TW201307578A - 使用含烴及氫兩者之氣流還原金屬氧化物 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種使用不僅包含烴而且亦包含氫的氣流還原金屬氧化物之方法。將該不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分。隨後，讓至少次數量的富含烴餾分接受下列操作群之至少一種：-使用工業純氧氧化，-使用CO2及H2O重組。然後，讓其至少作為還原氣體的組分而引進該包含金屬氧化物的還原單元中。在此方法中，該烴含量係經由該操作群之至少一種，以於進入該還原單元的進入口時在該還原氣體中的烴含量係少於12體積%之此方式設定。本發明亦關於一種用以進行此方法的裝置。

Description

使用含烴及氫兩者之氣流還原金屬氧化物
本發明係關於一種使用含烴及氫兩者之氣流還原金屬氧化物(較佳為氧化鐵類)的方法。本發明亦關於一種用以進行此方法的裝置。
當在整合型冶煉廠或獨立生產設備中產生焦炭時形成焦爐氣，且迄今將其使用例如來補強鼓風爐爐頂氣(在其使用於復熱器中之前)之熱值、作為板胚再熱爐或輥膛爐的燃料氣體、及用於電廠來產生電力。至於主要組分，其不僅包含烴(例如，一種以上的烴CnH2n+2，其中n可為1或2或3或4；但是主要為甲烷，也就是說n=1)，而且亦包含氫。在某些整合型冶煉廠中，亦使用焦爐氣來產生工業純氫，例如用以使用在退火爐中。在整合型冶煉廠中所形成的典型焦爐氣組成物如下：
雖然該焦爐氣包含諸如氫及一氧化碳的組分(其通常可容易地使用來還原金屬氧化物，特別是氧化鐵類)，但由於烴成分，其僅可在還原單元中有限地使用來還原金屬氧化物，特別是氧化鐵類，因為在將焦爐氣引進還原單元中時，烴(例如，CH4烴)會進行高吸熱反應的結果： CH4→2H2+C 裂解 H298=+74.86[千焦耳/莫耳]
3Fe+CH4→Fe3C+2 H2 碳化 H298=+99.7[千焦耳/莫耳]
該還原溫度將降低太多，此依次將大大地限制還原單元的生產力。
工業目標
本發明之目標為提供一種准許使用含烴及氫之氣流還原金屬氧化物的方法。同樣地，目標為提供一種用以進行此方法的裝置。
工業解決辦法
根據本發明，該目標係藉由使用不僅包含烴而且亦包含氫的氣流還原金屬氧化物之方法所達成，其特徵為：將不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分；隨後，讓至少次數量的該富含烴餾分接受下列操作群之至少一種：-使用工業純氧氧化，-使用CO2及H2O重組；然後，將其至少作為還原氣體的組分而引進一包含 該金屬氧化物的還原單元中；其中該烴含量係藉由前述提及的操作群之至少一種，以於進入該還原單元的進入口時在該還原氣體中之烴含量係少於12體積%(較佳為少於10體積%，特別佳為少於8體積%)的此方式調整。
該金屬氧化物可例如為氧化鐵類，或鎳、銅、鉛、鈷的氧化物。
較佳的是，進行該金屬氧化物之還原以形成大量金屬化的金屬，也就是說金屬化程度大於或等於90%，較佳為大於或等於92%，例如，海綿鐵。
本發明的優異功效
該不僅包含烴而且亦包含氫的氣流可包含一種或二種或更多種型式的烴。例如，其包含相對低飽和烴CnH2n+2，其中n=1，也就是說甲烷；或n=2，也就是說乙烷；或n=3，也就是說丙烷；或n=4，也就是說丁烷或異丁烷。其亦可包含相對低單不飽和或多元不飽和烴，其中例如CnH2n適用，例如乙烯。其亦可包含芳香烴，諸如苯或甲苯。在該不僅包含烴而且亦包含氫的氣流中，亦可存在一種以上具有通式CnHm的烴型式，其中m可為：m=n，m=2n，m=2n+2。
根據本發明，將該不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分。於此情況中，該富含烴餾分不僅包含烴，而且亦包含進一步組分，諸如氬氣、 氮氣、一氧化碳、二氧化碳及蒸氣。用語”富含烴”係關於下列事實，其中此餾分具有較高的烴含量(與不僅包含烴而且亦包含氫的氣流比較)。
該富含氫餾分不僅包含氫。
該用語”富含氫”係關於下列事實，其中此餾分具有較高的氫含量(與不僅包含烴而且亦包含氫的氣流比較)。
隨後，對該分離來說，讓至少次數量在分離中所獲得的富含烴餾分接受下列操作群之至少一種：-使用工業純氧氧化，-使用CO2及H2O重組。
亦可接受這二種操作之組合。
在組合之情況中，較佳的是，首先使用工業純氧進行部分氧化用於溫度提昇的目的；隨後，例如在自發熱能重組器中，使用CO2及H2O進行重組。在自發熱能重組器中，不需要加熱該重組器，因為對該自發熱能重組器不需要燃料氣體的進料線。此節省結構支出及減少該重組器的廢氣。
於此情況中，在氧化反應中，並非全部量的烴皆氧化，而是僅有部分量的烴，在本申請案的上下文中，此亦稱為部分氧化法。
於此情況中，在重組時，並非全部量的烴皆重組，而是佔支配部分的烴量。
經由該操作(單獨或呈組合)，烴含量減少。
在至少次數量於分離時所獲得的富含烴餾分已經接 受該操作群之至少一種後，將其至少作為還原氣體的組分而引進包含該金屬氧化物的還原單元中，此當然意謂著引進在操作時所獲得的產物。
至少作為還原氣體的組分意謂著該還原氣體亦可包含其它組分，其可在將混合物(其在加入時獲得)作為還原氣體引進還原單元中前選擇性加入。
根據本發明，該烴含量的次數量係藉由該操作群之至少一種，以於進入還原單元的進入口時在還原氣體中的烴含量係少於12體積%(較佳為少於10體積%，特別佳為少於8體積%)，但是大於1體積%(較佳為大於2體積%，特別佳為大於3體積%)之此方式來設定。於此包含該極限。於進入還原單元之進入口時在還原氣體中的烴含量愈高，在還原豎爐中(作為還原單元)的還原溫度必需設定成愈高(亦稱為氣體溫度活躍(gas temperature bustle))，否則設備的生產力愈低。在根據本發明之烴含量設定下，由於較低的烴吸熱反應，該還原溫度不會下降如此地大，該還原單元之生產力降低將低於經濟可接受的程度。
例如，在氧化鐵類之還原時，由煉鋼廠(於此，例如，電弧爐)對還原產物所需要的碳含量(碳鍵結如為Fe3C或元素碳)來決定該烴含量之下限。隨著增加還原產物的碳含量，在隨後的處理時於電弧爐中之能量需求減低。例如，為了在海綿鐵中產生最小碳含量(特別是呈Fe3C形式)，在進入還原單元的進入口時使用下限範圍之還原氣體烴含量；或為了控制在還原單元中的溫度，選擇性需 要此烴含量。此外，例如在海綿鐵之製造中，熱壓鐵塊(HBI)設備(如慣常在直接還原(DR)設備中)亦需要某一最小壓塊溫度(較佳為>650℃)來迴避增加維持成本，以及達成產物密度大於5克/立方公分，在DRI於還原單元中過度冷卻的事件中，此由於吸熱反應而無法達成。
根據較佳的具體實例，該不僅包含烴而且亦包含氫的氣流係焦爐氣。
後者具體實例係較佳，因為在整合型冶煉廠中或在獨立的焦炭化設備中，於任何情況下一般形成焦爐氣，其僅使用於電力產生或沒有使用而燃燒掉。使用根據本發明之方法，其可使用來有效率地生產鐵，於此情況中，其達成的材料使用效率比例如使用於電力產生還高。所採用的整合型冶煉廠意謂著一鋼生產途徑，尤其是，其由焦炭化設備、燒結設備及鼓風爐組成。該不僅包含烴而且亦包含氫的氣流亦可為在煤氣化器中所產生的氣體。
根據較佳的具體實例，藉由下列操作群之至少一種，將該不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分與富含烴餾分：-變壓吸附，-薄膜分離。
例如，在PSA或VPSA設備中進行變壓吸附，其中PSA意謂著變壓吸附及VPSA意謂著真空變壓吸附。更佳的是，在變壓吸附前進行該氣流之預純化，例如在預純化用具中使用由纖維或吸附材料製得的焦油過濾器來分離 焦油與粉塵。在使用PSA設備或VPSA設備，且該變壓吸附設備的設備規模經適當設計並使用相應設計的循環時間來操作之情況中，由於不同的吸附力量，可將該不僅包含烴而且亦包含氫的氣流(例如，焦爐氣)分離成富含氫餾分及富含烴餾分。在產物邊上形成氫且實際上沒有明顯的壓力降。在非常低壓或真空下形成富含烴餾分，然後在隨後的製程步驟中將其壓縮至所需要的壓力。
在薄膜分離的情況中，以不同滲透性的薄膜為基礎進行分離。於此情況中，在薄膜的低壓邊上以濃縮狀態產生氫。
根據較佳的具體實例，將至少一定比例之至少一次數量的富含烴餾分與一輔助還原氣體混合，在將這二種組分所產生的混合物作為還原氣體引進包含該金屬氧化物的還原單元前，讓該富含烴餾分接受下列操作群之至少一種：-使用工業純氧氧化，-使用CO2及H2O重組。
於此情況中，引進包含該金屬氧化物的還原單元中之還原氣體係藉由混合二種組分而產生，其中一種組分係藉由氧化及/或重組至少一次數量的富含烴餾分所獲得。
在此程序中，亦可加入具有還原潛力的其它氣體作為輔助還原氣體而實體上使用來還原金屬氧化物。
在用以進行根據本發明的此方法之裝置中，存在有相應的進料線用以將輔助還原氣體引進至該比例之富含 烴餾分或選擇性至該富含烴餾分的總量，其中該富含烴餾分已經接受下列操作群之至少一種：-使用工業純氧氧化，-使用CO2及H2O重組。
根據較佳的具體實例，依賴對該混合物的預定溫度來設定二種組分之混合比率。就用來還原金屬氧化物的方法及經濟而論，以此方式保證該還原氣體係在適宜的溫度區域中。藉由設定該溫度，可以最理想地設定在該還原反應器中的反應速率(動力學)。此外，可最佳化該還原氣體預熱的效率。
在用以進行根據本發明之方法的裝置中，存在有用來控制混合比率的相應裝置及亦存在有用來測量該混合物的溫度及/或用來測量該等組分的溫度之溫度測量裝置。
根據較佳的具體實例，在該輔助還原氣體已經於氣體爐中加熱後，混合該二種組分。此使得改良還原氣體之溫度設定係可能。根據在還原氣體中的H2/CO比率，該還原氣體之溫度範圍應該在780至1050℃為較佳。
根據較佳的具體實例，從該還原單元移出爐頂氣，且藉由混合經除塵及實質上去除CO2的爐頂氣與至少一種進一步氣體至少部分獲得該輔助還原氣體。以此方式，仍然存在於爐頂氣中的還原劑(CO及H2)再次使用來還原該金屬氧化物。
有利的是，該至少一種進一步氣體包含在分離該不僅包含烴而且亦包含氫的氣流(較佳為焦爐氣)時所獲得 的富含氫餾分。以此方式，存在於此餾分中的還原潛力物質亦使用來還原金屬氧化物；特別使用在該還原速率(動力學)經由氫通常更快速： 3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2O H298=-2.72[千焦耳/莫耳]
Fe3O4+H2→3FeO+H2O H298=+59.83[千焦耳/莫耳]
FeO+3H2→Fe+2H2+H2O H298=+29.60[千焦耳/莫耳]
有利的是，該氣體爐係以燃料氣體操作，其至少部分包含下列群組中之至少一種氣體：-尾氣，其在從爐頂氣移除CO2時形成；-爐頂氣；-不僅包含烴而且亦包含氫的氣流，較佳為焦爐氣；-富含氫餾分，其藉由分離該不僅包含烴而且亦包含氫的氣流(較佳為焦爐氣)所獲得；-富含烴餾分，其藉由分離該不僅包含烴而且亦包含氫的氣流所獲得。
以此方式，將這些氣體使用在用以還原金屬氧化物的方法中，此將增加其效率。當使用富含氫氣體從下面來加熱該氣體爐時，該CO2排放物可保持相應地低。
在用以進行根據本發明的方法之裝置中，存在有單條、複數條或全部的相應燃料氣體進料線到達該氣體爐：
-尾氣進料線，其用來進料在從爐頂氣移除CO2時所產生之尾氣，該尾氣進料線係出自CO2移除設備。
-用來進料爐頂氣的爐頂氣進料線，其中該爐頂氣進料線係出自收回來自該還原單元的爐頂氣之爐頂氣排出線。
-用來進料不僅包含烴而且亦包含氫的氣流之燃料氣體 進料線，其中該燃料氣體進料線係出自不僅包含烴而且亦包含氫的氣流之進料線，及其自身開放進入一用來將不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分之裝置中。
-用來進料藉由分離不僅包含烴而且亦包含氫的氣流(較佳為焦爐氣)所獲得之富含氫餾分的燃料氣體進料線，其中該燃料氣體進料線係出自一用來將不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分之裝置；或出自該富含氫餾分的排出線，其自身源自一用來將不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分之裝置；-用來進料富含烴、富含氫餾分(其係藉由分離不僅包含烴而且亦包含氫的氣流(較佳為焦爐氣)獲得)的燃料氣體進料線，其中該燃料氣體進料線係出自該富含烴、富含氫餾分的進料線，其中該餾分其自身源自一用來將不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分的裝置；或一用來將不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分的裝置。
有利的是，該還原單元係一還原豎爐且將第一次數量的富含烴餾分直接引進該還原豎爐中，及讓第二次數量的富含烴餾分在其引進還原豎爐中前接受下列操作群之至少一種：-使用工業純氧氧化， -使用CO2及H2O重組；然後，將其至少作為還原氣體的組分而引進包含該金屬氧化物的還原單元中，及該烴含量係藉由該操作群之至少一種，以於進入還原單元中的進入口時在該還原氣體中的烴含量係少於12體積%(較佳為少於10體積%，特別佳為少於8體積%)之此方式設定。
因此，該第一次數量可使用來碳化在還原單元中所產生的金屬，例如，其可使用來碳化金屬鐵。
有利的是，在使用CO2及H2O重組前，將至少一種包含CO2及/或H2O的氣流加入至該富含烴餾分。在此製程中，其可例如為蒸氣、來自CO2移除方法(例如，來自從爐頂氣移除CO2)的尾氣、來自還原豎爐之爐頂氣、或轉化爐氣體。亦可加入水。
以此方式，將這些氣體使用於該還原金屬氧化物的方法，此增加其效率及減低環境排放物，因為CO2轉換回CO。
在用以進行根據本發明之方法的裝置中，存在有用來進料一種以上的這些氣體之相應的進料線，其係出自產生此氣體的裝置或承載此氣體的線。
在該富含烴餾分中，H2S亦富含化。因此，根據較佳的具體實例，在讓該富含烴餾分接受下列操作群之至少一種前，對其進行脫硫：-使用工業純氧氧化，-使用CO2及H2O重組。
因此，可減低在大部分金屬化的金屬中之硫含量。
在用以進行根據本發明之方法的裝置中，然後，在該富含烴餾分進料線3中，在該進料線開放進入一用以進行下列操作群之單元中前(參見流動的方向)，存在有一脫硫裝置：-使用工業純氧氧化，-使用CO2及H2O重組。
根據本發明之方法具有下列優點：
-與焦爐氣至今根據先述技藝所進行的熱用途比較，焦爐氣用來還原金屬氧化物，特別是用來還原氧化鐵類而用於海綿鐵生產之材料使用效率係優良；-與使用來還原金屬氧化物的天然氣比較(特別是用來還原氧化鐵類而用於海綿鐵生產)，其具有高經濟優點(與天然氣比較)，因為焦爐氣的製造成本較低；-對環境非常友善的方法，特別是由於低CO2及NOx排放物，因為首先在某些具體實例中，可使用非常富含氫的氣體來還原，及其次藉由在重組器及/或氣體爐中使用低碳氣體，可進一步減少其排放物。
-再者，在重組器中，一些CO2排放物可轉換回CO及隨後使用於還原。
在焦爐氣的情況中，特定的碳排放物因子為43.7公斤CO2/GJ燃料，同時在天然氣的情況中係55.7公斤CO2/GJ燃料。因此，使用焦爐氣比使用天然氣更相當地環境友善。
本申請案的進一步主題事件係一種用以進行根據本 發明之方法的裝置，其具有一用來還原金屬氧化物的還原單元；其具有一用來將不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分之裝置；其具有一源自於彼之富含烴餾分進料線，其開放進入一用以進行下列操作群的單元中：-使用工業純氧氧化，-使用CO2及H2O重組；及具有一條以上用以將來自下列群之至少一種氣流引進還原單元中的引進線：-富含烴餾分；-在該單元中獲得用以使用工業純氧進行氧化的氣流；-在該單元中獲得用以使用CO2及H2O進行重組的氣流。
較佳的是，該用來將不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分之裝置係一種用來將焦爐氣分離成富含氫餾分及富含烴餾分的裝置。
較佳的是，該用來將不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分之裝置係一下列群組中的裝置：-變壓吸附裝置，-薄膜分離裝置。
較佳的是，該一條以上的引進線開放進入該還原單元中，其中該開放進入該還原單元的至少一條引進線之上游具有一用來將輔助還原氣體進料至該還原單元的輔助還原氣體線，其開放進入此引進線中。
較佳的是，在該開放進入該引進線的輔助還原氣體線之上游，於該輔助還原氣體線中存在有一氣體爐。
較佳的是，存在有x條引進線，其中x係大於2或等於2，至多x-1條引進線；真實上係該至少一條開放進入還原單元中之引進線上游有一輔助還原氣體線，其用來將輔助還原氣體進料至該還原單元且開放進入此引進線中。
以此方式，存在有至少一條無開放輔助還原氣體線進入的引進線。因此，可將次數量的富含烴餾分直接引進該還原豎爐而沒有與輔助還原氣體混合；可使用此次數量例如來碳化在還原單元中產生之金屬；例如，其可使用來碳化金屬鐵。
根據一個具體實例，該還原單元係一還原豎爐，例如用來進行米德雷斯(MIDREX)®或HYL®還原製程的固定床還原豎爐。
根據一個具體實例，該還原單元係一流體化床串接。
第1圖顯示一種用以進行根據本發明之方法的裝置。其包括還原豎爐1作為用來還原金屬氧化物的還原單元，其包含鐵礦砂，也就是說氧化鐵類。其同樣包括一用來將不僅包含烴而且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分之裝置，於此情況中，使用變壓吸附的PSA或VPSA設備2。在本實施例中，該不僅包含烴而且亦包含氫的氣流係焦爐氣。富含烴餾分進料線3係源自PSA或VPSA設備2，其開放進入一使用工業純氧進行氧化之 單元4中。在此使用工業純氧進行氧化之單元4中，該富含烴餾分經部分氧化；也就是說，非全部量的物質皆被氧化，而是僅有部分量的富含烴餾分物質。經由引進線5來引進在使用工業純氧進行氧化的單元4中所獲得之氣流，將此氣流作為還原氣體的組分引進該還原豎爐1中。在部分氧化時，該烴含量係以進入還原豎爐的進入口時在該還原氣體中的烴含量係少於12體積%之此方式設定。
混合在使用工業純氧進行氧化之單元4中所獲得的氣流與一輔助還原氣體，且將所產生的混合物作為還原氣體引進還原豎爐1中。在已經於氣體爐6中加熱該輔助還原氣體後，混合該二種還原氣體組分。該輔助還原氣體係經由輔助還原氣體線7加入，以便將輔助還原氣體進料至還原豎爐1，其中該還原氣體線7開放進入引進線5中。因此，經由引進線5，不僅將在使用工業純氧進行氧化的單元4中所獲得之氣流，而且亦將輔助還原氣體引進該還原豎爐1中，特別是，以一稱為還原氣體的混合物。依賴對該混合物的預定溫度來設定該輔助還原氣體之預定溫度(其係在氣體爐6中加熱)。氣體爐6係安排在該輔助還原氣體線7上。
來自還原豎爐1，爐頂氣係經由爐頂氣排出線8引導出去。在所顯示出的實施例中，該輔助還原氣體係藉由混合經除塵(氣體清潔器9係存在於爐頂氣排出線8上)的爐頂氣(其已去除大部分CO2，CO2移除設備10係存在於爐頂氣排出線8上)與進一步氣體而形成。該進一步氣體 係在分離焦爐氣時所獲得的富含氫餾分。
氣體爐6係使用燃料氣體操作。該燃料氣體係與空氣進料(其透過空氣進料線11(其開放進入該氣體燃燒器中)進料)燃燒。該燃料氣體由下列群的氣體組成：-尾氣，其來自爐頂氣移除CO2後形成；-爐頂氣；-焦爐氣；-富含氫餾分，其藉由分離焦爐氣所獲得。
對將這些氣體進料至氣體燃燒器6中來說，有存在：-一尾氣進料線12，其用來進料在從爐頂氣中移除CO2後所形成的尾氣，其出自CO2移除設備10及開放進入該氣體燃燒器中；-一用來進料爐頂氣的爐頂氣進料線13，其源自從還原單元引導出爐頂氣之爐頂氣排出線8且開放進入該氣體燃燒器中；-一用來進料焦爐氣的焦爐氣進料線14，其源自焦爐氣進料線15且開放進入該爐頂氣進料線13中；-一氫餾分進料線16，其從氫餾分排出線17(其源自PSA或VPSA設備2)分支出且開放進入該焦爐氣進料線14中。
為了可藉由混合爐頂氣(其經除塵及去除大部分CO2)與富含氫餾分(其在分離焦爐氣時獲得)獲得輔助還原氣體，不僅氫餾分排出線17而且爐頂氣排出線8亦開放進入輔助還原氣體線7中。
焦爐氣進料線15出自焦爐氣來源(其無顯示)且開放進入PSA或VPSA設備2中。
在顯示於第1圖的裝置中，其顯現出二條開放進入還原豎爐1中的引進線。引進線5(稱為第一引進線)已經描述。進一步引進線(稱為第二引進線18)從富含烴餾分進料線3分支出且開放進入該還原豎爐中。經由此第二引進線18，可將次數量的富含烴餾分直接引進該還原豎爐中。因此，可使用此次數量來碳化金屬鐵，於此情況中，在還原豎爐1中產生海綿鐵。為了清楚的理由，無顯示出用來將冷卻氣體進料至還原豎爐1中之冷卻氣體線；原則上，為了碳化的目的，亦可經由來自富含烴餾分進料線3的相應支流(其開放進入該冷卻氣體線中)將次數量的富含烴餾分加入至該冷卻氣體。
在安排於焦爐氣進料線15上的焦油過濾器用具19中，從該焦爐氣移除焦油。
在燃燒器20中，若想要提昇溫度時，該輔助還原氣體可使用工業純氧進料來部分氧化。
為了清楚說明的原因，已經省掉對本發明非必需的裝置組件之描述，例如多種壓縮機、分流、氣體容器、氣體冷卻器、火把煙囪(flare stack)之描述。
在第2圖中，在其它方面類似的裝置及程序中，取代部分氧化法，讓該富含烴餾分在其作為部分的還原氣體而引進還原豎爐中之前接受使用CO2及H2O重組。於此，與第1圖相同的設備組件及製程步驟大部分未再次描述，及為了較清楚，相同設備組件的參考符號並未輸入該圖形中。重組發生在使用CO2及H2O來進行重組的單元中，於此係富含烴餾分進料線3開放進入其中的重組器 21。經由熱交換器22，使用來自重組器21的廢氣來加熱該富含烴餾分(在進入該重組器21之前)。
在進入重組器21的進入口前，經由複數條進料線23a、23b(其開放進入富含烴餾分進料線3中)，將複數種含CO2氣體流加入至該富含烴餾分。經由進料線23a，加入來自CO2移除設備10的尾氣；進料線23a源自尾氣進料線12。經由進料線23b，加入爐頂氣。在進入重組器21進入口前，經由水進料線24(其開放進入富含烴餾分進料線3中)，將蒸氣及/或水加入至該富含烴餾分。
重組器21可使用爐頂氣、焦爐氣或以富含烴餾分加熱；為了清楚的目的，未顯示出開放進入重組器21中的相應線。
經由支流線29(其從第二引進線18分支出及開放進入第一引進線5中)，在進入還原豎爐1的進入口時於還原氣體中之烴含量可經由富含烴餾分之進料影響。
在第3圖中，該還原單元係一流體化床串接25，從最後的流體化床反應器26(參見還原氣體流動的方向)中移去爐頂氣；爐頂氣線提供參考符號8，如在第1圖中的爐頂氣線。在第3圖中，引進線5(其在第1圖中顯示出開放進入還原豎爐1中)顯示出開放進入第一流體化床反應器27，類似地參見還原氣體流動的方向。至於用來分離焦爐氣的裝置(取代如在第1圖中之變壓吸附裝置)，有一薄膜分離裝置28。經由來自富含烴餾分進料線3的支流，可將富含烴餾分進料至第一引進線5中，其提供影響在還原氣體中的烴含量之可能性。
第4圖與第2圖的差異和第3圖與第1圖的差異具有相同修改。此外，在第1圖中(與第2圖比較)不存在熱交換器22。
1‧‧‧還原豎爐
2‧‧‧PSA或VPSA設備
3‧‧‧富含烴餾分進料線
4‧‧‧使用工業純氧進行氧化的單元
5‧‧‧(第一)引進線
6‧‧‧氣體爐
7‧‧‧用以將輔助還原氣體進料至還原單元1的輔助還原氣體線
8‧‧‧爐頂氣排出線
9‧‧‧氣體清潔器
10‧‧‧CO2移除設備
11‧‧‧空氣進料線
12‧‧‧尾氣進料線
13‧‧‧爐頂氣進料線
14‧‧‧焦爐氣進料線
15‧‧‧焦爐氣供應線
16‧‧‧氫餾分進料線
17‧‧‧氫餾分排出線
18‧‧‧第二引進線
19‧‧‧焦油過濾器用具
20‧‧‧燃燒器
21‧‧‧重組器
22‧‧‧熱交換器
23a、23b‧‧‧進料線
24‧‧‧水進料線
25‧‧‧流體化床串接
26‧‧‧最後的流體化床反應器
27‧‧‧第一流體化床反應器
28‧‧‧薄膜分離裝置
29‧‧‧支流線
本發明將伴隨著參照於此之後的圖式及範例性圖形，伴隨著參照具體實例來描述。
第1圖顯示一種用以進行根據本發明之方法的裝置，於此焦爐氣被分離成富含氫餾分及富含烴餾分，後者在將其作為部分的還原氣體引進還原豎爐中之前接受一氧化反應。
第2圖顯示類似於第1圖的裝置及程序，其差異在該富含烴餾分係在將其作為部分的還原氣體引進還原豎爐中之前接受使用CO2及H2O的重組。
第3圖顯示根據本發明的裝置及程序，其與第1圖的主要差異在其存在有一流體化床串接作為還原單元，且取代變壓吸附裝置，所顯現用以分離焦爐氣的裝置係一薄膜分離裝置。
第4圖顯示根據本發明的裝置及程序，其與第1圖的主要差異在其存在有一流體化床串接作為還原單元，且取代變壓吸附裝置，該用以分離焦爐氣的裝置係一薄膜分離裝置。
1‧‧‧還原豎爐
2‧‧‧PSA或VPSA設備
3‧‧‧富含烴餾分進料線
4‧‧‧使用工業純氧進行氧化的單元
5‧‧‧(第一)引進線
6‧‧‧氣體爐
7‧‧‧用以將輔助還原氣體進料至還原單元1的輔助還原氣體線
8‧‧‧爐頂氣排出線
9‧‧‧氣體清潔器
10‧‧‧CO2移除設備
11‧‧‧空氣進料線
12‧‧‧尾氣進料線
13‧‧‧爐頂氣進料線
14‧‧‧焦爐氣進料線
15‧‧‧焦爐氣供應線
16‧‧‧氫餾分進料線
17‧‧‧氫餾分排出線
18‧‧‧第二引進線
19‧‧‧焦油過濾器用具
20‧‧‧燃燒器

Claims (19)

  1. 一種使用包含烴且亦包含氫的氣流還原金屬氧化物之方法，其特徵為：將該包含烴且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分；隨後，讓至少次數量的該富含烴餾分接受下列操作群之至少一種：-使用工業純氧氧化，-使用CO2及H2O重組；然後，將其至少作為還原氣體的組分引進至包含該金屬氧化物之還原單元中；其中該烴含量係藉由前述提及的操作群中之至少一種，以於進入該還原單元的進入口時在該還原氣體中的烴含量係少於12體積%，較佳為少於10體積%，特別佳為少於8體積%，的此方式調整。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為該包含烴且亦包含氫的氣流係焦爐氣。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為該包含烴且亦包含氫的氣流係在煤氣化器中所產生之氣體。
  4. 如申請專利範圍第1至3項之任何一項之方法，其特徵為藉由下列操作群之至少一種，將該包含烴且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分：-變壓吸附，-薄膜分離。
  5. 如申請專利範圍第1至4項之任何一項之方法，其特徵 為將至少一定比例的至少一種次數量之富含烴餾分與一輔助還原氣體混合，其中在將這二種組分所產生的混合物作為還原氣體引進該包含金屬氧化物的還原單元前，讓該富含烴餾分接受下列操作群之至少一種：-使用工業純氧氧化，-使用CO2及H2O重組。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其特徵為該二種組分係在該輔助還原氣體已經於氣體爐中加熱後混合。
  7. 如申請專利範圍第5至6項之任何一項的方法，其中從該還原單元移去該爐頂氣，其特徵為該輔助還原氣體係至少部分藉由混合經除塵且實質上去除CO2的爐頂氣，以及至少一種進一步氣體所獲得。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其特徵為該至少一種進一步氣體包括在分離該包含烴且亦包含氫的氣流(較佳為焦爐氣)時所獲得之富含氫餾分。
  9. 如申請專利範圍第7或8項之方法，其特徵為該氣體爐係以燃料氣體操作，其至少部分包含下列氣體群之至少一種：-從爐頂氣移除CO2時所形成的尾氣；-爐頂氣；-包含烴且亦包含氫的氣流，較佳為焦爐氣；-藉由分離該包含烴且亦包含氫的氣流(較佳為焦爐氣)所獲得之富含氫餾分；-藉由分離該包含烴且亦包含氫的氣流所獲得之富含 烴餾分。
  10. 如申請專利範圍第1至9項之任何一項的方法，其中該還原單元係一還原豎爐，其特徵為將第一次數量的富含烴餾分直接引進該還原豎爐中，及讓第二次數量的富含烴餾分在將其引進該還原豎爐前接受下列操作群之至少一種：-使用工業純氧氧化，-使用CO2及H2O重組；然後，讓其至少作為還原氣體的組分而引進包含該金屬氧化物的還原單元中；其中該烴含量係藉由該操作群之至少一種，以於進入該還原單元之進入口時在該還原氣體中的烴含量係少於12體積%，較佳為少於10體積%，特別佳為少於8體積%，的此方式設定。
  11. 如申請專利範圍第1至10項之任何一項的方法，其特徵為在使用CO2及H2O重組前，將該包含CO2及/或H2O之至少一種氣流加入至該富含烴餾分。
  12. 一種用以進行如申請專利範圍第1至11項之任何一項的方法之裝置，其具有一用來還原金屬氧化物的還原單元；其具有一用來將包含烴且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分及富含烴餾分之裝置；其具有一源自於彼之富含烴餾分進料線而開放進入一用以進行下列操作群的單元中：-使用工業純氧氧化， -使用CO2及H2O重組；及其具有一條以上用以將至少一種來自下列群組中的氣流引進該還原單元中之引進線：-富含烴餾分；-在使用工業純氧進行氧化的單元中所獲得之氣流；-在使用CO2及H2O進行重組的單元中所獲得之氣流。
  13. 如申請專利範圍第12項之裝置，其特徵為該用來將包含烴且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分，以及富含烴餾分之裝置係一用來將焦爐氣分離成富含氫餾分及富含烴餾分的裝置。
  14. 如申請專利範圍第12或13項之裝置，其特徵為該用來將包含烴且亦包含氫的氣流分離成富含氫餾分，以及烴餾分之裝置係一下列群組中之裝置：-變壓吸附裝置，-薄膜分離裝置(28)。
  15. 如申請專利範圍第12至14項之任何一項的裝置，其中該一條以上引進線開放進入該還原單元中，其特徵為該開放進入該還原單元中的至少一條引進線(5)之上游有一用來將輔助還原氣體進料至該還原單元的輔助還原氣體線(7)，其開放進入此引進線中。
  16. 如申請專利範圍第15項之裝置，其特徵為該開放進入該引進線(5)中的輔助還原氣體線(7)之上游有一氣體爐(6)，其係存在於該輔助還原氣體線(7)上。
  17. 如申請專利範圍第15至16項之任何一項的裝置，其特徵為存在有x條引進線(5)，其中x係大於2或等於2，至 多x-1條引進線(5)，真實上為該開放進入還原單元中的引進線(5)之至少一條的上游有一用來將輔助還原氣體進料至該還原單元的輔助還原氣體線(7)，其開放進入此引進線(5)中。
  18. 如申請專利範圍第12至17項之任何一項的裝置，其特徵為該還原單元係一還原豎爐(1)。
  19. 一種用以進行如申請專利範圍第12至17項之任何一項的方法之裝置，其特徵為該還原單元係一流體化床串接(25)。
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