CN1212730A - 生产生铁水或钢水预产品的方法和实施该方法的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从铁矿石以及可任选填料构成的炉料,生产生铁水或钢水预产品的方法,其中所述的铁矿石优选具有块状和/或球团形态。在上述工艺过程中,所采用的炉料在至少一个初次还原区(12)中直接还原成海绵铁。在提供含碳材料(10)和含氧气体的条件下,该海绵铁在一个熔融气化区(8)中熔化。生成了一种含有CO和H2的还原气体,并通入所述的还原区(12)在那里发生化学反应,并作为排出气体排出。该排出气体提供给一个消耗装置(20)。为了使用具有高固定C含量的含碳材料和使O2的消耗量比较低,向熔融气化区(8)通入一种CO2含量高的气体,该气体在熔融气化区(8)中与含碳材料反应生成CO,其中所述气体的CO2含量远高于所述排出气体的CO2含量,并优选在超过40%;而所述气体的CO含量(如果含有CO)远低于所述排出气体的CO。

Description

生产生铁水或钢水预产品的方法 和实施该方法的设备
本发明涉及用含有铁矿石并可任选熔剂的炉料，生产生铁水或钢水预产品的方法和实施该方法的设备。其中所述的炉料优选具有块状和/或球团形态，该炉料在一个还原区中直接还原成海绵铁。在提供含碳材料和含氧气体的条件下，该海绵铁在一个熔融气化区中熔化，同时生成了一种含有CO和H2的还原气体，该气体通入所述的还原区在那发生化学反应，并作为排出气体排出。此后该排出气体通向一个消耗装置。
从DE-C-4037977中知道了一种方法，根据该专利，为了降低生产海绵铁或生产由海绵铁熔化得到的生铁的成本，由于所述的排出气体量比较大并含有大量一氧化碳和氢，因此，该气体要通入一个充当消耗装置的二次还原区用于还原额外的含铁材料，但是该气体要在经过处理以后才用于还原额外的含铁材料。
采用上述已知方法，如果具有高固定C含量的含碳材料在熔炉气化器气化，就可能在所述熔炉气化器中出现过热现象。这类含碳材料有无烟煤和各类可煅烧的石油焦炭等等。这类已知方法另一个缺点是生产单位还原剂所消耗的O2量较高，这是由于熔炉气化器中一氧化碳的生成完全靠含碳材料与氧的气化反应。
本发明的目标是避免上述这些缺点和难点并创造一种方法以及一种实施该方法的方案，以便能够使用具有高固定C含量的含碳材料。此外，使煤炭气化所消耗的O2量降低。
根据本发明，上述目的可通过以下办法达到：将一种CO2含量高的气体送入熔融气化区并在那与含碳材料反应生成CO，其中所述气体的CO2含量远高于所述排出气体的CO2含量，优选的是在超过40％；并且如果含有CO，所述气体的CO含量远低于所述排出气体的CO。
AT-B-394.201涉及一种与起初描述类似的方法，根据该方法，随同一部分在所述熔炉气化器中生成并具有很低CO2含量的热还原气体一起，使含CO2的排出气体在一个洗涤器中冷却、净化，并根据技术要求进行脱硫处理，然后用作一种燃气轮机的燃料气体。采用该方法，能满足环境保护要求的一种燃料气体的制备工艺的花费比较高，而且也需要相当大的投资。
从AT-B-394.201中知道，可以将还原阶段的排出气体作为一种吸热的含氧气体送入燃料气化器的流态化床。由于所述排出气体的CO2含量约在25％～35％，仍然比较低，此外还充满了粉尘，因此其效果也比较小。该方法的一个缺点是与所述的排出气体一起，相当高含量的一氧化碳进入了所述的熔炉气化器，这些一氧化碳必须要先冷却而在熔炉气化器中又要再次加热。该部分一氧化碳作为一种缓冲气体在所述熔炉气化器中流过，这会带来由此产生的所有缺点(压降，不必要的高功率压缩机，能量消耗增大等等)。
AT-B-394.201的又一个缺点是必须提供一个用于还原剩余气体的脱硫装置，而根据本发明，如果还原气体中的硫可转移到液相中，这样一个装置就根本不需要，或者只为从CO2去除设备排放的废气提供这样一个脱硫装置。
本发明方法的优点描述如下：
根据本发明，通过引入CO2含量高的气体，使CO2根据方程 发生化学反应。一氧化碳的形成增大了还原气体的体积并可以用于还原反应。二氧化碳生成一氧化碳的反应是吸热的，籍此通过引入适当量的CO2含量高的气体可以将熔炉气化器中调整到预想的温度，因而避免了过热。
这样根据本发明，大量使用具有高固定C含量和本质上挥发性组分很低的含碳材料，例如无烟煤和各类可煅烧的石油焦炭等等是切实可行的，而如果不同时使用CO2含量高的气体以施加降温作用，由于过热的影响是不允许大量使用所述含碳材料的。而且，每摩尔CO2和一摩尔碳可以生成二摩尔一氧化碳，在熔炉气化器中由CO2含量高的废气生成的一氧化碳增大了用于还原铁的氧化物的还原气体的体积。
根据本发明的方法的另一个优点是生成单位还原剂所消耗的O2量下降了，这是因为在熔炉气化器中部分含碳材料不使用O2而是使用二氧化碳生成一氧化碳。因而提供O2所需的能量也显著降低了。这样，根据本发明的方法，可以降低向大气排放的CO2量，这符合关于减少CO2排放的多伦多声明(Toronto Declaration)，其中CO2被认为是使气候变迁的主要原因。
如果预热CO2含量高的气体，可以进一步降低熔炉气化器中的O2消耗量，因为可以燃烧更少的送入熔炉气化器中的含碳材料中的固定C。
本发明的另一个目标源于以下问题：
根据现有技术，所述排出气体的处理通常要首先经过在一个洗涤器中清洗，除去固体颗粒，从而显著降低了该气体的温度。此后根据DE-C-4037977去除该排出气体中的CO2，因为CO2不利于进一步将该废气用作一种还原气体；在所述排出气体中还原剂含量会过低。已知有多种方法从排出气体中去除CO2，例如通过压力回转吸收工艺或CO2化学洗涤。根据DE-C-4037977可以在很大程度上利用在排出气体中化学键合的能量，但在净化排出气体时产生的含CO2的废气造成一个问题，因为该废气必须以一种与环境相容的方式处理掉。
该废气含有CO,H2,CH4和H2S，由于环境保护的原因不能在这种状态下排入大气。这也是它只能有条件地适于可能的二次处理的原因。因此，通常要将该废气中的硫化合物去除。到目前为止，可采用不同的方法进行该脱硫过程，例如通过所谓的“Stretford洗涤”或通过在活性炭上的催化氧化等方法进行。所有这些方法都是昂贵的并需要额外的材料，例如活性炭或吸附剂，这些材料需要单独储存和处理。
显然知道可将含有CO2的废气烧掉。然而，这种燃烧处理需要提供用于点燃和增碳以支持燃烧的气体，因为含有CO2的废气只具有低的热值。
本发明的另一个目标是避免所述这些缺点和难点，本发明额外的目的是提供一种有效的方法，以利用还原矿石时排出的气体，例如在生成海绵铁时进行的直接还原所排出的气体，而同时避免现有技术方法所带来的难点。特别是切实可行地以一种环境相容的方式处理和排放含有CO2的废气并且在本发明方法和设备的能量条件下，最大限度地利用该气体。而且，与分离CO2同时出现的、分离H2S所带来的所有问题也同样以一种环境相容的方式解决。
根据本发明，该目标通过根据权利要求1的方法达到，其中至少一部分在去除CO2过程中分离出来的废气(CO2含量高)通入熔融气化区中并在那与碳反应生成CO。
根据本发明，不仅会使所述CO2去除设备排出的高的CO2产率降低，而且会增加其中的额外CO含量以便进一步为一个消耗装置所利用，从而有效地降低了其中的CO2含量。根据本发明，如果排出气体可为一个二次还原区使用，那么就不必将该排出气体中的CO2百分含量降低到现有技术的水平。
如果采用石油焦炭，将在去除CO2同时分离出的H2S也送入所述熔炉气化器是有好处的，籍此其中的硫可以转移到已经在熔炉气化器中熔化的液相中。而通过已知的方法可以简单地从所述的熔炉气化器中脱硫，而且与从所述的还原气体中除去气态的H2S相比，可以以更容易更节能的方式脱硫。
根据本发明一个优选的实施方案，将CO2含量高的气体送入熔融气化区中形成的流态化床的下底部，在那可以更有效地进行CO2与C的化学反应。
优选地，将CO2含量高的气体与含氧气体一起送入所述的熔融气化区。然而，在这种情况下，含有CO2的气体不能含有任何可燃成分，不然就必须为含氧气体和所述含有CO2的气体提供单独的导管，只有在熔炉气化器中的燃烧器中才能一起流过。
特别优选的是将CO2含量高的气体与要送入熔融气化区的粉尘一起送入熔融气化区，其中CO2含量高的所述气体与粉尘一起送入所述的熔融气化区，所述的粉尘是从熔融气化区中生成的还原气体中分离出来的，需要在熔融气化区中进行再循环。铁与CO2发生再氧化反应是吸热的，会导致温度降低，从而发生失控的氧化反应的危险减小了。在此可以将CO2含量高的气体与目前使用的氮气混合充当传输气体，从而降低气体体系中氮气的富集。从体系中去除氮是比较困难的，而且输送因氮气而增大的气体体积造成更多的能耗，其中氮气必须完全通过缓冲气体形式一起输送。
为了生产具有极低硫含量的生铁和钢的预产品，要送入熔融气化区的CO2含量高的气体需要在送入熔融气化区之前进行脱硫处理。
根据本发明的方法可以在以下特别优选的方式下实施：排出气体在至少一个初次还原区中形成后经过CO2去除处理，并且去除了CO2的该排出气体作为还原气体在至少一个二次还原区中使用，并任选地在加热后，用于还原粒状的含金属氧化物的材料，尤其是含铁的氧化物的材料，并在所述的二次还原区中发生化学反应。这样做的原因在于所述的初次还原区排出气体去除CO2后得到的气体，作为一种用于所述二次还原区的还原气体，含有特别高的还原剂含量。如上所述，这是由于在熔炉气化器内生成的还原气体中含有过多的一氧化碳(增大的CO/CO2比)，从所述的初次还原区排出的气体中去除CO2的处理，并不一定要按目前要求的办法进行。例如，可以直接将一部分所述排出气体通入所述二次还原区中，而不进行去除CO2处理。
在此优选的是将至少一部分来自加热过程的烟道气送入熔融气化区，并适宜地将去除CO2时分离出来的CO2含量高的废气用于加热，其中，更优选的是将在一个二次还原区中反应后的还原气体用于加热，并且将至少一部分这样形成的烟道气送入所述熔融气化区。
如果至少部分地燃烧在所述初次还原区生成的一部分排出气体，并且将烟道气送入所述熔融气化区中以及在这之前使所述烟道气与一种冷却气体混合，那么气体的利用情况就特别好。
如果所述烟道气在送入熔融气化区之前，在换热器中冷却而将一种气体，优选的是在本工艺中使用的一种含氧气体加热，那么就工艺总体上而言冷却所述烟道气就特别有意义。换热器加热也可以用于生产作为一种氧化剂使用的水蒸气。
在此将所述二次还原区形成的排出气体至少部分地也同样进行CO2去除处理是有好处的，而该处理优选的是在与来自初次还原区的排出气体混合以后，而在此分离出来的、具有高的CO2含量的废气，也至少部分送入熔融气化区中，在那与碳进行化学反应生成CO。
一种实施本方法的设备，包含一个还原反应器用于还原铁矿石，所述铁矿石优选具有块状和/或球团形态；一个熔炉气化器；一个输送还原气体的进气导管，该导管将所述的熔炉气化器与所述的还原反应器连接起来；一个输送在所述还原反应器中生成的还原产物的导管，该导管将所述还原反应器与熔炉气化器连接起来；一个排放排出气体的导管，该导管从所述的还原反应器引出；输送含氧气体和含碳材料的进料导管，该导管通入所述的熔炉气化器中；一个位于所述的熔炉气化器的用于出生铁和炉渣的料口；所述的设备的特征在于有一个气体导管通入所述熔炉气化器用于传输一种CO2含量高而CO含量尽可能低的气体。
根据一个优选的实施方案，所述还原反应器的排放排出气体的导管要经过一个CO2去除设备，而从该设备引出一个用于排放分离出来的含CO2的废气的导管，该导管与熔炉气化器相导通。
相应地，所述气体导管通入熔炉气化器的下部，大致在熔炉气化器内形成的流态化床的下底部，其中，如果没有爆炸的危险(大致为100％的氧化剂和0％的还原剂)，所述气体导管最好与输送含氧气体的导管一起通入所述熔炉气化器。
根据一个优选的实施方案，所述气体导管与一个向所述的熔炉气化器输送粉尘的进料导管一起通入所述的熔炉气化器，优选的是通过一个燃烧器将粉尘送入熔炉气化器中，其中，在输送还原气体的导管中可以适当地设置一个粉尘分离器，该导管将熔炉气化器与还原反应器连接起来，所述分离器通过一个粉尘再循环导管与熔炉气化器相连，而所述的气体导管与所述粉尘循环导管一起通过一个粉尘燃烧器通入熔炉气化器。
为了得到一种具有尽可能低的硫含量的产品，在所述气体导管中设置了一个脱硫装置。
一个优选的实施方案的特征在于安装了两个还原反应器，它们通过初次还原反应器的排出气体导管相互连接，而通过CO2去除设备相互气流导通，其中从CO2去除设备排出的气体通过一个加热装置通入二次还原反应器。
在此相应地一个用于排放所述二次还原反应器的排出气体的传输导管通入一个CO2去除设备，优选地通入所述二次还原反应器的CO2去除设备。
根据一个优选的实施方案，为了提供一种加热气体，一个废气的支导管从CO2去除设备通入所述的加热装置，从该加热装置引出一个用于排放烟道气的烟道气排放导管，该导管与熔炉气化器是气流导通的。
相应地，从排放排出气体的导管出发，一个排出气体的支导管通向一个燃烧装置，从该装置引出一个排放烟道气的导管通入熔炉气化器。
一个更优选的实施方案，其特征在于一个换热器，优选地用于加热一种含氧气体例如空气，设置在所述的排放烟道气的导管中。热空气可用于矿石预热，干燥等等。
以下参照几个示意地表示于附图的典型实施方案，更为详细地阐述本发明，其中所附图1至5中的每一个都以流程示意图形式图解了一个工艺的变种。
块状铁矿石和/或球团状的铁矿石经一个传输装置2，通过一个未在附图中描述的推进装置，从顶端送入由初次竖炉构成的还原反应器1中，有时也加入熔剂用于形成一个运动床。竖炉1与一个熔炉气化器3相连，在熔炉气化器3中由煤炭和含氧气体生成一种还原气体并通过一个进料导管4和一个气体净化装置4’送入竖炉1中，该气体净化装置4’选择性地设置在导管4中用于干除尘。
“运动床”一词是指一个连续运动的物料流，其中的可运动的颗粒与还原气体气体接触。优选地，利用一个在重力作用下连续向下运动的物料流。
不采用竖炉1，也可以使用具有文丘里(Venturi)流态化床，一个循环流态化床，一个流态化床的反应器或具有链式炉箅的反应器或具有回转管式窑的反应器作为还原反应器。
熔炉气化器3具有一个用于固体含碳材料进料导管3，一个用于含氧气体的进料导管6以及任选的进料导管7，该导管用于在室温下为液态或气态含碳材料如各种碳氢化合物以及用于煅烧的熔剂。在熔炉气化器3中，熔融生铁9和熔融炉渣10聚集在熔融气化区8的下面，并通过料口11排出。
铁矿石在竖炉1中的一个直接还原区12中还原为海绵铁，并利用例如传输加料器等装置通过一个传输导管13，与在直接还原区12中煅烧的熔剂一起送入熔炉气化器3，所述导管13将竖炉1与熔炉气化器3连接起来。一个排放排出气体的导管14通入竖炉1的上部，该导管14用于排放在直接还原区12中由还原气体生成的排出气体。
从导管14流出的排出气体首先在洗涤器15中进行净化以尽可能完全地去除粉尘颗粒并降低水蒸气含量，以便随后可以进一步使用。此后所述的排出气体通过一个压缩机16通入一个CO2去除设备17(例如一个CO2洗涤器或一个压力回转吸收设备)以便尽可能完全地去除CO2。从所述CO2去除设备17排放出来的废气任选地送入一个脱硫装置18。这样的去除了CO2的排出气体通过一个还原气体进气导管19送入一个二次还原反应器，该反应器是竖炉20并类似竖炉1也具有一个运动床并按照逆流原理运转。在该二次竖炉20中块状和/或球团状铁矿石在一个还原区21中直接还原。矿石进料导管用数字20’表示，海绵铁的出料装置用20”表示。
因为所述排出气体经过净化后已经被显著冷却，因而该气体在送入所述二次还原竖炉20之前要进行加热。加热要经过两个阶段：首先净化后的排出气体在第一阶段要经过一个加热装置22的间接加热，所述加热装置22是一个热交换器。所述热交换器22(换热器)通过净化后的排出气体运转，该气体从二次还原竖炉20通过一个导管23排出。除此以外，含氧气体(氧以分子形式存在)例如空气通过一个导管24提供给热交换器22的燃烧器。随后，加热过的排出气体经过二次燃烧，即在二次燃烧装置25中部分净化过的排出气体在提供氧26条件下燃烧。采用这种方法，所述净化后的排出气体达到在二次还原竖炉20中还原所需的温度，该温度优选在600～900℃之间，但可能会更高，特别是在使用包覆的炉料的情况下。
为了除尘和降低水蒸气含量，从二次还原竖炉20中排出的气体也要经过在排出气体洗涤器27中的净化和冷却，此后可用于进一步的使用。所述排出气体的一部分经过导管23提供给热交换器22。在二次还原竖炉20中产生的另一部分排出气体，经压缩机28同样送入CO2去除设备17中，即通过导管29通入排出气体排放导管14，去除了CO2的所述气体随后作为一种循环的还原气体送入二次还原竖炉20中。在二次还原竖炉20产生的排出气体的一部分通过排出气体导管30继续传输以供其它用途使用。
通过一个从进料导管4引出的一个支导管31，在熔炉气化器3中生成的还原气体的一部分，流经一个旋风除尘器4’，而不加洗涤即不流经一个洗涤器，在热态下经过支导管31与还原气体混合物混合，该气体混合物是由循环还原气体与去除了CO2的排出气体构成的，在混合之前所述还原气体混合物要流经热交换器22和二次燃烧装置25。通过这种方式，在熔炉气化器3中生成的还原气体的显热传给了在二次还原竖炉20发生的直接还原过程，从而得到了有效利用。籍此不仅节约了在CO2去除设备17上的费用、减小了热交换器22和二次燃烧装置25的尺寸，而且还能在所述过程中节约能源。
从还原气体分支出来的热气体在通过旋风除尘器4’后仍然具有残余粉尘含量，但是这可以通过不造成有害作用的体系来解决，因为所述热的分支出来的还原气体与循环的还原气体以及去除了CO2的排出气体混合，通过稀释作用显著降低了粉尘含量。因此设想不会对二次还原竖炉20中发生的直接还原过程产生有害影响。
为了在送入气体净化装置4’之前，调节从熔炉气化器3排出的非常热的还原气体的温度，特别是为了将该气体冷却到适合竖炉1的直接还原反应的温度，一部分所述的还原气体经过一个洗涤器32，并通过具有压缩机34的导管33再循环回到进料导管4。为了控制体系的压力，通过一个补偿导管35可以任选地将还原气体与从竖炉1排出的气体混合。
所述还原气体的相当大的体积流量并未流经CO2去除设备17就送入二次还原竖炉20，考虑到在所述还原气体流动方向上只是随后与从CO2去除设备17出来的还原气体这部分进行混合，这样可以大大减小CO2去除设备17的尺寸。
根据在图1中描述的实施方案，通过一个废气导管36从CO2去除设备17排出的含CO2的废气，送入一个脱硫装置18并在脱硫后排掉。从CO2去除设备17排放的废气可以在比该设备上其它位置的高得多的效率下进行脱硫，因为从CO2去除设备17排放的废气的硫含量是所述排出气体的3倍，特别是该脱硫过程由二次直接还原过程的运行特性决定。
从废气导管36，部分CO2含量高的废气通过一个支导管37送入熔炉气化器3，即在熔炉气化器3中形成的流态化床38的下底部的上面送入。
在流态化床38中，所述废气中的CO2与碳在熔炉气化器3中按照方程 发生化学反应。生成的一氧化碳上升穿过流态化床38并增大了还原气体气流及其中的还原剂的比例。由于二氧化碳气体生成一氧化碳的反应是吸热的，因此在熔炉气化器3中的过热得以可靠地避免，而这种过热在使用具有高固定i的煤炭时总是可能发生的。
根据图2所示的特定的实施方案，一部分CO2含量高的废气通过从支导管37上分支出来的导管37’输送到一个粉尘燃烧器39，在粉尘分离器4’分离的还原气体的粉尘通过该燃烧器39再送到熔炉气化器3，并与通过输送粉尘燃烧器39的粉尘一起送入熔炉气化器3中。在此CO2含量高的废气可以替代一部分用于输送粉尘到粉尘燃烧器39的氮，籍此可以获得减少所述还原气体中缓冲气体氮的好处。
根据图3，只有已经再循环到熔炉气化器3中的从CO2去除设备17出来的含CO2的废气要进行脱硫处理，并且支导管37与将氧引入熔炉气化器3的进料导管6一起通入熔炉气化器3中。
以下通过一个实施例更为详细地阐述本发明方法。
在由铁矿石球团在熔炉气化器3中生产生铁水的过程中，产生大约100t/h的生铁以及大约155,000Nm3/h的排出气体。这些排出气体在一个CO2去除设备17中去除了CO2以后，送入二次还原竖炉20用于铁矿石的二次还原。从还原竖炉1出来的排出气体具有大约37vol.％的CO2含量。因此，在CO2去除设备17中会产生57,350Nm3/h的CO2。
在这些CO2中的约10,500Nm3/h再循环到熔炉气化器3，在熔炉气化器3使用了100％的无烟煤作为含碳材料。采用该方法，一方面可将反应温度降低到工艺控制所需的程度，即通过在熔炉气化器3中CO2与碳发生吸热反应以降低反应温度，另一方面，由于CO2与碳的反应可生成2倍于CO2体积的CO，因而可以生成约21,000Nm3/h的CO。其中额外部分的CO随后可以用于所述二次还原竖炉20。从CO2去除设备17排放的具有高含量CO2的废气中约18％可以以有效益的方式进行再利用。
以下更为详尽地阐述本发明方法的热平衡，然而，其中只有超过所述熔炉气化器中发生熔化还原所需的热量以外的能量部分才会被更为仔细地考虑。在此我们的目标是描述纯的1Nm3CO2的作用，其中为了方便计算，假定CO2,C和O2处于25℃并且反应产物CO的温度是1060℃。在此反应 的焓是ΔH=+238KJ/mol。反应 的焓是ΔH=-156KJ/mol。因此，对1Nm3CO2就需要提供1.53Nm3O2，其中消耗1Nm3CO2和2.17kgC可生成5Nm3CO。
根据示于图4的实施方案，通过烟道气排放导管39从加热装置22排放出来的烟道气的至少一部分，通过设置了压缩机41的支导管40送入熔炉气化器3中。同样这些烟道气具有很高的CO2含量和很低的CO含量。为了加热通向二次还原反应器20的还原气体，可以切实可行地对从CO2去除设备排放的废气额外地加以利用，使所述废气通过一个废气支导管42通向加热装置22，如图4中的破折线所示。
根据示于图5的实施方案，从还原反应器1排放的一部分排出气体通过一个排出气体支导管43和一个压缩机44，在一个燃烧装置45中进行燃烧，而该过程中产生的烟道气的至少一部分通过一个排放烟道气的导管46送入熔炉气化器3中。在所述排放烟道气的导管中，最好设置一个换热器例如用于加热所述煤炭气化过程所需的氧。如果完全燃烧了所述排出气体而又没有随后与一种冷却气体混合，这时上述过程就特别有必要，因为完全燃烧会造成温度很高。然而，燃烧也可以在上述排出气体与一种气体混合以后进行或者甚至进行部分燃烧。
本发明可以进行各种改进而不局限于本说明书中典型实施方案的详细描述。例如，也可以设置两个或几个初次还原竖炉1，其中可以将它们的排出气体收集起来在去除了CO2以后送入至少一个二次还原竖炉20。还可以通过一个单独的去除CO2的设备，将从还原竖炉20循环出来的排出气体输送出来，其中该CO2去除设备可以是一个重整炉并与还原竖炉1的CO2去除设备相互独立运转。

Claims (28)

1．从含有铁矿石和可任选熔剂的炉料出发，生产生铁水或钢水预产品的方法，其中所述的铁矿石优选具有块状和/或球团形态，所述炉料在一个还原区(12)中直接还原成海绵铁，在提供含碳材料和含氧气体的条件下，该海绵铁在一个熔融气化区(8)中熔化，同时生成了一种含有CO和H2的还原气体，该气体通入所述的还原区(12)在那里发生化学反应，并作为排出气体排出，其中该排出气体通向一个消耗装置(20)，所述的方法的特征在于向熔融气化区(8)引入一种CO2含量高的气体，该气体在熔融气化区(8)中与含碳材料反应生成CO，其中所述气体的CO2含量远高于所述排出气体的CO2含量，并优选在超过40％；并且如果含有CO，所述气体的CO含量远低于所述排出气体的CO的含量。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于所述排出气体排出后要经过CO2去除处理，并且将至少一部分在CO2去除过程中排放的废气通入熔融气化区(8)中，其中所述废气具有高的CO2含量。
3．根据权利要求1或2的方法，其特征在于将CO2含量高的气体通入熔融气化区(8)中形成的运动床(38)的下底部。
4．根据权利要求1至3的任一项或几项的方法，其特征在于CO2含量高的气体与含氧气体一起送入熔融气化区(8)中。
5．根据权利要求1至4的任一项或几项的方法，其特征在于CO2含量高的气体与要送入所说的熔融气化区(8)的粉尘一起送入熔融气化区(8)中。
6．根据权利要求5的方法，其特征在于CO2含量高的气体与粉尘一起送入熔融气化区(8)中，所述的粉尘是从熔融气化区(8)中生成的还原气体中分离出来，并要在熔融气化区(8)中进行再循环。
7．根据权利要求2至6的任一项或几项的方法，其特征在于CO2含量高的气体在送入熔融气化区(8)之前要进行脱硫处理。
8．根据权利要求2至7的任一项或几项的方法，其特征在于在至少一个初次还原区(12)中生成的排出气体经过CO2去除处理后，任选地在加热后，作为一种还原气体在至少一个二次还原区(20)中进行化学反应，用于还原颗粒状含有金属氧化物的材料，优选用于还原含铁的氧化物的材料。
9．根据权利要求8的方法，其特征在于把至少一部分从加热过程排放的烟道气送入熔融气化区(8)中。
10．根据权利要求8或9的方法，其特征在于在CO2去除处理过程分离的、高CO2含量的废气用于加热(图4)。
11．根据权利要求8至10的任一项或几项的方法，其特征在于在一个二次还原区(21)发生过反应的一种还原气体用于加热，并把在该过程中产生的至少部分烟道气送入熔融气化区(8)中(图4)。
12．根据权利要求1至11的任一项或几项的方法，其特征在于在所述初次还原区(12)生成的排出气体的一部分至少经过部分燃烧，并把在该过程中产生的烟道气送入熔融气化区(8)中(图5)。
13．根据权利要求12的方法，其特征在于一种冷却气体在通入熔融气化区(8)之前与所述烟道气混合(图5)。
14．根据权利要求12或13的方法，其特征在于所述烟道气在通入熔融气化区(8)之前或是在换热器中冷却用于加热一种气体，优选用于加热本工艺使用的含氧气体或是为了产生水蒸气而冷却(图5)。
15．根据权利要求8至14的任一项或几项的方法，其特征在于在所述二次还原区(21)生成的排出气体至少部分同样经过CO2去除处理，优选在与初次还原区(12)的排出气体混合后进行CO2去除处理，从中分离出来的高CO2含量废气的至少一部分也送入熔融气化区(8)中，并在那里与碳进行反应生成CO。
16．实施根据权利要求1至15任一项或几项的方法的设备，包括：一个还原反应器(1)用于还原铁矿石，所述铁矿石优选具有块状和/或球团形态；一个熔炉气化器(3)；一个输送还原气体的进气导管(4)，该导管将所述的熔炉气化器(3)与所述的还原反应器(1)连接起来；一个输送在所述还原反应器(1)中生成的还原产物的导管(13)，该导管将所述还原反应器(1)与熔炉气化器(3)连接起来；一个排放排出气体的导管(14)，该导管从所述的还原反应器(1)引出；输送含氧气体和含碳材料的进料导管(6、7)，这些导管通入所述的熔炉气化器(3)中；一个位于所述的熔炉气化器(3)的用于出生铁和炉渣的料口(11)；所述的设备的特征在于有一个气体导管通入所述熔炉气化器(3)用于传输一种CO2含量高而CO含量尽可能低的气体。
17．根据权利要求16的设备，其特征在于还原反应器(1)的排放排出气体的导管(14)，要经过一个CO2去除设备(17)，而用于排放分离出来的含CO2的废气的排放导管(36,37,37’)从CO2去除设备(17)引出而与熔炉气化器(3)相通。
18．根据权利要求16或17的设备，其特征在于所述的气体导管(37,37’)在熔炉气化器(3)的下部通入熔炉气化器(3)，大致位于熔炉气化器(3)中形成的流态化床(38)的下底部。
19．根据权利要求16至18的任一项或几项的设备，其特征在于所述的气体导管(37)与一个用于含氧气体的进料导管(6)一起通入熔炉气化器(3)(图3)。
20．根据权利要求16至19的任一项或几项的设备，其特征在于所述的气体导管(37’)与一个用于粉尘的进料导管一起通入熔炉气化器(3)，优选通过一个燃烧器(39)将所述粉尘送入熔炉气化器(图2,3)。
21．根据权利要求20的设备，其特征在于在用于还原气体的进料导管(4)中，设置一个粉尘分离器(4’)通过一个粉尘再循环导管连接到熔炉气化器(3)上，所述的进料导管(4)将熔炉气化器(3)与还原反应器(1)连接起来，并且所述的气体导管(37’)与所述粉尘再循环导管一起通过一个粉尘燃烧器(39)通入熔炉气化器(3)(图2,3)。
22．根据权利要求16至21的任一项或几项的设备，其特征在于在所述的气体导管(36,37)中设置了一个脱硫装置(18)。
23．根据权利要求16至21的任一项或几项的设备，其特征在于安装了两个还原反应器(1,20)，它们通过初次还原反应器(1)的排出气体导管(14)相互连接，而通过CO2去除设备(17)相互气流导通，其中从CO2去除设备(17)排出的气体任选地通过一个加热装置(22,25)通入二次还原反应器(20)。
24．根据权利要求23的设备，其特征在于一个用于排放所述二次还原反应器(20)的排出气体的传输导管(29)通入一个CO2去除设备(17)，优选地通入用于二次还原反应器的排出气体的CO2去除设备(17)。
25．根据权利要求23或24的设备，其特征在于一个废气支导管(42)从所述的CO2去除设备(17)通入所述的加热装置(22)，以便提供作为一种加热气体的废气，从该加热装置(22)引出一个排放烟道气的烟道气排放导管(39,40)与熔炉气化器(3)相互气流导通(图4)。
26．根据权利要求16至25的任一项或几项的设备，其特征在于从排放排出气体的导管引出一个排出气体支导管并通向一个燃烧装置，从该燃烧装置引出一个烟道气排放导管通入熔炉气化器(3)中(图5)。
27．根据权利要求25或26的设备，其特征在于一个换热器，优选地用于加热一种含氧气体，置于所述的烟道气排放导管中(图5)。
28．用根据权利要求1或8任一项方法生产的生铁或钢的预产品制成的商品，例如轧制件。
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