[發明專利]利用焦爐氣制備直接還原鐵(DRI)的方法和設備

有效

• 申請號: 201280070307.8
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN104245963B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: A.馬蒂尼斯;J.貝切拉-諾沃亞;M.康多斯塔;E.真德哈斯-馬丁內斯
• 申請（專利權）人: 伊爾技術有限公司;達涅利機械設備股份公司
• 主分類號: C21B13/00
• 分類號: C21B13/00;C21B13/02;C10K1/00;C01B3/36;C10B43/10;C10G9/16;F27D25/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周李軍;萬雪松

發明領域

本發明涉及利用具有相似組成的焦爐氣或合成氣在實際和有效的操作中制備直接還原鐵(DRI)的方法和設備。

在鋼鐵工業中基于天然氣的DRI制備的重要性已經提高。然而，在世界的一些地區，天然氣不能廣泛得到和/或價格高，需要設計DRI設備，這些DRI設備可有效和可靠地利用煤熱解產生的焦爐氣，或者還有從固體或液體燃料部分燃燒得到的合成氣，即使這些可能仍包含高濃度重碳化合物。

發明背景

生產煉鋼用的金屬鐵在很大程度上基于鼓風爐，其通過化學還原鐵礦并熔化金屬鐵而產生液體鐵。利用注入所述鼓風爐的空氣，通過燃燒裝到鼓風爐的焦炭提供還原劑和維持還原反應的能量及熔化鐵所需的能量。

冶金焦炭通過煤在焦化爐中熱解產生。將煤加熱以去除大部分揮發性成分并且保持大部分碳結構。從而為焦炭提供使其適合提供能量和鼓風爐中的負擔支撐的物理和化學性質。煤的揮發性物質包含從焦爐蒸餾并組成被稱為焦爐氣(COG)的一些化合物。

焦爐中產生的COG的體積和組成取決于所用煤的特性。來自焦爐組的粗焦爐氣具有以下典型組成：水約47%；氫29%至55%；甲烷13%至25%；氮5%至10%；一氧化碳3%至6%；二氧化碳2%至3%；烴(乙烷、丙烷等)2%至1%；和各種污染物，例如焦油蒸氣和輕油蒸氣(芳族物質)，主要由苯、甲苯和二甲苯組成(這三種總稱為BTX)；萘；氨；硫化氫；氰化氫和其它雜質。

粗COG必須在多種化學過程中經冷卻、清潔和處理，用于分離有價值的化合物，例如氨和其它石化產品，并用于去除硫、膠和其它物質，以便能夠在焦爐組中和煉鋼廠其它地方用作燃料氣體。在COG處理設備中，使COG冷卻，以冷凝出水蒸氣和污染物，并去除焦油氣溶膠，以防止氣體管線/設備污染。也去除氨，以防止氣體管線腐蝕，并去除萘，以防止由冷凝污染氣體管線。分離輕油用于回收和銷售苯、甲苯和二甲苯，并且必須去除硫化氫，以滿足地方排放法規。在此處理后，COG一般具有以下組成：約61%氫；約8%一氧化碳；約4%二氧化碳；約22%甲烷；約1%氮；約2%水；約2%重于甲烷的烴，包括乙烯和乙炔；約5%BTX；和小于約1%硫化氫、焦油和萘。

由于焦爐氣具有高熱值，因此，它在鋼鐵廠主要用于加熱用途，但氫和一氧化碳的化學價值可有利地用于使鐵礦還原成金屬鐵，用于增加煉鋼設備的鐵/鋼產量。

直接還原方法可在鋼鐵工業中用作鼓風爐的替代，或者通過用含硫焦爐氣補給鼓風爐作為增加金屬鐵產量的方式。制備DRI的反應器的最常見類型為軸型移動床爐，爐具有兩個主要區段：還原區域，其中還原氣體在高溫循環，通過此區域，所述還原氣體在還原回路中再循環；和位于還原區域下的冷卻區域，其中使DRI冷卻到環境溫度，隨后通過在冷卻回路中循環也包含氫和一氧化碳的冷卻氣體從所述反應器排出。

將形式為粒料、塊或其混合物的含鐵顆粒裝到軸型還原反應器的上部，并通過使所述顆粒與包含氫和一氧化碳的還原氣體在高于850℃的溫度接觸還原成金屬鐵。

為了制備具有高度金屬化(DRI中金屬鐵與總鐵含量之比)的直接還原鐵(DRI)，通過基于氫(H₂)和一氧化碳(CO)的化學反應從鐵礦去除氧。

過程中涉及的總體還原反應為熟知，表示如下：

Fe₂O₃?+?3H₂?→?2Fe?+?3H₂O?(1)

Fe₂O₃?+?3CO?→?2Fe?+?3CO₂?(2)

氫和一氧化碳根據反應(1)和(2)轉變成水和二氧化碳，從在還原回路中循環的氣體流分離，并由還原氣體的補充進料代替。還原氣體補充一般來自天然氣重整器，但根據本發明，此補充氣體為COG。冷卻/排放區域中存在的DRI有助于去除重烴、BTX、焦油和COG中存在的其它不期望的化合物，由此這些物質不存在于還原回路，并避免氣體加熱器和其它設備中的污染問題。

有幾個提議在直接還原方法中利用COG，例如，美國專利4,253,867號公開用COG還原鐵礦的方法，其中將COG和蒸汽的混合物進料到位于還原反應器的還原區域和冷卻區域之間的中間區域。利用鐵的催化作用和所述重整區域中固體DRI的高溫，使焦爐氣在重整區域重整成氫和一氧化碳。此專利未教導也未建議在進料到還原反應器之前加熱焦爐氣時解決碳沉積問題的任何解決方法。