[發明專利]用于生產鋼的設備組合和用于運行設備組合的方法

在審

• 申請號: 201980038150.2
• 申請日: 2019-06-03
• 公開（公告）號: CN112313347A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 斯特凡·格爾曼;尼爾斯·滕洪貝格
• 申請（專利權）人: 蒂森克虜伯股份公司;蒂森克虜伯工業解決方案股份公司
• 主分類號: C21B5/06
• 分類號: C21B5/06;C21B7/00;C21C5/38
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;孫雅雯

本發明涉及用于生產鋼的設備組合，其包括用于生產生鐵的高爐(1)、用于生產粗鋼的轉爐煉鋼設備(2)、用于在生鐵生產和/或粗鋼生產期間產生的氣體的氣體管道系統(3)以及連接至氣體管道系統的化工設備(4)和/或生物技術設備(5)，其中設備組合還包括連接至氣體管道系統的生物氣設備(6)。

本發明涉及用于生產鋼的設備組合(plant complex)和用于運行所述設備組合的方法。

背景技術

用于生產鋼的設備組合包括用于生產生鐵的高爐；用于生產粗鋼的轉爐煉鋼設備；用于在生鐵生產和/或粗鋼生產中產生的氣體的氣體管道系統；以及連接至氣體管道系統的化工設備和/或生物技術設備。

在化工設備中，可以由進給的氣流生產化學產品，所述進給的氣流在每種情況下均包含最終產品的組分。在生物技術設備中，可以由進給的氣流生產生物化學產品，所述進給的氣流在每種情況下均包含最終產品的組分。

生鐵在高爐中由鐵礦石、添加劑(例如焦炭)和其他還原劑(例如煤、油、煤氣、生物質、回收的廢塑料或包含碳和/或氫的其他物質)獲得。CO、CO₂以及特別是氫氣和水蒸氣作為還原反應的產物不可避免地產生。除了上述成分外，高爐爐頂煤氣(其也稱為爐頂煤氣和/或高爐煤氣，并且其是從高爐過程排出的)常常具有高的氮含量，并且還可以包含雜質。氣體的量和高爐爐頂煤氣的組成取決于原料和運行模式，并且經歷波動。然而，通常，高爐爐頂煤氣包含35體積％至60體積％的N₂、20體積％至30體積％的CO、20體積％至30體積％的CO₂和2體積％至15體積％的H₂。在生鐵生產中產生的高爐爐頂煤氣的約30％至40％通常用于在空氣加熱器中對用于高爐過程的熱空氣進行加熱；剩余量的爐頂煤氣還可以外部用于設備的其他區域中以用于加熱目的或用于發電。

在布置在高爐過程下游的轉爐煉鋼設備中，生鐵被轉化成粗鋼。通過將氧氣吹送到液體生鐵上來除去麻煩的雜質例如碳、硅、硫和磷。由于氧化過程引起強烈的熱量產生，因此作為冷卻劑的廢料常常以按照生鐵高至25％的量添加。此外，為了形成爐渣，添加石灰，并且還添加合金添加劑。具有高CO含量并且還包含氮氣、氫氣和CO2的轉爐煤氣從煉鋼轉爐中排出。典型的轉爐煤氣組合物具有50體積％至70體積％的CO、10體積％至20體積％的N₂、約15體積％的CO₂和約2體積％的H₂。轉爐煤氣被燒掉，或者在現代煉鋼設備的情況下被捕獲并傳遞以用于提供能量。

設備組合可以任選地與焦化設備組合運行。在這種情況下，一開始描述的設備組合還包括焦爐設備，在焦爐設備中，通過焦化過程將煤轉化成焦炭。在將煤焦化成焦炭時，產生包含高氫氣含量和大量CH₄的焦爐煤氣。通常，焦爐煤氣包含55體積％至70體積％的H₂、20體積％至30體積％的CH₄、5體積％至10體積％的N₂和5體積％至10體積％的CO。此外，焦爐煤氣具有CO₂、NH₃和H₂S的部分。實際上，焦爐煤氣用于例如設備的各個區域中以用于加熱目的以及用于發電過程中以用于電。此外，已知將焦爐煤氣與高爐爐頂煤氣或與轉爐煤氣一起使用以生產合成氣。根據從WO 2010/136313 A1已知的方法，將焦爐煤氣分離成富氫氣流以及包含CH₄和CO的殘余氣流，將殘余氣流供給至高爐過程，并將富氫氣流與高爐爐頂煤氣混合并進一步加工成合成氣。從EP 0 200 880 A2中已知，將轉爐煤氣和焦爐煤氣混合并用作用于甲醇合成的合成氣。

在與焦化設備組合運行的集成冶金設備中，作為高爐爐頂煤氣、轉爐煤氣和焦爐煤氣產生的原料氣體的約40％至50％用于化學工程過程。產生的氣體的約50％至60％被供給至發電設備，并用于發電。發電設備中產生的電覆蓋生鐵和粗鋼生產的電需求。理想地，能量平衡是封閉的，使得除了鐵礦石和作為能量來源的以煤和焦炭形式的碳之外，不需要另外的能量輸入，并且除了粗鋼和爐渣之外，沒有產物離開設備組合。