具有集成发电的高炉炼铁制造技术

公开了基于鼓风气体中更高氧富集水平的用于高炉炼铁和发电的集成系统。该集成系统导致：１）高炉中产率提高；２）发电更有效；和３）能够更经济地捕获和隔离二氧化碳。氧气增强了煤用作铁还原剂源以及在该高炉内气化由此产生改进的含燃料的炉顶气的能力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成发电的高炉炼铁相关申请的交叉引用本申请是2008年12月5日提交的申请号12/3四010的部分延续，其公开内容由此通过参考引入。
技术介绍
本申请涉及富集供给到注射烃的炼铁高炉(iron-making blast furnace)的空气以及使用该炉的烟道气或炉顶气发电。“烃”表示包括燃料或还原剂，包括油、天然气、石油焦、煤及其他材料及其混合物。"Oxygen blast furnace and combined cycle (OBF-CC) - an efficient iron-making and power generation process，，，Y. Jianwei et al.，Energy 28 (2003) 825-835中描述了炼铁和发电相结合的方法。美国专利号5，沈8，019中描述了空气分离装置(ASU)以及在其中制备氧气的方法，其由此通过参考引入。在美国专利号5，582,0 和WO 9728284-A1中描述了将炼铁工艺与ASU相结合的方法。"Developments in iron making and opportunities for power generation”， 1999 Gasification Technologies Conference, San Francisco, California, October 17-20，1999中描述了 ASU和发电相结合的方法。该公开文件还描述了在炼铁生产中使用煤以降低所需焦炭的量。美国专利号6，216，441 Bl公开了在其在燃气轮机或联合循环发电设备(combined cycle power plant)中燃烧之前从烟道气或炉顶气中除去惰性气体。以上所述专利和专利申请的公开内容由此通过参考引入。现有技术中需要将煤气化和高炉富氧炼铁生产与发电相结合，以及如果需要，与二氧化碳去除和隔离(sequestration)相结合的集成系统。专利技术简述本专利技术通过提供基于使炉顶气中的热量或热值最大化的集成系统，解决与将常规炼铁方法与由炉顶气的燃烧更高效联合循环发电相结合关联的问题，同时提高了炉铁水(hot metal)生产的生产率。该集成系统包括以其中实现以下至少一种的方式操作该高炉a)粉煤注入(PCI)速率最大化并结合b)用氧气对供给该高炉的空气进行“超富集”(例如通过 ASU、膜以及其他适于制氧的装置)，其中用氧气对鼓风的“超富集”表示富集该鼓风至大于约32%且至多约70%摩尔体积(例如至少40% -约60%摩尔体积)的氧浓度，c)在该富氧鼓风中添加蒸气以提高氢气的产量以及控制高炉下部的温度(例如蒸气能够从该联合循环 (CC)蒸气轮机中提取)，和d)使焦炭消耗速率最小化到在该矿石还原工艺过程中足以提供支撑和透气性的程度。该超富集的空气(以及任选地蒸气)增强了该炉内的煤气化以产生还原气体CO和H2，由此替代了更昂贵的冶金焦炭。该超富集的空气还提供了以下至少之一 a)提高该炉中的煤用量，b)更完全的气化；c)提高所提供的高炉的炼铁生产率；和d)产生更高热值或含燃料的炉顶气，该炉顶气能够与下游工艺相配合以使下游工艺操作的效率最大化(例如在一些情况中，有很少或没有补充燃料)。使PCI注入最大化实现了该高炉的有效脱硫和能量转化特征，以与下游炉顶气处理和转化工艺和设备相结合产生能量、合成气、蒸气以及其他益处中的至少之一。具有PCI 注入的高炉操作能够与超富集空气相结合，其能够消除对传统热风炉的需求。本专利技术的一个方面涉及与联合循环发电集成的炼铁和煤气化。本专利技术的另一方面涉及炼铁生产和煤气化，其中注入该高炉中的氧气是由ASU产生的，其也与联合循环燃气轮机集成以提供用于冷却和质量增强的氮气，将来自为该燃气轮机供给燃烧空气的压缩机的任意过量的压缩空气供给该ASU。本专利技术的另一方面涉及炼铁生产和煤气化，其与联合循环发电以及二氧化碳捕获以用于可能的隔离集成，其两者都是由使用超富集氧的鼓风导致的炉顶气中的N2浓度降低所造成和增强的。捕获或除去二氧化碳能够提高炉顶气的燃料值，降低或消除在任选的循环回路中供给到该炉的二氧化碳的量，以及其他益处。本专利技术的另一方面涉及炼铁生产和煤气化，其与联合循环发电和二氧化碳捕获集成，在该二氧化碳去除和捕获步骤之前另外包括变换反应器，以能够除去和捕获更大比例的二氧化碳。本专利技术的另一方面涉及炼铁生产和煤气化，其与联合循环发电和(X)2捕获集成，利用了由来自燃气轮机的废气或来自ASU的氮气中所包含的热量产生的蒸气以驱动该变换反应器或(X)2去除(例如隔离)工艺。本专利技术的另一方面涉及炼铁生产和煤气化，其与炉顶气清除和/或CO2除去集成用于制备合成气。本专利技术的一个方面涉及用于炼铁的方法，包括将铁矿石、焦炭和煤引入高炉，由此通过在高炉中引入超富集空气而使煤气化，和从该高炉中回收炉顶气；使用该炉顶气发电；和从该高炉中回收铁水。本专利技术的另一方面涉及用于发电的方法，包括提供来自高炉的炉顶气或一部分炉顶气，该炉顶气包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气，其浓度使得其具有在没有补充燃料的情况下落入匹配下游燃气轮机的所需燃料值操作范围的热值的；将该气体在足以发电的条件下引入到燃气轮机中；将该燃气轮机的废气在足以发电的条件下引入到热回收蒸气发电器(heat recovery steam generator)中。本专利技术的另一方面涉及用于煤气化和炼铁的方法，包括 将煤引入炼铁高炉中，和将富含氧的空气引入该高炉中，其中该高炉内的条件足以将至少一部分煤转化为包括一氧化碳、二氧化碳和氢气的气体；从该炉中除去一部分该气体； 从该气体中除去至少一部分该二氧化碳；将该气体供给到联合循环发电系统、变换反应器和炼铁高炉中的至少之一；和从该炼铁高炉中回收铁。附图简述附图说明图1是使用煤气化和联合循环发电与高炉炼铁相结合的本专利技术的一个方面的示意图。图2是本专利技术的另一方面的示意图，其使用煤气化和联合循环发电和二氧化碳捕获和去除(用于可能的隔离)与高炉炼铁相结合的。图3是本专利技术的另一方面的示意图，其使用煤气化和联合循环发电与二氧化碳捕获和去除(用于可能的隔离)相结合，该二氧化碳捕获和去除通过在该二氧化碳捕获和去除步骤之前包括变换反应器而对其增强。图4是本专利技术的另一方面的示意图，其使用来自ASU的氮气以助于为燃气轮机提供动力和使用来自ASU的氧气以助于该炉顶气的至少一部分在HRSG中的燃烧。图5是本专利技术的另一方面的示意图，其使用贮气罐(gas holder)以阻抑炉顶气的流量和压力变化，其中将该经处理的炉顶气的至少一部分在该燃气轮机的周围引导至 HRSG。图6是本专利技术的一个方面的示意图，其利用炉以提供经加热的鼓风，其中一部分该鼓风空气是由向该燃气轮机供给燃烧空气的压缩机中提取的空气提供的。图7是图1中所示的本专利技术的另一方面的示意图，只是图7使用热风炉和鼓风机以将经加热的富氧空气供给到该高炉。这些附图中所示的装置、组件、系统和方法能够单独或组合使用以得到附图未描述的本专利技术的其他方面。专利技术详述本专利技术涉及用于提供集成系统的设备、工艺和组合，其利用供给到高炉(例如通过ASU) 的空气的氧气富集来将煤气化和高炉炼铁进行有效的组合。该集成系统在该炼铁高炉 (iron blast本文档来自技高网...

【技术保护点】
水以还原剂与铁的比率制备，　该比率大于或等于约０．４０ｋｇ碳／ｋｇ生产的铁。１．　用于炼铁的方法，包括：将铁矿石、焦炭和煤引入高炉中，由此在引入到高炉中的蒸气和超富集空气的存在下将该煤气化；从该高炉中回收炉顶气并使用该炉顶气发电；和从该高炉中回收铁水；其中将该超富集空气以低于约１２５０℃的温度引入到该高炉中，以及铁

【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：MD兰伊，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US