CN115976295A

CN115976295A - 用于直接还原的具有排出气体干式除尘的方法和装置

Info

Publication number: CN115976295A
Application number: CN202310042916.2A
Authority: CN
Inventors: T.艾德; R.米尔内
Original assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2023-04-18
Also published as: RU2018142743A3; SA518400609B1; EP3255157A1; EP3469106A1; CA3021938A1; US20230250499A1; BR112018074075B1; WO2017211956A1; BR112018074075A2; US20200332377A1; CN109219668A; RU2018142743A; AU2017276738B2; AU2017276738A1; MX2018015105A; RU2740743C2; US11697855B2; MY187021A; EP3469106B1

Abstract

本申请涉及通过在还原单元(1)中与热还原气体接触而使含金属氧化物的原料直接还原以产生金属化材料的方法，其中直接还原的产物借助产物排出装置(3)从还原单元(1)排出，该产物排出装置用屏障气体吹扫，从此处将排出气体抽出并随后除尘。将所述排出气体干式除尘，并且通过催化转化或燃烧而使至少一种气态成分的含量减小。本申请还涉及用于进行该方法的装置。

Description

用于直接还原的具有排出气体干式除尘的方法和装置

本发明是2017年6月8日提交的题为“用于直接还原的具有排出气体干式除尘的方法和装置”的PCT/EP2017/063974号发明专利申请的分案申请，原申请进入中国国家阶段获得的国家申请号为201780035506.8。

本申请要求2016年6月9日提交的欧洲专利申请案16173648.3的权益和优先权，该专利的全文以引用的方式并入文中。

技术领域

本申请涉及通过在还原单元中与热还原气体接触而使含金属氧化物，优选含氧化铁的原料直接还原以产生金属化材料的方法，其中直接还原的产物借助产物排出装置从还原单元排出，该产物排出装置用屏障气体吹扫，并且从此处将排出气体抽出并随后干式除尘。经干式除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量减小。本申请还涉及用于进行该方法的装置。

现有技术

为了从金属矿石中获得金属，必须降低矿石中的氧含量。降低氧含量的一种方法是所谓的“直接还原”，其中使还原气体在还原单元中作用于固体金属矿石。直接还原的固体产物从还原单元排出，并且可以以不同的方式进一步加工，例如其通常被热压，例如压块，以使其可以更容易处理并减少其比表面积，从而使例如由于与大气氧气或H₂O(例如以水蒸气形式)反应所致的再氧化过程变得困难。然而，还已知在不压实的情况下在其它单元中进一步加工。进行直接还原的还原单元通常是所谓的还原竖炉。

基本上有利的是保护产物免于在从还原单元排出和随后的装置(例如进行压块的装置)之间的再氧化，这通过在氧化方面呈反应缓慢的气体下处理来实现。

特别是如果还原气体在还原单元中处于超压，则必须确保在取出产物时避免通常热的还原气体同时逸出。这例如通过在用于将产品从还原单元排出并因此也称为“产品排出装置”的装置中引入所谓的屏障气体(也称为密封气)而实现。该密封气对于与产物反应而言是反应缓慢或惰性的，并且处于略高于还原气体压力的压力，以使得实际上形成对于还原气体逃逸的屏障。

在铁矿石的情况下，直接还原的产物被称为例如直接还原铁DRI或热直接还原铁HDRI或海绵铁或铁海绵。

例如在WO2011012452的图1中描述了通过与热还原气体接触而使金属氧化物直接还原以产生金属化材料的方法，所述热还原气体至少部分地通过天然气的催化重整而制造，其中用于在重整期间进行的吸热重整工艺的热量至少部分地通过燃烧气体的燃烧来提供；称为“

方法”。在这种

方法中，产物借助产物排出装置从处于高压的还原竖炉中排出。在这种情况下，产物排出装置包括排出单元和处于与还原竖炉相比更低的超压或不处于超压的材料输送装置。相应的材料输送装置例如通常被称为产物排出室或产物排出室PDC。为了密封，也就是说为了防止热还原气体离开还原竖炉，使用反应缓慢的屏障气体(其通常也被称为底部密封气BSG)，因为它应密封还原竖炉的底端；这例如在WO2008123962和US4188022中示出。据说产物排出装置用屏障气体吹扫。在

设备中，通常使用来自

设备的重整器的干燥烟道气作为BSG气体，其由大约80％的氮气和大约20％的二氧化碳构成并且相应地对于HDRI的氧化而言是反应缓慢的。

BSG流过排出单元中的材料柱(其在本实例中是填充有HDRI的材料排出管，也称为“动态密封柱”)，大部分从引入点朝着PDC方向，小部分朝着还原竖炉方向。因此，BSG的大部分流入PDC并且必须从其引出。在从PDC引出的过程中(下面称为“排出气体”)，负载了直接还原产物的粉尘。通过PDC作为粉尘排出的直接还原产物越多，直接还原方法越不经济，因为粉尘不能被使用或只能通过提高的支出而用于例如制钢。

在本申请的上下文中，术语排出气体通常是指屏障气体，其从产物排出装置抽出，不仅是从

方法的PDC引出的密封气。如果屏障气体流过直接还原产物，则总是存在屏障气体中的粉尘负荷问题。

将排出气体释放到环境中需要除尘。目前，通常进行湿式除尘，特别是在还原铁矿石的情况下。湿式除尘导致与排出气体一起排出的直接还原的产物(例如铁海绵)进入浆料体系并随后必须进行处置而不能直接用于制造下游产物——例如在铁海绵的情况下用于制钢。

由于热DRI(也称为热直接还原铁HDRI或热铁海绵)和二氧化碳之间进行的反应和由于热铁海绵的除气，排出气体也可能含有痕量的CO一氧化碳。将排出气体释放到环境中此时需要充分稀释。

排出气体的稀释也是必需的，以减小其温度或降至低于任选从还原单元进入PDC的排出气体的可氧化成分例如CO一氧化碳、H₂氢气、CH₄甲烷或其它烃的爆炸极限。

在用空气稀释(也称为“渗入空气”)的情况下，需要较大量的渗入空气，这导致大量应除尘的气体，因此除尘在设备和能源方面是昂贵的。

发明概述

技术问题

本申请的目的是提供方法和装置，其使得能够容易地使用与排出气体一起排出的直接还原产物用于制造下游产物。此外，应减少与排出气体的除尘和将其释放到环境中相关的支出。特别地，应能够简单地使用与来自

方法的PDC的排出气体一起排出的铁海绵作为铁海绵产品或用于随后由铁海绵制钢。

技术解决方案

本发明的目的通过如下方法实现：

通过在还原单元中与热还原气体接触而使含金属氧化物，优选含氧化铁的原料直接还原以产生金属化材料的方法，其中直接还原的产物借助产物排出装置从还原单元排出，该产物排出装置用屏障气体吹扫，并且从此处将排出气体抽出并随后除尘，

并且其中将所述排出气体干式除尘，

其特征在于

经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量减小，其中所述成分的含量如下通过转化成CO₂和/或H₂O而减小：

-通过使用氧气O₂和/或水蒸气形式的H₂O而催化转化，

和/或

-通过燃烧。

屏障气体对于与产物反应而言是反应缓慢或惰性的，并且处于略高于还原气体压力的压力，以实际上形成对于还原气体逃逸的屏障。在

设备中，例如使用来自

设备的重整器的干燥烟道气，其由大约80％的氮气和大约20％的二氧化碳构成，并且相应地对于HDRI的氧化而言是反应缓慢的。

优选仅将排出气体干式除尘，并且直至释放到环境中不进行湿式除尘。

本发明的有利效果

优选地，金属氧化物是氧化铁。然而，根据Richardson-Jeffes图，还可以例如还原镍、铜、铅和钴的氧化矿石。

直接还原的方法可以例如是通过用于制造还原气体的烃的催化重整的根据

类型的方法，其中还原气体至少部分地通过气态烃的混合物的催化重整来制造，其中用于在重整期间进行的吸热重整工艺的热量至少部分地通过燃烧气体的燃烧来提供，例如在WO2011012448和WO2011012452中所述，其完整的公开内容，特别是关于重整的公开内容包括在本申请中。然而，所述方法还可以例如是基于煤炭气化或熔融还原设备的直接还原方法，例如在

DR组合系统中。在这些情况下，可以例如从用于加热还原气体的还原气体炉获得密封气，因为与

方法相比，不存在相应的重整器作为来源。

含氧化铁的原料的直接还原产物DRI或HDRI优选是经热压块的，例如被加工以产生热压块铁(HBI)。然而，它也可以在热状态下从还原竖炉排出并直接用于钢厂，例如通过在热状态下加入电弧炉中。金属化程度是HBI中金属铁与总铁之比，并且对于HBI而言为≥88％。根据现行国际海事组织IMO规定，HBI的密度≥5kg/dm³。热压块的压块产物的密度也可以低于该密度，例如如果由特定原料或用于特定目的而制造。

在热压块的情况下，可以直接制造压块，或可以制造线材，其也称为条材(Schülpe)，其可以自身断裂或借助破碎机而粉碎成较小的块。

铁海绵例如从还原单元借助产物排出室PDC递送到进行压块的装置。如在现有技术的引言的相应前面段落中所解释，产物排出装置装有屏障气体，也就是说屏障气体被引入产物排出装置中，并且排出气体从产物排出装置中抽出。如果在产物排出装置中绝对不改变屏障气体的组成，则排出气体的组成对应于屏障气体。与引入的屏障气体相比，排出气体中更多地负载着产物的粉尘。

根据本发明，将排出气体干式除尘。通过这种方式，可以取消与湿式除尘相关的水管理和浆料处置。此外，从产物排出装置，例如从PDC排出的直接还原产物，例如铁海绵作为排出气体中的粉尘被干式分离并因此可以容易地使用。干式除尘可以以单级或多级，例如两级方式实现。在单级干式除尘的情况下，例如仅可以借助过滤器进行除尘；在两级干式除尘的情况下，例如可以首先借助旋风分离器或粗热过滤器进行粗除尘并随后借助干式过滤器进行更精细的除尘。由于排出气体的温度，优选的是例如由陶瓷材料制成的热气过滤器。干式过滤器优选表现出低压力损失。在铁矿石直接还原的情况下，用作铁海绵产品或用于随后由铁海绵制钢。

例如，在干式除尘期间分离的铁海绵，优选借助粗热过滤器或旋风分离器分离的粗铁海绵可以重新引入到材料输送装置，例如PDC中，这在PDC上方实现干式除尘时例如在重力作用下进行。

例如，在干式除尘期间分离的灰尘，例如铁海绵可以供应到进行压块的装置中。特别是对于压块，有利的是使用来自排出气体的粉尘，因为该粉尘通常具有最大3mm的颗粒尺寸。在压块的情况下，这种灰尘导致高品质的压块，其例如具有高密度，其可以以特别经济的方式进一步使用。在干式除尘期间分离的粉尘还可以加入到在压块期间产生的例如<6mm的细粒的循环中。在干式除尘期间分离的灰尘，例如海绵铁也可以作为含金属氧化物的原料再次引入还原单元中。

在干式除尘期间分离的铁海绵还可以作为HDRI供应给钢厂中的相应消耗者，因为与湿式除尘相比，所述铁海绵在干式除尘期间不被冷却。

经干式除尘的排出气体基本上不含粉尘负荷，并且仍是热的–其在

方法中的温度约为250-750℃，其中BSG例如在20-80℃下被供应并且来自PDC的具有粉尘的排出气体为约250-750℃。未供应渗入空气。来自湿式除尘的排出气体为约30-100℃。

与传统的湿式除尘相比，还必须处理明显更少量的气体，因为在本发明的干式除尘中在除尘步骤之前不进行用渗入空气的稀释；在传统方法中在

直接还原后，将负载有粉尘的排出气体稀释至约10-30倍的体积。

由于相对高的温度和少量的气体，经除尘的排出气体可以容易地不含不希望的气态成分，例如CO。排出气体任选地含有任选从还原单元进入PDC的气态可氧化成分，例如CO一氧化碳、H₂氢气、CH₄甲烷或其它烃。

根据本发明，因此减少了经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量。这还包括完全去除该成分。

这通过如下转化成CO₂和/或H₂O而发生：

-通过使用氧气O₂和/或水蒸气形式的H₂O而催化转化，

和/或

-通过燃烧。

例如在气态成分方面一氧化碳通过如下转化成CO₂：

-通过使用氧气O₂和/或水蒸气形式的H₂O而催化转化，

和/或

-通过燃烧。这种转化例如对于CO和氧气而言在200-800℃下以最佳方式进行。具体而言，通过燃烧的氧化在约600-800℃下进行，催化转化在200℃以上的温度下进行。

为了为转化成CO₂或H₂O提供例如在温度或氧气含量或水蒸气含量方面的最佳条件，可以例如供应氮气、空气或其它含氧气和/或含水蒸气的气体。也可以使用在直接还原方法中产生的气体，例如在

方法中产生的气体，即湿密封气、干密封气、吹扫气体或底部密封气，其例如在水蒸气含量和压力水平方面不同。在这样脱除不希望的成分之后，排出气体可以以无问题的方式释放到环境中而不必进一步稀释。

所述方法的另一主题是用于进行本发明方法的装置，其特征在于其包括-具有还原气体供应的还原单元，

-产物排出装置，

-通向产物排出装置的屏障气体供应管线，

-从产物排出装置出发的排出气体输出管线，其中排出气体输出管线通向干式除尘装置，从此处出发的是用于将干式除尘的排出气体引出到大气中的引出装置，其特征在于该引出装置包括用于减小经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量的装置，其是用于如下减小含量的装置：

-通过使用氧气O₂和/或水蒸气形式的H₂O而催化转化成CO₂和/或H₂O，

和/或

-通过燃烧以产生CO₂和/或H₂O。

还原单元例如是还原竖炉，其中在顶部引入原料并在底部排出产物；在遵循重力从上向下通过竖炉期间，借助还原气体进行还原。这种还原竖炉例如在

方法中通过还原气体在0.03-0.3MPa_g的压力下操作；与环境大气压相比为超压。

产物排出装置例如包括排出单元和材料输送装置。在这种情况下，它们可以例如是与屏障气体供应管线连接的材料排出管，例如是蜂窝轮式输送机。

在

方法的情况下，该材料输送装置处于与还原竖炉相比更低的超压或不处于超压(该超压与环境大气压相比)。如在引言中已经描述的，相应的材料输送装置在

方法中通常被称为产物排出室或产物排出室PDC。与

方法相关的排出单元通常被称为动态密封柱(参见WO2008123962)或动态气体屏障。

所述排出气体输出管线可以从PDC出发。

排出气体输出管线通向例如装有陶瓷滤烛的干式除尘装置。该滤烛还可以由CaSi过滤器或AlSi或类似石棉的材料构成。干式除尘装置还可以包括用于粗除尘的旋风分离器和用于精除尘的陶瓷滤烛。

产物的干燥粉尘，例如铁海绵的粉尘可以例如重新引入PDC中，或可以提供给压块机或与其连接的材料储藏仓，或可以引入到还原单元中。

从干式除尘装置出发的是用于将干燥除尘的排出气体引出到大气中的引出装置。所述引出装置包括用于减小经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量的装置。因此，任选地可以减少不希望的排放。

根据本发明，用于减小经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量的装置是用于如下减小含量的装置：

和/或

-通过燃烧以产生CO₂和/或H₂O。

其例如是燃烧器系统。其例如是基于贵金属，例如铂、铂/铁、铂/钌、铂/钯的催化剂。

根据一个优选的变体，用于减小经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量的装置是用于如下减小CO含量的装置：

-通过使用氧气O₂和/或水蒸气形式的H₂O而催化转化成CO₂，

和/或

-通过燃烧以产生CO₂。

优选地，用于减小经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量，优选CO含量的装置具有至少一个用于供应含氧气和/或含水蒸气的气体的供应管线。

与使用湿式除尘的传统方法相比，本发明的方法更多产，因为与排出气体一起排出的产物基本上不作为用于制造金属产物的浆料而损失，而是可以作为干燥粉尘容易地使用。不需要处理湿式除尘的废水，因此降低了设备支出、投资成本和运行成本。将经除尘的排出气体释放到环境中可以用较少的支出进行，并且能够容易地在不希望的成分含量减小的情况下进行。本发明的方法可以简单地改装到现有设备中。

附图简述

参考下列示例性示意图，借助示意性示出的示例性实施方案解释本发明。

图1显示了本发明装置的一个实施方案。

图2显示了本发明装置的另一个实施方案，其中进行

方法。

实施方案的描述

图1显示了用于进行本发明方法的装置。它包括具有还原气体供应2的还原单元1，该还原气体供应用于将热还原气体引入到还原单元中。为了更好地看清，省略了将含金属氧化物的原料作为原材料引入还原单元的描绘。从还原单元1出发的是产物排出装置3，其用于将直接还原的产物从还原单元1排出。通向产物排出装置3的是屏障气体供应管线4，其用于将屏障气体引入到产物排出装置中，以将其用屏障气体吹扫。从产物排出装置3出发的是排出气体输出管线5，其由锯齿形箭头示出。来自产物排出装置3的排出气体通过排出气体输出管线5引出。如果该产物排出装置包括例如排出单元和材料输送装置(其在此没有另外示出)，则可以将屏障气体引入排出单元中，该屏障气体部分地流入材料输送装置并且从此处作为排出气体引出。所述材料输送装置可以是例如蜂窝轮式输送机或刮条(英文为清刮条)。排出的产物用带角的箭头表示。排出气体输出管线5通向干式除尘装置6，其中将排出气体干式除尘。通过波状箭头示出了将干燥粉尘排出到例如说明书中提到的消耗者。从干式除尘装置6出发的是用于将干式除尘的排出气体引出到大气中的引出装置7；其通过通向烟囱8的管线示意性地示出。引出装置7包括用于减小经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量的装置9。在所示的情况下，装置9是用于经由使用氧气O₂或水蒸气形式的H₂O的催化转化通过氧化来减小CO含量的装置。它也可以是通过燃烧来减小CO含量的装置，即燃烧器系统。

图2显示了进行

方法的实施方案。将天然气10或任选的天然气10与工艺气体的混合物引入到重整器11中，并在那里转化成还原气体。热还原气体借助还原气体供应12引入还原竖炉13中。为了更好地看清，省略了还原竖炉的顶部气体循环的描绘。用于从还原竖炉13排出HDRI的产物排出装置包括作为排出单元且屏障气体供应管线15所通向的动态密封柱14、以及PDC16。通过屏障气体供应管线供入的屏障气体将还原竖炉13对于还原气体冒出而言进行密封，并吹扫动态密封柱14以及PDC16。HDRI从产物排出装置(在图示的实例中，从其PDC16)供应到压块设备17。从产物排出装置(在图示的实例中，从其PDC16)出发的是通向干式除尘装置19的排出气体输出管线18。经除尘的排出气体从可配备有陶瓷滤烛的干式除尘装置19经由引出装置20释放到环境中。干式除尘装置还可任选地包括陶瓷滤烛上游的旋风分离器，为了更好地看清，其不另外示出。如由虚线指示，在引出装置20中存在用于通过使用氧气21a的催化转化和/或燃烧器系统21b来减小经除尘的排出气体中的CO含量的装置。来自干式除尘装置19的干燥粉尘可以经由粉尘排出管线22供应到不同的目的地。

在图1和图2中，用于减小CO含量的装置也可以具有用于供应含氧气和/或含水蒸气的气体的供应管线；但是为了更好地看清，其没有另外示出。

尽管已经详细地通过优选的实施例更进一步地说明和描述了本发明，但是本发明不受限于公开的实施例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明保护范围的情况下从其中导出其它变型。

本申请的公开内容还包括WO08123962、US4188022、WO2011012448和WO2011012452的全部公开内容。

引用列表

专利文献

WO2011012452

WO2008123962

US4188022

WO2011012448。

附图标记列表

1还原单元

2还原气体供应

3产物排出装置

4屏障气体供应管线

5排出气体输出管线

6干式除尘装置

7引出装置

8烟囱

9用于减小经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量的装置

10天然气

11重整器

12还原气体供应

13还原竖炉

14动态密封柱

15屏障气体供应管线

16PDC产物排出室

17压块设备

18排出气体管线

19干式除尘装置

20引出装置

21a用于通过使用氧气催化转化而减小经除尘的排出气体中的CO含量的装置

21b燃烧器系统

22粉尘排出管线。

Claims

1.通过在还原单元(1)中与热还原气体接触而使含金属氧化物，优选含氧化铁的原料直接还原以产生金属化材料的方法，

其中直接还原的产物借助产物排出装置(3)从还原单元(1)排出，该产物排出装置用屏障气体吹扫，并从此处将排出气体抽出并随后除尘，

并且其中将所述排出气体干式除尘，其特征在于经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量减小，其中所述成分的含量如下通过转化成CO₂和/或H₂O而减小：

-通过使用氧气O₂和/或水蒸气形式的H₂O而催化转化，

和/或

-通过燃烧。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气态成分是一氧化碳CO，

并且其含量如下通过转化成CO₂而减小：

-通过使用氧气O₂和/或水蒸气形式的H₂O进行催化转化，

和/或

-通过燃烧。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了转化成CO₂和/或H₂O，供应含氧气和/或含水蒸气的气体。

4.用于进行如权利要求1-3任一项所述的方法的装置，其特征在于，所述装置包括：

-具有还原气体供应(2)的还原单元(1)，

-产物排出装置(3)，

-通向产物排出装置(3)的屏障气体供应管线(4)，

-从产物排出装置(3)出发的排出气体输出管线(5)，

其中排出气体输出管线(5)通向干式除尘装置(6)，从此处出发的是用于将干式除尘的排出气体引出到大气中的引出装置(7)，其特征在于引出装置(7)包括用于减小经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量的装置(9)，所述装置是用于如下减小含量的装置：

和/或

-通过燃烧以产生CO₂和/或H₂O。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：

用于减小经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量的装置(9)

是用于如下减小CO含量的装置：

-通过使用氧气O₂和/或水蒸气形式的H₂O而催化转化成CO₂，

和/或

-通过燃烧以产生CO₂。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，用于减小经除尘的排出气体的至少一种气态成分的含量，优选CO含量的装置具有至少一个用于供应含氧气和/或含水蒸气的气体的供应管线。