0 2004/031324公开了 一种在热解条件下处理物料的方法和装置。这种已知装置包括外壳，其中提供有挤出螺杆。待处理的原料的 实例包括产生炭或焦炭的煤。该螺杆配置降低了与反应期间塑性相有 关的问题，如影响传热和加工性能的粘结、差的混合性质。还据说这 种已知装置本身可用来使用还原剂将铁矿石还原为钢。虽然以上论述的现有技术说明了各种改善制铁工艺的努力，但仍 然需要进一步优化这些工艺，特别是鉴于煤消耗、能量消耗和环境上 有害的副产物如二氧化碳的排放。本专利技术的第 一 目标是以能量有效的方式制备还原剂如部分炭化了 的煤。本专利技术的一个目标是减少金属制造中的煤消耗。本专利技术的其它目 标是减少金属制造中的C02排放。又一目标是使煤被一种或多种替代能源(部分)代替，由此容许C02 排放进一步减少。6另一目标是提供所产生的具有高C02含量的废气，它可以在不需要 成本高的C02捕获措施的情况下再次使用或储存。根据本专利技术的第一方面，提供了在金属制造方法中使用的具有高 温的还原剂的制备方法，包括a) 使用热源加热含碳原料的热解步骤，其中将所述原料热解到至 多8 0%变成具有高温的部分炭化了的含碳产物的程度并由所述舍碳原 料产生包含挥发性物质的热解废气，b) 燃烧所述热解废气的燃烧步骤，由此产生燃烧废气，接接触用作步骤a)中的热源和/或其中所述燃烧废气流的热能通过加含碳原料通过部分热解而部分炭化生成还原剂。该部分炭化了的含碳 产物为所述还原剂。在根据本专利技术的第一方面的方法中，含碳原料仅仅通过在步骤a) 中加热来部分热解。该部分热解步骤的废气包含挥发性组分，例如烃。 该热解废气在步骤b)中燃烧。该燃烧步骤b)产生燃烧废气。该燃烧废 气用来加热新进料的含碳原料和在步骤a)中已经部分炭化了的含碳原 料，以提供部分热解所需的热量。加热可直接进行，即通过使燃烧废 气与待加热的物料直接接触来进行，或者间接进行，即不通过使燃烧 废气与待加热的物料直接接触来进行，或者直接和间接进行。用这种 方法，以能量高度充分的方式制备在制铁工艺中使用的还原剂，它容 许制铁工艺中的效率改善。可将本专利技术的方法认为是含碳原料变为待 直接用于制铁工艺的具有高温的还原剂的预处理方法，当使用适于金 属制造尤其适于制铁的CCF装置时，能够实现较高的碳效率和能量效率 和具有高PCR的废气(例如在旋风分离器出口处)。专利技术人已发现，热解 的优化与金属制造相结合产生超过25°/。/吨生成的金属的潜在能量效率 改善。该潜力通过由热炭代替冷煤并通过内在的效率提高而实现，因 为较低的煤消耗意味着产生较少的需要被加热的气体，导致每吨热金 属较少的热量损失。冷煤将以其它方式在仅部分使用进料的煤的方法中加热(约45°/。的后燃比率)并在约1700匸的高温下释放其废气。两种因 素意味着浴熔炉在化学上和热上不是加热冷物料的有效反应器。含碳 原料的同时直接和间接加热可通过将燃烧废气流分流为至少第一燃烧 废气流和第二燃烧废气流来实现，且其中第一燃烧废气流的热能通过 使该流与含碳原料直接接触而用作步骤a)中的热源且其中第二燃烧废 气流通过加热含碳原料而不直接接触该含碳原料用作步骤a)中的热 源。煤的最大热解量取决于对于它来说产生待用作热解废气的气体的 足够量的要求，所述热解废气用来加热含碳原料。专利技术人发现，合适 的热解程度为至多50%。热解程度优选在5%和50%之间，且更优选在IO %和40%之间。根据煤类型和水分含量，优选的热解程度在15%和25% 之间，且温度在400。C和900'C之间。发现优选的温度范围在600。C和800 'C之间。应注意到，在本专利技术的上下文中，措词热解了的是指含碳原 料基本上在不存在任何实质量的氧气(无氧气气氛或低氧气分压)的情 况下被加热到预定温度。此加热的结果是发生广泛种类的反应，由此 生成多种产物。固态产物由术语炭表示，而流体产物尤其是气态 组分为所谓的挥发性物质。优选步骤a)和b)在彼此分开的不同区 域中进行，以使氧气或其它氧化剂以不可接受的含量存在于步骤a)区 域中的风险最小化。部分热解是指所得的部分炭化了的含碳产物仍含 有显著量的挥发性物质，其随后可在部分炭化了的含碳产物的后续使 用过程中得到。优选将刚好足够的挥发性物质从含碳原料中汽提出来 以维持该热解过程并使炭获得所要的高温。优选挥发性物质总量的至 多5 0%已从含碳原料中释放。煤在热解条件下的处理是一种本身已知用于制备炭或焦炭本文档来自技高网...
【技术保护点】
在金属制造方法中使用的具有高温的还原剂的制备方法，所述方法包括： ａ）使用热源加热含碳原料的热解步骤，其中将所述原料热解到至多８０％变成具有高温的部分炭化了的含碳产物的热解程度并由所述含碳原料产生包含挥发性物质的热解废气， ｂ）燃烧所述 热解废气的燃烧步骤，由此产生燃烧废气， 其中所述燃烧废气的热能通过使所述燃烧废气与所述含碳原料直接接触用作步骤ａ）中的热源和／或其中所述燃烧废气的热能通过加热所述含碳原料而不直接接触所述含碳原料用作步骤ａ）中的热源。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-4-4 07007058.61.在金属制造方法中使用的具有高温的还原剂的制备方法，所述方法包括a)使用热源加热含碳原料的热解步骤，其中将所述原料热解到至多80％变成具有高温的部分炭化了的含碳产物的热解程度并由所述含碳原料产生包含挥发性物质的热解废气，b)燃烧所述热解废气的燃烧步骤，由此产生燃烧废气，其中所述燃烧废气的热能通过使所述燃烧废气与所述含碳原料直接接触用作步骤a)中的热源和/或其中所述燃烧废气的热能通过加热所述含碳原料而不直接接触所述含碳原料用作步骤a)中的热源。2. 权利要求l的方法，其中步骤a)在单程反应器(10)，优选挤出 机型反应器，更优选包括互相啮合的双挤出螺杆(14)的挤出机型反应器 中进行。3. 前述权利要求之一的方法，其中步骤b)用优选具有400和700 'C之间的温度的预热了的含氧气体进行。4. 前述权利要求之一的方法，其中，在步骤a)中，所述燃烧废气 相对于所述含碳原料逆流进料。5. 前述权利要求之一的方法，其中步骤a)以这样的方式进行所 得热解废气包含的挥发性物质的量在所述热解废气燃烧后足以提供为 了加热并部分热解所述含碳原料所需的热量，而部分炭化了的含碳产物 包含剩余的挥发性物质。6. 前述权利要求之一的方法，其中所述含碳原料包括煤。7. 通过在预还原段然后在最终还原段中直接还原金属矿石生产熔 融金属的方法，所述方法包括以下步骤 (a)在所述预还原段中，将金属矿石进料到预还原区并在此借助于 来源于最终还原区的还原性工艺气体将其预还原，融，位于从铁矿石流动方向看的下游的最终还原区中，在那里发生所述最终 还原,和(d) 在所述最终还原区中在熔渣层(116)中通过供应还原剂和含氧 气体到所述最终还原区实现所述最终还原，由此生成所述还原性工艺气 体，和(e) 在所述最终还原区中借助于向此处供应的所述含氧气体实现所 述还原性工艺气体的部分后燃，其中将还原剂进料到所述最终还原区中，所述还原剂已经根据前述 权利要求之一的方法制备。8. 权利要求7的方法，其中离开所述预还原区的废气具有如下定 义的大于0. 60的后燃比率潛=C°2,其中C02、 C0、 1120和112是这些气体在离开所述预还原区时的体...
【专利技术属性】
技术研发人员：MB德尼思，J祖德玛，JM林克，HKA梅耶，
申请(专利权)人：科鲁斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]
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