用于操作鼓风炉的方法以及鼓风炉设备技术

本发明专利技术提出一种用于操作鼓风炉（１２）的方法，包括下列步骤：从鼓风炉（１２）回收炉顶气；使至少一部分炉顶气经受再循环过程；以及将再循环炉顶气供应回鼓风炉（１２）内。根据本发明专利技术的一个重要方面，该再循环过程包括：将所回收的炉顶气供应到重整器单元（４０）；将含挥发性碳的材料（４２）供应到重整器单元（４０）；在重整器单元（４０）中以１１００与１３００℃之间的温度使含挥发性碳的材料进行闪速气化，并由此产生脱挥发的碳质材料和合成气体；以及允许脱挥发的碳质材料和合成气体与所回收的炉顶气反应。本发明专利技术还提出一种具有鼓风炉（１２）和用于执行上述方法的炉顶气再循环设备（１４）的鼓风炉设备（１）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种用于操作鼓风炉(blast furnace，高炉)的方法，具体用于使炉顶气再循环的方法。本专利技术进一步涉及一种鼓风炉设备，具体包括一炉顶气再循环设备。
技术介绍
多年来，人们一直在尝试减少来自鼓风炉的(X)2排放，以有助于减少全球的(X)2排放。主要是为了减少使用的焦炭量，提出了一个从鼓风炉中回收炉顶气并将其注回到鼓风炉中来辅助还原过程的建议。已经提出的装置用于将所回收的炉顶气分成用于在别处使用或存储的(X)2富气和用于注回到鼓风炉中的(X)2贫气以便允许减少焦炭。可通过减少其(X)2含量来重整炉顶气，例如，通过如在US 3，884，677中建议的方法在炉顶气中添加化石燃料以部分地转化二氧化碳和蒸汽从而形成一氧化碳和氢气。该过程需要将炉顶气加热到非常高的温度，即1800到2000°C的范围内，以与化石燃料反应并分解二氧化碳。还需要使炉顶气部分燃烧以达到所需的温度。目前更普遍接受的用于减少炉顶气中(X)2含量的方法是采用如US6，478，841中所示的变压吸附(PSA)或真空变压吸附(VPSA)。PSA/VPSA设备产生第一气流，其为富CO和 H2，以及第二气流，其为富CO2和吐0。第一气流用作还原气体并注回到鼓风炉内。第二气流从设备中除去，并在抽取剩余发热量(calorific value)之后处理掉。该处理过程(有争议)包括将(X)2富气泵入地下容器存储。另外，尽管PSA/VPSA设备允许将炉顶气中(X)2含量从约35%显著减小到约5%，但是，它们的购买、维护以及操作的成本非常高，并且它们占用空间大。技术问题本专利技术的目的在于提供一种改进的用于操作鼓风炉的方法。该目的由根据权利要求1所述的方法实现。本专利技术的另一个目的在于提供一种改进的鼓风炉设备。该目的由根据权利要求17所述的设备实现。
技术实现思路
本专利技术提出一种用于操作鼓风炉的方法，包括下列步骤从鼓风炉回收炉顶气； 使至少一部分炉顶气经受再循环过程；以及将再循环炉顶气供应回鼓风炉内。根据本专利技术的一个重要方面，该再循环过程包括将所回收的炉顶气供应到重整器单元(reformer unit)；将含挥发性碳的材料供应到重整器单元；在所述重整器单元中以1100到1300°C之间的温度使所述含挥发性碳的材料进行闪速气化(flash gasification)，并由此产生脱挥发的(devolatised，除去易挥发性物质的)碳质材料和合成气体；以及允许脱挥发的碳质材料和合成气体与所回收的炉顶气反应。所回收的炉顶气与脱挥发的碳质材料混合使得炉顶气中的(X)2含量减少，同时合成气体使得能得到的气体体积增加。当然，当含挥发性碳的材料进入到供应有所回收的炉顶气的重整器单元时，由于重整器单元中的温度较高，含挥发性碳的材料经历闪速气化，或部分脱挥发。由于闪速气化，含挥发性碳的材料以合成气体的形式释放出的挥发性物质的量明显比同样含挥发性碳的材料的标准预定量高。当然，对于具有35%挥发性物质(到 50%或更多的挥发性物质)的挥发性煤，可通过利用闪速气化来抽取。通常，可实现标准预定量的1.5倍。释放的挥发性物质的量越高，导致产生的合成气体就越多，这进而导致气体体积增加。同时，脱挥发的碳质材料的剩余的碳与炉顶气中的二氧化碳反应，并根据反应 C02+C — 2C0而将二氧化碳转化成一氧化碳。通过此过程，可将大量的二氧化碳转化成一氧化碳。可以实现与PSA/VPSA设备所实现的类似的(X)2还原，即，将(X)2含量从35-40%减少到4-8%。但是，执行本方法需要的设备比PSA/VPSA设备便宜得多；不仅是购买设备，而且在设备的维护和运行方面，都比较便宜。另外，由于仅有一部分所回收的炉顶气被重整并注回到鼓风炉内，所回收的炉顶气的剩余部分则从设备运输出去并用于别处；具体地，抽取其发热量。所回收的炉顶气的发热量比PSA/VPSA设备的含(X)2气体的发热量高得多。重整器单元中气体体积的增加进一步增加了发热量高的炉顶气的量，可从该设备中抽取发热量。应该注意的是，供应到重整器单元内的含挥发性碳的材料优选为固态。一旦进入到重整器单元内，则含挥发性碳的材料就转化成脱挥发的碳质材料和合成气体。含挥发性碳的材料一旦进入重整器单元内，优选以超过1000°C /秒，更优选以超过5000°C /秒的速率被加热。应该注意的是，加热的速率取决于引入到重整器单元内的含挥发性碳的材料的颗粒直径。对于大约为100微米直径的颗粒来说，加热速率可以是约 10000°C /秒左右。所回收的炉顶气有利地被加热到1100到1300°C之间的温度，优选地约1250°C。例如，所回收的炉顶气可在重整器单元的上游在热风炉(诸如考珀式的 (Cowper))、或在卵石加热器或任何高温热交换器中被加热。可替换地，例如，所回收的炉顶气可在重整器单元自身中被加热。可通过将氧气供应至重整器单元中、热风炉中或它们之间的所回收的炉顶气来加热所回收的炉顶气。可替换地，通过至少一个与重整器单元相关联的等离子体焰炬来实现对所回收的炉顶气进行加热。另外，还可能首先在重整器单元上游的热风炉中或卵石加热器中加热所回收的炉顶气，并随后在重整器单元中进一步加热所回收的炉顶气。此额外加热允许提高重整器单元中的温度，并提高含挥发性碳的材料的脱挥发以及二氧化碳到一氧化碳的转化。因此，这产生更多的气体，气体内剩余的二氧化碳被稀释。但是，更重要的是，这还升高了二氧化碳的转化率，由此进一步减少从重整器单元排出的气体中二氧化碳的量。例如，热风炉或卵石加热器可利用从鼓风炉抽取的发热量高的炉顶气进行加热。在本专利技术的上下文中，将含挥发性碳的材料理解为具有发热量至少为15MJ/kg并且包括挥发性煤、挥发性塑料材料或其混合物。但是，也可设想到其他含挥发性碳的材料。优选地，将挥发性煤理解为包括至少25 %的挥发性材料的煤。有利地，该挥发性煤为包括至少30%的挥发性材料的高挥发性煤。例如，注入到重整器单元内的挥发性煤可包括约35%的挥发性材料。应该注意的是，挥发性材料的百分比优选尽可能高，并且上述百分比并不旨在代表挥发性材料含量的上限。还应该注意的是，从重整器单元排出的重整炉顶气所带走的煤颗粒形成供应到鼓风炉内的半焦炭。由于引入额外的半焦炭，可减少通过鼓风炉顶端供应到鼓风炉的焦炭量。优选地，将挥发性塑料材料理解为包括至少50%的挥发性材料的塑料材料。例如， 该塑料材料可包括汽车粉碎残渣。应该注意的是，挥发性材料的百分比优选尽可能高，并且上述百分比并不旨在代表挥发性材料含量的上限。有利地，在将含挥发性碳的材料注入到重整器单元之前进行研磨和/或干燥，从而促进含挥发性碳的材料在重整器单元中的脱挥发。根据本专利技术的一个实施方式，从重整器单元排出的炉顶气在鼓风炉的炉膛风口 (hearth tuyere)高度处被注回到鼓风炉内。根据本专利技术的另一实施方式，从重整器单元排出的炉顶气被分成再循环炉顶气的第一气流和第二气流，并且其中，再循环炉顶气的第一气流在鼓风炉的炉膛风口高度处被注回到竖炉内，且再循环炉顶气的第二气流在鼓风炉的熔化区之上的位置处被注回到鼓风炉内。含碳颗粒优选从再循环炉顶气的第二气流传送到再循环炉顶气的第一气流。例如，通过旋流器来执行含碳颗粒从再循环炉顶气的第二气流到第本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于操作鼓风炉的方法，包括下列步骤：从所述鼓风炉回收炉顶气；使至少一部分所述炉顶气经受再循环过程；以及将再循环的所述炉顶气供应回所述鼓风炉内，其特征在于，所述再循环过程包括：将回收的炉顶气供应到重整器单元；将含挥发性碳的材料供应到所述重整器单元；在所述重整器单元中以１１００与１３００℃之间的温度使所述含挥发性碳的材料进行闪速气化，并由此产生脱挥发的碳质材料和合成气体；以及允许所述脱挥发的碳质材料和所述合成气体与所述回收的炉顶气反应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：让卢卡·罗特，
申请(专利权)人：保尔伍斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：LU