CN113874486A - 利用氢气的直接还原工艺 - Google Patents

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Abstract

一种用于在有或没有碳的情况下使用氢气来生产直接还原铁(DRI)的方法，其中所述氢气是利用由所述方法内部生成的水生产的。所述方法的特征在于含有一个或两个气体回路，一个用于影响氧化物的还原，并且另一个用于影响DRI的渗碳。负责还原的主回路将来自竖炉的用过的气体在包括干式除尘步骤、用于产生氢气的氧脱除步骤和与竖炉的连接以进行还原的回路中再循环。在不存在第二回路的情况下，这个回路结合天然气添加可以用于沉积碳。安装在竖炉下游的辅助渗碳回路可以更精细地控制碳添加。这个回路包括反应器容器、除尘步骤和气体分离单元。

Description

利用氢气的直接还原工艺
相关申请的交叉引用
本公开内容要求于2019年6月6日提交且名称为“MIDREX PROCESS UTILIZINGHYDROGEN(利用氢气的米德雷克斯工艺)”的在审美国临时专利申请号62/857,843的优先权的权益，将其内容通过引用全部结合在本文中。
技术领域
本公开内容总体上涉及直接还原铁(DRI)和炼钢领域。更具体地，本公开内容总体上涉及一种利用氢气的方法，产生具有更低的总CO2排放的DRI。
背景技术
目前世界上生产的大部分钢是经由高炉(BF)途径或电弧炉(EAF)途径制得的。BF途径排放大量的CO2，在1.6-2.0kg CO2/kg钢的范围内，并且尽管有许多改善，但是不可能将排放降低到显著低于此值。由于回收的废金属的使用，EAF途径明显有助于较少的CO2排放，但是仍在0.5kg CO2/kg钢的范围内。EAF中通常需要替代铁单元(AIU，由铁矿石制成)如DRI、热压铁(HBI)或生铁以满足品质和生产率目标；这些AIU增高EAF的CO2排放，但是CO2排放仍低于BF途径。
近期有大量对钢铁工业进行碳减排的工作，其利用诸如碳捕获或碳避免的方法。近期，许多欧洲倡议寻求使用绿色氢气(即由可再生能源制成的)；来将铁氧化物还原为DRI，之后在EAF中将其熔化(参见例如EP2895631B1)。提到的构思是有缺陷的，因为过程效率不足以满足市场需求。另外，为了使设施适当运行，存在需要克服的可操作性问题。要解决的问题包括：避免不必要的能量损失；应付循环回路中的次要组分的累积；以及实现下游炼钢所需的适当碳水平。
附图简述
参照多个附图对本公开内容进行例示和描述，其中相同的附图标记视情况用于表示相同的过程组件，并且其中：
图1是示出了本公开内容的直接还原(DR)方法的一个示例性实施方案的示意图，其中经由电解槽的氢气生成被布置在主过程回路内；
图2是示出了本公开内容的DR方法的另一个示例性实施方案的示意图，其中DRI的碳含量经由将渗碳气体直接注入到竖炉中进行控制，并且依赖于主过程回路；
图3是示出了本公开内容的DR方法的又一个示例性实施方案的示意图，其中DRI的碳含量经由在独立容器中的独立于主过程回路起作用的渗碳回路进行控制；以及
图4是示出了本公开内容的直接还原方法的再一个示例性实施方案的示意图，其中DRI的碳含量经由在单个容器中的独立于主过程回路起作用的渗碳回路进行控制。
概述
本公开内容涉及对利用氢气来生产DRI的方法的改进。在一般水平，此方法在主过程气体回路内整合氢气产生步骤。这与其他基于氢气的DR方法(其中作为燃料供应氢气或以甲烷形式的氢气的前体)不同。所述方法的主要步骤为：(a)将来自竖炉的用过的还原气体再循环到电解槽(即氧脱除)步骤，优选地固体氧化物电解池(SOEC)；(b)非淬火集尘步骤；(c)直接利用来自竖炉顶部气体的蒸汽来产生氢气；以及(d)直接利用在电解槽后的气体中存在的热量。
所述方法通过从主过程气体管线中脱除氧而减轻了先前提到的缺陷。此方法相对于已经确立的用于氢气还原的方法具有显著的优点。这些优点包括但不限于：不需要外部供应的燃料气体用于还原，减少了用于供应和储存氢气或天然气的本地基础设施需求；有限的水处理，其中所需水的大部分已经存在于再循环的顶部气体中；在除尘步骤期间的最小热量损失；在电解槽内直接利用过程气体感热；以及容易与还原后渗碳和其他DRI碳调节技术整合。
在一个示例性实施方案中，本公开内容提供了一种用于铁的直接还原的方法，所述方法包括：使用氢气作为化学载体用于从铁矿石脱除氧并通过电解对所得的蒸汽(steam)进行再生；其中在没有使来自竖炉的顶部气体中的蒸汽冷凝的情况下对所述顶部气体进行除尘；其中没有向与所述方法相关的过程回路中添加液体水；并且其中利用形成所述过程回路的一部分的电解槽，使用在来自所述竖炉的顶部气体中存在的水蒸气(水汽，water vapor)来产生所述氢气。任选地，所述电解槽包括固体氧化物电解槽。任选地，所述方法还包括在高于100℃的温度下在没有进行冷却的情况下压缩所述顶部气体。任选地，所述方法还包括在将所述氢气引入到所述竖炉中以还原所述铁矿石之前向所述氢气中添加氧气。任选地，所述方法还包括经由将渗碳气体引入到所述竖炉中而将碳沉积在由所述铁矿石形成的直接还原铁上。任选地，将所述渗碳气体在所述竖炉的促动管(环风管，bustle)下方直接注入到所述竖炉中。在所述电解槽中将二氧化碳转化为一氧化碳。所述过程回路的过程气体含有多达20％的CH4。任选地，将所述过程回路的吹扫气流(吹扫物流，purgestream)与火焰加热器整合以加热被引入到所述竖炉中的促动气体(bustle gas)。任选地，使用在所述竖炉的还原区下方的渗碳区来提高直接还原铁的碳百分比，并且将所述氢气分离并递送至所述过程回路，由此形成辅助气体回路，所述形成辅助气体回路包括：固体材料经由重力进入所述渗碳区并且与气体相互作用以将碳添加到所述直接还原铁中；然后气体物流(gas stream)离开所述渗碳区并且进入除尘步骤以去除固体颗粒；使用气体分离单元将氢气从所述气体移出并且返回到所述过程回路；将天然气或另一种渗碳气体引入到所述气体中；以及使用压缩机来提高所述气体的压力以提供用于气体循环和分离的动力。任选地，在与所述竖炉不同的独立容器中实施所述渗碳区。
在另一个示例性实施方案中，本公开内容提供了一种用于铁的直接还原的系统，所述系统包括：过程回路，其使用氢气作为化学载体用于从铁矿石中脱除氧并通过电解对所得的蒸汽进行再生；除尘器，其可操作用于在没有使来自所述过程回路的竖炉的顶部气体中的蒸汽冷凝的情况下对所述顶部气体进行除尘；其中没有向所述过程回路添加液体水；以及电解槽，其可操作用于利用来自所述竖炉的顶部气体中存在的水蒸气来产生所述氢气，并且形成所述过程回路的一部分。任选地，所述电解槽包括固体氧化物电解槽。任选地，所述系统还包括以下各项中的一项或多项：压缩机，其可操作用于在高于100℃的温度下在没有进行冷却的情况下压缩所述顶部气体；氧气注入器(oxygen injector)，其可操作用于在将所述氢气引入到所述竖炉中以还原所述铁矿石之前向所述氢气中添加氧气；渗碳气体注入器，其可操作用于经由将渗碳气体引入到所述竖炉中而将碳沉积在由所述铁矿石形成的直接还原铁上，其中在所述竖炉的促动管下方将所述渗碳气体直接注入到所述竖炉中；以及与火焰加热器整合的吹扫气流，其可操作用于加热被引入到所述竖炉中的促动气体。任选地，使用在所述竖炉的还原区下方的渗碳区来提高直接还原铁的碳百分比，并且将所述氢气分离并递送至所述过程回路，由此形成辅助气体回路，所述形成辅助气体回路包括：固体材料经由重力进入所述渗碳区并且与气体相互作用以将碳添加到所述直接还原铁中；然后气体物流离开所述渗碳区并且进入除尘步骤以去除固体颗粒；使用气体分离单元将氢气从所述气体移出并且返回到所述过程回路；将天然气或另一种渗碳气体引入到所述气体中；以及使用压缩机来增加所述气体的压力以提供用于气体循环和分离的动力；其中在所述竖炉和与所述竖炉不同的独立容器中的一个中实施所述渗碳区。
示例性实施方案描述
本公开内容涉及一种用于使用氢气直接还原铁矿石的竖炉方法。所述方法通过在主气体循环中更好地整合氧脱除步骤(以及，同样地，氢气产生步骤)以减少热量和材料损失而改进了现有的方法。如在所有DR方法中那样，用于还原铁的气体在通过竖炉后仍保留未反应的还原剂。这种未反应气体的有效利用推动了DRI工厂(包括基于氢气的还原)周围的许多经济状况。本公开内容详细描述了一种用于还原铁的方法，其改善了关于对气体循环中存在的热含量、氢气和水的利用，并且还提供了用于调节DRI的碳含量的手段。
为了有利于理解，提供了若干附图。图1描绘了本公开内容的流程图的最基本形式。图1示出了固体铁氧化物(1)经由竖炉(A)的顶部进入。当铁氧化物沿着竖炉向下行进时，其在主要由氢气组成的环境中还原为DRI。DRI经由重力离开竖炉(10)。低压力的、用过的还原气体(2)(被称为顶部气体)从竖炉的顶部出来，并且被送至非淬火集尘步骤(B)(即，干式除尘，例如，经由烛式过滤器)以去除携带的固体(即，细粒)。在除尘后，存在吹扫气流(3)以控制系统压力并且积累惰性气体。将大部分的气体(4)(被称为过程气体)再循环和压缩(C)。添加蒸汽(5)，然后进料至氧脱除步骤(D)。从过程中脱除氧(6)，并且将产生的氢气送回到竖炉(7)。取决于氧脱除步骤的出口条件，在引入到竖炉之前，可能需要气体加热器(E)以将氢气(9)(被称为促动气体)在引入到竖炉中之前加热到还原温度。也可以将氧气(8)直接注入到促动气体(9)中以升高其温度。
这种方法相对于常规还原方法具有重要的优点。将氢气产生布置在主过程气体回路内在所述过程内产生燃料，从而限制了来自装置电池限制之外的燃料处理需求。
用于氧脱除步骤(D)的电解技术的正确选择是重要的。为了有效地利用过程物流，电解槽的优先选择将对在再循环气体物流中存在的水蒸气起作用。对于这种服务，固体氧化物电解池(SOEC)的使用是优选的。SOEC可以处理具有高氢气浓度的高温物流。这消除了对于分离或冷凝来自进入电解槽(4)的物流中存在的氢气的出水的需求。顶部气体(2)的组成在任何地方都是按体积计60％至80％的氢气，但是典型地保持在大约70％。为了成为可行的用于铁氧化物的还原气体，电解槽(7)的出口物流必须将水含量最小化到低至6％以下，理想地0.5％。在一些情况下，在过程气体中使用较高的氮气百分比，并且因此这些百分比将会被调低。
通过利用已经在顶部气体(2)中的气相中的水，总体过程避免了与对重新产生还原所需的氢气所需要的水进行冷凝和再加热相关的能量效率低下。通过将氢气再循环回到竖炉中而获得了另外的效率。SOEC单元在使得能够进行高温电解的温度(典型地为500至800℃)下运行。在此范围的高端下运行的电解槽可以提供直接使用在竖炉中产生的还原气体所需的温度。
顶部气体(2)的温度有必要进一步讨论。根据图1的实施方案，顶部气体温度可以在200–600℃的范围内。这个温度可能受特定设施中存在的多种因素影响。例如，如果铁氧化物(1)在进入竖炉前被预热，或者如果使用较高的促动气体流来还原特别困难的铁矿石(对于如图1中所述的过程，通常>2000Nm3/t DRI)，则出来的顶部气体温度可以更高。
过程气体回路可以被设计用于所述温度，并且热量可以被利用而不被浪费。这与其中较高的顶部气体温度通过气体物流中的水的冷凝而造成能量损失的常规还原方法截然不同。利用本公开内容的方法，热量代替地被保持在过程回路内，并且由电解槽利用。这种整合还使装置中的燃料消耗最小化。利用气体内的水蒸气提供了对过程进行补充所需的蒸汽中的一部分。与使用液相的水用于电解槽的系统相比，这降低了用于所需的水处理的成本。
与先前的直接还原技术的另一个不同在于来自气体回路的吹扫气流减少。传统的基于天然气的装置分割作为燃料源的顶部气体(2)的一部分用于所选择的重整技术的加热和重整需要。被分割的顶部气体(2)的所述部分被称为顶部气体燃料。这种物流用于两种用途。顶部气体燃料的一种用途是用于以水、一氧化碳和二氧化碳的形式从系统中移除氧。另一个用途是尽可能经济且高效地从未使用的还原气体中回收一些能量。如图1中所述的本发明方法通过在电解槽(D)中将氧脱除与氢气产生整合而使来自顶部气体(2)的这种吹扫最小化，并且能够以如对于传统的基于天然气的技术所描述的方式避免还原气体的损失。
如果在电解之后在氢气中不存在足够的热量，则可以使用任选的气体加热器(E)。需要将氢气引入到处于高于760℃的温度的竖炉中以发生有效的还原。因为氢气还原反应总体是吸热的，并且为了考虑到在管道中的热量损失，气体在其进入竖炉(9)时的操作温度需要更接近于800–1000℃。在图1所选择的气体加热器的类型方面存在灵活性。优选的方法是使用电加热器，因为由于电解槽(D)的存在在装置内已经有大的电力需求。在DRI工业内，气体-火焰加热器是特别常用的，并且可以使用任何外部燃料作为能源—例如天然气。尽管违背了一些先前讨论的优点，但是也可以燃烧产生用于所述过程的氢气来供应这种能量。作为用于任选的加热器(E)的燃料源的吹扫气流(3)是将类似于常规直接还原流程图的过程回路和燃烧系统整合的一种可能性。最后，可以将氧气(8)直接添加到促动气体(9)作为能量来源，因为该气体高于自燃温度。这种过程与常规DRI设施中使用的氧气注入系统相同地起作用。氧气(8)可以来自外部来源，或者其可以来自电解槽(D)本身。
对于氢气还原方法的另一个考虑是在产物DRI中存在碳。碳沉积受热力学限制，并且高度依赖于气体物流的温度和组成。沉积有利于处于高温和氢碳比的气体，并且随着在如水或二氧化碳的化合物中的氧的存在而下降。在常规还原方法中，将天然气在促动管下方添加到竖炉内的过渡区中。在那里，气体在高于800℃的温度下沉积碳。
需要对氢气工艺的改进以生产碳水平与常规的基于天然气的直接还原方法的碳水平类似的DRI。可以由图1所描述的实施方案改进本公开内容以通过渗碳气体的选择注入而促进碳添加。本公开内容的用于添加碳的另外的实施方案在图2、图3和图4中示出。图2示出了一种方法的一个示例性实施方案，其中将渗碳气体引入到竖炉中并且通过主过程回路使碳化合物部分地再循环。图3示出了一种方法，其中使用第二回路来防止碳化合物在主回路中的积累并且提供对渗碳气体的更好控制。图4是图3的一个派生方案。更详细地讨论这些实施方案。
图2中所示的实施方案示出了一种用于添加渗碳气体的直接方式。这种方法需要的设备类似于图1中的方法的设备。将渗碳气体(11)(典型地天然气)在促动管下方的位置(被称为过渡区)中直接添加到竖炉(A)中。现在与沿着竖炉(A)向下流动的热铁接触的渗碳气体发生分解，这沉积碳并且产生氢气体。如前面提到的，这个过程是热力学限制的。未反应的甲烷沿竖炉向上行进，在那里其与促动气体(9)合并。在水和铁的存在下，甲烷重整，并且在竖炉(A)中产生比第一实施方案中存在的更大的吸热负荷。对于这个实施方案，在电解后使用气体-火焰加热器(E)来升高促动气体(9)温度以保持还原温度。这种加热器用来自吹扫气流(3)的气体作为燃料进行燃烧。
这种操作方法是可行的，因为从添加渗碳气体所需的吹扫速率(3)更高。除了带入碳之外，渗碳气体还引入带有碳的气体(来自未反应的甲烷)和氢气。取决于操作，这意味着顶部气体(2)现在含有按体积计多达20％的甲烷，但是优选的是保持该组成低至5％或10％。由于用于保持金属化和碳的过程限制，所以仅间接地控制甲烷的量。竖炉(A)中的一些甲烷重整为一氧化碳和氢气。通过电解槽的二氧化碳被转化为一氧化碳，其中可以将其再次用于还原。可以通过将主过程气体物流中的一部分进行冷却和冷凝来调节水含量。这可以以在没有大幅影响气体的热含量的情况下减少总气体体积的方式实现。但最终，过量的气体必须以某种方式放出，导致一些碳排放。这种操作代表常规氢气工艺和常规的基于天然气的工艺之间的融合，其中可以用排放物的一部分来生产带有碳的DRI。
对于将碳添加到DRI中提出了另一个实施方案。这个实施方案使用第二气体回路来控制渗碳。如图3和图4之间的差异中看到的，这个实施方案可以在单个容器中或在独立的容器中完成。增加的控制允许在主气体回路中没有碳存在的情况下可以进行碳的沉积，并且因此限制了二氧化碳的排放。所述方法在图3中示出。这里，使用在竖炉(A)下方的第二容器(F)将碳添加到DRI中。主过程气体回路与图1中的实例类似地表现。在这种情况下的不同之处是将在竖炉(A)的出口处产生的固体产物(10)引入到辅助渗碳反应器容器(F)。这里，将渗碳气体(18)引入到渗碳反应器容器(F)中以将碳添加到DRI中。收集来自渗碳容器的气体(12)，并且在除尘步骤(G)中去除固体携带物以防止对下游设备的损害。对于这种特定配置，除尘步骤(G)可以是湿式或干式的。将经除尘的气体(13)压缩(H)，并且送至气体分离步骤(I)。气体分离从循环的渗碳气体中选择性地移出氢气，并且可以选自已知的技术，如膜分离或变压吸收。这个步骤提供了用于由碳沉积反应产生或进入来自竖炉(A)的下流物(10)的氢气的出口。将富氢气物流(14)送回到主过程回路以用作还原剂。将剩余物流(15)用含碳气体(17)富集，并且重新引入回到渗碳反应器容器(F)。在充分的氢气移出和/或碳富集的情况下，气体(18)的组成将继续保持有利于碳沉积。
在图3中示出了多个额外的特征以举例说明用于控制和调节渗碳气体(18)的潜在手段。压力控制可以通过较小的吹扫管线(16)来实现。这还用于防止来自密封气体的惰性氮气以及任何其他不期望的组分在系统内的积累。作为可以实施用于获得对DRI的渗碳的能量需求的更好控制的一个实例，还可以包括任选的气体加热器(J)。
具有独立于主还原回路起作用的渗碳回路还提供了可以使用什么额外类型的技术的灵活性。例如，可以使用可调碳技术(ACT)系统来产生可以用于富集渗碳气体(17)的一氧化碳。这允许进一步调节渗碳进料气体组成以满足所需的碳产物。尽管不需要严格独立的容器来容纳用于进行本发明的渗碳区，但是如图4中看到的，独立在密封和控制通过所述过程的气体流动方面提供了额外的灵活性，以及允许更好地控制碳添加和碳排放。在没有如图3所示的具有独立渗碳回路的灵活性的情况下，如先前讨论的，产物碳将受主过程回路设备(尤其是电解槽)的操作条件限制。
因此，本公开内容提供了一种用于在有或没有碳的情况下使用氢气来生产直接还原铁(DRI)的方法，其中所述氢气利用由所述方法内部产生的水来产生。所述方法的特征在于含有一个或两个气体回路，一个用于影响氧化物的还原，并且另一个用于影响DRI的渗碳。负责还原的主回路使来自竖炉的用过的气体在包括干式除尘步骤、用于产生氢气的氧脱除步骤和与用于还原的竖炉的连接的回路中再循环。在不存在第二回路的情况下，这个回路结合天然气添加可以用于沉积碳。安装在竖炉下游的辅助渗碳回路可以更精细地控制碳添加。这个回路包括反应器容器、除尘步骤和气体分离单元。
尽管本公开内容在本文中参照其优选实施方案和具体实施例进行了例示并描述，但是对于本领域普通技术人员将显而易见的是，其他实施方案和实施例可以发挥类似的功能和/或获得相同的结果。所有这样的等同实施方案和实施例都在本公开内容的精神和范围内，并且由此被考虑，并且意图由所附非限制性权利要求涵盖用于所有目的。

Claims (16)

1.一种用于铁的直接还原的方法，所述方法包括：
使用氢气作为化学载体用于从铁矿石脱除氧并通过电解对所得的蒸汽进行再生；
其中将来自竖炉的顶部气体在没有使所述顶部气体中的蒸汽冷凝的情况下进行除尘；
其中没有向与所述方法相关的过程回路中添加液体水；并且
其中利用形成所述过程回路的一部分的电解槽，使用来自所述竖炉的所述顶部气体中存在的水蒸气来产生所述氢气。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电解槽包括固体氧化物电解槽。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在高于100℃的温度下在没有进行冷却的情况下压缩所述顶部气体。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在将所述氢气引入到所述竖炉以还原所述铁矿石之前向所述氢气中添加氧气。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括经由将渗碳气体引入到所述竖炉中而将碳沉积在由所述铁矿石形成的直接还原铁上。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述竖炉的促动管下方将所述渗碳气体直接注入到所述竖炉中。
7.根据权利要求5所述的方法，其中在所述电解槽中将二氧化碳转化为一氧化碳。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述过程回路的过程气体含有多达20％的CH4。
9.根据权利要求5所述的方法，其中将所述过程回路的吹扫气流与火焰加热器整合以加热被引入到所述竖炉中的促动气体。
10.根据权利要求1所述的方法，其中利用在所述竖炉的还原区下方的渗碳区来提高直接还原铁的碳百分比，并且将所述氢气分离并递送至所述过程回路，由此形成辅助气体回路，所述形成辅助气体回路包括：
固体材料经由重力进入所述渗碳区并且与气体相互作用以将碳添加到所述直接还原铁中；
然后气体物流离开所述渗碳区并且进入所述除尘步骤以去除固体颗粒；
使用气体分离单元将氢气从所述气体移出并且返回到所述过程回路；
将天然气或另一种渗碳气体引入到所述气体中；以及
使用压缩机来提高所述气体的压力以提供用于气体循环和分离的动力。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在与所述竖炉不同的独立容器中实施所述渗碳区。
12.一种用于铁的直接还原的系统，所述系统包括：
过程回路，所述过程回路使用氢气作为化学载体用于从铁矿石脱除氧并通过电解对所得的蒸汽进行再生；
除尘器，所述除尘器能够操作用于在没有使来自所述过程回路的竖炉的顶部气体中的蒸汽冷凝的情况下对所述顶部气体进行除尘；
其中没有向所述过程回路添加液体水；以及
电解槽，所述电解槽能够操作用于利用来自所述竖炉的所述顶部气体中存在的水蒸气来产生所述氢气并且形成所述过程回路的一部分。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述电解槽包括固体氧化物电解槽。
14.根据权利要求12所述的系统，所述系统还包括以下各项中的一项或多项：
压缩机，所述压缩机能够操作用于在高于100℃的温度下在没有进行冷却的情况下压缩所述顶部气体；
氧气注入器，所述氧气注入器能够操作用于在将所述氢气引入到所述竖炉中以还原所述铁矿石之前向所述氢气中添加氧气；
渗碳气体注入器，所述渗碳气体注入器能够操作用于经由将渗碳气体引入到所述竖炉中而将碳沉积在由所述铁矿石形成的直接还原铁上，其中在所述竖炉的促动管下方将所述渗碳气体直接注入到所述竖炉中；和
与火焰加热器整合的吹扫气流，其能够操作用于加热被引入到所述竖炉中的促动气体。
15.根据权利要求12所述的系统，其中利用在所述竖炉的还原区下方的渗碳区来提高直接还原铁的碳百分比，并且将所述氢气分离并递送至所述过程回路，由此形成辅助气体回路，所述形成辅助气体回路包括：
固体材料经由重力进入所述渗碳区并且与气体相互作用以将碳添加到所述直接还原铁中；
然后气体物流离开所述渗碳区并且进入所述除尘步骤以去除固体颗粒；
使用气体分离单元将氢气从所述气体移出并且返回到所述过程回路；
将天然气或另一种渗碳气体引入到所述气体中；和
使用压缩机来提高所述气体的压力以提供用于气体循环和分离的动力；
其中在所述竖炉和与所述竖炉不同的独立容器中的一个中实施所述渗碳区。
16.一种用于铁的直接还原的方法，所述方法包括：
经由将渗碳气体引入到竖炉中而将碳沉积在由在所述竖炉中的铁矿石形成的直接还原铁上；
其中在所述竖炉的促动管下方将所述渗碳气体直接注入到所述竖炉中。
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