CN114787393A - 用于对高炉设备进行转换的方法 - Google Patents

用于对高炉设备进行转换的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114787393A
CN114787393A CN202080084168.9A CN202080084168A CN114787393A CN 114787393 A CN114787393 A CN 114787393A CN 202080084168 A CN202080084168 A CN 202080084168A CN 114787393 A CN114787393 A CN 114787393A
Authority
CN
China
Prior art keywords
supply system
stove
syngas
blast furnace
primary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080084168.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114787393B (zh
Inventor
克劳斯·彼得·金策尔
吉勒·卡斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Paul Wurth SA
Original Assignee
Paul Wurth SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Paul Wurth SA filed Critical Paul Wurth SA
Publication of CN114787393A publication Critical patent/CN114787393A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114787393B publication Critical patent/CN114787393B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/06—Making pig-iron in the blast furnace using top gas in the blast furnace process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/002—Evacuating and treating of exhaust gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B9/00—Stoves for heating the blast in blast furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B9/00—Stoves for heating the blast in blast furnaces
    • C21B9/08—Iron hot-blast stoves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/08—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces heated otherwise than by solid fuel mixed with charge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0238—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B2005/005—Selection or treatment of the reducing gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/22—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by reforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/26—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by adding additional fuel in recirculation pipes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/122—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by capturing or storing CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于对高炉设备(1)进行转换的方法，所述高炉设备(1)最初包括：至少一个高炉(10、50)；多个初始炉灶(31‑36)，多个初始炉灶(31‑36)适于生成热风；顶部气体供应系统(11、51)，顶部气体供应系统(11、51)用于将来自至少一个高炉(10、50)的顶部气体供应至每个初始炉灶(31‑36)；冷风供应系统(14)，冷风供应系统(14)用于将冷风供应至每个初始炉灶(31‑36)；热风供应系统(15、55)，热风供应系统(15、55)用于将来自每个初始炉灶(31‑36)的热风供应至热风喷射系统(16、56)，热风喷射系统(16、56)适于将气体在风口高度(10.1、50.1)处喷射到至少一个高炉(10、50)中。为了能够对高炉设备进行有效的转换以用于合成气体的利用，本发明提供的所述方法包括：‑在对所述初始炉灶(31‑36)进行操作以产生热风的同时，构建至少一个合成气炉灶(40、41)，以及构建合成气供应系统(18)，至少一个合成气炉灶(40、41)适于通过对含有CO2的工业气体和含烃燃料气体的气体组合物进行重整来生产合成气，合成气供应系统(18)适于将至少一个合成气炉灶(40、41)连接至至少一个高炉(10、50)；‑将第一合成气炉灶(40)连接至顶部气体供应系统(11、51)、冷风供应系统(14)和热风供应系统(15、55)并且对第一合成气炉灶(40)进行操作以用于热风的生成；‑将第一初始炉灶(31)从顶部气体供应系统(11、51)、冷风供应系统(14)和热风供应系统(15、55)断开连接；‑对第一初始炉灶(31)进行转换以使第一初始炉灶(31)适于生产合成气，如有必要，通过对第一初始炉灶(31)的耐火衬里和/或第一初始炉灶(31)的耐火衬里的支撑件和/或第一初始炉灶(31)的机械部件进行更换来对第一初始炉灶(31)进行转换；‑将第一初始炉灶(31)连接至顶部气体供应系统(11、51)；‑将第一合成气炉灶(40)从冷风供应系统(14)和热风供应系统(15、55)断开连接，将第一初始炉灶(31)和第一合成气炉灶(40)连接至气体组合物供应系统(19)，以用于将气体组合物经由合成气供应系统(18)供应至至少一个高炉(10、50)；以及‑对第一初始炉灶(31)和第一合成气炉灶(40)进行操作以生产合成气，并且将合成气经由合成气供应系统(18)供应至至少一个高炉(10、50)。

Description

用于对高炉设备进行转换的方法
技术领域
本发明涉及用于对高炉设备进行转换的方法。
背景技术
尽管有比如在电弧炉内使废料融化或直接还原的替代方法，但如今的高炉仍然代表了最广泛使用的钢铁生产过程。高炉装备的令人关注的一个问题是离开高炉的高炉气体。由于这种气体在高炉顶部离开高炉，因此通常也称为“顶部气体”。虽然在早期，这种高炉气体可能被简单地排放到大气中，但长期以来这一直被认为是对资源的浪费和对环境造成过度负担。高炉气体中的一种成分是CO2，CO2对环境有害并且对于工业应用而言大多是没有价值的。实际上，离开高炉的高炉气体通常包含高达20vol％至30vol％的CO2浓度。除此之外，高炉气体通常包含大量的N2、CO、H2O和H2。然而，N2含量在很大程度上取决于高炉是使用热空气还是(纯)氧。
主要是为了减少焦炭的使用量，建议从高炉回收高炉气体，对高炉气体进行处理以提高高炉气体的还原潜力，并将高炉气体喷射回到高炉以有助于还原过程。一种方法是通过变压吸附(PSA)或真空变压吸附(VPSA)来降低高炉气体中的CO2含量。PSA/VPSA装备生产富含CO和H2的气体的第一流和富含CO2和H2O的气体的第二流。气体的第一流可以用作还原气体并且被馈送回到高炉中。这种方法的一个示例是ULCOS(超低CO2炼钢)过程，除了回收的气体的第一流外，煤粉和冷氧被馈送到高炉中。这种炉灶也被称为“顶部气体回收OBF”(氧高炉)。气体的第二流可以从装备移除，并且在提取剩余的热值后进行处理。这种处理有争议的是将富含CO2的气体泵入到地下的穴中进行储存。此外，虽然PSA/VPSA装备可以将高炉气体中的CO2含量从大约35vol％显著降低至约5vol％，但PSA/VPSA装备的获取、维护和操作非常昂贵，并且需要大量空间。
还提出了重整高炉气体以获得可以用于多种工业目的的合成气体(也称为合成气)。根据最常见的重整过程，高炉气体与含有至少一种碳氢化合物(例如CH4和可能更高分子量的碳氢化合物)的燃料气体混合。在所谓的干重整反应中，燃料气体的碳氢化合物与高炉气体中的CO2反应生成H2和CO。在所谓的湿重整反应中，碳氢化合物与高炉气体中的H2O反应也用于生产H2和CO。无论哪种方式，都获得了H2和Co的浓度显著增加的合成气体。还提出了使用这种合成气体作为还原气体，这种合成气体可以循环使用，即被重新引入到高炉中。
根据一种方法，合成气在风口水平处与热风(即热空气)和/或冷氧以及辅助燃料比方说例如是煤粉、天然气、焦炉煤气或其他燃料一起被馈送到高炉中。这种类型的炉灶也可以称为“合成气高炉”。热风通常在热风炉灶也称为Cowpers中生产。还提出了对炉顶部气体进行燃烧以生产热，所述热被传递至热风炉灶并且从炉灶传递至热风。对于如何引入合成气还存在其他可能方式。例如，合成气可以在风口水平上方的炉身水平处被引入，而“常规”热风则在风口水平处被引入。通常，使用合成气减少了高炉有效操作所需的热风量。
当高炉设备要适于合成气体的利用时，这需要进行各种更改，例如为重整过程提供反应容器、管道和喷射系统以将合成气转移到高炉中。这种更改成本非常高，因此应尽可能避免。另一方面，先前需要的热风炉灶数量或容量减少了，因此可以关闭这些热风炉灶中的至少一些热风炉灶。所有这些更改可能需要将高炉关闭相当长的时间，这是非常不希望的。
发明内容
技术问题
因此，本发明的目的是使高炉设备能够有效地转换以用于合成气体的利用。该目的通过根据权利要求1的方法解决。
本发明的一般描述
本发明提供了一种用于对高炉设备进行转换的方法。特别地，高炉设备从不利于利用高炉中的合成气体的状态转换成有利于这种利用的状态。一般来说，这需要对设备的某些元件进行转换或调整以及构建新元件并且可能地拆除旧元件。
最初，即，在转换开始之前，高炉设备包括：至少一个高炉；多个初始炉灶，所述多个初始炉灶适于生成热风；顶部气体供应系统，顶部气体供应系统用于将来自至少一个高炉的顶部气体供应至每个初始炉灶；冷风供应系统，冷风供应系统用于将冷风供应至每个初始炉灶；热风供应系统，热风供应系统用于将来自每个初始炉灶的热风供应至热风喷射系统，热风喷射系统适于将气体在风口水平处喷射到至少一个高炉中。此处和下文中，术语“一种”和“至少一个”具有相同的含义。初始炉灶也可以称为高炉热炉灶、高炉炉灶或热风炉(cowpers)。术语“初始炉灶”只是指这些炉灶在本发明方法开始时存在。如本领域已知的，这些炉灶是一种再生式热交换器或蓄热器。
每个初始炉灶通过顶部气体供应系统连接至高炉，顶部气体可以通过顶部气体供应系统供应至初始炉灶。顶部气体——也可称为高炉气体或BFG——是从高炉收集的，以及顶部气体是一种含CO2的气体。除CO2外，顶部气体通常还含有其他成分，如CO、H2O、H2或其他。特别地，顶部气体可以是含有H2O的气体。顶部气体可以含有一些N2。对于常规的顶部气体，N2浓度通常介于35vol％与50vol％之间。对于富集的顶部气体，即，使用合成气的顶部气体，N2浓度通常较低，例如低于20vol％、低于10vol％或低于5vol％。通常，需要对顶部气体进行清洁以减少顶部气体的含尘量。此外，优选地通过冷凝来显著降低顶部气体的H2O含量。这可以例如在气体温度降低并且水可以冷凝的气体清洁设备中进行。然后通过顶部气体供应系统将顶部气体供应至每个初始炉灶。此处和下文中，“供应系统”指的是包括单个管道或管道系统的系统，“供应系统”可以是带分支的或不带分支的。此外，供应系统可以包括彼此不直接连接的多个部分。例如，顶部气体供应系统可以具有用于将来自第一高炉的顶部气体供应至初始炉灶的第一组的第一部分以及用于将来自第二高炉的顶部气体供应至初始炉灶的第二组的第二部分。在这种情况下，第一部分和第二部分中的每一者也可以分别被称为第一顶部气体供应系统或第二顶部气体供应系统。除了至少一个管道之外，供应系统可以包括至少一个不是管道的装置或设施，例如气体清洁设备、气体保持器、冷凝器或用于增加气体压力的压缩机。应当理解，这样的装置可以介于供应系统内。例如，顶部气体可以由顶部气体供应系统供应，不是直接从高炉供应，而是经由至少一个介入的装置来供应。供应系统也可以称为“分配系统”或“供应件”。在某些情况下，没有设置介入的装置，因此供应系统也可以称为“管道系统”。
顶部气体用于对相应的初始炉灶进行加热。一方面，可以利用源自高炉的顶部气体中的余热。此外，顶部气体可以在初始炉灶的燃烧器中燃烧以生产热。无论哪种方式，热都会被传递至初始炉灶(通常是炉灶内的格子砖)。随后，该热可以至少部分地传递至通过冷风供应系统接收的冷风，由此生成热风。该热风然后通过热风供应系统传递至至少一个高炉，或者更具体地，该热风传递至热风喷射系统，该热风喷射系统适于将气体在风口水平处喷射到至少一个高炉中。风口水平通常对应于高炉的熔化区。在典型的实施方式中，热风喷射系统包括围绕高炉的热风围管和源自热风围管并延伸到高炉中的多个风口。
通常，大体是热空气的热风与可以通过氧供应系统供应至热风喷射系统的富氧气体组合。替代性地，富氧气体可以作为冷风的一部分或与冷风一起被供应至初始炉灶。即，用于供应富氧气体的氧供应系统可以连接至冷风供应系统。富氧气体通常是所具有的O2浓度显著高于空气的气体。通常，富氧气体主要由O2组成，即富氧气体具有的O2浓度超过50vol％。优选地，富氧气体包含至少60vol％、优选地至少80vol％、更优选地至少90vol％的O2。在某些情况下，尽管可以理解的是，低浓度(例如<5vol％)的其他成分如N2几乎是不可避免的，但富氧气体甚至可以被称为“氧”。可选地，也可以与热风一起喷射辅助燃料如煤粉、石油、天然气、焦炉煤气。
本发明的方法至少包括以下所描述的步骤。特别地，这些步骤可以按照所述步骤被提及的顺序来执行。然而，可以设想的是，一些步骤可以以不同的顺序执行或同时执行。
根据该方法的一个步骤：在对初始炉灶进行操作以生成热风时至少部分地(如果不是完全地)执行构建至少一个合成气炉灶。该合成气炉灶适于通过对含有CO2和/或H2O的工业气体与含烃的燃料气体的气体组合物进行重整来生产合成气，以及构建合成气供应系统，该合成气供应系统适于将至少一个合成气炉灶连接至至少一个高炉。换言之，在不中断高炉设备的初始操作的情况下构建至少一个合成气炉灶。合成气炉灶也是以与初始炉灶相同的原理工作的蓄热器。然而，与初始炉灶相比，合成气炉灶从一开始就适于生产合成气体或合成气，合成气体或合成气是由气体组合物的重整反应生产的。这种重整反应可能会根据传统的热风炉灶的初始部件而严重损坏传统的热风炉灶。合成气炉灶与初始炉灶之间的主要区别实际上通常与耐火衬里和可能的机械部件有关。
气体组合物包括含有CO2和/或H2O的工业气体以及含烃的燃料气体。燃料气体可以是例如焦炉煤气(COG)、天然气、沼气或任何这些气体的组合或混合物。燃料气体通常含有高浓度的低分子烃，特别是CH4。工业气体和燃料气体可以分开或一起供应。在气体组合物中，工业气体和燃料气体几乎可以很好地混合。通常，气体组合物也可以称为气体混合物。在某些情况下，例如将两种气体喷射到炉灶中可能就足够了，从而通过对流和/或扩散几乎被动地发生混合。然而，可以理解的是，化学反应通过更高程度的混合来增强。
在合成气炉灶内，气体经受重整过程，从而生产通常包含大量CO和H2的合成气体。重整过程的化学机理在本发明的范围内不受限制，但通常至少包括工业气体中的成分CO2与燃料气体中的碳氢化合物反应，例如根据以下反应：CO2+CH4→2H2+2CO进行反应。这也可以称为干重整。此外，高炉气体的成分H2O可以与燃料气体中的碳氢化合物发生反应，例如根据以下反应：H2O+CH4→3H2+CO进行反应。这也可以称为湿重整。重整过程通常需要升高的温度，温度例如为800℃以上。这些温度是通过预先对合成气炉灶进行加热来提供的。如初始炉灶那样，加热可以通过对顶部气体进行燃烧和/或使用顶部气体中的余热来实现。重整过程也可以在升高的压力作用下进行。在这种情况下，气体混合物可以被压缩，或者高炉气体和燃料气体可以被单独压缩并被组合。重整过程可以可选地通过通常被引入到炉灶中的催化剂来辅助。
然而，新构建的合成气炉灶并未立即用于合成气的生产。在该方法的另外的步骤中，第一合成气炉灶连接至顶部气体供应系统、冷风供应系统和热风供应系统，并且对第一合成气炉灶进行操作以用于热风的生产。换句话说，第一合成气炉灶(暂时)用于生成热风，即第一合成气炉灶像初始炉灶那样工作。这是可能的，因为对冷风进行加热以生成热风比支持重整过程对炉灶内部的危害小。此外，在高炉中使用的合成气的流量通常远低于热风的流量。然而，与热风的生产相比，合成气的生产需要每Nm3合成气更高的能量输入。为此，合成气炉灶的尺寸和热风炉灶的尺寸相近，特别是热容量和燃烧器部分可以具有类似的尺寸。
在另外的步骤中，该步骤通常在对第一合成气炉灶开始进行操作以生成热风之后进行，将第一初始炉灶从顶部气体供应系统、冷风供应系统和热风供应系统断开连接。理解的是，第一初始炉灶在从上述供应系统断开连接前已被关闭。此处和下文中，“断开连接”通常是指阻止任何气体交换，这可以通过关闭阀门来实现。然而，“断开连接”通常是指对供应系统的如下部分进行拆除：相应的炉灶通过该部分连接至供应系统。
在第一初始炉灶被断开连接之后，对第一初始炉灶进行转换以使第一初始炉灶适于生产合成气。如前所述，第一初始炉灶的整体结构不需要为这种调整而改变。相反，这种转换可以指：对耐火衬里和/或第一初始炉灶的耐火衬里的支撑件和/或第一初始炉灶的机械部件比方说例如阀门的质量进行调整/对耐火衬里和/或第一初始炉灶的耐火衬里的支撑件和/或第一初始炉灶的机械部件进行更换。此处和下文中，对初始炉灶进行“转换”通常是指对初始炉灶进行调整以用于生产合成气。
在第一初始炉灶已经被转换之后，将第一初始炉灶连接至顶部气体供应系统。如下文将显而易见的，此时适于合成气生产的第一初始炉灶可以直接用于生产合成气，或者此时适于合成气生产的第一初始炉灶也可以暂时用于生成热风。
无论哪种方式，该方法还包括：将第一合成气炉灶从冷风供应系统和热风供应系统断开连接，将第一初始炉灶和第一合成气炉灶连接至用于供应气体组合物的气体组合物供应系统，以及，将第一初始炉灶和第一合成气炉灶经由合成气供应系统连接至高炉。换言之，第一合成气炉灶停止生成热风，因此可以将第一合成气炉灶从冷风供应系统和热风供应系统断开连接。如有必要，也可以暂时将第一合成气炉灶从顶部气体供应系统断开连接。第一合成气炉灶和第一初始炉灶连接至用于供应气体组合物的气体组合物供应系统。通常，两种气体是一起供应的，即，两种气体通常在到达炉灶之前至少在一定程度上已经混合。然而，可以设想的是，气体组合物供应系统包括用于两种气体的分开的管道。为了对如上所述的气体组合物进行压缩，气体组合物供应系统可以包括至少一个压缩机。此外，第一合成气炉灶和第一初始炉灶经由合成气供应系统连接至高炉。一方面，这可以指将炉灶连接至合成气供应系统；另一方面，这也可以指将合成气供应系统连接至高炉，以有助于将合成气喷射到高炉中。
完成上述步骤后，对第一初始炉灶和第一合成气炉灶进行操作以生产合成气，并将合成气经由合成气供应系统供应至高炉。在不限制本发明范围的情况下，合成气通常作为还原气体被引入到高炉中。特别地，合成气可以与富氧气体一起被引入，这包括了提供富氧热风的可能性。理解的是，通过对顶部气体进行回收，即对顶部气体进行重整和再引入，可以大大降低高炉的CO2排放。此外，由于富氧气体比空气所含有的N2少得多，因此还原性气体如CO和H2的浓度较高，这有助于提高高炉的生产率。
如果如上所述将辅助燃料与热风一起喷射，则该燃料喷射通常可以在转换期间以及转换之后继续进行。然而，在某些情况下，可以(或需要)减少甚至停止辅助燃料的喷射。例如，如果可以将增加的顶部气体的量转化为合成气，并且将大量合成气喷射到炉中，这可能会使辅助燃料(例如煤粉)不被使用(obsolete)。
将理解的是，将第一合成气炉灶临时用作用于生成热风的“备用件”，使高炉的必要关闭时间(或任何效率降低的时间)最小化。还有利的是，第一合成气炉灶在被用作备用件后不会废弃，而是可以用于生产合成气。
为了避免合成气与高炉外部的热风发生任何不希望的相互作用，该方法可以包括：构建适于将气体喷射到高炉中的合成气喷射系统；以及，将合成气供应系统连接至合成气喷射系统。可以在构建合成气供应系统之前、之后或同时来构建合成气喷射系统。如热风喷射系统那样，合成气喷射系统可以包括围绕高炉的(第二)热风围管以及源自热风围管并且延伸到高炉中的多个风口、喷枪或喷射器。当合成气经由合成气供应系统供应时，合成气与热风分开喷射。
在一些实施方式中，热风喷射系统被废弃，例如在将高炉设备的操作改为纯氧喷射(即喷射富氧气体，特别是喷射纯氧)的情况下，热风喷射系统被废弃。在这种情况下，构建合成气喷射系统可以包括对热风喷射系统至少部分地进行转换，以使热风喷射系统适于合成气喷射。例如，可以通过更换耐火材料来对现有的热风围管进行转换，并且可以安装新的合成气风口。在每个合成气风口内，可以设置单独的喷枪，通过该喷枪可以喷射纯氧。
即使合成气喷射系统与热风喷射系统(如果仍设置的话)是分开的，合成气喷射系统也可以适于在风口水平处喷射气体。粗略地讲，热风喷射系统和合成气喷射系统两者可以设置在风口水平处，从而允许将合成气和热风在高炉的同一区域内分开喷射。合成气喷射系统可以具有与热风喷射系统的风口交替设置的专用风口套管(tuyere stocks)。替代性地或附加地，合成气喷射系统可以适于在风口水平上方的炉身水平处喷射气体。炉身水平主要对应于高炉的还原区域，与熔化区域相比，该还原区域的温度通常明显更低。例如，炉身水平处的温度可能介于800℃与1100℃之间。可选地，合成气可以在合成气通过合成气喷射系统被引入之前被冷却，或者合成气可以与具有较低温度但例如具有类似的组成的另一种气体混合。用于与合成气混合的适合的气体包括BOF(碱性氧气炉)气体和高炉气体。这些措施可以防止合成气对高炉内温度分布的任何不利影响。
优选地，合成气喷射系统至少部分地在至少一个高炉的操作期间被构建。换言之，高炉不必在合成气喷射系统的整个构建时间关闭。例如，合成气喷射系统的热风围管可以在高炉工作时构建，因为合成气喷射系统的热风围管完全设置在高炉的外部。喷射系统的突出到高炉内部的任何部件(如上述风口、喷枪或喷射器)都需要暂时关闭高炉才能被安装或构建。然而，这通常需要相对较短的时间。
尽管本发明的方法旨在使将现有装备转换为具有合成气生产的装备的投资成本最小化，但本发明的方法还旨在使高炉的关闭时间最小化。然而，一些方法步骤通常必须在至少一个高炉的关闭期间执行。例如，将合成气炉灶连接至顶部气体供应系统、冷风供应系统和热风供应系统可能需要关闭。可以执行该关闭以对第一合成气炉灶进行连接以及对下面提到的其他合成气炉灶进行连接。可能需要关闭的另外的步骤是将炉灶连接至合成气供应系统。这可以指的是(经转换的)初始炉灶以及合成气炉灶。此外，如上所述，将合成气喷射系统连接至高炉需要关闭高炉。这指的是对合成气喷射系统的引入高炉内部的任何部件进行安装和/或构建。此外，如果对热风喷射系统进行转换以使热风喷射系统适于合成气喷射，这通常仅在关闭期间是可能的。除非任何需要关闭的步骤被顺序地执行而在这些步骤之间没有任何其他步骤，否则优选地在每个步骤之后恢复高炉的工作。
在优选实施方式中，该方法包括以下步骤，这些步骤可以在将第一合成气炉灶从冷风供应系统和热风供应系统断开连接之后执行。在一个步骤中，将第二合成气炉灶连接至顶部气体供应系统、合成气供应系统和气体组合物供应系统。理解的是，该第二合成气炉灶也适于合成气的生产并且可以可选地具有与第一合成气炉灶相同的尺寸和构型。尽管第一合成气炉灶的一个重要功能是在第一初始炉灶转换期间保持足够的热风的生成，但这不适用于第二合成气炉灶。相反，第二合成气炉灶仅用于合成气的生产，并且在对第二合成气炉灶、第一合成气炉灶和至少一个经转换的初始炉灶进行操作以生产合成气时确保足够的生产率。因此，第二合成气炉灶不连接至冷风供应系统或热风供应系统。在另外的步骤中，对第二合成气炉灶连同第一合成气炉灶以及第一初始炉灶进行操作以生产合成气，以及，将合成气经由合成气供应系统供应至至少一个高炉。换言之，即使一些初始炉灶仍用于生成热风(并且因此不进行转换)，但至少上述三个炉灶可以用于生产合成气。应注意的是，第二合成气炉灶可以在第一合成气炉灶和第一初始炉灶连接至合成气供应系统和气体组合物供应系统紧之前连接至合成气供应系统和气体组合物供应系统、第二合成气炉灶可以在第一合成气炉灶和第一初始炉灶连接至合成气供应系统和气体组合物供应系统之后连接至合成气供应系统和气体组合物供应系统、或者第二合成气炉灶可以与第一合成气炉灶和第一初始炉灶同时连接至合成气供应系统和气体组合物供应系统。在该实施方式中优选的是所有三个炉灶同时开始合成气生产。因此，在第一合成气炉灶和第一初始炉灶开始合成气生产之前，第二合成气炉灶通常连接至合成气供应系统和气体组合物供应系统。
可以设想的是，在构建第一合成气炉灶的同时或者甚至之前构建第二合成气炉灶。然而，如果在对第一合成气炉灶进行操作以生成热风开始之后构建第二合成气炉灶，则对于高炉设备的总体转换计划通常更有效。在这个阶段，通过第一合成气炉灶的操作来维持足够的热风生产。特别地，第二合成气炉灶可以与第一初始炉灶的转换同时构建。
特别是在第二合成气炉灶被构建并且投入工作的那些情况下，仅对第一初始炉灶进行转换可能就足够了。在其他情况下，可能有必要或需要对第二初始炉灶进行转换。根据这样的实施方式，该方法包括以下步骤，这些步骤是在对第一初始炉灶进行转换之后执行的。在一个步骤中，将第一初始炉灶连接至顶部气体供应系统、冷风供应系统和热风供应系统。理解的是，这些连接有助于通过第一初始炉灶生成热风。在另外的步骤中，将第二初始炉灶从顶部气体供应系统、冷风供应系统和热风供应系统断开连接。之后，对第二初始炉灶进行转换以使第二初始炉灶适于生产合成气。至少在对第二初始炉灶进行转换时，对第一初始炉灶和第一合成气炉灶进行操作以生成热风。该操作可以在第二初始炉灶的转换之前开始，以及/或者，该操作可以在转换完成之后结束。在又一个步骤中，将第一合成气炉灶和第一初始炉灶从冷风供应系统和热风供应系统断开连接，并且将第一初始炉灶、第二初始炉灶和第一合成气炉灶连接至气体组合物供应系统，并且将第一初始炉灶、第二初始炉灶和第一合成气炉灶经由合成气供应系统连接至至少一个高炉。在该步骤之后，所有必要的连接都已建立。之后，对第一初始炉灶、第二初始炉灶和第一合成气炉灶进行操作以生产合成气，并且将合成经由合成气供应系统供应至至少一个高炉。
在上述实施方式的最后一个步骤之后，对三个炉灶进行操作来生产合成气，这通常足以使(至少一个)高炉有效工作。根据常见的构型，高炉设备最初可以包括三个初始炉灶。在对第一初始炉灶和第二初始炉灶进行转换之后，其余的、未转换的初始炉灶通常没有足够的能力来维持高炉的热风供应。大多数情况下，仅在热风的生产不是用于高炉未来工作的情况下，才对第二初始炉灶进行转换。一方面，可以拆除其余的初始炉灶。替代性地，其余的初始炉灶也可用于合成气的生产。根据一个实施方式，该方法包括以下步骤。在一个步骤中，将第三初始炉灶从顶部气体供应系统、冷风供应系统和热风供应系统断开连接。在另外的步骤中，对第三初始炉灶进行转换以使第三初始炉灶适于生产合成气。之后，将第三初始炉灶连接至气体组合物供应系统，并且将第三初始炉灶经由合成气供应系统连接至至少一个高炉。当应用了这些连接时，对第三初始炉灶进行操作以生产合成气，并且将合成气经由合成气供应系统供应至至少一个高炉。这些步骤可以在第一初始炉灶、第二初始炉灶和第一合成气炉灶已经开始生产合成气之后进行。尽可能在第一初始炉灶、第二初始炉灶和第一合成气炉灶工作以生产合成气期间进行。然而，理解的是，一些步骤需要暂时关闭高炉设备。但是，除了第三初始炉灶外，不需要连接炉灶或将炉灶断开连接，即在上述步骤期间可以保持其他炉灶的连接。
尽管可以设想的是可以将工业气体和燃料气体分开供应至相应的炉灶，或者可以允许这些气体在气体组合物供应系统内混合到某种程度，但通常有利的是使用专用混合室，在专用混合室，在将气体组合物引入到炉灶中之前将气体组合物混合以形成气体混合物。因此，该方法优选地包括构建混合室以及将混合室连接至用于供应燃料气体的燃料气体供应系统以及连接至气体组合物供应系统。术语“混合室”不被解释为两种气体的主动混合是在室内进行的。相反，气体可以由于对流、扩散或其他过程而被允许被动混合。理解的是，混合室需要进一步连接以接收工业气体，这将在下面进行论述。
通常，顶部气体用作工业气体。顶部气体是一种含有CO2的气体，含有CO2的气体在高炉设备内大量存在。因此，该方法优选地包括将顶部气体供应系统连接至混合室并且将来自高炉的顶部气体作为工业气体供应至混合室。虽然提到“顶部气体”，但应理解的是，从高炉的顶部收集的顶部气体需要在该顶部气体可以被用于另外的用途之前进行清洁。在这种情况下，可以在将顶部气体引入到混合室中之前对顶部气体进行压缩。在这种情况下，将顶部气体供应系统连接至混合室包括构建至少一个压缩机，并且供应顶部气体包括对顶部气体进行压缩。替代性地，气体组合物供应系统可以包括至少一个压缩机。
如在三个初始炉灶的(常见)构型的上下文中已经提到的，所有初始炉灶可以被转换以使所有初始炉灶适于生产合成气。这当然可以适用于存在多于或少于三个初始炉灶的情况。替代性地，一些初始炉灶可以被转换，而其他炉灶仍适于热风的生产。
高炉设备可以包括单个高炉，使得所有合成气炉灶和所有初始炉灶——转换之前和转换之后——连接至同一个高炉。然而，该方法也适用于具有多个高炉的高炉设备。根据一个实施方式，高炉设备包括经由第一热风供应系统和第一顶部气体供应系统连接至初始炉灶的第一组的第一高炉和经由第二热风供应系统和第二顶部气体供应系统连接至初始炉灶的第二组的第二高炉。可以理解的是，第一组中的初始炉灶和第二组中的初始炉灶中的每一者均可以连接至(分别为第一或第二)冷风供应系统。一个组内的初始炉灶可以相对靠近地布置，但术语“组”不应解释为限制初始炉灶的空间布置结构。
在本实施方式中，该方法至少包括以下步骤。在一个步骤中，第一合成气炉灶连接至第一顶部气体供应系统和第二顶部气体供应系统中的至少一者。特别地，第一合成气炉灶可以连接至第一顶部气体供应系统。如上所述，第一合成气炉灶还连接至至少一个热风供应系统和至少一个冷风供应系统。特别地，至少一个热风供应系统和至少一个冷风供应系统可以是第一热风供应系统和第一冷风供应系统。之后，对第一组中的所有初始炉灶进行转换并且将第一组中的所有初始炉灶连接至气体组合物供应系统和合成气供应系统。换句话说，第一初始炉灶以及在适用的情况下第二初始炉灶和第三初始炉灶选自第一组。这些初始炉灶如前所述的那样一个接一个地进行转换。这通常不需要构建第二合成气炉灶。在第一组中的所有初始炉灶转换之后，第一组中的所有初始炉灶适于合成气的生产。如上所述，第一组中的所有初始炉灶仍可以被操作以用来生成热风，但这不是第一组的所有初始炉灶的主要功能。因此，第一热风供应系统失去了向第一高炉供应热风的用途。因此，第二热风供应系统与第一高炉连接。第二热风供应系统通常分支成使得可以向第一高炉和第二高炉供应热风。在这个阶段，可以拆除第一热风供应系统以及第一冷风供应系统。在该方法的另外的步骤中，合成气供应系统连接至第一高炉和第二高炉。合成气供应系统可以通过热风喷射系统(分别为第一热风喷射系统或第二热风喷射系统)或者通过专用的合成气喷射系统(分别为第一合成气喷射系统或第二合成气喷射系统)连接至高炉。
优选地，在完成转换之后，对第一组中的所有初始炉灶进行操作以生产合成气，对第二组中的所有初始炉灶进行操作以生成热风。换言之，第一组的所有初始炉灶已被转换并且此时用于为两个高炉供应合成气，而第二组的所有初始炉灶仍适于热风的生产并且为两个高炉供应热风。
附图说明
现在将参照附图以示例的方式描述本发明的优选实施方式，在附图中：
图1是应用本发明方法之前的第一高炉设备的示意图；
图2至图4示出了本发明方法的第一实施方式的不同阶段；
图5至图9示出了本发明方法的第二实施方式的不同阶段；
图10是应用本发明方法前的第二高炉设备示意图；以及
图11至图15示出了本发明方法的第三实施方式的不同阶段。
具体实施方式
图1示出了高炉设备1的示意图。高炉设备1包括高炉10，高炉10的一般操作在本领域中是已知的，因此将不在这里进行说明。热风喷射系统16设置在高炉10的风口水平10.1处。热风喷射系统16连接至热风供应系统15并且连接至氧供应系统17。氧供应系统17提供富氧气体，富氧气体例如可以具有95vol％的O2浓度和5vol％的N2浓度。作为此处所示实施方式的替代方案，氧供应系统17可以连接至冷风供应系统14，使得富氧冷风供应至初始炉灶31至33并且富氧热风供应至热风喷射系统16。实际上，一般来说，如果在高炉过程中使用热风，氧供应系统将氧馈送到冷风中，即炉灶的上游。另一方面，如果高炉作为纯氧炉操作，则供应系统在风口水平处将氧直接馈送至高炉，如图1所示。
此外，还可以利用热风对辅助燃料如粉煤或油进行喷射，这也适用于下面描述的第二实施方式和第三实施方式。热风供应系统15连接至三个初始炉灶31至33，初始炉灶31至33构造为接收来自冷风供应系统14的冷风并且对冷风进行加热以生成热风的热风炉灶。初始炉灶31至33中的每一者均连接至顶部气体供应系统11，顶部气体供应系统11接收来自高炉10的顶部的顶部气体(或高炉气体)。被回收的顶部气体在使用热风的高炉的常规操作中可以具有低于50vol％的N2浓度、各为约23vol％的CO和CO2浓度以及约为6vol％的H2。对于使用合成气进行操作的高炉，被回收的顶部气体可以具有低于5vol％的N2浓度、各自为约40vol％的CO和CO2浓度以及约15vol％的H2。被回收的顶部气体被馈送至顶部气体供应系统11并且在气体清洁设备13中被清洁，气体净化设备13主要用于将颗粒物质从气体去除并且可能地对包含在顶部气体中的一部分蒸汽进行冷凝。顶部气体用于对初始炉灶31至33进行加热。
图2至图4示出了用于将高炉设备1转换成使该高炉设备适于合成气利用的本发明方法的第一实施方式。如图2所示，构建了第一合成气炉灶40，第一合成气炉灶40具有与初始炉灶31至33基本相同的设置，第一合成气炉灶40适于支持重整过程，在重整过程中，含有CO2的工业气体(在这种情况下，为顶部气体)与含烃的燃料气体(在这种情况下，为焦炉煤气，可选地与天然气混合或结合有天然气)的气体组合物反应以生产合成气(或合成气体)。重整过程的化学机理在本发明的范围内不受限制，但通常至少包括工业气体中的成分CO2与燃料气体中的碳氢化合物反应，例如根据以下化学反应：CO2+CH4→2H2+2CO进行反应。这也可以称为干重整。此外，工业气体中的成分H2O可以与燃料气体中的碳氢化合物发生反应，例如根据以下化学反应：H2O+CH4→3H2+CO进行反应。这也可以称为湿重整。重整过程通常需要升高的温度，温度例如为800℃以上。重整过程中所涉及的物质的升高的温度和化学性质可能会根据初始炉灶31至33的初始构型/质量而严重损坏初始炉灶31至33中的任何一者。另一方面，第一合成气炉灶40从一开始就适于承受重整过程的条件，这通常是由于不同类型的耐火衬里和可能的不同类型的格子砖的支撑件。
还可以在图2中看到，构建了合成气供应系统18，合成气供应系统18适于将第一合成气炉灶40连接至高炉10。此外，上合成气喷射系统22构建在风口水平10.1上方的炉身(shaft)水平10.2处，下合成气喷射系统23构建在风口水平10.1处。合成气喷射系统22、23各自包括突出到高炉10中的喷射器和热风围管(bustle pipe)，因此在安装喷射器期间需要暂时关闭高炉10。除了这种临时关闭之外，高炉10的操作没有中断。在图2所示的阶段中，合成气供应系统18既没有连接至合成气喷射系统22、23，也没有连接至任何炉灶31至33、40。
图3示出了该方法的另外的阶段，其中，第一初始炉灶31从顶部气体供应系统11、冷风供应系统14和热风供应系统15断开连接，而第一合成气炉灶40连接至这些供应系统11、14、15。同样，可能需要暂时关闭高炉10，但这仅是针对有限的时间段。此时对第一合成气炉灶40进行操作以生成热风，这是可能的，因为生成热风的条件不如重整过程的条件苛刻。同时，对第一初始炉灶31进行转换以使该第一初始炉灶31适于合成气的生产。如果需要的话，这种转换可以涉及：更换耐火衬里；以及/或者，可能地对耐火衬里的支撑件进行调整；以及/或者，通过更换/调整机械部件。此外，构建了第二合成气炉灶41，第二合成气炉灶41也适于合成气的生产并且可以与第一合成气炉灶40相同。
图4示出了用于对高炉设备1进行转换的方法的最后阶段。第一初始炉灶31和第二合成气炉灶41连接至顶部气体供应系统11，第一初始炉灶31、第一合成气炉灶40和第二合成气炉灶41连接至合成气供应系统18，合成气供应系统18还连接至合成气喷射系统22、23。此外，第一初始炉灶31、第一合成气炉灶40和第二合成气炉灶41连接至气体组合物供应系统19，气体组合物供应系统19供应顶部气体和焦炉煤气(以及可选地，天然气)的气体混合物。构建有混合室21，气体组合物供应系统19连接至该混合室21。此外，混合室连接至顶部气体供应系统11，该混合室通过顶部气体供应系统11接收顶部气体，并且混合室连接至燃料气体供应系统20，该混合室通过燃料气体供应系统20接收焦炉煤气(以及可选地，天然气，如虚线箭头所示)。由于重整反应通常需要升高的压力，因此气体组合物供应系统19可以包括压缩机。替代性地，顶部气体供应系统11和燃料气体供应系统20中的每一者均可以包括压缩机，使得顶部气体和燃料气体在升高的压力的作用下被引入到混合室21中。为简单起见，此处和以下内容均未示出压缩机。
高炉设备1可以以修改的形式继续进行该高炉设备1的操作，其中对第二初始炉灶32和第三初始炉灶33进行操作以生成热风，该热风在风口水平10.1处供应至高炉10，而对第一初始炉灶31和合成气炉灶40、41进行操作以生产合成气，合成气经由合成气供应系统18供应，并且合成气通过位于炉身水平10.2处的上合成气喷射系统22以及通过位于风口水平10.1处的下合成气喷射系统23喷射。
虽然在图2至图4所示的实施方式中，上合成气喷射系统22构建在炉身水平10.2处，另外，下合成气喷射系统23构建在风口水平10.1处，但可以对该实施方式进行修改，使得在高炉10的风口水平10.1或炉身水平10.2处仅构建单个喷射系统22、23。
如果如上所述在风口水平10.1处喷射辅助燃料，则该燃料喷射通常可以在转换期间以及在转换之后继续进行。然而，在某些情况下，根据所生产的合成气的量，需要减少甚至停止辅助燃料的喷射。例如，如果用天然气对焦炉煤气进行补充，则增加的顶部气体的量可以转化成合成气，这可能会使辅助燃料(例如煤粉)不被使用。这也适用于下面讨论的第二实施方式和第三实施方式。
图5至图9示出了用于转换图1中所示的高炉设备1的方法的第二实施方式。图5示出了转换的第一阶段，该第一阶段与图2所示的阶段类似，因此不再赘述。然而，在这种情况下，仅在炉身水平10.2处构建了上合成气喷射系统22。在图6所示的第二阶段中，第一合成气炉灶40连接至顶部气体供应系统11、冷风供应系统14和热风供应系统15，并且对第一合成气炉灶40进行操作以生成热风。同时，第一初始炉灶31从顶部气体供应系统11、冷风供应系统14和热风供应系统15断开连接，此后对第一初始炉灶31进行转换以使第一初始炉灶31适于合成气的生产。
在图7所示的第三阶段中，已转换的第一初始炉灶31重新连接至顶部气体供应系统11、冷风供应系统14和热风供应系统15，并且对已转换的第一初始炉灶31进行操作以生成热风。同时，第二初始炉灶32从顶部气体供应系统11、冷风供应系统14和热风供应系统15断开连接，此后对第二初始炉灶32进行转换以使第二初始炉灶32适于合成气的生产。
在第四阶段(如图8所示)中，已转换的第二初始炉灶32重新连接至顶部气体供应系统11。构建了混合室21并将混合室21连接至顶部气体供应系统11以及燃料气体供应系统20。热风喷射系统16转换成下合成气喷射系统23，这包括对热风围管和风口套管进行调整以及对单独的喷枪进行安装，来自氧供应系统17的富氧气体通过这些喷枪喷射。此外，第一初始炉灶31、第二初始炉灶32和第一合成气炉灶40连接至合成气供应系统18，并且经由气体组合物供应系统19连接至混合室21。合成气供应系统18连接至上合成气喷射系统22和下合成气喷射系统23。对第一初始炉灶31、第二初始炉灶32和第一合成气炉灶40进行操作以生产合成气，合成气经由合成气供应系统18和合成气喷射系统22、23在炉身水平10.2处供应至高炉。同时，第三初始炉灶33从顶部气体供应系统11断开连接。冷风供应系统14和热风供应系统15被拆除。对第三初始炉灶33进行转换以使该第三初始炉灶33适于合成气的生产。
图9示出了转换过程的最后阶段。第三初始炉灶33连接至顶部气体供应系统11、合成气供应系统18和气体组合物供应系统19。之后对第三初始炉灶33进行操作以生产合成气。对比图4和图9可以看出，第二实施方式完全消除了热风的生产，使得富氧气体仅在风口水平10.1处经由氧供应系统17和下合成气喷射系统23喷射。所有初始炉灶31至33已被转换并且对所有初始炉灶31至33进行操作以生产合成气，合成气经由合成气供应系统18、位于炉身水平10.2处的上合成气喷射系统22以及位于风口水平10.1处的下合成气喷射系统23喷射。
图10示出了高炉设备1的第二实施方式，该高炉设备1基本上包括如图1所示的两个高炉设备。该高炉设备1包括第一高炉10和第二高炉50。第一热风喷射系统16设置在第一高炉10的风口水平10.1处。第一热风喷射系统16连接至第一热风供应系统15和第一氧供应系统17。第一热风供应系统15连接至初始炉灶31至33的第一组30，初始炉灶31至33的第一组30接收来自第一冷风供应系统(为清楚起见未示出第一冷风供应系统)的冷风并且对冷风进行加热以生成热风。有利地，热风是富氧的。第一组30中的初始炉灶31至33中的每一者均连接至第一顶部气体供应系统11，第一顶部气体供应系统11接收来自第一高炉10的顶部气体。此外，第二热风喷射系统56设置在第二高炉50的风口水平50.1处。第二热风喷射系统56连接至第二热风供应系统55和第二氧供应系统57。第二热风供应系统55连接至初始炉灶34至36的第二组37，初始炉灶34至36的第二组37接收来自第二冷风供应系统(未示出)的冷风并对冷风进行加热以生成热风。初始炉灶34至36中的每一者均连接至第二顶部气体供应系统51，该第二顶部气体供应系统51接收来自第二高炉50的顶部气体。
图11至图15示出了本发明方法的第三实施方式，通过该实施方式可以对图10中所示的高炉设备1进行转换。如在图11中同样可以看出的，构建有合成气供应系统18，合成气供应系统18适于将第一合成气炉灶40连接至第一高炉10和第二高炉50。此外，在第一高炉10的炉身水平10.2处构建有第一上合成气喷射系统22，在第一高炉10的风口水平10.1处构建有第一下合成气喷射系统23，在第二高炉50的炉身水平50.2处构建有第二上合成气喷射系统62，以及在第二高炉50的风口水平50.1处构建有第二下合成气喷射系统63。在图11所示的阶段中，合成气供应系统18不连接至任何合成气喷射系统22、23、62、63也不连接至炉灶31至36、40中的任何一者。
在图12所示的第二阶段中，第一合成气炉灶40连接至第一顶部气体供应系统11、第一冷风供应系统和第一热风供应系统15，并且对第一合成气炉灶40进行操作以生成热风。同时，作为第一组30的一部分的第一初始炉灶31从第一顶部气体供应系统11、第一冷风供应系统和第一热风供应系统15断开连接，然后对第一初始炉灶31进行转换以使第一初始炉灶31适于合成气的生产。
在图13所示的第三阶段中，已转换的第一初始炉灶31重新连接至第一顶部气体供应系统11、第一冷风供应系统和第一热风供应系统15，并且对已转换的第一初始炉灶31进行操作以生成热风。同时，作为第一组30的一部分的第二初始炉灶32从第一顶部气体供应系统11、第一冷风供应系统和第一热风供应系统15断开连接，此后，使第二初始炉灶32进行转换以使第二初始炉灶32适于合成气的生产。
在第四阶段(如图14所示)中，已转换的第一初始炉灶31重新连接至第一顶部气体供应系统11、第一冷风供应系统和第一热风供应系统15。同时，第三初始炉灶33从顶部气体供应系统11、第一冷风供应系统和第一热风供应系统15断开连接，并且对第三初始炉灶33进行转换以使第三初始炉灶33适于合成气的生产。
图15示出了转换过程的最后阶段。构建有混合室21，并且混合室21连接至第一顶部气体供应系统11和第二顶部气体供应系统51以及燃料气体供应系统20。此外，第一初始炉灶31、第二初始炉灶32、第三初始炉灶33和第一合成气炉灶40连接至合成气供应系统18，并且第一初始炉灶31、第二初始炉灶32、第三初始炉灶33和第一合成气炉灶40经由气体组合物供应系统19连接至混合室21。合成气供应系统18连接至第一上合成气喷射系统22和第一下合成气喷射系统23以及第二上合成气喷射系统62和第二下合成气喷射系统63。对第一初始炉灶31、第二初始炉灶32和第三初始炉灶33以及第一合成气炉灶40进行操作以生产合成气，合成气在风口水平10.1、50.1处经由合成气供应系统18和相应的合成气喷射系统22、23、62、63供应至两个高炉10、50。第一冷风供应系统14和第一热风供应系统15被拆除。代替第一热风供应系统15的，将第二热风供应系统55连接至第一热风喷射系统16。第一组30的所有初始炉灶31至33已被转换并且对第一组30的所有初始炉灶31至33进行操作以生产合成气，而第二组37的所有初始炉灶34至36保持不变并且对第二组37的所有初始炉灶34-36进行操作以生成热风。
虽然在图11至图15所示的实施方式中，存在设置在炉身水平10.2、50.2处的相应的上合成气喷射系统22、62，以及另外的设置在风口水平10.1、50.1处的相应的下合成气喷射系统23、63，但可以对该实施方式进行修改，使得至少一个高炉10、50仅具有单个喷射系统22、23、62、63，单个喷射系统22、23、62、63将设置在相应的高炉10、50的风口水平10.1、50.1处或炉身水平10.2、50.2处。
参考编号图例：
1高炉设备 18合成气供应系统
10、50高炉 19气体组合物供应系统
10.1、50.1风口水平
10.2、50.2炉身水平 20燃料气体供应系统
11、51顶部气体供应系统 21混合室
13、53气体清洁设备 22、23、62、63合成气喷射系统
14冷风供应系统 30第一组
15、55热风供应系统 31至36初始炉灶
16、56热风喷射系统 37第二组
17、57氧供应系统 40、41合成气炉灶。

Claims (15)

1.一种用于对高炉设备(1)进行转换的方法，所述高炉设备(1)最初包括：至少一个高炉(10、50)；多个初始炉灶(31至36)，所述初始炉灶(31至36)适于生成热风；顶部气体供应系统(11、51)，所述顶部气体供应系统(11、51)用于将来自至少一个高炉(10、50)的顶部气体供应至每个初始炉灶(31至36)；冷风供应系统(14)，所述冷风供应系统(14)用于将冷风供应至每个初始炉灶(31至36)；热风供应系统(15、55)，所述热风供应系统(15、55)用于将来自每个初始炉灶(31至36)的热风供应至热风喷射系统(16、56)，所述热风喷射系统(16、56)适于将气体在风口水平(10.1、50.1)处喷射到至少一个高炉(10、50)中，所述方法包括：
-至少部分地在对所述初始炉灶(31至36)进行操作以生成热风时，构建至少一个合成气炉灶(40、41)，以及，构建合成气供应系统(18)，所述至少一个合成气炉灶(40、41)适于通过对含有CO2的工业气体和含烃的燃料气体的气体组合物进行重整来生产合成气，所述合成气供应系统(18)适于将至少一个合成气炉灶(40、41)连接至至少一个高炉(10、50)；
-将第一合成气炉灶(40)连接至所述顶部气体供应系统(11、51)、所述冷风供应系统(14)和所述热风供应系统(15、55)，以及，对所述第一合成气炉灶(40)进行操作以用于热风的生成；
-将第一初始炉灶(31)从所述顶部气体供应系统(11、51)、所述冷风供应系统(14)和所述热风供应系统(15、55)断开连接；
-对所述第一初始炉灶(31)进行转换，以使所述第一初始炉灶(31)适于生产合成气，在需要的情况下，通过对所述第一初始炉灶(31)的耐火衬里、和/或所述第一初始炉灶(31)的耐火衬里的支撑件、和/或所述第一初始炉灶(31)的机械部件进行更换来对所述第一初始炉灶(31)进行转换；
-将所述第一初始炉灶(31)连接至所述顶部气体供应系统(11、51)；
-将所述第一合成气炉灶(40)从所述冷风供应系统(14)和所述热风供应系统(15、55)断开连接，将所述第一初始炉灶(31)和所述第一合成气炉灶(40)连接至用于供应所述气体组合物的气体组合物供应系统(19)，，以及，将所述第一初始炉灶(31)和所述第一合成气炉灶(40)经由所述合成气供应系统(18)供应至至少一个高炉(10、50)；以及
-对所述第一初始炉灶(31)和所述第一合成气炉灶(40)进行操作以生产合成气，以及，将所述合成气经由所述合成气供应系统(18)供应至所述至少一个高炉(10、50)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：构建合成气喷射系统(22、23、62、63)，所述合成气喷射系统(22、23、62、63)适于将气体喷射到至少一个高炉(10、50)中；以及，将所述合成气供应系统(18)连接至所述合成气喷射系统(22、23、62、63)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，构建所述合成气喷射系统(22、23、62、63)包括：对所述热风喷射系统(16、56)至少部分地进行转换，以使所述热风喷射系统(16、56)适于合成气的喷射。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述合成气喷射系统(22、23、62、63)适于在所述风口水平(10.1、50.1)处和/或在高于所述风口水平(10.1、50.1)的炉身水平(10.2、50.2、)处喷射气体。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述至少一个高炉(10、50)的操作期间，至少部分地构建所述合成气喷射系统(22、23、62、63)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在至少一个高炉(10、50)的关闭期间执行以下步骤中的至少一者：
-将合成气炉灶(40、41)连接至所述顶部气体供应系统(11、51)、所述冷风供应系统(14)和所述热风供应系统(15、55)；
-将炉灶(31至36、40、41)连接至所述合成气供应系统(18)；以及
-将所述合成气喷射系统(22、23、62、63)连接至所述至少一个高炉(10、50)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-将第二合成气炉灶(41)连接至所述顶部气体供应系统(11、51)、所述冷风供应系统(14)和所述热风供应系统(15、55)；以及
-对所述第二合成气炉灶(41)连同所述第一合成气炉灶(40)以及所述第一初始炉灶(31)进行操作以生产合成气，以及，将所述合成气经由所述合成气供应系统(18)供应至所述至少一个高炉(10、50)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在对所述第一合成气炉灶(40)进行操作以生成热风已经开始之后，构建所述第二合成气炉灶(41)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在对所述第一初始炉灶(31)进行转换之后进行下述各者：
-将所述第一初始炉灶(31)连接至所述顶部气体供应系统(11、51)、所述冷风供应系统(14)和所述热风供应系统(15、55)；
-将第二初始炉灶(32)从所述顶部气体供应系统(11、51)、所述冷风供应系统(14)和所述热风供应系统(15、55)断开连接；
-对所述第二初始炉灶(32)进行转换，以使所述第二初始炉灶(32)适于生产合成气；
-至少在对所述第二初始炉灶(32)进行转换时，对所述第一初始炉灶(31)和所述第一合成气炉灶(40)进行操作以生成热风；
-将所述第一合成气炉灶(40)和所述第一初始炉灶(31)从所述冷风供应系统(14)和所述热风供应系统(15、55)断开连接，将所述第一初始炉灶(31)、所述第二初始炉灶(32)和所述第一合成气炉灶(40)连接至所述气体组合物供应系统(19)，以及，将所述第一初始炉灶(31)、所述第二初始炉灶(32)和所述第一合成气炉灶(40)经由所述合成气供应系统(18)连接至所述至少一个高炉(10、50)；以及
-对所述第一初始炉灶(31)、所述第二初始炉灶(32)和所述第一合成气炉灶(40)进行操作以生产合成气，以及，将所述合成气经由所述合成气供应系统(18)供应至所述至少一个高炉(10、50)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-将第三初始炉灶(33)从所述顶部气体供应系统(11、51)、所述冷风供应系统(14)和所述热风供应系统(15、55)断开连接；
-对所述第三初始炉灶(33)进行转换，以使所述第三初始炉灶(33)适于生产合成气；
-将所述第三初始炉灶(33)连接至所述气体组合物供应系统(19)，以及，将所述第三初始炉灶(33)经由所述合成气供应系统(18)连接至所述至少一个高炉(10、50)；以及
-对所述第三初始炉灶(33)进行操作以生产合成气，以及，将所述合成气经由所述合成气供应系统(18)供应至所述至少一个高炉(10、50)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：构建混合室(21)，以及，将所述混合室(21)连接至用于对所述燃料气体进行供应的燃料气体供应系统(20)以及连接至所述气体组合物供应系统(19)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将所述顶部气体供应系统(11、51)连接至所述混合室(21)，以及，将来自高炉(10、50)的顶部气体作为工业气体供应至所述混合室(21)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，对所有初始炉灶(31至36)均进行转换，以使所有初始炉灶(31至36)适于生产合成气。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述高炉设备(1)包括第一高炉(10)和第二高炉(50)，所述第一高炉(10)经由第一热风供应系统(15)和第一顶部气体供应系统(11)连接至初始炉灶(31-36)的第一组(30)，所述第二高炉(50)经由第二热风供应系统(55)和第二顶部气体供应系统(51)连接至初始炉灶(31至36)的第二组(37)，所述方法包括：
-将所述第一合成气炉灶(40)连接至所述第一顶部气体供应系统(11)和所述第二顶部气体供应系统(51)中的至少一者；
-对所述第一组(30)中的所有初始炉灶(31至33)进行转换，并将所述第一组(30)中的所有初始炉灶(31至33)连接至所述气体组合物供应系统(19)和所述合成气供应系统(18)；
-将所述第二热风供应系统(55)连接至所述第一高炉(10)；
-将所述合成气供应系统(18)连接至所述第一高炉(10)和所述第二高炉(50)。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在完成转换之后，对所述第一组(30)中的所有初始炉灶(31至33)进行操作以生产合成气，同时对所述第二组(37)中的所有初始炉灶(34至36)进行操作以生成热风。
CN202080084168.9A 2019-12-03 2020-11-26 用于对高炉设备进行转换的方法 Active CN114787393B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LU101514A LU101514B1 (en) 2019-12-03 2019-12-03 Method for Converting a Blast Furnace Plant
LULU101514 2019-12-03
PCT/EP2020/083474 WO2021110528A1 (en) 2019-12-03 2020-11-26 Method for converting a blast furnace plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114787393A true CN114787393A (zh) 2022-07-22
CN114787393B CN114787393B (zh) 2023-08-18

Family

ID=69137963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080084168.9A Active CN114787393B (zh) 2019-12-03 2020-11-26 用于对高炉设备进行转换的方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20230008316A1 (zh)
EP (1) EP4069871A1 (zh)
JP (1) JP2023505439A (zh)
KR (1) KR20220108145A (zh)
CN (1) CN114787393B (zh)
BR (1) BR112022009593A2 (zh)
LU (1) LU101514B1 (zh)
TW (1) TW202138568A (zh)
WO (1) WO2021110528A1 (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002241817A (ja) * 2001-02-09 2002-08-28 Nippon Steel Corp 高炉用熱風炉の高炉送風用空気の高度利用装置およびその利用方法
US20040222574A1 (en) * 2004-04-05 2004-11-11 Michael Friedrich Preheating cold blast air of a blast furnace for tempering the hot blast temperature
JP2009084620A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Jfe Steel Kk 熱風炉の燃焼制御方法及びその燃焼制御装置
CN101709346A (zh) * 2009-12-25 2010-05-19 重庆科技学院 高炉热风系统的高焦炉煤气混合送风装置
CN102220443A (zh) * 2011-06-09 2011-10-19 马鞍山钢铁股份有限公司 高炉炉顶煤气富化利用装置及方法
CN202912990U (zh) * 2012-10-29 2013-05-01 河南省豫兴热风炉工程技术有限公司 一种热风炉系统
GB201320536D0 (en) * 2013-11-21 2014-01-01 Siemens Vai Metals Tech Gmbh A method and apparatus for supplying blast to a blast furnace

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004309067A (ja) * 2003-04-09 2004-11-04 Nippon Steel Corp 高炉ガスの利用方法
JP2014005510A (ja) * 2012-06-26 2014-01-16 Jfe Steel Corp 高炉操業方法
GB2513185A (en) * 2013-04-19 2014-10-22 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Blast furnace plant
LU100453B1 (en) * 2017-09-25 2019-03-29 Wurth Paul Sa Method for Producing a Synthesis Gas, in particular for use in Blast Furnace Operation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002241817A (ja) * 2001-02-09 2002-08-28 Nippon Steel Corp 高炉用熱風炉の高炉送風用空気の高度利用装置およびその利用方法
US20040222574A1 (en) * 2004-04-05 2004-11-11 Michael Friedrich Preheating cold blast air of a blast furnace for tempering the hot blast temperature
JP2009084620A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Jfe Steel Kk 熱風炉の燃焼制御方法及びその燃焼制御装置
CN101709346A (zh) * 2009-12-25 2010-05-19 重庆科技学院 高炉热风系统的高焦炉煤气混合送风装置
CN102220443A (zh) * 2011-06-09 2011-10-19 马鞍山钢铁股份有限公司 高炉炉顶煤气富化利用装置及方法
CN202912990U (zh) * 2012-10-29 2013-05-01 河南省豫兴热风炉工程技术有限公司 一种热风炉系统
GB201320536D0 (en) * 2013-11-21 2014-01-01 Siemens Vai Metals Tech Gmbh A method and apparatus for supplying blast to a blast furnace

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AMITAVA ROY: "Sulfur speciation in granulated blast furnace slag: An X-ray absorption spectroscopic investigation", CEMENT AND CONCRETE RESEARCH, pages 659 - 663 *
王伟祥;胡小清;经文波;甘超华;: "南钢新1号高炉改进型顶燃式热风炉烘炉实践", 江西冶金, no. 02 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114787393B (zh) 2023-08-18
EP4069871A1 (en) 2022-10-12
TW202138568A (zh) 2021-10-16
KR20220108145A (ko) 2022-08-02
WO2021110528A1 (en) 2021-06-10
LU101514B1 (en) 2021-06-07
BR112022009593A2 (pt) 2022-08-02
JP2023505439A (ja) 2023-02-09
US20230008316A1 (en) 2023-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220235426A1 (en) Method and system for producing steel or molten-iron-containing materials with reduced emissions
CN113874486B (zh) 利用氢气的直接还原工艺
EP3973082B1 (en) Method for operating a blast furnace
EP3687941B1 (en) Method for producing hot synthesis gas, in particular for use in blast furnace operation
US20140083252A1 (en) Reduction of metal oxides using gas stream containing both hydrocarbon and hydrogen
CN114787393B (zh) 用于对高炉设备进行转换的方法
KR20120035348A (ko) 코크스로 가스 또는 석탄가스화로 가스의 이용방법
EA043471B1 (ru) Способ переоборудования доменного цеха
LU500591B1 (en) Method for operating a metallurgical plant for producing iron products
US20230340628A1 (en) Method for operating a blast furnace installation
US20240084410A1 (en) Bleed-off gas recovery in a direct reduction process
KR20240016962A (ko) 고로 설비의 작동방법
CN113969329A (zh) 降低二氧化碳排放的金属还原冶炼方法及系统
TW202225417A (zh) 高爐裝置的操作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant