TW201504446A - 使用天然氣將鐵氧化物還原成金屬鐵之系統與方法 - Google Patents

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Abstract

在各例示性具體實施例中，本發明提供可將純淨或原料天然氣、純淨或污質煤焦爐氣等，以最少的處理或淨化程序，轉化成適合用於直接還原的還原氣/合成氣之系統與方法。烴類等被轉化成H2與CO。S不影響轉化成還原氣/合成氣，而是被移除或在直接還原直爐中以鐵床淨化。爐頂氣可被連續再循環，或者可使用單流法。

Description

使用天然氣將鐵氧化物還原成金屬鐵之系統與方法
本專利申請案/專利為2013年7月31日所提出的正在審查之美國專利申請案第13/955,654號，發明名稱「使用煤焦爐氣及氧煉鋼爐氣將鐵氧化物還原成金屬鐵之系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING IRON OXIDE TO METALLIC IRON USING COKE OVEN GAS AND OXYGEN STEELMAKING FURNACE GAS)」之部分連續案，該案為2012年1月31日所提出的正在審查之美國專利申請案第13/363,044號，發明名稱為「使用煤焦爐氣及氧煉鋼爐氣將鐵氧化物還原成金屬鐵之系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING IRON OXIDE TO METALLIC IRON USING COKE OVEN GAS AND OXYGEN STEELMAKING FURNACE GAS)」之部分連續案，該案為2011年5月13日所提出的正在審查之美國專利申請案第13/107,013號，發明名稱為「使用煤焦爐氣及氧煉鋼爐氣將鐵氧化物還原成金屬鐵之系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING IRON OXIDE TO METALLIC IRON USING COKE OVEN GAS AND OXYGEN STEELMAKING FURNACE GAS)」之部分連續案，該案請求2010年5月14日所提出的美國臨時專利申請案第61/334,786號，發明名稱為「使用煤焦爐氣及氧煉鋼爐氣將鐵氧化物還原成金屬鐵之系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING IRON OXIDE TO METALLIC IRON USING COKE OVEN GAS AND OXYGEN STEELMAKING FURNACE GAS)”之優先權益，以上之全部內容均納入此處作為參考。
本發明大致關於一種使用純淨或原料(即幾乎全為井口(well head))天然氣(NG)、純淨或污質煤焦爐氣(COG)等，將鐵氧化物還原成金屬鐵之新穎系統與方法。更特定言之，本發明利用一種熱反應系統(TRS)以最少的處理或淨化程序重組NG等，而生成適合用於直接還原之合成氣體(合成氣(syngas))。
用以將鐵氧化物直接還原(DR)成金屬鐵之習知重組程序係利用已經處理或淨化而移除雜質(如烴類(氣體與液體)、過量二氧化碳(CO2)、硫(S)等)之NG。大部分重組器可處理一些乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、及微量C5+，但是主要被設計用於以(例如)爐頂氣來重組甲烷(CH4)。S作用為觸媒毒物且僅可容忍5至10ppm之低ppm量。
因此，所屬技術領域現仍需要以替代性組件取代該重組器之系統與方法，而可以最少的處理或淨化程序，將純淨或原料NG、純淨或污質COG等轉化成適 合用於DR的還原氣/合成氣。烴類等會被轉化成氫(H2)與一氧化碳(CO)。S不影響轉化成還原氣/合成氣，而是被移除或在DR直爐中以鐵床淨化。
在各例示性具體實施例中，本發明精確提供：以替代性組件取代重組器之系統與方法，其可以最少的處理或淨化程序，將純淨或原料NG、純淨或污質COG等轉化成適合用於DR的還原氣/合成氣。烴類等被轉化成H2與CO。S不影響轉化成合成氣，而是被移除或在直接還原直爐中以鐵床淨化。應注意，被大量S污染的直接還原鐵(DRI)可能不適合作為電弧爐(EAF)進料，但仍適合作為例如鼓風爐之金屬化進料。
在一個例示性具體實施例中，本發明提供一種將鐵氧化物還原成金屬鐵之方法，其包含：提供來自直接還原直爐之爐頂氣流；使用二氧化碳移除系統從該爐頂氣流移除二氧化碳；將該爐頂氣流在氣體加熱器中加熱而形成還原氣流，且對該直接還原直爐提供該還原氣流而將鐵氧化物還原成金屬鐵；及將天然氣流與煤焦爐氣流之一加入該還原氣流成為合成氣流。該天然氣流與煤焦爐氣流之一包含烴、氫、一氧化碳、二氧化碳、與硫之一種或以上。該方法亦包含在將天然氣流與煤焦爐氣流之一加入還原氣流成為合成氣流之前，將該天然氣流與煤焦爐氣流之一在預熱器中預熱。該方法進一步包含將已預熱的該天然氣流與煤焦爐氣流之一在熱反應系統中反應而形成合成氣流。該熱反應系統包含利用氧 與燃料之熱氧燃燒器及噴嘴。該氧係從空氣分離設備(air separation plant)接收。該燃料包含一部分之該爐頂氣流。該方法更進一步包含對該氣體加熱器提供一部分之該天然氣流與煤焦爐氣流之一作為燃料。該方法更進一步包含將預熱器以一部分之該爐頂氣流點燃。該方法更進一步包含對該直接還原直爐提供一部分之已預熱的該天然氣流與煤焦爐氣流之一，作為爐腹強化氣體與轉移區氣體之一種或以上。該方法更進一步包含將氧加入該爐腹氣體。該方法更進一步包含使用該爐頂氣流之顯熱在鍋爐中產生蒸汽，及在(吸收型)二氧化碳移除系統中利用該蒸汽。該方法更進一步包含對該氣體加熱器提供一部分之該爐頂氣流作為燃料。
在另一個例示性具體實施例中，本發明提供一種將鐵氧化物還原成金屬鐵之方法，其包含：提供來自直接還原直爐之爐頂氣流；使用二氧化碳移除系統從該爐頂氣流移除二氧化碳；使用飽和器從該爐頂氣流移除水分；將該爐頂氣流在氣體加熱器中加熱而形成還原氣流，且對該直接還原直爐提供該還原氣流而將鐵氧化物還原成金屬鐵；及將該天然氣流與煤焦爐氣流之一加入該爐頂氣流成為合成氣流。該天然氣流與煤焦爐氣流之一包含烴、氫、一氧化碳、二氧化碳、與硫之一種或以上。該方法亦包含將該天然氣流與煤焦爐氣流之一在熱交換器中預熱而形成合成氣流。該方法進一步包含將已預熱的該天然氣流與煤焦爐氣流之一在熱反應系統中反應而形成合成氣流。該熱反應系統包含利用氧與燃料 之熱氧燃燒器及噴嘴。該氧係從空氣分離設備接收。該燃料包含一部分之該爐頂氣流。該方法更進一步包含將已預熱及已反應的該天然氣流與煤焦爐氣流之一在鍋爐與熱交換器中冷卻而形成合成氣流。該方法更進一步包含對該氣體加熱器提供一部分之該天然氣流與煤焦爐氣流之一作為燃料。該熱交換器係藉該合成氣流及該天然氣流與煤焦爐氣流之一的交叉交換(cross-exchange)而操作。該方法更進一步包含對該直接還原直爐提供一部分之已預熱的該天然氣流與煤焦爐氣流之一，作為爐腹強化氣體與轉移區氣體之一種或以上。該方法更進一步包含使用該爐頂氣流之顯熱在第一鍋爐中產生蒸汽，及在(吸收型)二氧化碳移除系統中利用該蒸汽。該方法更進一步包含使用已預熱及已反應的該天然氣流與煤焦爐氣流之一在第二鍋爐中產生蒸汽，及在二氧化碳移除系統中利用該蒸汽。該方法更進一步包含對該氣體加熱器提供一部分之該爐頂氣流作為燃料。該方法更進一步包含將氧加入該還原氣流。
在一個進一步例示性具體實施例中，本發明提供一種將鐵氧化物還原成金屬鐵之方法，其包含：提供天然氣流與煤焦爐氣流之一；將該天然氣流與煤焦爐氣流之一在熱交換器中加熱；將已預熱的該天然氣流與煤焦爐氣流之一在熱反應系統中反應而形成還原氣流；及對直接還原直爐提供該還原氣流而將鐵氧化物還原成金屬鐵。該天然氣流與煤焦爐氣流之一包含烴、氫、一氧化碳、二氧化碳、與硫之一種或以上。該熱反應系統 包含利用氧與燃料之熱氧燃燒器及噴嘴。該氧係從空氣分離設備接收。該燃料包含一部分源自該直接還原直爐之爐頂氣流，其在熱交換器中冷卻且在洗淨器中淨化。該天然氣流與煤焦爐氣流之一在該熱交換器中透過與該爐頂氣流交叉交換而預熱。該方法亦包含對該直接還原直爐提供一部分之已預熱的該天然氣流與煤焦爐氣流之一，作為爐腹強化氣體與轉移區氣體之一種或以上。該方法進一步包含在發電系統與煉鋼設施之一種或以上之中利用已冷卻/已淨化的爐頂氣流之其餘部分。
105‧‧‧系統與方法
110‧‧‧直接還原(DR)直爐
120‧‧‧還原氣/合成氣入口
130‧‧‧爐頂氣
132‧‧‧鍋爐
134‧‧‧冷卻器/洗淨器
136‧‧‧再循環爐頂氣
138‧‧‧第一流
140‧‧‧二氧化碳(CO2)移除單元
142‧‧‧氣體加熱器
144‧‧‧還原氣流
146‧‧‧氧(O2)
148‧‧‧蒸汽
150‧‧‧氣體加熱器煙道
152‧‧‧第二流
154‧‧‧第三流
156‧‧‧預熱器
158‧‧‧純淨或原料天然氣(NG)、純淨或污質煤焦爐氣(COG)等
160‧‧‧二氧化碳(CO2)與氮氣(N2)
162‧‧‧氣體加熱器燃料
164‧‧‧爐腹(強化)氣體(BG)
166‧‧‧轉移區(TZ)氣體
168‧‧‧熱反應系統(TRS)
170‧‧‧合成氣流
171‧‧‧一部分合成氣流
172‧‧‧熱氧燃燒器(HOB)
174‧‧‧噴嘴
176‧‧‧燃料
178‧‧‧氧(O2)
180‧‧‧空氣分離設備
205‧‧‧系統與方法
210‧‧‧直接還原(DR)直爐
220‧‧‧還原氣/合成氣入口
230‧‧‧爐頂氣流
232‧‧‧鍋爐
234‧‧‧冷卻器/洗淨器
236‧‧‧再循環爐頂氣
238‧‧‧第一流
240‧‧‧二氧化碳(CO2)移除單元
241‧‧‧飽和器
242‧‧‧氣體加熱器
244‧‧‧還原氣流
246‧‧‧氧(O2)
248‧‧‧蒸汽
250‧‧‧氣體加熱器煙道
252‧‧‧再循環爐頂氣流
253‧‧‧第二流
256‧‧‧熱交換器
258‧‧‧純淨或原料天然氣(NG)、純淨或污質煤焦爐氣(COG)等
262‧‧‧氣體加熱器燃料
265‧‧‧爐腹氣體(BG)
268‧‧‧熱反應系統(TRS)
270‧‧‧合成氣
272‧‧‧熱氧燃燒器(HOB)
274‧‧‧噴嘴
275‧‧‧轉移區(TZ)氣體
276‧‧‧燃料
278‧‧‧氧(O2)
280‧‧‧空氣分離設備
284‧‧‧鍋爐
286‧‧‧蒸汽
305‧‧‧系統與方法
310‧‧‧直接還原(DR)直爐
320‧‧‧還原氣/合成氣入口
330‧‧‧爐頂氣
332‧‧‧天然氣(NG)或煤焦爐氣(COG)
334‧‧‧熱交換器
336‧‧‧爐頂氣流
338‧‧‧洗淨器
340‧‧‧燃料
342‧‧‧熱反應系統(TRS)
344‧‧‧發電/煉鋼爐
346‧‧‧爐腹氣體(BG)強化
348‧‧‧轉移區(TZ)氣體
350‧‧‧合成氣/還原氣流
352‧‧‧熱氧燃燒器(HOB)
354‧‧‧噴嘴
356‧‧‧氧(O2)
358‧‧‧空氣分離設備
本發明在此參考各圖式而描述及說明，其中同樣的參考號碼適當地用以表示同樣的系統組件/方法步驟，及其中：第1圖為描述本發明使用純淨或原料NG將鐵氧化物還原成金屬鐵之新穎系統與方法的一個例示性具體實施例之示意圖--尤其是將純淨或原料NG結合低碳(即至多約1-2%)DR設備等使用，如熱壓磚鐵(hot briquetted iron)(HBI)設備；第2圖為描述本發明使用純淨或原料NG將鐵氧化物還原成金屬鐵之新穎系統與方法的替代例示性具體實施例之另一示意圖--尤其是將純淨或原料NG結合高碳(即大於約2%)DR設備等使用；及第3圖為描述本發明使用純淨或原料NG將鐵氧化物還原成金屬鐵之新穎單流(即無再循環)系統與方法的一個例示性具體實施例之示意圖。
現在特別參考第1-3圖，本發明之系統與方法包括及利用所屬技術領域者已知的個別組件，因此在此不詳細描述或說明。然而，對這些個別組件進行不同的組合而形成創新的整體。該個別組件包括但不限於習知DR直爐、鍋爐、冷卻器/洗淨器、CO2移除系統、壓縮機、飽和器、氣體加熱器、熱交換器、氣體來源(及/或合適的氣體儲存容器)等。
通常DR直爐110、210、310具有在此將丸、塊、黏聚物等形式之鐵礦進料的上部。將已還原的丸、塊、黏聚物在DR直爐110、210、310的下部移除成為DRI。還原氣/合成氣入口120、220、320位於進料裝載與產物排放之間，且對DR直爐110、210、310供應熱還原氣/合成氣。此熱還原氣/合成氣含有CH4，其習知上在接近DR直爐110、210、310之氣體入口120、220、320處以熱還原氣/合成氣所含的CO2與水(H2O)重組，而製造額外的H2、CO、與碳(C)。熱直接還原鐵(HDRI)在重組反應中作為觸媒。在此重組反應之後，含有H2與CO之熱還原氣/合成氣將鐵氧化物還原成金屬鐵，且通過在DR直爐110頂部之排氣管離開DR直爐110、210、310而成為消耗還原氣(或爐頂氣)。然後此爐頂氣130、230、330可為了各種目的而被抽取及再循環。
如上所述，在各例示性具體實施例中，本發明提供以替代組件取代習知重組器之系統與方法，其可以最少的處理或淨化程序，將純淨或原料NG、純淨或污 質COG等轉化成適合用於DR的還原氣/合成氣。烴類等被轉化成H2與CO。S不影響轉化成還原氣/合成氣，而是被移除或在DR直爐中以鐵床淨化。爐頂氣可被連續再循環，或者可使用單流法。再度應注意，被大量S污染的DRI可能不適合作為EAF進料，但仍適合作為例如鼓風爐之金屬化進料。
現在特別參考第1圖，本發明之一例示性具體實施例提供系統與方法105，其在低碳(即至多約1-2%)DR設備(HBI設備)等使用純淨或原料NG、純淨或污質COG等將鐵氧化物還原成金屬鐵。此例示性具體實施例使用純淨或原料NG、純淨或污質COG等，對NG為至多約250立方米/噸之DRI，及COG為500-600立方米/噸之DRI。將再循環爐頂氣130從DR直爐110移除且進料至鍋爐132及冷卻器/洗淨器134而產生蒸汽、移除水、冷卻、及/或淨化，且生成在約30℃至約45℃之間的溫度飽和之再循環爐頂氣136。然後將此再循環爐頂氣136分成多種流。將第一流138進料至從第一流138移除約95%之CO2與S(成為H2S)的吸收型CO2移除單元140等、及將第一流138加熱至約900℃至約1100℃之間的溫度之氣體加熱器142，因而提供還原氣流144且其進料至DR直爐110中。在將還原氣流144進料至DR直爐110中之前，可如所需將氧氣(O2)146加入還原氣流144。CO2移除單元140視情況為薄膜型CO2移除單元、變壓吸收(PSA)單元、真空變壓吸收(VPSA)單元等。來自鍋爐132之蒸汽148可用於吸收型 CO2移除單元140或其他用途，包括發電。例如CO2與氮氣(N2)亦通過氣體加熱器煙道150而被移除。第二流152被作為氣體加熱器燃料。第三流154被用於點燃預熱器156。所供應的壓縮純淨或原料NG、純淨或污質COG等158通過預熱器156而處理且預熱至約300℃至約500℃之間的溫度。如果需要，則將CO2與N2 160通過預熱器156而排氣。在預熱前可使用一部分之NG或COG 158作為氣體加熱器燃料162。有利為在預熱後可對DR直爐110提供一部分之NG或COG 158作為爐腹(強化)氣體(BG)164，且可將一部分之NG或COG 158輸送至DR直爐110作為轉移區(TZ)氣體166。將其餘之NG或COG 158以TRS 168處理而形成合成氣流170，將其加入前述還原氣流144。一部分合成氣流171可被加入氣體預熱器142之入口而提供額外的水分，而防止氣體預熱器142中的C累積。較佳為合成氣流170係由至少約82%之H2與CO所組成。通常TRS 168包括熱氧燃燒器(HOB)172及噴嘴174。將源自再循環爐頂氣流136之燃料176在HOB 172中組合來自空氣分離設備180等之O2 178，且在高溫(即2,000-2,500℃)通過噴嘴174加速及接觸NG或COG 158而形成合成氣流170。在BG及TZ氣體中使用NG或COG 158可控制生成DRI之碳含量，及DR直爐110中的床溫度。
現在特別參考第2圖，本發明之另一例示性具體實施例提供系統與方法205，其在高碳(即大於約2%)DR設備等使用純淨或原料NG、純淨或污質COG 等將鐵氧化物還原成金屬鐵。將再循環爐頂氣流230從DR直爐210移除且進料至鍋爐232及冷卻器/洗淨器234而產生蒸汽、移除水、冷卻、及/或淨化，且生成在約30℃至約45℃之間的溫度飽和之再循環爐頂氣236。然後將此再循環爐頂氣236分成多種流。將第一流238進料至從此第一流238移除約95%之CO2與S(成為H2S)的吸收型CO2移除單元240等、從此第一流238移除H2O的飽和器241、及將第一流238加熱至約900℃至約1100℃之間的溫度之氣體加熱器242，因而提供還原氣流244且其進料至DR直爐210中。在將還原氣流244進料至DR直爐210中之前，可如所需將O2 246加入還原氣流244。CO2移除單元240視情況為薄膜型CO2移除單元、PSA單元、VPSA單元等。來自鍋爐232之蒸汽248可用於吸收型CO2移除單元240或其他用途，包括發電。例如CO2與N2亦通過氣體加熱器煙道250而被移除。第二流253被作為氣體加熱器燃料。所供應的壓縮純淨或原料NG、純淨或污質COG等258通過熱交換器256而處理且預熱至約300℃至約500℃之間的溫度。熱交換器256視情況與仍被加熱的合成氣270交叉交換而操作，如以下所詳述。在預熱前可使用一部分之NG或COG 258作為氣體加熱器燃料262。再度可對DR直爐210提供一部分之已預熱的NG或COG 258作為BG 265，且可將一部分之已預熱的NG或COG 258輸送至DR直爐210作為TZ氣體275。再度將其餘之NG或COG 258以TRS 268處理而形成已加熱的合成氣270。較佳為已加熱的合成 氣270係由至少約82%之H2與CO所組成，且係由TRS 268、包括TRS 268之再循環迴路、鍋爐284(其亦產生用於CO2移除單元240之蒸汽286)、及熱交換器256所產生，該熱交換器256將已預熱及已反應的NG或COG流冷卻而形成合成氣270。通常TRS 268包括HOB 272及噴嘴274。將源自再循環爐頂氣流252之燃料276在HOB 272中組合來自空氣分離設備280等之O2 278，且在高溫(即2,000-2,500℃)通過噴嘴274加速及接觸已預熱的NG或COG 258而形成合成氣流270。合成氣流270較佳為在CO2移除單元240與飽和器241之間組合還原氣流244。然而，在所有的例示性具體實施例中應注意，合成氣流270(第1圖之170)如果含有大量CO2及/或S，則可有利地被引入CO2移除單元240(第1圖之140)上游而移除過量CO2及/或H2S。再度可將O2 246在注射至DR直爐210中之前加入還原氣流244。在此具體實施例中，因涉及更高的碳含量而希望有較少的H2O以得到適當的還原氣對氧化氣比。因此，透過鍋爐284將離開TRS 268時大約1,200℃之溫度降至大約400-600℃，其被熱交換器256降至大約200℃之溫度。接著飽和器241取得大約12%-H2O之合成氣流270，且在組合再循環爐頂氣流238時將水分含量降至大約2-6%。再度在BG及TZ氣體中使用NG或COG 258可控制生成DRI之碳含量，及DR直爐210中的床溫度。
現在特別參考第3圖，本發明之一進一步例示性具體實施例提供系統與方法305，其基於單流法(即 無再循環)使用純淨或原料NG、純淨或污質COG等將鐵氧化物還原成金屬鐵。此替代性具體實施例可使用純淨或原料NG、純淨或污質COG等製造金屬鐵且發電，及用煉鋼設施及需要此種多功能之應用。所供應的壓縮NG或COG 332通過熱交換器334處理且加熱至約300℃至約500℃之間的溫度。將消耗的爐頂氣流336在熱交換器334與洗淨器338冷卻及/或淨化，且可將生成氣流作為TRS 342等及/或發電/煉鋼爐344之燃料340。再度可將一部分之已加熱的NG或COG 332輸送至DR直爐310作為BG強化346，且可將一部分之已加熱的NG或COG 332輸送至DR直爐310作為TZ氣體348。將其餘之已加熱的NG或COG 332以TRS 342處理而形成合成氣/還原氣流350。較佳為合成氣/還原氣流350之還原劑對氧化劑比為約5比6。通常TRS 342包括HOB 352及噴嘴354。將源自例如熱交換器334之燃料340在HOB 352中組合來自空氣分離設備358等之O2 356，且在高溫(即2,000-2,500℃)通過噴嘴354加速及接觸壓縮之已加熱的NG或COG 332而形成合成氣/還原氣流350。再度在BG及TZ氣體中使用NG或COG 332可控制生成DRI之碳含量，及DR直爐310中的床溫度。
如上所述，在各例示性具體實施例中，本發明提供以替代性組件取代習知重組器之系統與方法，其可以最少的處理或淨化程序，將純淨或原料NG、純淨或污質COG等轉化成適合用於DR的還原氣/合成氣。烴類等被轉化成H2與CO。S不影響轉化成還原氣/合成氣， 而是被移除或在直接還原直爐中以鐵床淨化。爐頂氣可被連續再循環，或者可使用單流法。再度應注意，被大量S污染的DRI可能不適合作為EAF進料，但仍適合作為例如鼓風爐之金屬化進料。
雖然本發明在此已參考其較佳具體實施例及指定實例而描述及說明，令所屬技術領域者顯而易知的，這些具體實施例及實例與其他具體實施例及實例之組合可表現類似的功能及/或達成同樣的結果。所有此種等效具體實施例及實例均在本發明之精神及範圍內，且意圖涵蓋於以下的申請專利範圍。
105‧‧‧系統與方法
110‧‧‧直接還原(DR)直爐
120‧‧‧還原氣/合成氣入口
130‧‧‧爐頂氣
132‧‧‧鍋爐
134‧‧‧冷卻器/洗淨器
136‧‧‧再循環爐頂氣
138‧‧‧第一流
140‧‧‧二氧化碳(CO2)移除單元
142‧‧‧氣體加熱器
144‧‧‧還原氣流
146‧‧‧氧(O2)
148‧‧‧蒸汽
150‧‧‧氣體加熱器煙道
152‧‧‧第二流
154‧‧‧第三流
156‧‧‧預熱器
158‧‧‧純淨或原料天然氣(NG)、純淨或污質煤焦爐氣(COG)等
160‧‧‧二氧化碳(CO2)與氮氣(N2)
162‧‧‧氣體加熱器燃料
164‧‧‧爐腹(強化)氣體(BG)
166‧‧‧轉移區(TZ)氣體
168‧‧‧熱反應系統(TRS)
170‧‧‧合成氣流
171‧‧‧一部分合成氣流
172‧‧‧熱氧燃燒器(HOB)
174‧‧‧噴嘴
176‧‧‧燃料
178‧‧‧氧(O2)
180‧‧‧空氣分離設備

Claims (36)

  1. 一種將鐵氧化物還原成金屬鐵之方法，其包含：提供來自直接還原直爐之爐頂氣流(top gas stream)；使用二氧化碳移除系統從爐頂氣流移除二氧化碳；將爐頂氣流在氣體加熱器中加熱而形成還原氣流，且對該直接還原直爐提供該還原氣流而將鐵氧化物還原成金屬鐵；及將天然氣流與煤焦爐氣流之一加入該還原氣流成為合成氣流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該天然氣流與煤焦爐氣流之一包含烴、氫、一氧化碳、二氧化碳、與硫之一種或以上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其進一步包含在將天然氣流與煤焦爐氣流之一加入還原氣流成為合成氣流之前，將該天然氣流與煤焦爐氣流之一在預熱器中預熱。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其進一步包含將已預熱的該天然氣流與煤焦爐氣流之一在熱反應系統中反應而形成合成氣流。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該熱反應系統包含利用氧與燃料之熱氧燃燒器及噴嘴。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該氧係從空氣分離設備(air separation plant)接收。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該燃料包含一部分爐頂氣流。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其進一步包含對該氣體加熱器提供一部分之該天然氣流與煤焦爐氣流之一作為燃料。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其進一步包含將預熱器以一部分爐頂氣流點燃。
  10. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其進一步包含對該直接還原直爐提供一部分之已預熱的該天然氣流與煤焦爐氣流之一，作為爐腹強化氣體與轉移區氣體之一種或以上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其進一步包含將氧加入該爐腹強化氣體。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其進一步包含使用該爐頂氣流之顯熱在鍋爐中產生蒸汽，及在二氧化碳移除系統中利用該蒸汽。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其進一步包含對該氣體加熱器提供一部分之該爐頂氣流作為燃料。
  14. 一種將鐵氧化物還原成金屬鐵之方法，其包含：提供來自直接還原直爐之爐頂氣流；使用二氧化碳移除系統從該爐頂氣流移除二氧化碳；使用飽和器從該爐頂氣流與合成氣流之一種或以上移除水分；將該爐頂氣流在氣體加熱器中加熱而形成還原 氣流，且對該直接還原直爐提供該還原氣流而將鐵氧化物還原成金屬鐵；及將天然氣流與煤焦爐氣流之一加入該爐頂氣流成為合成氣流。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該天然氣流與煤焦爐氣流之一包含烴、氫、一氧化碳、二氧化碳、與硫之一種或以上。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其進一步包含將該天然氣流與煤焦爐氣流之一在熱交換器中預熱而形成合成氣流。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其進一步包含將已預熱的該天然氣流與煤焦爐氣流之一在熱反應系統中反應而形成合成氣流。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該熱反應系統包含利用氧與燃料之熱氧燃燒器及噴嘴。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該氧係從空氣分離設備接收。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該燃料包含一部分之該爐頂氣流。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其進一步包含將已預熱及已反應的該天然氣流與煤焦爐氣流之一在鍋爐與熱交換器中冷卻而形成合成氣流。
  22. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其進一步包含對該氣體加熱器提供一部分之該天然氣流與煤焦爐氣流之一作為燃料。
  23. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該熱交換器係藉由與該合成氣流交叉交換(cross exchange)而操作。
  24. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其進一步包含對該直接還原直爐提供一部分之已預熱的該天然氣流與煤焦爐氣流之一，作為爐腹強化氣體與轉移區氣體之一種或以上。
  25. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其進一步包含使用該爐頂氣流之顯熱在第一鍋爐中產生蒸汽，及在二氧化碳移除系統中利用該蒸汽。
  26. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其進一步包含使用已預熱及已反應的該天然氣流與煤焦爐氣流之一在第二鍋爐中產生蒸汽，及在二氧化碳移除系統中利用該蒸汽。
  27. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其進一步包含對該氣體加熱器提供一部分之該爐頂氣流作為燃料。
  28. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其進一步包含將氧加入該還原氣流。
  29. 一種將鐵氧化物還原成金屬鐵之方法，其包含：提供天然氣流與煤焦爐氣流之一；將該天然氣流與煤焦爐氣流之一在熱交換器中預熱；將已預熱的該天然氣流與煤焦爐氣流之一在熱反應系統中反應而形成還原氣流；及對直接還原直爐提供該還原氣流而將鐵氧化物 還原成金屬鐵。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之方法，其中該天然氣流與煤焦爐氣流之一包含烴、氫、一氧化碳、二氧化碳、與硫之一種或以上。
  31. 如申請專利範圍第29項所述之方法，其中該熱反應系統包含利用氧與燃料之熱氧燃燒器及噴嘴。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該氧係從空氣分離設備接收。
  33. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該燃料包含一部分源自該直接還原直爐之爐頂氣流，其在熱交換器中冷卻且在洗淨器中淨化。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之方法，其中該天然氣流與煤焦爐氣流之一在熱交換器中透過與該爐頂氣流交叉交換而預熱。
  35. 如申請專利範圍第29項所述之方法，其進一步包含對該直接還原直爐提供一部分之已預熱的該天然氣流與煤焦爐氣流之一，作為爐腹強化氣體與轉移區氣體之一種或以上。
  36. 如申請專利範圍第33項所述之方法，其進一步包含在發電系統與煉鋼設施之一種或以上之中利用已冷卻/已淨化的該爐頂氣流之其餘部分。
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