CN104245963B - 利用焦炉气制备直接还原铁(dri)的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于制备DRI的直接还原方法和设备包括还原反应器和至少一个还原气体加热器，所述还原气体加热器一般包括用于使还原气体温度升高到充分使铁氧化物还原成金属铁的水平(一般高于850℃)的对流加热区段和辐射加热区段，其中进料到还原反应器的还原气体包括从还原反应器再循环的还原气体流和包含碳化合物的焦炉气的补充流，所述碳化合物可在所述加热器的加热通道中形成碳沉积物，即BTX和其它复杂碳化合物。加热器提供有用于在预定加热管连续进料氧化剂(例如，蒸汽、蒸汽和空气和/或氧)的装置，用于去除可能在所述加热器的加热管内生成的碳沉积物，而不中断设备操作。在其中管具有至少700℃表壁温度的加热器的气体加热通道的点处，或者在再循环气和COG的混合物在高于700℃的温度时，冷COG的补充流可与再循环气组合，用于使加热设备的堵塞或污染最大限度地减小。

Description

利用焦炉气制备直接还原铁 (DRI) 的方法和设备
发明领域
本发明涉及利用具有相似组成的焦炉气或合成气在实际和有效的操作中制备直接还原铁(DRI)的方法和设备。
在钢铁工业中基于天然气的DRI制备的重要性已经提高。然而，在世界的一些地区，天然气不能广泛得到和/或价格高，需要设计DRI设备，这些DRI设备可有效和可靠地利用煤热解产生的焦炉气，或者还有从固体或液体燃料部分燃烧得到的合成气，即使这些可能仍包含高浓度重碳化合物。
发明背景
生产炼钢用的金属铁在很大程度上基于鼓风炉，其通过化学还原铁矿并熔化金属铁而产生液体铁。利用注入所述鼓风炉的空气，通过燃烧装到鼓风炉的焦炭提供还原剂和维持还原反应的能量及熔化铁所需的能量。
冶金焦炭通过煤在焦化炉中热解产生。将煤加热以去除大部分挥发性成分并且保持大部分碳结构。从而为焦炭提供使其适合提供能量和鼓风炉中的负担支撑的物理和化学性质。煤的挥发性物质包含从焦炉蒸馏并组成被称为焦炉气(COG)的一些化合物。
焦炉中产生的COG的体积和组成取决于所用煤的特性。来自焦炉组的粗焦炉气具有以下典型组成：水约47%；氢29%至55%；甲烷13%至25%；氮5%至10%；一氧化碳3%至6%；二氧化碳2%至3%；烃(乙烷、丙烷等)2%至1%；和各种污染物，例如焦油蒸气和轻油蒸气(芳族物质)，主要由苯、甲苯和二甲苯组成(这三种总称为BTX)；萘；氨；硫化氢；氰化氢和其它杂质。
粗COG必须在多种化学过程中经冷却、清洁和处理，用于分离有价值的化合物，例如氨和其它石化产品，并用于去除硫、胶和其它物质，以便能够在焦炉组中和炼钢厂其它地方用作燃料气体。在COG处理设备中，使COG冷却，以冷凝出水蒸气和污染物，并去除焦油气溶胶，以防止气体管线/设备污染。也去除氨，以防止气体管线腐蚀，并去除萘，以防止由冷凝污染气体管线。分离轻油用于回收和销售苯、甲苯和二甲苯，并且必须去除硫化氢，以满足地方排放法规。在此处理后，COG一般具有以下组成：约61%氢；约8%一氧化碳；约4%二氧化碳；约22%甲烷；约1%氮；约2%水；约2%重于甲烷的烃，包括乙烯和乙炔；约5%BTX；和小于约1%硫化氢、焦油和萘。
由于焦炉气具有高热值，因此，它在钢铁厂主要用于加热用途，但氢和一氧化碳的化学价值可有利地用于使铁矿还原成金属铁，用于增加炼钢设备的铁/钢产量。
直接还原方法可在钢铁工业中用作鼓风炉的替代，或者通过用含硫焦炉气补给鼓风炉作为增加金属铁产量的方式。制备DRI的反应器的最常见类型为轴型移动床炉，炉具有两个主要区段：还原区域，其中还原气体在高温循环，通过此区域，所述还原气体在还原回路中再循环；和位于还原区域下的冷却区域，其中使DRI冷却到环境温度，随后通过在冷却回路中循环也包含氢和一氧化碳的冷却气体从所述反应器排出。
将形式为粒料、块或其混合物的含铁颗粒装到轴型还原反应器的上部，并通过使所述颗粒与包含氢和一氧化碳的还原气体在高于850℃的温度接触还原成金属铁。
为了制备具有高度金属化(DRI中金属铁与总铁含量之比)的直接还原铁(DRI)，通过基于氢(H2)和一氧化碳(CO)的化学反应从铁矿去除氧。
过程中涉及的总体还原反应为熟知，表示如下：
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O (1)
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (2)
氢和一氧化碳根据反应(1)和(2)转变成水和二氧化碳，从在还原回路中循环的气体流分离，并由还原气体的补充进料代替。还原气体补充一般来自天然气重整器，但根据本发明，此补充气体为COG。冷却/排放区域中存在的DRI有助于去除重烃、BTX、焦油和COG中存在的其它不期望的化合物，由此这些物质不存在于还原回路，并避免气体加热器和其它设备中的污染问题。
有几个提议在直接还原方法中利用COG，例如，美国专利4,253,867号公开用COG还原铁矿的方法，其中将COG和蒸汽的混合物进料到位于还原反应器的还原区域和冷却区域之间的中间区域。利用铁的催化作用和所述重整区域中固体DRI的高温，使焦炉气在重整区域重整成氢和一氧化碳。此专利未教导也未建议在进料到还原反应器之前加热焦炉气时解决碳沉积问题的任何解决方法。
美国专利4,270,739号和4,351,513号公开一种直接还原方法，其中通过加热和在还原炉的还原区域以上注入COG，由还原反应器中包含的含铁颗粒使含硫气体例如焦炉气脱硫。在'739专利中，在引入脱硫区域之前，COG在燃烧加热器中加热，在'513专利中，COG通过与重整器的烟道气热交换来加热。这些专利甚至未预见在加热设备中加热COG和形成碳沉积物时出现的问题，因此，未在这些专利中发现解决此问题的提议。
美国专利3365387号、3557241号、3641190号等公开清洁(除焦)过程加热器管的一些建议方法，其中加热含烃流体，并因此在流体加热通道内形成一些碳沉积物。这些专利的教导是，碳沉积物可通过与蒸汽和/或空气反应去除，并且可在加热器处于操作时通过由阀隔离加热管来进行，用于使所述管经受清洁，而其余管继续其正常操作，或者关闭加热器，使所有管经受碳清洁过程。
然而，以上专利均未教授或提出与直接还原设备相关的用于有效加热焦炉气的加热器的特殊设计或布置，由于其BTX和其它复杂碳化合物的含量，这显示特殊问题。
关于用于直接还原过程的焦炉气的加热，未发现其它相关现有技术。
现有技术方案显示至少一个以下主要缺点：在COG部分燃烧的情况下高耗氧，堵塞和污染加热器管，或在用直接还原反应器的下部破坏BTX的情况下的操作限制。为了完全破坏可聚合和/或产生裂化并且还在低温产生污染的成分，只在与氧部分燃烧后，将COG与再循环的过程气体混合，并最终进料到过程气体加热器。此布置需要高量的氧，并有另一个缺点：在COG中包含的几乎所有甲烷被氧化，因此，对于DRI中的碳沉积物不可利用。部分燃烧另外对可利用的还原剂的量具有负面影响。如果COG与再循环的过程气体一起直接进料到过程气体(PG)加热器，则由于高含量污染物，污垢会堵塞加热器管。如果为了促进BTX和焦油去除，将COG作为冷却气体进料入冷却/排放反应器区域，就可用COG向上流入还原区域作为还原剂的补充。然而，在冷却区段中达到的温度不足以完全去除BTX，并因此在冷却气体急冷所用的水中存在这些污染物。另外，DRI中碳含量的控制受影响，并且只产生高碳DRI。另外，DRI排放温度相对低，因此，DRI不能热压块或直接进料入电弧炉。
在本文中引用的文献(包括本文讨论的专利)和在本文引用文献中引用或参考的所有文献通过引用结合到本文中。通过引用结合到本文的文献或其中的任何教导可用于本发明的实施中。
发明目的和概述
因此，本发明的一个目的是提供方法和设备，用于在具有还原气体再循环的移动床还原反应器中用焦炉气(COG)使铁矿还原成DRI。
本发明的另一个目的是提供一种气体加热器设计，所述设计在加热COG或类似合成气时使碳沉积物最大限度地减少，或者提供在线清洁措施定期去除碳沉积物，以避免污染和堵塞加热器管。
本发明的其它目的将在后面指出，或者对本领域的技术人员显而易见。
附图简述
图1显示本发明的一个实施方案的示意流程图，其中COG用于直接还原过程，并且其中COG在加热器管中的有效点处进料到还原过程。
图2为COG加热器的示意侧视图，更详细地显示用于加热器除焦的COG和蒸汽的进料点位置。
图3为在辐射区域之间具有中间歧管的COG加热器的示意侧视图，显示用于加热器除焦的COG与再循环气体和蒸汽进料混合的点。
图4为在再循环气体和COG与再循环气体的混合物的不同加热阶段的温度图。
图5为本发明的另一个实施方案的示意流程图，其中COG与再循环气体一起混合和加热，并且辐射区段的烟道气的热量用于产生蒸汽和/或加热其它流体。
图6为本发明的另一个实施方案的示意流程图，其中COG在与用于加热再循环气体的辐射区段分开的加热器专用辐射区段加热。
图7为本发明的另一个实施方案的示意流程图，其中为了促进清洁COG加热盘管，COG在加热器的对流区段的专用对流盘管中预热。
发明优选实施方案的详述
近年来，与包括焦炉和鼓风炉的集成炼钢设备中生产铁的扩展设备相关，对焦炉气的关注已经增加，关于其化学内含物而不是只作为传统燃料用于钢铁厂加热或发电。
革新钢铁生产的另一个强有力的驱动是环境法规，和在世界范围内延伸的减小关于CO2排放到大气的工业操作足迹的重要性。公共和私人实体减少CO2排放的数个开端包括既在DRI设备中用COG作为还原剂，又改进鼓风炉用于顶部气体再循环到鼓风炉，且建立直接还原系统预还原铁矿，并将这些预还原材料装到鼓风炉，因此减少每吨生铁的焦炭消耗。在这些方案中，安装DRI设备，具有效率和可靠性地用焦炉气生产DRI或预还原铁材料在钢铁工业中仍是个未满足的需要。为了具有利用COG的有效可靠的DRI生产设备，过程气体加热器是设备的关键部分，必须对其适当构思，以防止在加热管中过多的碳沉积物，显著损害加热器传热，并最终使管完全堵塞。
参考附图，其中在所有图中类似数字表示类似要素，以帮助理解本发明的范围和精神，以图1开始，数字10概要表示直接还原反应器，该反应器具有还原区域12和DRI 18通过其排放的排放区域14。铁矿粒料、团块或其混合物15通过入口16进料到还原区域12，并通过重力降落，在高于850℃的高温与包含H2和CO的还原气体接触。反应器内颗粒床的停留时间通过调节机构17以本领域已知的方式控制。
从还原区域12流出的顶部气体20转移到换热器22，其中一般处在350℃至550℃温度的顶部气体的显热通过使再循环气体(或水)循环通过入口管21和出口管23而用于加热再循环气体(或用于产生蒸汽)。顶部气体继续通过管24，然后冷却，并在直接接触冷却器30中用冷却水31洗涤，在此，由还原反应产生的顶部气体水经冷凝，并通过管68与冷却水一起抽出。然后，可用这种组合水在增湿器66中使再循环的还原气体饱和，然后通过管67抽出。
从冷却器30通过管32离开的经脱水和清洁的气体的一部分通过管35引到压缩机34，然后通过管36引到CO2去除单元38，在此CO2 39被去除并收集供进一步使用，或者隔离，因此，有助于减少CO2排放到大气。
在水和CO2去除后将具有再生还原潜力的再循环气体通过管58流到增湿器66，在此将水含量调节到预定水平，以便为甲烷重整提供足够的氧化剂，同时保持气体的良好还原潜力。再循环气体70通过管流到加热器72，在此其温度从低于100℃升高到高于850℃。热的还原气体流通过管82进料到还原区域12。通过管84的含氧气体，例如，工业纯度的氧或富氧空气，可注入到管82，用于进一步使还原气体的温度升高到900℃至1100℃的水平，然后进料到还原区域12。
在管32中离开冷却器30的还原气体的一部分通过管33和阀51经相应的管75和76引到加热器72的燃烧器73和74，以提供加热再循环的还原气体所需的热量。可用适合的补充燃料气体流使必要量的燃料气体从燃料气体源77通过管78提供到加热器72。焦炉气通过管64作为补充在加热器加热通道中的点处加入到还原气体回路，其中温度高于约700℃，以便碳沉积物(如果形成)可通过将氧化剂63(例如蒸汽，或蒸汽和空气)每次注入一个或多个单独的盘管而在线去除。
如果需要在环境温度产生DRI，冷却气体(可以为还原气体或COG或惰性气体)循环通过还原反应器10的下部区域14。冷却气体回路以虚线显示，表明是任选的。冷却气体从反应器通过管90抽出并冷却，并在冷却器96中用水97冷却，水97通过管99流出。冷却和清洁的气体通过管98流到压缩机100，然后通过管120进料回到区域14。冷却气体补充77通过管80进料，并通过管122进料到区域14。
参考图2，图2显示气体加热器72的示意图，加热器72具有对流区域202和辐射区域204和206。加热盘管形成连续加热管，连续加热管在对流区域202中具有区段212，头部213，在辐射区域204和206中具有盘管214和222，然而，应了解，本发明适用于加热盘管和加热器设计的其它布置。
再循环的还原气体208(例如，在图1中从70)进料到顶部210，这使再循环的气体流在一组对流盘管212间分布，其中再循环气体一般加热到高于600℃的温度，但根据具体加热器设计可能较低。数个COG注入部218以虚线显示，采用实线的一个是为了表示COG可在考虑到具体加热器布置和加热管温度分布而选择的注入点进料。如果发现对特定加热器设计便利，COG也可在多个注入点进料。
热再循环气体和在环境温度的COG的混合物可低于700℃，因此，在管内可能沉积一些碳。为了去除碳沉积物，在高温引入氧化剂226(例如，在图1中从63)时，优选选择其中加热管214的表面温度高于700℃的COG注入点，使得管不经受热应力。
COG从顶部218(例如，在图1中从64)进料到加热盘管214，在此与热再循环气体混合，然后将混合物加热到高于850℃的温度，优选高于950℃，在顶部224收集，并进料到还原反应器10。
用于定期清洁加热器管的氧化剂226，例如蒸汽、蒸汽和空气、或蒸汽和氧，可通过相应的进料管228进料入各加热器管，进料管228提供有关闭阀230，用于使氧化剂进入预定管，每次进入一个或多个，使得可能形成和积累的任何碳沉积物从管内侧去除(除焦)，而不干扰加热器和DRI设备的操作。
可利用或不利用氧或空气，用高温蒸汽沿着全部管长度进行加热管的在线清洁，以容易去除所有的沉积物，包括由于COG中存在BTX、焦油和其它污染物产生的沉积物。这如下进行：利用或不利用氧或空气，在高温(高于500℃)将蒸汽注入正被清洁的盘管，以此方式缓慢改变操作管温度分布。盘管入口区域将达到新的较高温度值(高于500℃)，保证对于正被清洁的整个盘管的有效除污。为了满足这些要求，安装在冶金学上适用于前述条件的管。只以此方式保证去除主要由如BTX、焦油等成分冷凝、聚合和裂化导致的并且在低温出现的所有可能的污垢。
参考图3，图3显示本发明的另一个实施方案，气体加热器72具有对流区段202和两个辐射区段204和206。在低于100℃的环境温度下将来自顶部64(218)的COG送到歧管216，在其中与来自212的热再循环气体混合。COG的补充气体流的流速为再循环气体流速的约30%，混合物温度下降约100℃-200℃，得到在高于700℃的温度并因此具有最小BTX和焦油裂化潜力的组合气体流。
为了使COG中包含的烃部分燃烧，并且提高气体混合物的温度，可将氧220的调节流进料到歧管216。热还原气体然后在管222中加热到高于850℃的温度，优选高于950℃，并在足以用于反应器10中铁氧化物还原反应(可通过从管84加氧来帮助)的温度下在顶部224收集。
为了避免关闭设备操作，也可以参考图2的实施方案所述的相同方式在线进行碳沉积物的加热器清洁。
图4为图2和3中所示本发明的实施方案的加热器中气体的加热通道的示意图，说明适用于铁氧化物还原的再循环气体第一阶段加热250的优选最低温度，从低于约100℃的起始温度256到高于900℃的最终温度262。选择中间温度260，以便在从加热盘管214离开的热再循环气体与冷COG 218混合时，混合物的温度不低于约700℃而落在潜在污染区域252内。以此方式，加热管内碳沉积的热力学可能性最大限度地减小。
数条线254说明从一般低于100℃的起始温度256到高于约900℃的温度262的再循环气体的温度分布，以表明，根据本发明的具体应用，再循环气体和冷COG的流速可以变化，因此，必须选择防止再循环气体和COG的混合物落在低于约700℃所需的再循环气体第一阶段加热的温度260，使得混合物保持在操作区域258内。
现在参考图5，图5描述本发明的另一个实施方案，其中COG 64和通过管70的提高品位的再循环气体同时在相同的盘管215中加热，盘管215只安装在存在高温的加热器区段。以此方式，也保证有效的在线清洁。如本文所述的其它实施方案中那样，为了容易地去除所有的沉积物，包括由于COG中存在BTX、焦油和其它污染物而产生的沉积物，利用或不利用氧或空气65，使高温蒸汽63沿着管215的全部长度流动。
烟道气的残余能量可在用于产生蒸汽的专用对流区段202回收，蒸汽收集在蒸汽鼓79中，并且可最终用于CO2去除单元38和/或作为蒸汽63用于加热器清洁步骤。其它加热流体也可用于从燃烧烟道气回收热量。另外，来自反应器10的废气20的显热可回收在换热器22中，用于预热来自增湿器66和CO2吸收器设备38的冷过程气体70。在此步骤后，经预热的过程气体23与来自组边界(battery limit)的COG 64混合，随后进料到加热器72。
参考图6，图6描述本发明的另一个实施方案，其中COG 64单独在加热盘管241中预热，再循环气体70在其它盘管217中预热，盘管241和217可在相同的加热器72内或在单独的加热器中。在两个流达到高于850℃的温度后，组合并进料到还原区域12。
参考图7，图7显示本发明的另一个实施方案，其中在加热器72的对流区段中安装的专用盘管212中预热再循环气体70，直至达到避免碳沉积的温度。COG 64在专用换热器242和244中预热，换热器利用加热器72的对流区段中烟道气的显热，或者使用不同的能源，例如导热油。随后，将经预热的再循环气体和经预热的COG混合，并最终在加热器72的辐射区段在盘管240中加热到高于850℃的所需温度。
优选提供两个换热器242和244用于预热COG 64，通过适合的阀，一个处于操作中，另一个处于备用模式，以在可能需要机械清洁去除由BTX和焦油冷凝和聚合导致的污垢时同样保证设备的连续操作。
为了在全部管内提供高温流用于有效去除所有种类的污垢，设计对加热器72的辐射区段中安装的盘管240(混合气体流动通过其中)的在线清洁。
用于清洁步骤的蒸汽63可在加热器的对流盘管212中产生，并收集在蒸汽鼓251中，或者收集在不同的锅炉中，并且通过管253例如用于CO2去除单元38。
申请人已计算由基于以上温度范围的温度分解的BTX的比例。计算显示于以下表1中，并且表明，在达到600℃和700℃之间的温度后，约90%的烃CnHm和约90%的BTX被破坏。
表1
温度范围℃ CnHn的分解% BTX的分解%
400-500 16.6 0
500-530 55.2 0
530-600 23 85.7
600-700 90 90
主要由于饱和碳化合物在500℃至550℃的温度范围裂化和分解，而不饱和化合物在低于400℃的温度开始裂化，加热器72的管中和通常COG的流路中碳沉积物(焦化)的问题出现。更具体地讲，BTX化合物在530℃-610℃的温度分解。
在一定温度范围内，具有每年1,600,000吨生产能力的典型工业设备的加热器管中可能沉积的碳的量的动力学计算显示于表2中，然而，实际量取决于在加热器中精确位置涉及的化学反应的动力学。
表2
温度范围℃ Kg碳/小时
400-500 404
500-530 1,115
530-600 2,203
600-700 928
以上热力学计算显示，97.87%的BTX和烃裂化，在加热器的“较冷”区域形成碳沉积物。
通常，过程气体加热器设计为具有对流区段和辐射区段，为了有效利用在加热器燃烧器燃烧产生的烟道气的热量，将对流区段用作预热区域。如果焦炉气进料到直接还原设备所用的典型气体加热器的对流区域，则对于具有87.5%效率的加热器，不预热燃烧空气并且燃烧器气体的温度为约1,100℃，在加热器对流区段可达到的最高温度为约660℃。
焦炉气的流速与再循环气体的流速之比为约0.25至0.30，因此，混合物的温度在约520℃和530℃的范围之间，因而在加热器的辐射区段形成焦炭沉积物。已发现，为了使加热器管中的碳沉积物气化，有必要将所述碳沉积物加热到800℃或更高的温度。
本发明提供在直接还原过程中使用COG的方法，不必忧虑作为补充气体进料的COG中有一定量的污染物，避免需要COG部分燃烧以去除加热器中聚合和冷凝的污染物(消耗高量氧和几乎全部可利用的CH4，并且不可避免地减少还原剂)，因为有效去除污染碳沉积物在线进行，不需要关闭设备。
当然，应了解，本发明的另外的目的、优点和其它新特征对本领域的技术人员将变得显而易见，并且可随着实施本发明而认识。以上一些优选实施方案的描述为了说明目的而呈现，并不旨在穷举或者使本发明的范围限于明确公开的实施方案。描述以上实施方案提供本发明原理和实际应用的说明，但也应了解，可在所附权利要求限定的本发明的范围和精神内作出很多修改和变化。

Claims (15)

1.一种用于制备DRI的直接还原方法，所述方法包括还原反应器和至少一个气体加热器，所述气体加热器包括形成加热通道的加热管，用于使所述还原气体温度升高到充分使铁氧化物还原成金属铁的水平，其中进料到所述还原反应器的所述还原气体包括包含氢和一氧化碳的第一还原气体流和包括焦炉气(COG)并包含碳化合物的第二气体流，所述碳化合物可在所述加热器的加热通道中形成碳沉积物，所述直接还原方法的特征为将所述还原气体的第一流进料到所述加热器；以控制流速混合还原气体的所述热的第一流与包含焦炉气的所述第二流，以便所得混合物在高于700℃的温度形成第三气体流从而将来自包括COG的第二流中存在的碳化合物的所述碳沉积物最大限度地减小；将所述第三气体流加热到高于850℃的温度；并将所述热的第三气体流进料到所述还原反应器。
2.权利要求1的直接还原方法，其进一步特征为在所述加热器加热通道中的点处，混合所述还原气体的第一流与包含焦炉气的所述第二气体流，其中所述加热器的管的表面温度高于700℃。
3.权利要求2的直接还原方法，其进一步特征为，在位于所述加热器的对流区段的加热管中预热还原气体的第一流；通过不同于烟道气的其它加热介质，在位于所述加热器的对流区段或位于所述加热器外部的换热器中预热COG的第二流。
4.权利要求1至3任一项的制备DRI的直接还原方法，所述方法的特征为所述第一流为来自所述还原反应器的经再循环的出口气体。
5.权利要求4的制备DRI的直接还原方法，所述方法的特征为将所述第三流加热到850℃至1100℃的温度。
6.权利要求1的制备DRI的直接还原方法，其进一步特征为，在所述COG的加热通道中碳沉积物的去除是通过将蒸汽，或蒸汽和/或空气，或蒸汽和/或空气和/或氧注入所述加热器管，用于清洁可能在所述管中形成的任何碳沉积物，从而使由于加热包含含有BTX和其它复杂碳化合物的COG的所述气体而产生的加热器污染或堵塞问题最大限度地减小。
7.权利要求6的制备DRI的直接还原方法，其进一步特征为，安排将所述蒸汽和/或空气，或蒸汽和/或空气和/或氧相继进料到各管或管组，以使所述还原过程和所述加热器的操作不中断，并且使得进料到还原反应器的还原气体的总体气体组成适用于制备DRI，即使在清洁碳沉积物的情况下将氧化剂加到所述加热器管后。
8.权利要求1、2、3、6或7的制备DRI的直接还原方法，其进一步特征为提供用于在线去除所述COG的加热通道中的所述碳沉积物的装置。
9.一种用于制备DRI的直接还原设备，所述设备包括：还原反应器和至少一个还原气体加热器，还原气体加热器用于使所述还原气体温度升高到充分使铁氧化物还原成金属铁的水平；和包含碳化合物的焦炉气(COG)源，所述碳化合物可在所述加热器的加热通道中形成碳沉积物，所述直接还原设备的特征为包括用于将从所述反应器再循环的第一气体流加热到高于850℃温度的所述还原气体加热器中的第一加热装置；用于混合所述热的第一气体流与包含焦炉气的第二流的装置；用于调节所述焦炉气的流速以使所得混合物在高于700℃的温度形成第三气体流的装置；用于将所述第三流加热到高于850℃温度的所述还原气体加热器中的第二加热装置；位于所述第一加热装置和所述第二加热装置之间的用于混合的所述装置；和用于将所述热的第三流送到所述还原反应器的装置。
10.权利要求9的用于制备DRI的直接还原设备，其进一步特征为清洁碳沉积物包括用于将氧化剂注入所述加热器管的装置，用于清洁可能在所述管中形成的任何碳沉积物，从而使由于加热包含含有BTX和其它复杂碳化合物的COG的所述气体而产生的加热器污染或堵塞问题最大限度地减小。
11.权利要求10的用于制备DRI的直接还原设备，其进一步特征为包括以下装置：所述装置用于每次在单独的一个管中或每次在小组中相继安排所述加热器管清洁，以使所述氧化剂注入不显著影响进料到所述还原反应器的还原气体的还原潜力。
12.权利要求9至11中任一项的用于制备DRI的直接还原设备，其进一步特征为包括用于在所述加热器的加热通道注入所述COG的装置，其中在操作时所述加热管的表壁温度高于700℃。
13.用于制备DRI的直接还原设备，包括还原反应器和至少一个还原气体加热器，还原气体加热器用于使所述还原气体温度升高到充分使铁氧化物还原成金属铁的水平；和包含碳化合物的焦炉气(COG)源，所述碳化合物可在所述加热器的加热通道中形成碳沉积物，所述直接还原设备的特征为，所述加热器包括用于加热所述还原气体的第一流的第一加热盘管，用于包括所述COG的第二流的气体的单独第二加热盘管，用于混合所述第一气体流和所述第二气体流从而形成加热的第三气体流的装置，和用于将所述第三气体流进料到所述还原反应器的装置，和用于将作为蒸汽、或蒸汽和/或空气、或蒸汽和/或空气和/或氧的氧化剂注入加热器管的装置，用于清洁可能在所述管中形成的任何碳沉积物，从而使由于加热包括COG的所述气体而产生的加热器污染或堵塞问题最大限度地减小。
14.权利要求13的制备DRI的直接还原设备，其进一步特征为，所述加热器包括在对流区域或位于外部的利用其它加热源的换热器，用于在其与所述还原气体混合之前预热所述COG。
15.权利要求14的制备DRI的直接还原设备，进一步特征为包括以下装置：所述装置用于每次在单独的一个管中或每次在小组中相继安排所述加热器管清洁，以使所述氧化剂注入不显著影响进料到所述还原反应器的还原气体的还原潜力。
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