CN103562412A - 使用既含烃又含氢的气流还原金属氧化物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用既含烃又含氢的气流还原金属氧化物的方法。其中将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分。随后使至少部分量的富烃级分经受选自下列的至少一个操作-用工业纯的氧氧化，-借助于CO2和H2O重整。然后将其至少作为还原气的组分送入含金属氧化物的还原机组中。在此通过选自上述的至少一个操作如此调节烃-含量，使得在进入还原机组时的所述还原气中的烃-含量在12体积%以下。本发明还涉及用于实施这种方法的装置。
Description
技术领域
本发明涉及使用既含烃又含氢的气流来还原金属氧化物，优选还原铁氧化物的方法。本发明还涉及实施这种方法的装置。
现有技术
在一体化的冶金工厂或独立操作的生产装置中，在生产焦炭时产生焦炉气，并且至今例如用作在板坯连续式加热炉或辊底式炉中的燃气用于在将其用于热风炉中之前维持高炉-炉顶煤气的热值，和用于电厂发电。其既含烃又含氢作为主成分，所述烃例如为一种或多种烃CnH2n+2
，其中可以是n = 1或2或3或4；但主要是甲烷，即n = 1。在一些一体化的冶金工厂中，也使用焦炉气生产工业纯的氢，例如在退火炉中使用的。在一体化的冶金工厂中的焦炉气的典型的出现的组成如下：
虽然该焦炉气含可用于还原通常金属氧化物和特别是铁氧化物的成分如氢和一氧化碳，但由于烃-含量，在还原机组中仅能有限地还原金属氧化物，特别是铁氧化物，因为由于在将焦炉气供入还原机组时发生强烈的烃的吸热反应。
例如烃CH4
CH4 → 2H2
+
C
裂解作用 △H298 = ＋74.86
[kJ/mol]
3Fe + CH4 → Fe3C
+ 2H2 渗碳作用
△H298 = ＋99.7 [kJ/mol]
该还原温度下降得太剧烈，这又大大限制了该还原机组的生产效率。
发明概述
技术目的
本发明的目的在于提供允许使用包含烃和氢的气流来还原金属氧化物的方法。本发明的目的同样在于提供实施所述方法的装置。
技术方案
所述目的通过使用既含烃又含氢的气流还原金属氧化物的方法得以实现，所述方法的特征在于，
将所述既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分，并且随后使至少部分量的富烃级分经受选自下列的至少一个操作
- 用工业纯的氧氧化
- 借助于CO2和H2O重整，
然后将其至少作为还原气的组分送入到包含金属氧化物的还原机组中，其中通过选自上述的至少一个操作如此调节烃-含量，使得在进入还原机组时所述还原气中的烃-含量在12体积%以下，优选在10体积%以下，特别优选在8体积%以下。
在此，金属氧化物例如可为铁氧化物，或镍、铜、铅、钴的氧化物。
所述金属氧化物的还原优选进行至尽可能金属化的金属-即金属化程度大于等于90 %，优选大于等于92 %-，例如是海绵铁。
本发明的有利效果
所述既含烃又含氢的气流可包含一种或两种或多种烃。例如其包含饱和的低级烃CnH2n+2，其中n = 1即甲烷，或n = 2即乙烷，或n = 3即丙烷，或n = 4即丁烷或异丁烷。其也可包含单不饱和或多不饱和的低级烃，其中例如是CnH2n，例如乙烯。其也可以包含芳烃，例如苯或甲苯。在所述既含烃又含氢的气流中也可以包含一种或多种通式为CnHm的烃，其中m可以是m = n，m = 2n，m = 2n+2。
根据本发明，将所述既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分。在此，所述富烃级分不仅包含烃，而且还包含其它组分如氩、氮、一氧化碳、二氧化碳和水蒸汽。术语富烃意指，与既含烃又含氢的气流相比，该级分具有更高的烃含量。所述富氢级分不仅包含氢。术语富氢意指，与既含烃又含氢的气流相比，该级分具有更高的氢含量。
分离后，使至少部分量的在分离中所得的富烃级分经受选自下列的至少一个操作
- 用工业纯的氧氧化
- 借助于CO2和H2O重整。
其也可经受这两个操作的组合。在组合情况下，优选首先用工业纯的氧部分氧化以升高温度，并接着用CO2和H2O重整，例如在自热重整装置中重整。在自热重整装置中不需点火所述重整装置，因此无需向所述自热重整装置中引入燃气。这节省了建造耗费并减少了重整装置的废气。在此，在氧化时并非所有的物质量的烃均被氧化，而是仅部分物质量的烃被氧化，在本发明范围内这也称为部分氧化。在此，在重整时并非所有的物质量的烃均被重整，而是绝大部分的物质量的烃被重整。通过所述的操作，单独或组合地降低了所述烃的含量。
在至少部分量的在分离中所得到的富烃级分经受所述的至少一个操作后，将其至少作为还原气的组分送入含金属氧化物的还原机组中，这当然意指送入在所述一个操作或两个操作中所得的产物。至少作为还原气的组分意指，所述还原气也可以包含任选混入的其它组分，然后将在混合时所得的混合物作为还原气送入还原机组中。
根据本发明，通过上述的至少一个操作如此调节所述烃-含量，使得进入还原机组时的还原气中的烃-含量在12体积%以下，优选在10体积%以下，特别优选在8体积%以下，但在1体积%以上，优选在2体积%以上，特别优选在3体积%以上。这里包含所述的限值。在进入还原机组时的还原气中的烃-含量越高，则必须将还原温度即在作为还原机组的还原炉中的温度也称为高炉环风温度（Bustlegastemperatur）设定得越高，或该装置的生产率越低。在根据本发明设定的烃-含量下，由于所述烃的较小的吸热反应，所以还原温度没有如此强烈地下降，以致于所述还原机组的生产率未下降到在经济上不可接受的程度。
烃-含量的下限例如在还原铁氧化物时通过在钢厂（那里例如电弧炉）中的还原产物中所需的碳含量即作为Fe3C所结合的碳或元素碳来确定。隨还原产物中的碳含量升高，在电弧炉中的后续处理中的能量需求降低。使用在送入还原机组时所述还原气中的处于下限范围的烃-含量例如用于产生海绵铁中特别是呈Fe3C形式的最低碳含量，或者需要这样的烃-含量任选用于还原机组中的温度控制。
此外，例如在制备海绵铁时，如在DR-装置(DR代表直接还原)中通常的那样，热压团（Heißbrikettier）装置(HBI-装置，HBI代表hot briquetted iron(热压团的铁))也需要一定的最小压团温度，优选＞650℃，以避免增加维护成本和用于达到＞5 g/cm3的产品密度，这在由于吸热反应于还原机组中导致强烈的DRI冷却情况下是不可能达到的。
根据一个优选实施方案，所述既含烃又含氢的气流是焦炉气。之所以优选是因为在一体化冶金工厂中无论如何会产生焦炉气或在独立的焦碳装置中仅用于发电或不经使用而放出烧掉。通过本发明的方法可用于高效制铁；在这种情况中所实现的物质利用比例如用于发电的利用有更高的效率。一体化冶金工厂意指特别是由炼焦设备、烧结装置和高炉组成的制钢作业线。所述既含烃又含氢的气流也可以是在煤气化装置中产生的气体。
根据一个优选实施方案，通过至少一个下述的操作
- 变压吸附，
- 膜分离
来实现将所述既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分。
所述变压吸附例如在PSA或VPSA装置中进行，这里PSA代表Pressure Swing
Adsorption (变压吸附)，而VPSA代表Vacuum Pressure Swing Adsorption (真空变压吸附)。优选地，在变压吸附前进行气流的预净化，例如在借助于纤维或吸附材料的焦油过滤器来分离焦油和粉尘的净化设备中进行预净化。由于不同的吸附力，可将既含烃又含氢的气流如焦炉气借助于PSA-装置或VPSA-装置以相应的变压吸附-装置的装置尺寸设计并通过以相应设计的循环时间的运行而分离成富氢级分和富烃级分。氢出现在产品侧，几乎没有明显的压力损失。富烃级分在非常低的压力下或在真空下产生，并接着被压缩到后续工艺步骤所需的压力。
在膜分离情况下，所述分离基于膜的不同的渗透性进行。在此情况下，氢浓集出现在膜的低压侧。
根据一个优选实施方案，将至少部分量的富烃级分的至少一部分与附加-还原气混合，所述富烃级分经受了选自下列的至少一个操作
- 用工业纯的氧氧化，
- 借助于CO2和H2O重整，
然后将由此得到的所述两种组分的混合物作为还原气送入含金属氧化物的还原机组中。
所述送入含金属氧化物的还原机组中的还原气通过两种组分的混合而产生，其中一种组分通过氧化和/或重整至少部分量的所述富烃级分而获得。
在这种方法中，在物质上也可以利用具有还原潜力的其它气体通过将其作为附加-还原气混入来还原金属氧化物。
在实施这样的根据本发明的方法的装置中，存在相应的管道用以将附加-还原气引入到部分或任选全部量的富烃级分中，所述富烃级分经受了选自下列的至少一个操作
- 用工业纯的氧氧化，
- 借助于CO2和H2O重整。
根据一个优选实施方案，所述两种组分的混合比依赖于所述混合物的温度设定来调节。以此方式确保所述还原气处于对于还原所述金属氧化物而言在工艺技术上和经济上均有利的温度范围内。通过调节温度可调节还原反应器中的反应速度即动力学最佳。再则可使还原预热的效率最佳化。
在用于实施本发明方法的装置中存在用于调节混合物比例的相应装置以及用于测量混合物温度和/或用于测量组分温度的测温装置。
根据一个优选实施方案，在将所述附加-还原气在煤气炉中加热后，将所述两种组分混合。这可改进还原气的温度调节。根据还原气中的H2/CO比，所述还原气的温度优选应在780-1050℃的范围。
根据一个优选实施方案，由所述还原机组中引出顶气，并且所述附加-还原气至少部分通过混合经除尘和尽可能除去CO2的顶气和至少一种其它气体来获得。以此方法将还包含在顶气中的还原剂(CO和H2)再次利用来还原金属氧化物。
有利的是，在此所述至少一种其它气体包括在分离既含烃又含氢的气流(优选焦炉气)时所得的富氢级分。以此方式也利用了在这种级分中所含的适于还原金属氧化物的还原潜力；特别是利用了，因为通过氢所述反应速度即动力学通常更快：
有利的是，所述煤气炉用一种燃气运行，所述燃气至少部分由选自下列的至少一种气体组成：
- 在由顶气去除CO2时所产生的尾气，
- 顶气，
- 既含烃又含氢的气流，优选焦炉气，
- 通过分离既含烃又含氢的气流，优选焦炉气，所得到的富氢级分，
- 通过分离既含烃又含氢的气流，优选焦炉气，所得到的富烃级分。
以此方式将这些气体用于还原金属氧化物的方法中，这样提高了其经济性。在将富氢的气体用于煤气炉的底部燃烧时，可保持相对低的CO2排放。
在实施本发明方法的装置中存在着通向煤气炉的单条、多条或所有的相应的燃气-输送管道：
- 用于输送从顶气中去除CO2时产生的尾气的尾气输送管道，所述尾气输送管道始于CO2-去除装置。
- 用于输送顶气的顶气输送管道，所述顶气输送管道始于由还原机组引出的顶气排出管道的顶气。
- 用于输送既含烃又含氢的气流的燃气输送管道，所述燃气输送管道始于既含烃又含氢的气流的输送管道，所述输送管道本身通入用于将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分的装置。
- 用于输送通过分离既含烃又含氢的气流(优选焦炉气)而得到的富氢级分的燃气输送管道，所述燃气输送管道始于用于将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分的装置，或始于富氢级分的引出管道，所述引出管道本身发源于用于将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分的装置。
- 用于输送通过分离既含烃又含氢的气流(优选焦炉气)而得到的富烃富氢级分的燃气输送管道，所述燃气输送管道始于富烃富氢级分的输送管道，而所述输送管道本身发源于用于将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分的装置，或者所述燃气输送管道始于用于将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分的装置。
有利的是，所述还原机组是还原炉，且将第一部分量的富烃级分直接供入所述还原炉中，
并使第二部分量的富烃级分在将其供入还原炉前经受至少一个选自下列的操作
- 用工业纯的氧氧化，
- 借助于CO2和H2O重整，
然后至少作为还原气的组分供入含金属氧化物的还原机组中，
其中通过上述的至少一个操作如此调节烃-含量，使得进入还原机组时的所述还原气中的烃-含量在12体积%以下，优选在10体积%以下，特别优选在8体积%以下。
所述第一部分量可用于对还原机组中产生的金属进行渗碳；例如可用于对金属铁渗碳。
有利的是，在借助于CO2和H2O重整前向所述富烃级分混入至少一种含CO2和/或H2O的气流。在此所述气流例如可以是蒸汽、来自除去CO2工艺(例如从顶气中除去CO2)的尾气、来自还原炉的顶气、或转炉炉气（Tiegelgas）。也可加入水。
以此方式将工艺中的这些气体用于还原金属氧化物，这提高了其经济性，并减少了环境排放，因为CO2又转化成CO。
在实施本发明方法的装置中存在着用于输送一种或多种所述气体的相应输送管道，这些输送管道始于产生这些气体的装置或输送这些气体的管道。
在富烃级分中也富集了H2S。因此，根据一个优选实施方案，对所述富烃级分进行除硫处理，然后使该富烃级分经受至少一个选自下列的操作
- 用工业纯的氧氧化，
- 借助于CO2和H2O重整，或者
。由此可减少在很大程度上金属化的金属中的硫含量。
在用于实施本发明方法的装置中，以流动方向看，在所述富烃级分的输送管道
3通入用于实施选自下列的一个操作
- 用工业纯的氧氧化，
- 借助于CO2和H2O重整，
的机组中之前，在所述富烃级分的输送管道3中存在脱硫装置。
本发明的方法具有下列优点：
- 在物质上有效利用焦炉气来还原金属氧化物，特别是将铁氧化物还原成海绵铁产物——相较于至今根据现有技术实施的炉焦气的热利用的优点
- 与使用天然气还原金属氧化物，特别是将铁氧化物还原成海绵铁产物相比，相对于天然气的大的经济优点，因为焦炉气产生更低的价格。
-极其环境友好的方法，特别是由于低的CO2和NOx排放，因为一方面在一些实施方案中可使用非常富氢的气体来进行还原，并且另一方面由于在重整装置和/或煤气炉中使用贫烃气体，可进一步减少其排放。
- 此外，在重整装置中也可使部分CO2排放再转化成CO，并接着用于还原。在焦炉气情况下的单位烃排放系数为43.7 kg CO2/GJ燃料，而在天燃气情况下的单位烃排放系数为55.7 kg CO2/GJ燃料。因此，与使用天然气相比，使用焦炉气对环境明显更有利。
本申请的另一主题是用于实施本发明的方法的装置，所述装置具有用于还原金属氧化物的还原机组；具有用于将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分的装置；具有源自于所述装置的富烃级分的输送管道，所述输送管道通入用于实施选自下列的一个操作的机组
- 用工业纯的氧氧化，
- 借助于CO2和H2O重整；
和一条或多条用以将至少一种选自下列的气流引入所述还原机组中的引入管道：
- 富烃级分，
- 在实施以工业纯的氧氧化的机组中得到的气流，
- 在实施借助于CO2和H2O重整的机组中得到的气流。
优选地，用于将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分的装置是用于将焦炉气分离成富氢级分和富烃级分的装置。
优选地，用于将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分的装置是选自下列的装置：
- 变压吸附装置，
- 膜分离装置。
优选地，所述一条或多条引入管道通入所述还原机组中，其中在至少一条所述引入管道通入还原机组之前，用于向还原机组输送附加-还原气的附加-还原气管道通入该引入管道中。
优选地，在附加-还原气管道通入该引入管道之前，在所述附加-还原气管道中存在煤气炉。
优选地，存在x条引入管道，其中x大于2或等于2，其中对于最多x-1条引入管道适用的是，在至少一条所述引入管道通入所述还原机组之前，用于向还原机组输送附加-还原气的附加-还原气管道通入该引入管道。以此方式，存在至少一条无附加-还原气通入的引入管道。由此，可将部分量的富烃级分在未混入附加-还原气的情况下直椄供入还原炉中；所述部分量例如可用于对在还原机组中产生的金属进行渗碳；例如可用于对金属铁进行渗碳。
根据一个实施方案，所述还原机组是还原炉，例如用于实施MIDREX®或HYL®还原法的固定床还原炉。
根据一个实施方案，所述还原机组是流化床级联。
附图简介
根据下列示例性概略附图，借助实施方案阐述本发明。
图1示出实施本发明方法的装置，其中将焦炉气分离成富氢级分和富烃级分，并使后者在作为还原气的部分供入还原炉中之前经受氧化处理。
图2示出类似于图1的装置和工艺过程，其不同之处在于，使所述富烃级分在作为还原气的部分供入还原炉之前借助于CO2和H2O重整。
图3示出本发明的装置和工艺过程，其与图1的主要差别在于，以流化床级联作为还原机组，并以膜分离装置代替变压吸附装置以作为分离焦炉气的装置。
图4示出本发明的装置和工艺过程，其与图1的主要差别在于，以流化床级联作为还原机组，并以膜分离装置代替变压吸附装置以作为分离焦炉气的装置。
实施方案
图1示出实施本发明方法的装置。所述装置包括还原炉1作为还原金属氧化物的还原机组，所述还原炉包含铁矿即铁氧化物。所述装置也包括用于将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分的装置，在这种情况下，所述装置为借助于变压吸附法的PSA-装置或VPSA-装置。在本实施例中，所述既含烃又含氢的气流是焦炉气。一条用于富烃级分的输送管道3始于PSA-装置或VPSA-装置2，所述输送管道通入实施以工业纯的氧进行氧化的机组4中。在此实施以工业纯的氧进行氧化的机组4中，所述富烃级分被部分氧化；即不是所有的物质量被氧化，而是仅部分的富烃级分的物质量被氧化。通过引导在实施以工业纯的氧进行氧化的机组4中所得到的气流的引入管道5，将所述气流作为还原气的组分导入还原炉1中。在部分氧化时如此调节烃-含量，以使进入原还炉时的还原气中的烃-含量低于12 %。
将在实施以工业纯的氧进行氧化的机组4中所得到的气流与附加-还原气相混合，将所得的混合物作为还原气导入还原炉1中。在所述附加-还原气在煤气炉6中加热之后，将还原气的这两种组分混合。所述附加-还原气经用于输送附加-还原气到还原机组1中的附加-还原气管道7混入，所述还原气管道7通入到引入管道5中。经引入管道5既将在实施以工业纯的氧进行氧化的机组4中所得到的气流也将所述附加-还原气供入还原炉1中，更确切地说作为被称为还原气的混合物供入。在煤气炉6中加热的所述附加-还原气的温度设定依赖于对所述混合物的温度设定来调节。所述煤气炉6布置在所述还原气管道7中。
从还原炉1中经顶气导出管道8导出顶气。在所示实施例中，所述附加-还原气通过经除尘(在顶气导出管道8中存在气体洗涤器9 )的和尽可能除去CO2 (在顶气导出管道8中存在CO2-去除装置10 )的顶气与另一种气体的混合来获得。所述另一种气体是在分离焦炉气时得到的富氢级分。
煤气炉6用燃气运行。通过通入煤气燃烧器中的空气输送管道11供入空气，燃烧燃气。所述燃气由选自下列的气体组成：
- 由顶气中去除CO2时形成的尾气，
- 顶气，
- 焦炉气，
- 通过分离焦炉气得到的富氢级分。
为将所述气体供入煤气燃烧器6中
- 存在尾气输送管道12用于输送在由顶气中去除CO2时形成的尾气，所述输送管道始于CO2-去除装置10并通入煤气燃烧器中，
- 存在顶气输送管道13用于输送顶气，所述输送管道始于由还原机组导出顶气的顶气排出管道8并通入煤气燃烧器中，
- 存在焦炉气输送管道14用于输送焦炉气，所述输送管道始于用于焦炉气的输送管道15并通入顶气输送管道13中，
- 存在氢级分-输送管道16，所述输送管道从始于PSA-装置或VPSA-装置2的氢级分-导出管道17分支并通入焦炉气输送管道14中。
因此，通过混合已除尘且已尽可能去除了CO2的顶气和在分离焦炉气所得的富氢级分可获得附加-还原气，所述氢级分-导出管道17和所述顶气排出管道8均通入附加-还原气管道7中。所述用于焦炉气的输送管道15始于未示出的焦炉气源并通入PSA-装置或VPSA-装置2中。
在图1中示出的装置中存在两条通入还原炉1的引入管道。引入管道5 (称为第一引入管道)已经论及。另一引入管道(称为第二引入管道18 )从输送富烃级分的输送管道3上分支出并进入还原炉中。通过所述第二引入管道18可直接向还原炉供入部分量的富烃级分。因此，该部分量可用于对还原炉1所产生的金属铁(在此情况下为海绵铁)进行渗碳。将冷却气送入还原炉1中的冷却气管道由于清晰起见未示出：原则上，为了渗碳，也可经输送富烃级分的输送管道3上的通入所述冷却气管道的相应支管将部分量的富烃级分混入冷却气中。
在布置于用于焦炉气的输送管道15中的焦油过滤装置19中去除焦炉气中的焦油。
如果为升温所需，在燃烧器20中，供入工业纯的氧，可部分氧化所述附加-还原气。
由于清晰原因，未示出对本发明而言非重要的装置部分，例加未示出各种压缩机、旁路管道、气量计、气体冷却器、放泄烟囱（Fackelkamine）。
在图2中，在其它均类似的装置和工艺程序情况下，使所述富烃级分作为部分还原气供入还原炉之前借助于CO2和H2O经受重整来代替部分氧化。与图1相同的装置部件和工艺步骤在此大多不再重新描述，为更清晣起见，对相同装置部件的标号不加标注。所述重整处理在用于实施借助于CO2和H2O的重整的机组即这里重整装置21中进行。富烃级分的输送管道3通入所述重整装置中。来自重整装置21的废气经热交换器22用于加热进入所述重整装置21前的富烃级分。经多条通入富烃级分的输送管道3的供料管道23a,
23b，将多种含CO2的气流混入进入所述重整装置21前的富烃级分中。去除CO2的装置10的尾气经加料管道23a混入；所述加料管道23a始于尾气输送管道12。顶气经加料管道23b混入。经通入富烃级分的输送管道3的水-供料管道24将蒸汽和/或水混入进入所述重整装置21前的富烃级分中。所述重整装置21可用顶气、焦炉气或用富烃级分燃烧；因清晰起见，未示出通入所述重整装置21中的相应管道。
经由从所述第二引入管道18分支出并通入所述第一引入管道5的分支管道29可通过输送富烃级分改变在进入还原炉1之前的还原气中的烃-含量。
图3中，所述还原机组是流化床级联25，以还原气的流向看，从其最后的流化床反应器26引出顶气；与图1中的顶气管道一样，配给顶气管道标号8。在图1中表示为通入还原炉1的引入管道5在图3中根据还原气的流向看类似地显示为通入第一流化床反应器27。用于膜分离的装置28作为分离焦炉气的装置，以代替如图1中的用于变压吸附的装置。经从富烃级分的输送管道3的分路可将富烃级分供入第一引入管道5中，这提供了改变还原气中烃-含量的可能性。
图4与图2的区别相同于图3与图1的区别。此外，与图2相反，图1中不存在热交换器22。
标号表
1 还原炉
2 PSA-装置或VPSA-装置
3 富烃级分的输送管道
4 实施用工业纯的氧氧化的机组
5 (第一)引入管道
6 煤气炉
7 附加-还原气管道，用于将附加-还原气送入还原机组1中
8 顶气排出管道
9 气体洗涤器
10 CO2-去除装置
11 空气输送管道
12 尾气输送管道
13 顶气输送管道
14 焦炉气输送管道
15 用于焦炉气的输送管道
16 氢级分-输送管道
17 氢级分-导出管道
18 第二引入管道
19 焦油过滤装置
20 燃烧器
21 重整装置
22 热交换器
23a, 23b 供料管道
24 水-供料管道
25 流化床级联
26 最后的流化床反应器
27 第一个流化床反应器
28 膜分离装置
29 分支管道
Claims (19)
1.使用既含烃又含氢的气流还原金属氧化物的方法，其特征在于，将所述既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分，并随后使至少部分量的富烃级分经受选自下列的至少一个操作
- 用工业纯的氧氧化
- 借助于CO2和H2O重整，
然后将其至少作为还原气的组分送入含金属氧化物的还原机组中，其中通过选自上述的至少一个操作如此调节烃-含量，使得在进入还原机组时的还原气中的烃-含量在12体积%以下，优选在10体积%以下，特别优选在8体积%以下。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述既含烃又含氢的气流是焦炉气。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述既含烃又含氢的气流是在煤气化装置中产生的气体。
4.根据权利要求1-3之一的方法，其特征在于，通过至少一个选自下列的操作
- 变压吸附，
- 膜分离，
将所述既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分。
5.根据权利要求1-4之一的方法，其特征在于，将至少部分量的经受选自下列的至少一个操作的富烃级分的至少一部分与附加-还原气混合：
- 用工业纯的氧氧化，
- 借助于CO2和H2O重整，
然后将由此得到的所述两种组分的混合物作为还原气送入含金属氧化物的还原机组中。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，在煤气炉中加热所述附加-还原气之后，将所述两种组分混合。
7.根据权利要求5-6之一的方法，其中从还原机组中引出顶气，其特征在于，所述附加-还原气至少部分通过混合经除尘的和尽可能去除CO2的顶气与至少一种其它气体来获得。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述至少一种其它气体包括在分离既含烃又含氢的气流优选焦炉气时所得到的富氢级分。
9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于，所述煤气炉用燃气运行，所述燃气至少部分由选自下列的至少一种气体构成：
- 由顶气中去除CO2时所产生的尾气，
- 顶气，
- 既含烃又含氢的气流，优选焦炉气，
- 通过分离所述既含烃又含氢的气流优选焦炉气所得到的富氢级分，
- 通过分离所述既含烃又含氢的气流优选焦炉气所得到的富烃级分。
10.根据权利要求1-9之一的方法，其中所述还原机组是还原炉，其特征在于，
所述还原机组是还原炉，其特征在于，
将第一部分量的富烃级分直接供入还原炉中，
并使所述第二部分量的富烃级分在其供入还原炉前经受至少一个选自下列的操作
- 用工业纯的氧氧化，
- 借助于CO2和H2O重整，
然后至少作为还原气的组分供入含金属氧化物的还原机组中，其中通过选自上述的至少一个操作如此调节烃-含量，使得在进入还原机组时的所述还原气中的烃-含量在12体积%以下，优选在10体积%以下，特别优选在8体积%以下。
11.根据权利要求1-10之一的方法，其特征在于，在借助于CO2和H2O重整前，将至少一种含CO2和/或H2O的气流混入所述富烃级分中。
12.用于实施根据权利要求1-11之一的方法的装置，所述装置具有用于还原金属氧化物的还原机组；具有用于将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分的装置；具有始于所述装置的富烃级分的输送管道，所述富烃级分的输送管道通入用于实施选自下列的一个操作的机组
- 用工业纯的氧氧化，
- 借助于CO2和H2O重整；
和一条或多条引入管道，用以将至少一种选自下列的气流导入所述还原机组中：
- 富烃级分，
- 在实施以工业纯的氧氧化的机组中得到的气流，
- 在实施借助于CO2和H2O重整的机组中得到的气流。
13.根据权利要求12的装置，其特征在于，所述用于将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分的装置是用于将焦炉气分离成富氢级分和富烃级分的装置。
14.根据权利要求12或13的装置，其特征在于，用于将既含烃又含氢的气流分离成富氢级分和富烃级分的装置是选自下列的装置：
- 变压吸附装置，
- 膜分离装置(28)。
15.根据权利要求12-14之一的装置，其中一条或多条引入管道(5)通入所述还原机组中，其特征在于，至少一条引入管道(5)在通入所述还原机组之前，用于向还原机组输送附加-还原气的附加-还原气管道(7)通入该引入管道。
16.根据权利要求15的装置，其特征在于，在附加-还原气管道(7)通入该引入管道(5)之前，在所述附加-还原气管道(7)中存在煤气炉(6)。
17.根据权利要求15-16之一的装置，其特征在于，存在x条引入管道(5)，其中x大于2或等于2，其中对最多x-1条引入管道(5)适用的是，在至少一条所述引入管道(5)在通入所述还原机组之前，用于向还原机组输送附加-还原气的附加-还原气管道(7)通入所述引入管道。
18.根据权利要求12-17之一的装置，其特征在于，所述还原机组是还原炉(1)。
19.用于实施根据权利要求12-17之一的装置，其特征在于，所述还原机组是流化床级联(25)。
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