CN102712959A - Co2排放有限的生产直接还原铁的方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过使铁氧化物与含有氢气和一氧化碳的循环和再生热还原气流直接接触来生产直接还原铁(DRI)(也称为海绵铁)的方法和设备。本发明提供了一种通过用主要由氢气组成的气流至少部分地代替通常的含碳燃料来减少由还原气体加热器中含碳燃料的燃烧所产生的无限制的CO2向大气中的排放的方法。通过物理气体分离装置(其可为PSA/VPSA型吸收装置、气体分离膜装置或PSA/VPSA装置与气体分离膜装置的组合)而CO2耗尽的氢气燃料流来源于循环至还原反应器的再生还原气流的至少一部分。得到的氢气燃料流在还原气体加热器和/或还原设备中的其它热工设备中燃烧，从而减少了大气中的直接CO2排放。

Description

CO2排放有限的生产直接还原铁的方法
技术领域
本发明涉及一种通过使颗粒状铁矿石与从转化成氢气和一氧化碳的天然气获得的再循环及再生热还原气体直接接触而将其还原成直接还原铁(DRI)(也称为海绵铁)的方法。更具体地讲，本发明提供一种在使用含碳燃料时减少大气中的CO2副产物排放的方法。
背景技术
DRI为通过使铁矿石(主要为呈团块、浓缩粒料或其混合物的形式的铁氧化物)与主要由氢气和一氧化碳组成的还原气体在750至1100℃的范围内反应而制备的固体粒状材料。
典型的DRI生产设备公开于例如美国专利3,779,741；3,765,872；4,150,972；4,336,063；4,834,792和5,078,787中。此类系统通常包括其上部中具有还原区(其中热还原气体向上逆流地流向下落的铁矿石主体)和任选的冷却区(其中呈海绵铁形式的还原矿石(DRI)经冷却气体冷却)的直流型反应器。或者，将DRI直接从反应器中热排放并且供给到DRI熔炼炉或供给到单独的冷却容器。
通常通过在外部催化重整器中重整天然气(参见美国专利3,765,872和4,150,972)或更有利地通过在还原反应器内部将DRI用作有效重整催化剂(参见美国专利4,336,063、4,668,284和5,110,350)来获得还原气体。
外部催化重整器包括设置在加热室中的一排催化剂填充管。通过热燃烧产物(包括大量的CO2)对所述管进行外部加热，所述热燃烧产物由燃烧器释放并最终经由排气烟囱排入大气中.
引入还原区下部中的反应器内的还原气体被随后从还原区的顶部除去并且分流成两股料流：大部分料流通过清除大部分还原反应副产物(二氧化碳和水)的处理而改善，而少部分剩余料流经充分清洗以防止惰性气体(如N2)在系统中积聚并且其通常可用作加热燃料。
如何除去水和二氧化碳来改善还原废气一直以来为本领域中所知。具体地讲，美国专利2,547,685；4,001,010；4,129,281；3,853,538；和4,046,557教导了在装置中通过骤冷除去水并通过化学吸收除去CO2，在所述装置中，含有CO2的气体和与所述CO2反应的液体溶液接触，形成离开设备的纯CO2尾气流。
当使用外部催化重整器时，改质还原气流在与补充的重整气合并后在气体加热器中被加热并最循环回还原反应器中，其中，如前面所述，发生还原反应。
在零-重整器设备(Zero-Reformer Plant)(即，不具有外部重整器的设备)中，现已较大程度地耗尽CO2的改质还原气流在经热水浸润(saturated)后最终被供给到还原反应器，所述气流可从尾气冷却器排出，如美国专利5,110,350中所述。循环还原气流中的水含量促进此前供给到改质还原气流中的天然气的自动重整。天然气、水和循环气体的混合物随后在气体加热器中被加热(通常通过注入O2来达到更高的温度)并被供给到还原反应器中，其中，如前面所述，同时发生重整和还原反应。
或者，通过使用PSA或VPSA型物理吸收系统(示例性专利为美国专利3,788,037；4,869,894；4,614,525；5,026,406；5,152,975；5,833,734；5,858,057和6,027,545)或通过本行业中的其它已知装置将CO2从气体混合物中除去。
美国专利6,027,545首次提出将此技术应用于直接还原设备中。然而，在该专利所公开的方法中，未通过化学吸收系统选择性除去CO2。另外，PSA系统并未用于将CO2与循环的大部分废气流分离，而相反是用于从经清洗的较少量气体中回收高纯度氢气流，并随后使分离的H2循环回去，以被添加并且用作部分的循环还原气体(而不是用作加热器燃料气体)。
美国专利6,562,103公开了一种结合PSA装置将二氧化碳从还原废气中除去的直接还原方法。然而，此专利仅教导了清洗PSA装置的具体方法，但并未教导或提出处理将在加热器72中燃烧的尾气60，使得只有氢气在加热器中燃烧(在很大程度上排除了其余含碳气体，主要是CO和CH4)。因此，通过燃烧含碳尾气60和天然气64产生的CO2将不受控制地释放到大气中(并且将不会在化学CO2去除设备中选择性地分离)。
因此，在典型的直接还原设备中，CO2的主要排放源设置在(1)CO2去除设备的吸收塔(特征为选择性CO2排放)中和(2)工艺气体加热器烟囱(特征为非选择性CO2排放)中。此外，当将外部催化重整器用作还原补充气体源时，其它非选择性排放的CO2将从重整器烟囱中排出。
由于对大气中CO2含量增加所引起的温室效应的日益关注，必须考虑各种措施来限制此问题在世界范围内的后果。首要措施本质上是减少大气中CO2的排放。因此，DRI生产商面临的需求是开发其中大气中的CO2排放显著降低的直接还原方法。
本发明的目的通过提供一种直接还原铁矿石的方法来实现，所述方法包括化学吸收系统，以提取从反应器、加热器和重整器中去除的废气中的几乎纯的CO2流，致使主要将氢气用作燃烧器的燃料：这样使得重整器和/或加热器烟囱中基本上释放无碳排放物。
在加热器和/或重整器(其包括在燃烧反应后释放CO2)中燃烧的唯一含碳燃料为少量的还原气体；含有CO、CO2和CH4，必须将其从系统中除去以清洗惰性元素(如氮)，否则这些惰性元素会持续积聚，并且如果需要的话，包括产生可见火焰以允许对燃烧器点火进行安全监测所需要的极少天然气流。
此外，本发明提出自还原系统本身生产需要作为燃料的氢气。具体地讲，PSA型物理吸收系统用于从此前通过化学CO2吸收设备改质的一部分气流中回收氢气。氢气分离也可通过其它装置进行，例如通过分离膜；任选包括PSA/VPSA和气体膜系统的组合。此外，显然PSA/VPSA系统和/或气体膜系统被单独安装或组合安装以作为对上述化学吸收系统的替代，但为与工艺气体循环回路离线(offline)设置的收加装置，其目的在于对工艺气体的离线部分进行处理，以回收用于燃烧器燃烧的纯氢气，从而使得其它含碳成分退回到工艺气体循环回路。
这样，使得产自加热器和重整器燃烧器(现主要供给氢气而非含碳燃料)的一大部分CO2自动转向化学吸收装置，其中几乎所有的CO2将以可控的方式(contained manner)作为纯工艺气体从DRI还原系统中回收。
本发明可有用地结合到具有外部重整器和零重整器的还原系统中。然而，显然优选的是其中不需要外部重整器的零重整器系统，因为用作燃料的氢气的量必须仅对加热器燃烧器而言足够。
本文中引用的文献(包括上述列出的专利)和本文中引用的文献所引用或参考的所有文献均以引用的方式并入本文中。以引用方式并入本文的文献或其中的任何教导内容可用于实施本发明。
发明目的
因此，本发明的目的是提供使逸向大气中的不受控制的CO2排放减少的生产DRI的方法和设备。
本发明的另一目的是最大化选择性去除废气排出流中的CO2并因此使重整器和/或加热器燃烧器产生的非选择性CO2最少化(根据本发明通过主要将氢气用作燃烧燃料来实现)。
本发明的另一目的是提供使得DR设备中选择性CO2吸收增加(理论上至100％)的方法和设备。
本发明的另一目的是减少加热器和重整器燃烧器中产生的非选择性CO2排放。具体地讲，选择性CO2排放为纯CO2流，可对该纯CO2流进行封存或由于其纯度而可用作其它工业过程中的工艺气体，而非无限制地排放到大气中。
发明内容
本发明的目的通过提供在直接还原系统中生产DRI的方法和设备来实现，所述直接还原系统包括还原反应器、气体冷却装置、选择性二氧化碳吸收装置和还原气体加热器。通过与主要由氢气和一氧化碳组成的高温还原气体进行反应将含铁氧化物的颗粒还原成含金属铁的DRI；其中从所述反应器排出的废气在所述气体冷却装置中被清洁和冷却，由此将水冷凝并从所述废气中回收。将经清洁和冷却的还原气体在所述选择性二氧化碳去除装置中进行处理，产生几乎纯的二氧化碳流，其可以可控的方式从还原设备中回收；从而产生改质还原气体，该改质还原气体主要由氢气、一氧化碳和甲烷组成。所述改质还原气体的第一部分在所述还原气体加热器中被加热热后循环至反应器，而所述改质还原气体的第二部分在物理吸收装置中经处理以产生主要由氢气组成的第一气流和主要由一氧化碳和甲烷组成的第二气流。主要由氢气组成的第一气流在所述工艺气体加热器中作为燃料燃烧，而含有CO和CH4的第二气流循环至还原系统，由此使任何产自含碳气体的CO2最终在所述选择性二氧化碳去除装置中从系统中回收。这样，含氢的第一气流代替含碳燃料在工艺气体加热器中燃烧，从而减少了从所述直接还原设备无限制地释放到大气中的二氧化碳排放。
附图简述
图1示出为了易于与本发明比较而包括的现有技术直接还原方法的工艺示意图(参见例如美国专利5,110,350)。
图2示出类似于图1但经修改而结合本发明的直接还原方法的工艺示意图。
图3示出结合本发明另一个实施方案的直接还原方法的工艺示意图，该直接还原方法类似于图2但不具有DRI冷却区，其中DRI在高温下排放。
图4示出结合本发明另一个实施方案的直接还原方法的工艺示意图，其中结合烃气重整器以产生补充还原气体。
图5示出类似于图2或3的直接还原方法的工艺示意图的一部分，该直接还原方法结合本发明的另一个实施方案，其中使用氢气分离膜来代替PSA装置。
图6示出类似于图2或3的直接还原方法的工艺示意图的一部分，该直接还原方法结合本发明的另一个实施方案，其中将氢气分离膜与PSA装置联合使用。
本发明优选实施方案详述
将参照图1至6描述本发明的一些实施方案，在图1至6中，相同的数字通常表示相同的元件以便参考所有的图。
图1示出目前实施的零重整直接还原系统，其中数字10通常表示立轴、移动床铁矿石气态还原反应器，铁矿石15以团块、粒料或其共混物的形式通过至少一个入口16供给到所述铁矿石气态还原反应器中。
铁矿石靠重力下落通过反应器10，逆流地接触高温还原气体。此还原气体作为气流86引入位于还原区12的下部的反应器中，并且以300℃至450℃的温度范围内的气流20从反应器的顶部除去。还原能力部分消耗的此反应气流20通过热交换器22(其中通过将冷流23供给到热交换器中来回收从所述气流20除去的热，例如以产生蒸气或预热的冷还原气体，所述冷流23作为热流21离开)。
通过热交换器22后，部分冷却的废气24被输送至清洁站26(其中夹带的粉尘通过与水流27接触而被除去，作为料流29回收)，然后排出的清洁气体28通过冷却站30(通常为直接接触型)，其中还原反应的水副产物通过与水31接触而冷凝，然后作为水流68从还原气体中除去。
经清洁和冷却的所得废气流32分流，含有CO、CO2、H2和甲烷的较少的第一部分33从系统中清洗出而成为尾气(其可用作气体加热器72中的燃料)。冷气流32的其它主要部分35随后经压缩机34加压，然后以料流36供给到例如使用胺溶剂的CO2化学吸收去除系统的吸收塔38中。这样，还原反应产生的CO2从所述气流36中选择性地分离并在贫胺的溶液130中被化学吸收。此类热吸收剂溶液130从塔40的底部流向吸收器38的顶部并且向下移动通过塔而与废气逆流，从而以本领域中已知的方式吸收CO2。富CO2的溶液132离开吸收塔38的底部并且供给到汽提塔40中。将几乎纯的CO2的料流42从所述汽提塔40的顶部提取，同时从所述吸收器38的顶部除去所得改质还原气体44。来自料流42的CO2可用于其它工业过程中或可被隔离(sequestrated)到地下位置或以其它方式进行封存，使得此料流不会排放到大气中，从而有助于保护环境并符合任何适用于还原设备操作的环境法规。
料流44/58进一步与天然气补充料流64合并，然后供给到加湿器66，在此水含量得到调节从而水量介于料流70的3体积％和10体积％之间，以适于对还原区12内的所述料流70中所含的甲烷和其它烃类进行重整(如美国专利5,110,350中更加详细地描述的)。为此，从气体冷却器30排出的水流68用于浸润(saturate)还原气体，过量的水以料流67离开加湿器。
加湿的还原气流70随后在加热器72中被加热，气体在加热器72中达到约900℃或更高的温度，成为还原气流82。之后，可加注氧气84以进一步提高气体温度至高于1000℃的水平，以便更有效地还原铁氧化物，同时对所述还原气体中存在的烃类进行重整性部分氧化，从而提高循环还原气体的还原能力。
还原区12中产生的DRI可以大约400℃至750℃的高温排放(如图3中所示)或可随后冷却到允许在与大气空气接触时对其进行排放和储存的温度(优选低于100℃)，以避免其再次氧化。
DRI的冷却通过下述方式进行：使较低温度的冷却气流122向上通过反应器10的低排放区14，由此使冷却气体温度增加并且使海绵铁的温度降低。用作冷却剂的气体通常为含碳气体(例如天然气或还原气体)，该含碳气体从热海绵铁上方通过时裂解并且将碳沉积在海绵铁上。这样，通过选择正确的气体成分可实现所需程度的渗碳作用。冷却废气90可以本领域中熟知的方式冷却和循环。简而言之，以料流90从冷却区的顶部出来的升温气体在清洁站92中通过与水流93接触来进行进一步处理以去除粉尘，水流93作为料流95离开，然后清洁气流94进一步在冷却站96中冷却，在此清洁气流94基本上完全脱水并通过与水流97接触而冷却，水流97作为水流99排放，然后通过压缩机100作为气流98在闭合冷却回路中循环。冷却气体80的补充料流，优选来自合适来源77的天然气，与料流120合并并作为冷却气体122循环到排放区14。
在此现有技术的方法中，通过加热器烟囱131向大气中排放由天然气流78和尾气流33形成的CO2排放物，其可为每公吨DRI大约169kgCO2。
现参照图2，其示出本发明的一个优选实施方案，来自CO2化学吸收装置38/40的改质还原气体排出流44随后分流成两股料流。第一料流58被导入加湿器66中并最终循环至反应器10的还原区12，而第二料流46进一步分离成两部分。具体地讲，第一部分48在PSA(变压吸收)型物理吸收装置140中经处理以将主要为一氧化碳和甲烷的大分子气体与所述气流中的小分子物质(如氢气、氮气和水)分离。因此，产生富氢的料流74并且随后作为燃料供给到加热器72的燃烧器中。料流46的较少的第二部分50从系统中清洗出来而成为受阀门51调节的尾气，并且在工艺气体加热器72中燃烧。当积聚惰性元素(如氮)不在工艺还原气体中积聚时，此清洗气体50可基本上不存在。最后，纯天然气78的其它较小料流在加热器中燃烧，仅用于在燃烧器上形成可见火焰，以便于进行目视监测。
料流48在脱氢后的剩余部分从PSA装置140中作为主要由CO和CH4组成的料流52去除，随后经压缩机54压缩，然后直接添加到来自吸收塔38的改质循环气流58。当与改质还原气体58合并成为料流60并且进一步与天然气补充料流64合并后，压缩料流56被供给到加湿器66，在此其水含量被调节，使得含水量范围介于料流70的3体积％和10％体积之间，如上所述。根据本发明的原理，通常供给到加热器72的燃烧器中的天然气78的重要部分被从工艺中回收的氢气74所代替，将同样的量以料流64注入工艺中以保持整体质量平衡。最终结果是，与天然气中的碳反应有关的CO2几乎完全通过工艺回路并从而全部在CO2吸收系统进行处理，这样使得选择性CO2收集最大化，避免了其直接排放到大气中。
由于气体加热器中的天然气被氢气代替，排放到大气中的CO2的量为每公吨DRI大约68kg，这表明与图1的现有技术方法相比，通过加热器烟囱131释放到大气中的CO2排放减少。
图3示出本发明的另一个实施方案，其中反应器10中产生的DRI以大约400℃至750℃的高温从反应器的低区14排放，从而使冷却气体回路元件无效(或被排除，如图所示)。其余过程和设备类似于图2的实施方案。
现参考图4，在此实施方案中，本发明结合到具有外部催化重整器148的直接还原设备中，其中天然气123和蒸气121经重整以产生还原气体126，其随后与预先改质的还原气流60合并，形成还原气流128。还原气流128在加热器72中被加热后最终被供给到反应器中，在此，还原气流128达到约900℃的温度。其余过程与针对图2的实施方案的描述类似。
外部催化重整器的存在主要涉及从改质还原气流中回收不但作为料流74供给至加热器而且还作为料流73供给至重整器燃烧器的所需量的氢气。因此，需要在PSA装置中处理的还原气体48的体积与图2的零重整器设备的情况中所用相同料流相比较高。
参照图5，用氢气分离膜142代替PSA/VPSA装置。膜系统的操作原理与PSA/VPSA装置的操作不同。膜系统使快速移动的气体组分(如H2和CO2)渗入低压排出气流并且将较低组分(如CO、CH4和N2)保持在高压下。因此还需要增压压缩机54来压缩贫氢气体，以使其循环回还原气体回路。尽管相对于CO，膜系统具有较低的H2敏感性，但其具有低压缩成本优势。
现参照图6，其中PSA/VPSA装置140和分离膜系统142的组合用于氢气分离，从PSA/VPSA装置140排出的贫CO2的高压气流74被供给到膜系统142中，产生富H2的低压气流75(其用作加热器72中的燃料)和贫H2-的高压气流76。来自PSA/VPSA装置140的贫H2的气流52通过压缩机54压缩并且与从膜系统142排放的料流76合并，并且合并的料流经压缩机55压缩，从而作为料流58循环回还原气体回路。
任选地，DRI可以大约400℃至750℃的高温排放(参见图3)并随后以本领域中已知的方式热压成块或气动输送到炼钢炉中。
作为另外的替代，重整气可被合成气(通过煤或油气化产生)或其它设备的含有如CO、H2和CH4物质的尾气(如炼焦炉气体)所代替。本专利公开的方法适用于任何种类的补充气体，无论其为天然气或重整气或合成气或任何此类含有CO、CH4和H2的气体。
如果更多烃气64(例如天然气)(经由80)被供给到还原回路或冷却回路以用于产生更大量的氢气74(作为加热器的燃料)，则通过加热器烟囱131排放到大气中的CO2的量可能增加。然而，还原回路中循环的烃气的这种增加将要求氧气84消耗(提供能量以驱动从此类额外烃气产生额外氢气的重整反应所需的)的增加。反之，如果对氢气的需求减少，则烃气64与氧气80和CO2的量也将减少。
实施例
下表示出针对体现本发明的直接还原方法计算的有关气流的各组成和流速。气流通过图1和2中示出的数字标识。计算产生220吨DRI/hr(其具有94％的金属化程度(金属铁与总铁的百分比)和3.5％的碳)的不具有外部重整器的设备的流速和组成。
将在冷却器30中除去水后且具有约10体积％CO2的1,631NCM/吨DRI的反应还原气体(料流20)在CO2化学吸收装置38中进行处理，在此，其CO2含量降至约1.5体积％。此再生气体的一部分作为料流58循环至反应器10，CO2含量如此降低的其另一部分(料流46)在PSA装置140中进行处理，产生高氢气含量的燃料流74和携载碳化合物的料流56，料流56循环至还原回路(进入料流58)，使得CO2将流经循环回路以在装置38中被吸收，而非作为料流131从加热器烟囱排出。虽然被供给到反应器的下部以冷却DRI的天然气(料流80)与现有技术相比是相同的，但供给到还原回路的天然气流(料流64)增加，因为其将被转化成氢气并最终在加热器72中燃烧。
表1
Figure BPA00001530749400101
碳平衡(现有技术与本发明比较)如下：
供给到DR设备中的碳(以每公吨产生的DRI的CO 2 的千克数计)：
 现有技术(图1)   本发明
  至还原回路的天然气(料流64)   285   308
  至冷却回路的天然气(80)   208   208
  至工艺气体加热器的天然气(78)   54   36
  供给到设备中的CO2的总碳当量   547   552
从DR设备中回收的碳(以每公吨产生的DRI的CO 2 的千克数计)：
 现有技术(图1)  本发明(图2)
  DRI中的碳(18)   128   128
  经由选择性料流控制性除去的CO2(42)   250   356
  经由烟囱非控制性排放到大气中的CO2(131)   169   68
  从设备中回收的CO2的总碳当量   547   552
如果按照应用于不具有冷却回路(如图3中所示)或具有外部催化性烃蒸气重整器148的设备进行本发明的实施方案的上述实施例，则气流的值和组成将发生变化，但基本上化学吸收装置38中除去的CO2的量是相同的，而通过加热器72的烟囱131和重整器148的150排放到大气中的CO2的量将显著降低，从而提供了本发明的优点和有益效果。当然应理解，本文中描述的本发明的实施方案仅出于说明目的而包括在内；可根据受以下权利要求限定的本发明的任何具体应用对其进行多种改变。

Claims (15)

1.一种在直接还原系统中生产DRI的方法，所述直接还原系统包括还原反应器、气体冷却装置、选择性二氧化碳去除装置和还原气体加热器，其中含铁氧化物的颗粒通过与主要由来源于含烃气体的氢气和一氧化碳组成的高温还原气体反应而被还原成含金属铁的DRI；其中从所述反应器排出的包含氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水的废气在所述气体冷却装置中被清洁和冷却，由此将水冷凝且从所述废气中回收，并且其中经清洁和冷却的还原气体在所述选择性二氧化碳去除装置中经过处理，产生几乎纯的二氧化碳流，其可以可控方式从所述还原设备中回收；从而产生主要由氢气、一氧化碳和甲烷组成的改质还原气体；并且其中所述改质还原气体的第一部分在所述还原气体加热器中被加热后循环至所述反应器，
所述方法的特征在于在气体分离装置中对所述改质还原气体的第二部分进行处理，以产生具有较高氢气浓度的第一气流和具有较高一氧化碳和甲烷浓度的第二气流；将所述第一气流用作所述工艺气体加热器中的燃料，并且使所述第二气流循环至所述还原系统，以最终在所述选择性二氧化碳去除装置中进行处理，由此所述工艺气体加热器中所述含氢的第一气流代替含碳燃料的燃烧减少了所述直接还原设备对大气的二氧化碳排放。
2.根据权利要求1所述的生产DRI的方法，其中从所述还原反应器排出的废气的所述选择性二氧化碳去除通过在合适的溶剂中的化学吸收来进行。
3.根据权利要求1所述的生产DRI的方法，其中所述物理气体分离装置为PSA/VPSA吸收装置。
4.根据权利要求1所述的生产DRI的方法，其中所述物理气体分离装置为用于对气体差分渗透的膜装置。
5.根据权利要求1所述的生产DRI的方法，其中所述烃气体为天然气。
6.根据权利要求1所述的生产DRI的方法，其还包括通过使所述DRI与冷却气体的气流接触来冷却所述反应器的低排放区中的所述DRI。
7.根据权利要求1所述的生产DRI的方法，其还包括在重整器中重整含烃气体以及将从所述重整器排出的还原气体供给到所述还原系统中。
8.一种用于在直接还原系统中生产DRI的设备，所述设备包括第一导管构件，其连接还原反应器、气体冷却装置、选择性二氧化碳去除装置和还原气体加热器以形成还原气体循环回路，所述反应器用于使含铁氧化物的颗粒通过与主要由来源于含烃气体的氢气和一氧化碳组成的高温还原气体反应而被还原成含金属铁的DRI；所述气体冷却装置用于清洁和冷却从所述反应器排出的包含氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水的废气，由此将水冷凝并且从所述废气中回收；所述选择性二氧化碳去除装置用于处理这种经清洁和冷却的还原气体以产生几乎纯的二氧化碳流，其可以可控方式从所述还原设备中回收，从而产生主要由氢气、一氧化碳和甲烷组成的改质还原气体；所述还原气体加热器用于加热所述改质还原气体的第一部分，所述改质还原气体在加热后经由所述循环回路循环回到所述反应器中；和气体源，其用于提供待重整为H2和CO以作为补充气体的含烃气体；
所述设备的特征在于还包括物理气体分离装置，其用于对所述改质还原气体的第二部分进行处理，以产生具有较高氢气浓度的第一气流和具有较高一氧化碳和甲烷浓度的第二气流；第二导管构件，其用于将所述物理气体分离装置与所述工艺气体加热器的燃烧器连接以将所述第一气流用作燃料；和第三导管构件，其将所述物理气体分离装置与所述第一导管构件连接用于使所述第二气流循环至所述还原系统以最终在所述选择性二氧化碳去除装置中进行处理，由此所述工艺气体加热器中所述含氢的第一气流代替含碳燃料的燃烧减少了所述直接还原设备对大气的二氧化碳排放。
9.根据权利要求8所述的生产DRI的设备，其中从所述还原反应器排出的废气的所述选择性二氧化碳去除是化学吸收装置。
10.根据权利要求8所述的生产DRI的设备，其中所述物理气体分离装置为PSA/VPSA吸收装置。
11.根据权利要求8所述的生产DRI的方法，其中所述物理气体分离装置为用于对气体差分渗透的膜装置。
12.根据权利要求8所述的生产DRI的设备，其中所述烃气体为天然气。
13.根据权利要求8所述的生产DRI的设备，其还包括DRI冷却回路，所述DRI冷却回路由将所述反应器的低排放区与气体冷却器/清洁器连接的第四导管构件和用于使冷却气流循环通过所述低排放区以冷却所述DRI的压缩机构件形成。
14.根据权利要求8所述的生产DRI的设备，其还包括与所述气体源的供给导管构件相连的含烃气体重整器以及将所述重整器与所述第一导管构件连接以供给主要含有CO和H2的重整气的第五导管构件。
15.根据权利要求8所述的生产DRI的设备，其还包括在所述CO2去除装置之后连接在所述循环回路中的加湿器，并且所述气体源连接至与所述加湿器相邻的所述循环回路。
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