CN101460637A - 用于生产直接还原铁的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在还原反应器中生产直接还原铁(DRI)的直接还原方法，该还原反应器具有将含氧化铁颗粒，例如铁矿石球丸，通过将所述氧化铁与高温还原气体反应，还原成DRI的还原区，和用于降低在所述还原区中产生的DRI温度的冷却区，其中，冷却气流，通常为天然气，通过所述冷却区循环，所述冷却气的一部分从冷却区中抽取，在气体冷却器中冷却和净化，一部分已冷却气体通过喷射器被循环至所述还原区，该喷射器利用高压天然气补充进料作为喷射器的动力流体。使用喷射器来代替使用机械压缩机循环冷却气大大节省了电力、资本、运转成本和维修成本。本发明还涉及具有DRI冷却区的直接还原设备，该设备在将至少一部分冷却气循环至冷却区中使用了至少一个喷射器。

Description

用于生产直接还原铁的方法和装置
技术领域
本发明涉及通过使用再循环和再生的热还原气体将氧化铁颗粒直接还原成主要包含金属铁的仍然为固体的颗粒。最典型的，该热还原的颗粒通过再循环冷却气体(recirculating cooling gas)冷却，其中天然气作为补充添加到所述冷却气体中。
背景技术
本发明因而涉及氧化铁颗粒的直接还原来生产直接还原的铁(DRI)，在工业上也被称作海绵铁。更具体地，本发明涉及对用于将冷却气再循环至直接还原反应器的冷却区的方法和装置的改良。
商业生产DRI的大约五十年，还原和冷却气体都通过大型且昂贵的压缩机进行再循环。
在本发明中，用于将冷却器物流循环通过直接还原反应器的较低部分的普通压缩机优选的被至少一个气体喷射器替换，或者至少辅助使用；这意外地导致了预先没有意识到地和令人惊讶地有效的重要技术和经济优势。如以下更详细的描述，在压缩大量初始资本成本上节省了数百万美元同时在电力能源和保养效果上极大减少了操作开支。
现今，直接还原方法作为高炉的替代法被用在钢铁工业中，其主要使用在能获得天然气以及要求相对低容量的炼钢装置的领域。动态床类型直接还原法由美国专利US4049440；4556417；5858057；5110350；5437708；和6319301来示例。在这些方法中，以球丸(pellets)、团块(lumps)或其混合物形式存在的含铁颗粒被填料到位于动态床竖式还原反应器的上部的还原区中，在此矿石颗粒中的氧化铁通过高温还原气体被化学还原为金属铁。该还原的和金属化的铁颗粒或DRI(直接还原的铁)在超过约800℃的温度从所述还原反应器通过在其较低部位中的冷却区被排出，在冷却区中它们通常被冷却至约环境温度来避免在出料并与空气接触时发生DRI的再次氧化。为此，非氧化性气体物流在冷却回路中循环，该冷却回路包括反应器的冷却区、用于通过冷却气体从热DRI上吸收热量的气体冷却器、用于循环大部分所述冷却气体返回至所述冷却区的冷却气体压缩机和用于所述冷却气体回路的连续操作的合适的连接管道以及控制工具。通常，作为冷却介质使用的气体为与包含氢气和一氧化碳的还原气混合的天然气。甚至在纯天然气作为冷却气体循环通过冷却区时，天然气中的碳氢化合物(甲烷、乙烷、丙烷、芳族化合物、等)在一定程度上，依据温度和经过的时间，通过DRI在冷却区内在所述冷却气体遇到的温度下的催化反应部分地转化为氢气和一氧化碳。
如今气体喷射器在一些工业生产方法和装置中用来推动气流，一些推荐的喷射器应用例子如下所述。
德国公开专利申请号No.DE4010602和DE4010603公开了氨水生产方法，其中喷射器被用于使用同方法中的较高压气流进行气流的上游再循环。这些申请中的所示的方法是不同的，但在它们两者中，都用喷射器替代用于增加气体的压力以使所述气体可以进料至该方法的第一步的压缩机。
授予Nasato的美国专利US6,508,998公开了喷射器在用于从含硫化氢的气体中进行硫回收的克劳斯(Claus)装置中的使用。喷射器46被用于循环一部分来自氧化和热回收容器的气体流出物至氧化反应器的燃烧器。喷射器的运动流体可以选自：蒸汽，空气，氮气，二氧化碳，二氧化硫或其它相互相容性气体。
授予Singh等人的美国专利US6,818,198公开了自热重整方法，其中生产的合成气的一部分利用喷射器124循环至重整器，其中运动流体流为碳氢化合物和蒸汽的混合物。在这种情况下，喷射器也作为至重整器的进料气体和循环的合成气产物的混和器。合成气的循环增加了产物气体中氢气的比例。
发布于1982年4月20日(优先权日期为1979)的美国专利US4,325,731是申请人和受让人唯一已知的甚至建议了DRI还原反应器联合喷射器的任何使用。该专利完全没有记载关于DRI冷却的内容。
该专利仅仅附带地示出了喷射器7，该喷射器7使用气化器产物6作为动力气体(motive gas)与来自还原反应器12的洗涤过的、贫化的还原气体8混合并供应给重整器10。该特征并未体现在权利要求中。甚至使用喷射器的建议明显并未证明可行(用于循环还原气体)。与该具有四分之一世纪之久的参考文献中的建议相反，申请人和其受让人并不清楚该建议曾经被在工业上实施过或者被证实在所述应用中是有效或者有益的。
更重要的，在该专利中并没有给出在DRI还原装置的冷却气体循环回路中使用喷射器的建议，更没有意识到其中的许多优点，尤其包括能够利用高压天然气供应的优点，该高压天然气由外部商业来源供给，因而作为“自由”动力能源存在。虽然所述高压天然气已经作为原料源在工业DRI装置中使用了将近50年，但这种情况却存在着，而且以前从来没有以这种方式利用过这种高压天然气的优点。
应该注意的是，给定体积的天然气，一旦被重整，形成了体积为四倍的气体。因而，如果该体积的气体作为补充原料供给工业可行的DRI装置中的还原气体回路，其不足于驱动喷射器来循环该循环的还原气体；然后在补充气为极小体积的未重整天然气时，该不足将会更严重。然而申请人已经吃惊地发现补充气的体积，即使在天然气形态时，当供给冷却区时，有效地驱动喷射器，以足够替换在冷却气体循环回路中使用的压缩机。在发现该事实后会想到的使得这在冷却区可行的另一个原因是，在冷却气体回路中驱动循环气体所需的压力典型地低于在还原气体回路中驱动循环气体所需压力的五分之一。该冷却气体回路基本上仅具有冷却区和冷却器/涤气器，同时还原气体回路将至少另外还具有加热器和/或重整器(参见专利“731中10)。
本文中引述的文献(包括前述专利)，和本文中引述的文献中所有引用的或参考的文献，在此均通过引用结合进来。通过引入结合进本文的文献或者其中的任何教导可能在本发明的实践中使用。
因而，本发明第一次通过在冷却回路中利用喷射器克服了DRI生产的相关现有技术的一些缺点，同时第一次在近五十年工业DRI生产中，采用常用天然气补充原料的高压作为动力，用于喷射器以混合并且驱动任何循环气体。本发明在使用喷射器代替传统大型机械压缩机来循环冷却气体方面；或者，在现有的安装方面，对于所述压缩机，至少提供了相对便宜的支持，因而额外地避免了不再需要的、尤其是更昂贵的备用或者辅助压缩机的成本以及维持费用。
发明内容
本发明涉及在动态床反应器中通过高温还原气体(a high-temperaturereducing gas)将铁矿石中的氧化铁还原为以固态存在的金属铁(DRI)的方法，其中在还原区中产生的DRI通过与冷却气流接触在反应器的冷却区中或者在单独冷却容器中被冷却，该冷却气流通过喷射器循环至所述冷却区；优选地利用从已经作为补充气供给循环冷却气流的现存高压天然气流中得到的动力。
因而，本发明的目的为提供用于铁矿石直接还原的方法和装置，该方法和装置在资本和运转花费上相比于现存的DRI生产的方法和装置具有重大的节省。
本发明的另一个目的为提供用于铁矿石直接还原的方法和装置，与现有的类似方法相比需要较不贵重的装置和更少的电能。
本发明的目的一般通过以下达到，提供用于在如下中生产直接还原铁(DRI)的方法：还原反应器，包括在其上部的还原区和在其下部的冷却区；包括所述还原区的还原气体回路和包括所述冷却区的冷却气体回路，以及用于循环冷却气体至所述冷却区的喷射器；所述方法包括供应含氧化铁的颗粒至所述还原区；在所述还原区中通过将所述氧化铁与高温还原气体反应以还原所述氧化铁为金属铁来生产所述DRI，该高温还原气体包含氢气和一氧化碳；使所述DRI流动至所述冷却区；循环冷却气流通过所述冷却区来使所述DRI冷却下来；从所述冷却区抽取至少一部分所述冷却气体；冷却所述抽取的冷却气体；进料高压气流作为至所述喷射器的动力流体和进料至少一部分所述冷却气体作为驱动流体；然后从所述冷却区排出DRI。
在更宽的方面，用于喷射器的动力流体可以为天然气或其它选自于任何与直接还原方法相容的压缩的惰性气体或还原气体。
本发明的目的还通过用于生产DRI的装置达到，其包括还原反应器，该还原反应器在其上部具有还原区，在其下部具有冷却区；将含氧化铁的颗粒运送至所述还原区的机构，其中通过将所述氧化铁与高温还原气体反应来还原所述氧化铁为金属铁以生产所述DRI，该高温还原气体包括氢气和一氧化碳；用于在包含所述冷却区的冷却气体回路中循环冷却气流使所述DRI冷却的机构；用于从所述冷却区抽取至少一部分所述冷却气体的机构；用于冷却所述抽取的冷却气体的机构；用于通过将高压气流作为至所述喷射器的动力流体进料和将至少一部分所述冷却气体作为驱动流体进料，而将一部分所述已冷却的冷却气体循环至所述冷却区的喷射器；和，用于将所述DRI从所述冷却区排出的机构。
在本发明的一种变体中，用于还原铁矿石至金属铁(DRI)的方法和装置结合进了至少一个与冷却气体压缩机并行安装的喷射器(特别用于现存安装的改进类型中)，由此当所述冷却气体压缩机无法获得或者因为维护关闭时则使用该喷射器(或者反之亦然)。在另一变体中，两个喷射器并行安装并且在需要时一起运转、交替运转或一个支持另一个运转。
附图说明
图1为根据本发明直接还原方法的第一实施方案的示例，其中循环通过还原区的还原气体在重整器中生产，已清洁和已冷却的循环冷却气体通过喷射器使用高压天然气补充气作为动力气流被推回至所述还原反应器的冷却区。
图2为根据本发明直接还原方法的类似实施方案的示例，其在冷却气体回路中也使用了喷射器，但是在还原气体回路的构造上与图1方法不同(其中从还原区流出的气流流出物经天然气重整器循环回所述还原区)。
图3为根据本发明直接还原方法的类似实施方案的示例，其在冷却气体回路中也使用了喷射器，但是在还原气体回路的构造上与图1和2方法不同(其中从还原反应器流出的还原气体流出物的一部分经过重整器循环回所述还原区，另一部分通过加热器循环回所述还原区)。
图4为根据本发明直接还原方法的类似实施方案的示例，其在冷却气体回路中也使用了喷射器，但是在还原气体回路的构造上与图1-3方法不同(其中在天然气的重整中完全没有利用重整器)。
具体实施方式
附图标记经设置以使在所有附图中相同的附图标记代表类似的要素。
参考附图1，附图标记10一般代表还原反应器，该还原反应器具有还原区12在其上部和冷却区14在其下部。合适的源16提供的天然气伴随着来自源20的蒸汽和/或CO2通过管道18供给重整器22，在重整器中存在于所述天然气中的碳氢化合物(主要为甲烷)在Ni催化剂存在的情况下与水/CO2反应产生氢气和一氧化碳。通过将离线生产的新鲜重整气体与正通过管道26循环的还原气体结合，将重整的气体经由管道24(在热量回收和冷却后，为了简化而未标出)添加进还原气体循环回路。由此结合的气流在加热器28内加热至超过约850℃的温度。所得的热加强循环还原气体通过管道30供给还原区12，在还原区中其接触送入所述还原区12上部的铁矿石颗粒32并还原成DRI33。已反应的残余还原气体作为具有消耗了的还原能力的流出物从所述还原区12通过管道46被抽取，供给热交换器48，其中它传递热量至水50来产生蒸汽52。该蒸汽52可以在还原装置的其它部分中使用，例如，在系统54中使用，用于去除CO2，通过管道56排出。在通过热交换器48后，还原气体通过管道58流至冷却器60，后者通常为直接接触型。那儿所述气体与冷却水接触，由此在还原区12中的还原反应的副产物热水被冷凝并从还原气体中去除。已冷却的还原气体的一部分通过管道62和压力控制阀64被从系统中吹扫。从管道62流出的该吹扫的还原气体可以作为燃料使用，通过管道19作为至少一部分源17进料来加热重整器22和/或任选地进料来加热气体加热器28(出于简化目的，该变体未标出)。冷却的还原气体的主要部分通过管道66流动，通过压缩机68压缩以最终循环回还原区12。该压缩的循环还原气体通过管道70供给CO2去除系统54，该系统正常情况为化学吸收类型，其中二氧化碳被吸收在含胺液流中。然而，在一些情况下，该CO2去除系统54可以为物理吸附类型，已知为(变压吸附)PSA或(真空变压吸附)VSA。该具有降低量的水和二氧化碳的循环还原气体在其被送回还原区12之前，在加热器28内被加热至高于约850℃的温度。该热还原气体可以与来自于源34通过具有控制阀38的管道36的碳氢化合物和来自源40通过管道42和阀44的氧气结合，从而进一步增加其温度至高于约1000℃的水平，同时用于实施所述碳氢化合物的重整部分氧化，因而增加了循环还原气体的还原气体能力。
现在参考冷却气体回路，来自源72的高压天然气作为动力流体通过管道76和阀78被供给喷射器80。在管道90内的循环冷却气体的一部分由阀92调节并且通过喷射器80经过管道82循环回冷却区14。在冷却区中冷却DRI后，该被升温的冷却气体通过管道84被抽取，然后在冷却器/涤气器86内重新冷却，接着通过管道88供给喷射器。
在该优选的方法中利用天然气作为喷射器的动力流体提供了显著的优点：
在当前DRI装置内，冷却的循环气体被所用的压缩机的机械压缩过早的加热；但是在压缩机被喷射器替换后，这被避免了；因而，取消了通常与压缩机关联的后冷却器，因而进一步减少了资金和运转成本，同时改良了过程参数。
当存在于天然气中的碳氢化合物与热DRI在冷却区14中接触时，所述碳氢化合物的一部分裂解并分解为更简单的分子且最终分解为氢气和一氧化碳。由于裂解反应为吸热的，因此，供给天然气至冷却区在DRI的冷却上起到了促进作用。
机械压缩机为昂贵装置种类，需要昂贵的维修成本，因此，用喷射器取代机械压缩机节省了大量的资本和方法运转成本。对于新装置，本发明代表资本成本节省约1百万美元，这是压缩机的估计成本。具有类似容量的喷射器的成本为约1万美元。根据本发明，直接还原装置的运转和维护因此被显著的简化了。
在本发明另外优选的实施方案中，提供了第二喷射器94以另一个喷射器的备份的形式作为安全措施来确保本方法运转的连续性。喷射器94与动力气体源72通过管道74相连。通过阀78、98、92和96来根据需求选择喷射器80和94的交替运转从而隔离其中一个喷射器。如果需要的更多的气体循环容量超过了一个喷射器的容量范围，能够使两个喷射器同时运转，通过对阀78和98(其调节至各个喷射器的动力流体的流速)合适的操作来控制正在循环的冷却气体量。
循环通过冷却气体回路的冷却气体的一部分可以通过管道37和阀39在气体加热器28内作为燃料(和/或加热重整器22，参见示例图2&3)。
机械压缩机89和连接管道99在图中以虚线表示，来表明在适用于现存设备的本发明的另一个实施方案中，冷却压缩机可以与喷射器并行相连，但是优选地在调节阀100的控制下以更低的容量运转，或者如果期望的话，间歇地运转。即使喷射器80和94仅间歇性使用，也同样会获得在运转和维护成本上的节省。
在翻新现有设备时，压缩机可以起到备用的功能，所以仅需要安装一个喷射器(取决于容量需求)。
在本发明的另一个实施方案中，喷射器可以被安装到已经在冷却回路中和机械压缩机一起操作的现有设备中，用来增加还原区的冷却能力并因而增加该设备的生产能力。
在本发明的另一个实施方案中，可以安装两个具有不同容量的喷射器。这种设置在设备的运转中提供了灵活性。例如，第一喷射器可以定额在预设流量容量的75％，第二喷射器可以定额在预设流量容量的25％。利用这种设置，如果两个喷射器同时工作，循环容量可以被设定在预设流量容量的100％，如果第二喷射器被关闭了，循环容量为预设流量容量的75％，如果第一喷射器被关闭了，循环容量为预设流量容量的25％。应该理解的是，可以针对两个或三个喷射器选择许多其它的组合并增加运转能力范围，如果期望的话。
在本发明的进一步实施方案中，出于最小化非生产性时间和因而最小化由冷却回路压缩机的问题导致装置停产而导致的生产损失的目的，至少安装一个喷射器与冷却气体压缩机并行连接。在这些情况下，当压缩机在维修时，喷射器(一个或多个)的运转将允许连续生产。
参考图2，在此显示的实施方案与图1所示的直接还原法相似，除了来自源16的天然气在重整之前被直接添加于从还原区12流出的已冷却的循环还原气体流出物中，该流出物仍然含有大量的CO2(另外有一些H2O)，通过管道26’被送入在线催化重整器22来产生强化的循环还原气体(现在主要包括还原气体H2和CO)。图2中的管道37可以用来输送一些冷却气体以作为重整器22(其也作为用于该循环还原气的加热器)的燃料。冷却区、和喷射器80和94的设置与图1中是相同的。
如图3中所示的实施方案包括在线催化重整器22和分开的辅助加热器28，并行操作。从还原区12在46处抽取的消耗的还原气体，在60处冷却和洗涤以及和在68处压缩后，被分裂；其中一部分经过热交换器48的管道25和26循环通过加热器28经由管道30返回至还原区12，同时另外一部分通过管道71循环继续通过重整器22然后经由管道29和30返回还原区12。补充性碳氢化合物气体可以从源16、34’提供给重整器22或者加热器28，分别地(如果需要)通过控制阀18，38’。在所有的附图中所有的天然气/碳氢化合物气体源(包括源16，17，34，34’，和72)可以任选的全部相同。冷却区、和喷射器80和94的设置与图1中所示的相同。
参考图4，图示的直接还原方法并不具有用来生产还原气体的催化重整器。碳氢化合物的重整改为主要在反应器10内通过与来自增湿器61的蒸汽反应来进行，该反应由还原区12内的DRI和含氧化铁颗粒的催化作用驱动。用于所述重整的天然气和/或其它碳氢化合物补充气可以从源34或34’添加(根据需要由阀38，38’分别控制)。已清洁的并被加湿的循环还原气体(该气体在54处清除CO2)的温度，有利地首先采用通过热交换器48及相关的管道25’&26升高，然后通过加热器28增加至高于约850℃的温度，最后在管道30中与来自源40的不含氧气的气体结合，从而通过在这种强化的循环还原气中所含的碳氢化合物等的最终部分燃烧，以进一步提升温度到高于约1000℃。冷却气体的一部分可能通过管道37从冷却气体回路被转移来供给气体加热器28，该管道37具有阀39来调节转移的气体的流速。
冷却区、和喷射器80与94的设置与图1所示的相同。
实施例1
在根据图1所示方法的实施方案的直接还原设备中的冷却气体压缩机被喷射器替代，所述喷射器利用在12kg/cm2的绝对压力和25℃的温度供给的天然气气流作为动力气体。供应给喷射器的天然气流速为175NCMH每公吨生产的Fe。天然气的组成为：1.6％ H2；1.1％ CO2；93.3％ CH4；0.5％ N2；2.7％ C2H6；和0.8％ C3H8。进入喷射器的循环冷却气体流速为301NCMH每公吨生产的铁，绝对压力为4.65kg/cm2，组成为：9.266％ H2；0.129％ CO；0.207％ CO2；89.089％CH4；0.474％ N2；和0.836％ H2O。
冷却气体流，在绝对压力5.25kg/cm2下从喷射器流出，以476NCMH每公吨生产的铁的流速于27℃的温度进入冷却区，具有下述组成：6.448％ H2；0.082％CO；0.535％ CO2；90.637％ CH4；0.484％ N2；0.529H2O；0.993％ C2H6；和0.294％C3H8。电力能源上的节省量为约4KwH/公吨生产的铁。进一步数千美元的节省，源自于避免不必要的维修和备件如常用机械压缩机所需的过滤器和润滑油。
已经结合一些优选实施方案对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将能够预期被认为是落于本发明保护范围内的其它的变体和修改，本发明的保护范围应该根据以下的权利要求确定。

Claims (19)

1、用于生产直接还原铁，即DRI，的方法，在具有还原区和冷却区的还原反应器设备、包括所述还原区的还原气体循环回路、和包括所述冷却区的冷却气体循环回路中进行，其中，含氧化铁颗粒被送入所述还原区，所述含氧化铁颗粒在所述还原区内通过与在所述还原气体循环回路中循环的高温还原气体反应被还原为含金属铁的DRI，所述高温还原气体包含氢气和一氧化碳；仍旧热的DRI被送入所述冷却区，冷却气体在所述冷却气体循环回路内循环通过所述冷却区以冷却所述DRI，至少一部分所述冷却气体从所述冷却区中抽取出来，冷却和洗涤，与相容的压缩的补充气流混合，沿所述冷却气体循环回路再循环回到所述冷却区，已冷却的DRI从所述冷却区中排出；改进之处包括所述冷却气体在所述冷却气体循环回路中的循环至少部分借助至少一个喷射器，该至少一个喷射器是通过作为所述喷射器的动力的补充气的高压气流来驱动的。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述仍旧热的DRI从含有所述还原区的一个容器被送入到含有所述冷却区的分开的容器内。
3、根据权利要求1所述的方法，其中，所述还原区和所述冷却区位于单个容器内，该容器为动态床反应器，，所述仍旧热的DRI从所述上部还原区被送至所述下部冷却区。
4、根据权利要求1所述的方法，其中，所述高压气流包括天然气。
5、根据权利要求3所述的方法，其中，所述高压气流包括天然气。
6、根据权利要求3所述的方法，其中，所述高压气流包括惰性气体。
7、根据权利要求5所述的方法，其中冷却气体的所述循环完全通过并行排列的多个喷射器进行。
8、根据权利要求7所述的方法，其中，所述喷射器为同时运转的一对。
9、根据权利要求7所述的方法，其中，冷却气体的循环是通过一对喷射器中的一个完成的，而另一个喷射器为备用状态。
10、根据权利要求5所述的方法，其中，冷却气体的循环是通过多个具有不同流速容量的喷射器完成的。
11、根据权利要求5所述的方法，其中，冷却气体的循环部分借助单个喷射器，部分也借助压缩机，喷射器与压缩机相互并行排列。
12、根据权利要求5所述的方法，其中，至少一个喷射器与压缩机并行排列，所述压缩机和任何喷射器在冷却气体的循环过程中择一使用。
13、用于生产DRI的装置，该装置包括还原反应器，该还原反应器在其上部具有还原区，在其下部具有冷却区；用于将含氧化铁的颗粒装料至所述还原区的机构；用于循环包括氢气和一氧化碳的高温还原气体通过所述还原区从而还原其中的氧化铁颗粒来生产热DRI的机构；冷却气体循环回路，其包括如下作为其元素：用于冷却所述热DRI的所述冷却区，用于冷却从所述冷却区沿着所述回路通过管道输送的气体流出物的冷却洗涤器，用于循环至少一部分所述冷却的、洗涤的冷却气体返回至所述冷却区的至少一个喷射器，将高压补充气通过管道输送到每个所述喷射器以作为各个喷射器每一的动力流体的源，和将这些冷却气体循环回路元素结合起来的管道；以及用于从所述冷却区排出已冷却的DRI的机构。
14、如权利要求13所述的装置，其进一步包括连接进所述冷却气体循环回路的多个喷射器，用作驱动在冷却气体循环回路中的冷却气体的唯一机构，同时每个喷射器都与所述动力流体的所述源适当地相连。
15、如权利要求14所述的装置，其中所述喷射器为并行排列的一对。
16、如权利要求15所述的装置，其中所述喷射器具有不同的流速容量。
17、如权利要求15所述的装置，其中所述喷射器具有阀从而能够使得所述喷射器同时运转或交替运转。
18、如权利要求13所述的装置，其进一步包含与所述喷射器并行排列的通过管道连接到所述冷却气体循环回路内的压缩机。
19、如权利要求13所述的装置，其进一步包括作为天然气的所述源的气体。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101831519A (zh) * 2010-05-27 2010-09-15 莱芜美澳冶金科技有限公司 一种熔融还原炉用高温高压串罐布料工艺方法及装置
CN102533366A (zh) * 2010-12-20 2012-07-04 赫多特普索化工设备公司 用于生产富甲烷气体的方法
CN104039933A (zh) * 2011-12-16 2014-09-10 埃克洛普有限公司 用合成气作为工作介质的逆流气化
CN104412056A (zh) * 2011-12-27 2015-03-11 伊尔技术有限公司 利用炉顶煤气再循环的高炉
JP2016513004A (ja) * 2013-02-15 2016-05-12 ミドレックス テクノロジーズ，インコーポレイテッド 二酸化炭素を使用済みガスから分離する方法、及び装置
CN105960471A (zh) * 2014-02-10 2016-09-21 首要金属科技奥地利有限责任公司 气动的矿石装料
CN107109500A (zh) * 2014-12-14 2017-08-29 综合能源有限公司 用于循环利用竖炉的炉顶煤气的方法和装置
CN109312414A (zh) * 2016-06-09 2019-02-05 首要金属科技奥地利有限责任公司 使用通风气体直接还原的方法
CN110191754A (zh) * 2016-12-19 2019-08-30 普莱克斯技术有限公司 使用用于冷却单元操作的喷射器控制循环气体流的方法
CN114945688A (zh) * 2019-11-14 2022-08-26 达涅利机械设备股份公司 通过直接还原铁矿石来生产铁的方法及相应设备

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080110181A1 (en) * 2006-11-09 2008-05-15 Chevron U.S.A. Inc. Residual boil-off gas recovery from lng storage tanks at or near atmospheric pressure
MY146001A (en) * 2009-03-31 2012-06-15 Iop Specialists Sdn Bhd A process for producing sponge iron
US8771638B2 (en) 2009-04-20 2014-07-08 Midrex Technologies, Inc. Method and apparatus for sequestering carbon dioxide from a spent gas
MX2011010729A (es) * 2009-04-20 2011-10-24 Midrex Technologies Inc Metodo y aparato para capturar el dioxido de carbono a partir de un gas agotado.
EP2427580B1 (en) * 2009-05-08 2018-07-11 Hyl Technolohies, S.a. De C.v. Integrated steel plant with production of hot or cold dri
AT508523B1 (de) * 2009-07-31 2011-04-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Reformgasbasiertes reduktionsverfahren und vorrichtung mit decarbonisierung des brenngases für den reformer
US8709131B2 (en) 2012-02-15 2014-04-29 Midrex Technologies, Inc. Method and system for the production of direct reduced iron using a synthesis gas with a high carbon monoxide content
KR20140115350A (ko) * 2012-02-15 2014-09-30 미드렉스 테크놀리지스, 인코오포레이티드 높은 일산화탄소 함유량을 갖는 합성가스를 이용하는 직접환원철의 제조방법 및 그 시스템
US10065857B2 (en) 2013-03-12 2018-09-04 Midrex Technologies, Inc. Systems and methods for generating carbon dioxide for use as a reforming oxidant in making syngas or reformed gas
CN104384520B (zh) * 2014-11-24 2016-06-22 中冶北方（大连）工程技术有限公司 利用焦炉煤气还原钛磁铁矿尾矿生产直接还原铁粉的工艺
CN104894364A (zh) * 2015-05-18 2015-09-09 北京科技大学 用钛磁铁矿煤基还原磁选生产钛酸镁和直接还原铁的方法
WO2017046653A1 (en) * 2015-09-16 2017-03-23 Hyl Technologies, S.A. De C.V. Method and apparatus for the direct reduction of iron ores utilizing coal-derived gas or syngas, with improved energy efficiency
JP2017082312A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 株式会社神戸製鋼所 還元鉄の製造方法
IT201800010817A1 (it) * 2018-12-05 2020-06-05 Danieli Off Mecc Recipiente per contenere ferro di riduzione diretta (dri)
JP2024047592A (ja) * 2019-08-09 2024-04-08 合同会社Kess 直接還元鉄の製造設備及び製造方法
SE545863C2 (en) * 2022-02-21 2024-02-27 Hybrit Dev Ab A method and an arrangement for the production of sponge iron from iron ore
EP4345175A1 (en) * 2022-09-30 2024-04-03 HYBRIT Development AB Direct reduced iron pellets and use thereof
EP4345174A1 (en) * 2022-09-30 2024-04-03 HYBRIT Development AB A method for producing cold direct reduced iron

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1033902B (de) * 1956-06-16 1958-07-10 Didier Werke Ag Vorrichtung zum Erschmelzen von Metallen aus feinkoernigen Erzen
US2915379A (en) * 1956-09-10 1959-12-01 United States Steel Corp Method and apparatus for handling reducing gases
SU429374A1 (ru) * 1971-06-10 1974-05-25 Г. В. Гриша Харьковский институт радиоэлектроники Устройство для бесконтактных измерений параметров полупроводниковых слоев на высокой частоте
AR205595A1 (es) * 1974-11-06 1976-05-14 Haldor Topsoe As Procedimiento para preparar gases rico en metano
US4049440A (en) 1975-05-19 1977-09-20 Midrex Corporation Method for producing metallic iron pellets
US4046557A (en) 1975-09-08 1977-09-06 Midrex Corporation Method for producing metallic iron particles
DE2911692A1 (de) 1979-03-24 1980-10-02 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur erzeugung von reduktionsgas aus festen brennstoffen
US4246024A (en) * 1979-10-31 1981-01-20 Grupo Industrial Alfa, S.A. Method for the gaseous reduction of metal ores using reducing gas produced by gasification of solid or liquid fossil fuels
US5110350A (en) 1983-05-16 1992-05-05 Hylsa S.A. De C.V. Method of reducing iron ore
US4556417A (en) 1983-05-17 1985-12-03 Hylsa, S.A. Process for the direct reduction of iron ores
DE4010603A1 (de) 1989-04-05 1990-10-11 Piesteritz Agrochemie Verfahren zur stofflichen nutzung von produktentspannungsgas
DE4010602A1 (de) 1989-04-05 1990-10-11 Piesteritz Agrochemie Verfahren zur stofflichen nutzung von restgasen aus einer edelgasanlage
CA2091748A1 (en) * 1992-03-23 1993-09-24 Jelle Jacob Bakker Process for producing a hydrogen-containing gas
US5437708A (en) 1994-05-04 1995-08-01 Midrex International B.V. Rotterdam, Zurich Branch Iron carbide production in shaft furnace
US5858057A (en) 1996-09-25 1999-01-12 Hylsa S.A. De C.V. Method for producing direct reduced iron with a controlled amount of carbon
US6508998B1 (en) 1996-10-28 2003-01-21 Gaa Engineered Systems, Inc. Temperature moderation of an oxygen enriched claus sulfur plant using an ejector
US6027545A (en) * 1998-02-20 2000-02-22 Hylsa, S.A. De C.V. Method and apparatus for producing direct reduced iron with improved reducing gas utilization
AU1202900A (en) * 1998-10-09 2000-05-01 Midrex International B.V. Zurich Branch Direct reduced iron hot/cold discharge system
IT1302811B1 (it) 1998-12-11 2000-09-29 Danieli & C Ohg Sp Procedimento e relativo apparato per la riduzione direttadi ossidi di ferro
US6379421B1 (en) * 1999-02-25 2002-04-30 Hylsa S.A. De C.V. Method and apparatus removing undesirable metals from iron-containing materials
JP4154633B2 (ja) * 1999-03-12 2008-09-24 ソニー株式会社 非水電解質電池
US6818198B2 (en) 2002-09-23 2004-11-16 Kellogg Brown & Root, Inc. Hydrogen enrichment scheme for autothermal reforming

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101831519A (zh) * 2010-05-27 2010-09-15 莱芜美澳冶金科技有限公司 一种熔融还原炉用高温高压串罐布料工艺方法及装置
CN101831519B (zh) * 2010-05-27 2011-11-09 莱芜美澳冶金科技有限公司 一种熔融还原炉用高温高压串罐布料工艺方法及装置
CN102533366A (zh) * 2010-12-20 2012-07-04 赫多特普索化工设备公司 用于生产富甲烷气体的方法
CN102533366B (zh) * 2010-12-20 2014-10-22 赫多特普索化工设备公司 用于生产富甲烷气体的方法
CN104039933A (zh) * 2011-12-16 2014-09-10 埃克洛普有限公司 用合成气作为工作介质的逆流气化
CN104412056A (zh) * 2011-12-27 2015-03-11 伊尔技术有限公司 利用炉顶煤气再循环的高炉
JP2016513004A (ja) * 2013-02-15 2016-05-12 ミドレックス テクノロジーズ，インコーポレイテッド 二酸化炭素を使用済みガスから分離する方法、及び装置
CN105960471A (zh) * 2014-02-10 2016-09-21 首要金属科技奥地利有限责任公司 气动的矿石装料
CN105960471B (zh) * 2014-02-10 2018-06-22 首要金属科技奥地利有限责任公司 气动的矿石装料
US10337076B2 (en) 2014-02-10 2019-07-02 Primetals Technologies Austria GmbH Pneumatic ore charging
CN107109500A (zh) * 2014-12-14 2017-08-29 综合能源有限公司 用于循环利用竖炉的炉顶煤气的方法和装置
CN109312414A (zh) * 2016-06-09 2019-02-05 首要金属科技奥地利有限责任公司 使用通风气体直接还原的方法
CN110191754A (zh) * 2016-12-19 2019-08-30 普莱克斯技术有限公司 使用用于冷却单元操作的喷射器控制循环气体流的方法
CN110191754B (zh) * 2016-12-19 2022-05-31 普莱克斯技术有限公司 使用用于冷却单元操作的喷射器控制循环气体流的方法
CN114945688A (zh) * 2019-11-14 2022-08-26 达涅利机械设备股份公司 通过直接还原铁矿石来生产铁的方法及相应设备

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