【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)總體上涉及一種用于操作豎爐設(shè)備的方法以及這種豎爐設(shè)備。特別地，本專利技術(shù)涉及一種用于操作高爐設(shè)備或包括直接還原反應(yīng)器的設(shè)備的方法。
技術(shù)介紹
1、隨著《巴黎協(xié)定》和對(duì)減排行動(dòng)的必要性的近乎全球共識(shí)，每個(gè)工業(yè)部門都必須研究開發(fā)改善能源效率和減少co2排放的解決方案。
2、在此背景下，鐵冶金領(lǐng)域的參與者已經(jīng)開發(fā)出新方法以減少高爐煉鐵路線的環(huán)境足跡。事實(shí)上，盡管有替代方法，例如廢鋼熔化或在電弧爐內(nèi)直接還原，高爐(bf)如今仍然代表著最廣泛使用的鋼鐵生產(chǎn)工藝，并且多年來，人們一直在努力減少高爐co2排放，以為全球范圍內(nèi)普遍減少co2排放做出貢獻(xiàn)。
3、焦炭是高爐煉鐵中的主要能量輸入。從co2以及通常也從經(jīng)濟(jì)角度來看，這是不太有利的能源。
4、主要為了減少焦炭的使用量，制定了回收來自高爐的高爐爐頂煤氣，對(duì)其進(jìn)行處理以提高其還原勢(shì)，并將其回注到高爐以幫助還原過程的策略。為此一種方法是通過變壓吸附(psa)或真空變壓吸附(vpsa)降低高爐煤氣中的co2含量。psa/vpsa設(shè)施產(chǎn)生富含co和h2的第一氣體流以及富含co2和h2o的第二氣體流。第一氣體流可用作還原氣體并供給回到高爐中。盡管psa/vpsa設(shè)施允許將高爐煤氣中的co2含量從約40mol-％降低至約5mol-％，但它們的購置、維護(hù)和操作成本非常昂貴，而且還需要大量空間。
5、在減少co2排放的背景下，還做出了相當(dāng)大的努力來減少用于高爐本身操作的碳質(zhì)燃料的使用。如今，用主要在風(fēng)口水平注入的其他能源替代焦炭已得到廣泛應(yīng)用。由于
6、這些輔助燃料對(duì)來自高爐煉鋼的co2排放具有積極的影響，但是它們的利用由于工藝原因而受到限制，并且如今常常已經(jīng)達(dá)到這些限制。事實(shí)上，氫氣的參與越高，用于高爐操作的co2減少潛力通常就越高。然而，通過風(fēng)口注入冷h2和/或烴以及大量粉煤(pci)會(huì)導(dǎo)致raft(回旋區(qū)絕熱火焰溫度)顯著下降。為了提高raft，需要更高的富氧度，但受到爐頂煤氣溫度的限制。因此，通過風(fēng)口只能將相對(duì)少量的冷h2和/或烴注入高爐，這限制了該技術(shù)的co2減排潛力。
7、此外，在一些國家沒有足夠的綠色能源來滿足煉鋼廠的需求。此外，氫氣生產(chǎn)和/或進(jìn)口非常昂貴且困難，需要特定的基礎(chǔ)設(shè)施。因此，仍然需要替代方法來將富氫氣體供應(yīng)到豎爐，特別是高爐。
8、技術(shù)問題
9、因此，本專利技術(shù)的一個(gè)目的是提供一種用于操作豎爐設(shè)備的方法以及相應(yīng)的豎爐設(shè)備，其減少因操作豎爐而產(chǎn)生的co2排放并至少部分地克服了上述問題。
10、該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法和根據(jù)權(quán)利要求15所述的豎爐設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本專利技術(shù)在第一方面提出了一種用于操作包括豎爐和氨重整設(shè)備的豎爐設(shè)備的方法，所述方法包括以下步驟：
2、a.將氨流供給至氨重整設(shè)備；
3、b.在氨重整設(shè)備中裂化所述氨流以產(chǎn)生還原氣體；
4、c.將包含金屬氧化物的爐料供給至豎爐；
5、d.通過金屬氧化物爐料與還原氣體之間的反應(yīng)來還原豎爐內(nèi)的金屬氧化物。
6、根據(jù)本專利技術(shù)，還原氣體包含小于15mol-％的氨，優(yōu)選小于10mol-％的氨。盡管該方法可應(yīng)用于從相應(yīng)的包含金屬氧化物的爐料生產(chǎn)其他金屬，如鉛或銅，但豎爐優(yōu)選用于生產(chǎn)鐵(從包含鐵氧化物的爐料)，諸如，例如生鐵、礦渣、直接還原鐵(海綿鐵)、熱壓塊鐵(hbi)等。
7、本方法特別適合于其中豎爐是直接還原反應(yīng)器或高爐的優(yōu)選實(shí)施方式。然而，該方法可以被實(shí)施來操作包括任何類型豎爐的豎爐設(shè)備。
8、在本公開的上下文中，還原氣體是指能夠在被氧化的同時(shí)還原包含金屬/鐵氧化物的爐料從而產(chǎn)生金屬/鐵的氣體。在本文中，氨裂化也可以稱為氨重整，使得還原氣體也可以被描述為裂化氨并且未反應(yīng)的氨可以被稱為未裂化或未重整的氨。
9、在本公開的上下文中，包含鐵氧化物的爐料是指包含鐵氫氧化物、鐵氧化物-氫氧化物、鐵氧化物例如鐵(ii)或鐵(iii)的氧化物和/或鐵(ii)和鐵(iii)的混合氧化物的材料。包含鐵氧化物的爐料可以指可以經(jīng)濟(jì)地從其中提取金屬鐵的鐵礦石。這樣的鐵礦石通常富含磁鐵礦(fe3o4,72.4wt.-％fe)、赤鐵礦(fe2o3,69.9wt.-％fe)、針鐵礦(feo(oh),62.9wt.-％fe)、褐鐵礦(feo(oh)·n(h2o),55wt.-％fe)或菱鐵礦(feco3,48.2wt.-％fe)形式的鐵氧化物。包含鐵氧化物的爐料還可包括直接還原鐵(海綿鐵，dri)、熱壓塊鐵(hbi)、廢料或其混合物。
10、在本公開的上下文中，重整設(shè)備是氨重整設(shè)備(也稱為氨裂化設(shè)備)并且包括至少一個(gè)被配置為根據(jù)以下反應(yīng)重整(即裂化)氨的重整器：2nh3→n2+3h2。換句話說，重整設(shè)備是氨裂化的地方。
11、在實(shí)施方式中，將其他還原劑和/或滲碳劑和/或燃料以及還原氣體或其混合物供給至豎爐中。
12、在本公開的上下文中并且在豎爐是高爐的情況下，典型的還原劑和滲碳劑是在高爐頂部與含鐵材料一起裝料的焦炭以及在高爐風(fēng)口注入的材料，諸如粉煤、天然氣、焦?fàn)t煤氣、生物氣、合成氣、木炭、……
13、在本公開的上下文中并且在直接還原爐的情況下，典型的還原劑和滲碳劑是天然氣和合成氣(由含烴氣體諸如天然氣的重整產(chǎn)生的氣體，主要包含co、h2以及少量的ch4、n2、h2o,co2、……)。
14、在實(shí)施方式中，氨重整設(shè)備可包括多個(gè)重整器，這些重整器彼此串聯(lián)或并聯(lián)布置，或者氨重整設(shè)備可包括多個(gè)重整器，其布置成形成至少兩個(gè)系列的重整器，所述至少兩個(gè)系列相對(duì)于彼此并聯(lián)布置。在其中氨重整設(shè)備包括多于一個(gè)重整器的實(shí)施方式中，重整器可以彼此相同或不同。氨重整設(shè)備中的重整器的確切數(shù)量、類型和布置可以有利地根據(jù)所產(chǎn)生的還原氣體隨后向豎爐的供給來進(jìn)行調(diào)整，以便滿足所產(chǎn)生的還原氣體的要求(諸如，例如溫度、氨的殘留量)。
15、在另一方面，本專利技術(shù)還提出了一種豎爐設(shè)備，包括：
16、豎爐；和
17、氨重整設(shè)備，其具有氣體入口和氣體出口，所述氣體入口與氨源和/或熱交換器流體連接，并且所述氣體出口與所述豎爐流體連接。
18、有利地，豎爐設(shè)備被配置為通過實(shí)施根據(jù)第一方面且如下文更詳細(xì)地描述的方法來操作。
19、因此，本公開提出了一種集成方法和相應(yīng)的設(shè)備，其允許以減少的焦炭和/或其他碳源比率、更小co2的足跡以及對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化使用來操作豎爐。
20、本方法提出使用氨作為新的簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)的能量載體，將其理想地應(yīng)用于煉鋼工業(yè)且更特別地豎爐的要求，其目的是減少co2排放同時(shí)維持大部分現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施。
21、事實(shí)上，專利技術(shù)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于操作包括豎爐(12)和氨重整設(shè)備(14)的豎爐設(shè)備(10)的方法，所述方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟b)中的所述裂化是催化進(jìn)行的。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括收集來自所述豎爐(12、112)的爐頂煤氣流(32)并在所述氨重整設(shè)備(14)的燃燒器(40)中燃燒所述爐頂煤氣流的步驟。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括將其他還原劑和/或滲碳劑和/或燃料和所述還原氣體或其混合物供給至所述豎爐中的步驟。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述氨重整設(shè)備(14)的所述燃燒器(40)中使用鋼廠氣體、氨本身和/或生物燃料諸如生物氣、生物質(zhì)或其混合物。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中用于將所述氨加熱和/或蒸發(fā)至環(huán)境溫度的能量用于滿足所述鋼廠中的冷卻需求，諸如空調(diào)和/或冷卻水的冷卻。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述豎爐包括爐身，并且所述還原氣體(20)的供給直接通過所述豎爐(12)的爐身進(jìn)行。
8.根
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述豎爐(12)是高爐(112)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中除了所述還原氣體(20)之外，還將輔助燃料、還原劑和/或滲碳劑(30)供給至所述豎爐(12、112)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9和10所述的方法，其中所述輔助燃料(30)是在風(fēng)口水平供給至所述高爐的粉煤、天然氣、焦?fàn)t煤氣、生物氣、合成氣、氨、裂化氨、氫氣和/或其混合物。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中除了所述還原氣體(20)之外，還將合成氣流供給至所述豎爐(12)，并且其中還通過所述合成氣流與所述包含鐵氧化物的爐料(16)之間的反應(yīng)產(chǎn)生鐵產(chǎn)物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述合成氣流是通過重整工業(yè)氣體和燃料氣體產(chǎn)生的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中將熱壓塊鐵(HBI)(116)和/或廢料作為所述包含鐵氧化物的爐料(16)的一部分供給至所述高爐(112)中。
15.一種豎爐設(shè)備(10)，其被配置為實(shí)施根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，所述豎爐設(shè)備包括：
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的豎爐設(shè)備(10)；其中所述豎爐的頂部與所述氨重整設(shè)備(14)的燃燒器(40)流體連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的豎爐設(shè)備(10)；其中所述豎爐(12)是直接還原反應(yīng)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的豎爐設(shè)備(10)；其中所述豎爐(12)是高爐(112)。
...【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
1.一種用于操作包括豎爐(12)和氨重整設(shè)備(14)的豎爐設(shè)備(10)的方法，所述方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟b)中的所述裂化是催化進(jìn)行的。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括收集來自所述豎爐(12、112)的爐頂煤氣流(32)并在所述氨重整設(shè)備(14)的燃燒器(40)中燃燒所述爐頂煤氣流的步驟。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括將其他還原劑和/或滲碳劑和/或燃料和所述還原氣體或其混合物供給至所述豎爐中的步驟。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述氨重整設(shè)備(14)的所述燃燒器(40)中使用鋼廠氣體、氨本身和/或生物燃料諸如生物氣、生物質(zhì)或其混合物。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中用于將所述氨加熱和/或蒸發(fā)至環(huán)境溫度的能量用于滿足所述鋼廠中的冷卻需求，諸如空調(diào)和/或冷卻水的冷卻。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述豎爐包括爐身，并且所述還原氣體(20)的供給直接通過所述豎爐(12)的爐身進(jìn)行。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述豎爐(12)是直接還原反應(yīng)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述豎爐(12)是高爐(112)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：克勞斯·彼得·金策爾，吉勒·卡斯，約翰內(nèi)斯·閔采爾，米里亞姆·瓦勒留斯，費(fèi)爾南德·迪德隆，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：保爾伍斯股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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