在高壓還原機組中還原含氧化鐵的添加材料的方法和設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于還原含氧化鐵的添加材料的方法，其中，將一還原氣體導入到一高壓還原機組（1）中。在所述高壓還原機組（1）中通過還原含氧化鐵的添加材料消耗所述還原氣體并且作為爐頂煤氣從所述高壓還原機組（1）中被抽出。將所述爐頂煤氣的至少一個分量作為回收氣體（15）混入到一原料氣中，其中，所述還原氣體通過如下方式產生，即從通過向所述原料氣中混入所述回收氣體（15）所獲得的氣體混合物中在一個或多個壓縮步驟之后分離出CO2，并且將所述回收氣體（15）在至少兩個相互分開的回收氣體分流中利用不同的回收氣體分流壓力以與所述高壓還原機組（1）不同的間距向所述原料氣或者說所述氣體混合物混入。
【專利說明】在高壓還原機組中還原含氧化鐵的添加材料的方法和設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于還原含氧化鐵的添加材料的方法，以及一種用于執行該方法 的設備。
[0002] 具體地說，在根據本發明的方法中，含氧化鐵的添加材料、例如鐵礦、含鐵礦的材 料、部分地還原的含氧化鐵的材料在一高壓還原機組中通過將一還原氣體導入到該高壓還 原機組中而被還原。在還原時消耗的還原氣體從所述高壓還原機組中作為爐頂煤氣被抽 出。所述還原氣體通過如下方式產生，向一原料氣混入作為回收氣體被抽出的爐頂煤氣的 至少一個分量，并且從通過向所述原料氣混入所述回收氣體所獲得的氣體混合物中在一個 或多個壓縮步驟中分離出C0 2，其中，所述原料氣例如作為輸出氣體從一用于生鐵生產的設 備中輸出。
[0003] 此外，本發明涉及一種用于執行上面描述的方法的設備。該設備包括一高壓還原 機組，其具有一還原氣體管道和一爐頂煤氣管道；一用于將原料氣或者說用于將一由原料 氣和回收氣體組成的氣體混合物輸入到一用于分離C0 2的裝置中的原料氣管道，其具有布 置在所述原料氣管道中的壓縮裝置，其中，向所述原料氣經由一通入到所述原料氣管道中 的回收氣體分流管道可輸入所述回收氣體。在此情況下，高壓還原機組理解為一種還原 機組，其設計用于一大于2bar (200kPa)，優選大于3bar (300kPa)，進一步優選大于4bar (400kPa)的運行壓力。該運行壓力相應于導入到所述還原機組中的還原氣體的壓力。
[0004] 本發明的另一個主題是用于執行所述方法的設備在一具有一用于生產生鐵和/ 或鋼半成品的設備、尤其一 FINEX?設備或一 C0REX?設備的設備系統中的應用。

【背景技術】
[0005] 注意：文章中所有的壓力說明分別涉及高于大氣壓力的壓力。
[0006] 在一還原機組中還原含氧化鐵的添加材料時，還原氣體特別經常地通過如下方式 產生，即大多情況下具有比較小的還原潛力的原料氣在導入到所述還原機組中之前，至少 部分地分離出包含在所述原料氣中的co 2。該分離借助于已知的用于分離co2的裝置，例如 PSA設備(變壓吸附）進行。PSA設備針對一有效的工作方式需要在其中待處理的原料氣的 一確定的最小壓力水平。為了確保此事，將所述原料氣在導入到所述PSA設備中之前，在添 加大的能量的情況下帶到一確定的最小壓力水平上。通過C0 2分離所形成的還原氣體不僅 具有比較高的還原潛力而且具有比較高的壓力水平。在此情況下，該壓力水平對于將其直 接向一還原機組輸入而言常常過高，這大多情況下歸因于所述還原機組的結構特性。因此， 在所述還原氣體中以壓能為形式所獲得的機械能在輸入到所述還原機組中之前，例如經由 閥被拆除。在所述還原機組中還原時消耗的還原氣體從該還原機組中作為爐頂煤氣被抽出 并且具有相比于所輸入的還原氣體雖然更低的、但至少還仍然存在的還原潛力。被抽出的 爐頂煤氣的一個分量作為回收氣體被回引到所述原料氣中并且與其混合，之后在此情況下 形成的氣體混合物將包含在其中的C0 2，例如在PSA設備中再次分離。
[0007] 利用還原潛力在此表示氣體的如下能力，即還原含氧化物的材料，而該氣體在此 情況下被氧化。被抽出的爐頂煤氣的分量因此被稱作回收氣體，因為其向所述原料氣混入， 且因此至少第二次地-在分離co2之后-再次向所述還原機組導入。
[0008] 作為用于產生所述還原氣體的基礎的原料氣常常來源于一用于生產生鐵的設備， 例如來源于高爐或還原爐身或來源于C0REX?設備或FINEX?設備。從這種設備中抽出的或 者說從這種設備中輸出的氣體被稱作輸出氣體。如果該輸出氣體在一另外的設備中，例如 在根據本發明的設備中，用作針對產生所述還原氣體的基礎，則將所述輸出氣體稱作原料 氣。這意味著，在一另外的設備中應用所述輸出氣體時，僅輸出氣體的命名從輸出氣體變成 原料氣，但該輸出氣體的特性保持不變。
[0009] 當這樣一種原料氣是一來自一個或多個熔融還原設備或流化床還原機組中，例如 基于FINEX?方法或C0REX?方法，或來自高爐的輸出氣體時，并且在一另外的設備中，例如 在根據本發明的設備中，在處理成還原氣體之后再次向一還原機組輸入，所有包括所述設 備（Anlage)和設備（Vorrichtung)的系統被稱作系統設備。
[0010] 所述原料氣在這樣一種處理之前被冷卻和/或清潔，用以使為了處理成還原氣體 所需的設備不會損壞或者說不會超載。在每個冷卻過程或者說在每個清潔過程中，從所述 原料氣中提取以壓能為形式的機械能，由此所述原料氣在處理成還原氣體之前一般來說具 有一比較低的壓力，例如在〇.5bar至1.5bar (50kPa至150kPa)之間的壓力。
[0011] 將所述原料氣處理成還原氣體的第一種可能性在于，向所述原料氣在其壓縮之后 混入經壓縮的還原氣體，并且將在此情況下獲得的氣體混合物輸入給co2分離。
[0012] 例如在DE 32 44 652 A1中展示了一種方法，其中，從所述高壓還原機組中被抽出 的爐頂煤氣被導入一 co2清洗機，其中，為了控制壓力和流量使用一壓縮機和一閥系統。向 在co2清洗機中獲得的回收氣體混入原料氣，之后將其回引到所述高壓還原機組中。
[0013] FR 2 848 123描述了一種方法，其中，一高爐煤氣借助于第二分別相互分開的經 壓縮的部分氣體流再次回引到高爐中，其中，一部分氣體流在其返回之前經歷一 C02清洗 機。
[0014] 第二種可能性在于，所述原料氣和所述回收氣體在它們引導到一起之后共同地壓 縮，之后才將在此情況下獲得的氣體混合物輸入給C0 2分離。
[0015] 在所述C02分離之后獲得的還原氣體出于上面所述的原因常常具有一過高的壓力 且因此在導入到所述還原機組中之前，被帶到一適合于所述還原機組的較低的壓力上。由 于從所述還原機組中被抽出的爐頂煤氣因此同樣具有一比較低的壓力，至少總是具有比導 入到所述還原機組中的還原氣體更低的壓力，至少所述爐頂煤氣的如下的分量必須一再地 從一特別低的壓力水平被帶到一為了執行co 2分離所需的高的壓力水平上。
[0016] 兩種可能性在所述C02分離和所述還原機組之間"消除"壓能，該壓能之后必須再 次輸入。
[0017] 此外，兩種可能性分別僅提供了一種向所述原料氣混入所述回收氣體的可能性， 其中，兩個可能性的特征在于，在導入到所述還原機組中之前，從所述還原氣體中提取以壓 能為形式的機械能，并且隨后向輸入到所述設備中的原料氣、所述回收氣體或者說由原料 氣和回收氣體組成的氣體混合物輸入以壓能為形式的機械能，利用一總體上不利的能量平 衡。
[0018] 為了執行C02分離所需的壓力水平典型地位于3bar至8bar (300kPa至800kPa) 之間的范圍中。從現有技術中已知了用于將C02從一氣體中分離的VPSA設備(真空變壓吸 附)。在應用這種設備時，相比于PSA設備能夠以更低的壓力水平工作，由此應用了更少的 能量用于壓縮所述原料氣或者說所述回收氣體或者由這些氣體組成的氣體混合物。而該優 點又通過VPSA設備的缺點被大大地抵消，因為VPSA設備相比于PSA設備在置辦中明顯更 昂貴且容易出現運行故障。VPSA設備的應用不改變向所述原料氣混入所述回收氣體的分別 僅一個可能性。
[0019] 含氧化鐵的添加材料的還原常常在一較低的壓力下，例如利用1. 5bar (150kPa) 的壓力來執行。由于所述還原氣體的很小的壓力，每個時間單元通過所述還原機組流動的 還原氣體質量，即所述還原氣體率也很小。
[0020] 所述還原氣體率越小，則在所述還原機組中還原的添加材料的生產率、即每個時 間單元所還原的添加材料的產量也越小。因此，為了提高生產率，將所述還原機組在其對于 含氧化鐵的添加材料的容量方面增大。
[0021] 在用于生產生鐵的設備中會出現與正常的運行狀態的偏差，這會導致輸出氣體量 或者說原料氣量的偏差。所述原料氣量可以例如圍繞一平均值波動。如果所述原料氣量升 到一確定的水平之上，則會出現的是，出于容積限定的原因，所述原料氣的一部分不再向成 為還原氣體的處理輸入，且因此該部分必須經由一專門的旁通管道經過所述還原機組。


【發明內容】

[0022] 技術任務 因此本發明的任務在于，找出一種用于還原含氧化鐵的添加材料的具有改善的能量平 衡的方法，其中，同時提高了被還原的添加材料的生產率，減小了設備部件的尺寸并且能夠 更好地對所述方法的運行狀態的波動作出反應， 本發明的另一個任務在于，找出一種用于執行該方法的設備。
[0023] 技術方案 該任務通過一種用于還原含氧化鐵的添加材料的方法解決，其中，將一還原氣體導入 到一高壓還原機組中，通過還原含氧化鐵的添加材料所消耗的還原氣體作為爐頂煤氣從所 述高壓還原機組中被抽出，并且將所述爐頂煤氣的至少一個分量作為回收氣體混入一原料 氣中，其中，所述還原氣體通過如下方式產生，即從通過向所述原料氣中混入所述回收氣體 所獲得的氣體混合物在一個或多個壓縮步驟中分離出co 2，其中，將所述回收氣體在至少兩 個相互分開的回收氣體分流中利用不同的回收氣體分流壓力以與所述高壓還原機組不同 的間距向所述原料氣或者說所述氣體混合物混入，并且在混入各一個回收氣體分流之后， 將在此情況下獲得的氣體混合物進行壓縮，之后才向該氣體混合物中混入一其它的回收氣 體分流，并且如此調節被混入的回收氣體分流的大小，使得回收氣體分流壓力最高的回收 氣體分流大于各其它的回收氣體分流。
[0024] 所述高壓還原機組可以例如實施成利用流化床方法或固定床方法的還原機組，或 實施成高爐或實施成還原爐身，其中，所述高壓還原機組的工作壓力相應于所述還原氣體 的壓力并且大于2bar (200kPa)、優選大于3bar (300kPa)，進一步優選大于4bar (400kPa)。 所述還原氣體具有一較高的還原潛力。利用還原潛力在此表示一氣體的如下能力，即還原 含氧化物的材料，而所述氣體在此被氧化。這在該情況下意味著，其包含一較高含量的C0 氣體和/或H2氣體。導入到所述高壓還原機組中的還原氣體在此情況下與處于該還原氣體 中的含氧化鐵的添加材料、尤其鐵礦，有時是還原的含鐵礦的添加材料，直接接觸并且在此 情況下被消耗。被消耗的還原氣體包含一比所導入的還原氣體更小含量的C0氣體和/或 H2氣體，尤其co2氣體的含量高于在導入的還原氣體中的含量。
[0025] 所述回收氣體分流壓力是回收氣體分流的如下壓力，在該壓力的情況下，相應的 回收氣體分流向所述原料氣或者說由所述原料氣和所述回收氣體組成的氣體混合物混入。 相應的回收氣體分流經由回收氣體分流管道向所述原料氣或者說由所述原料氣和所述回 收氣體組成的氣體混合物混入。如果在所述回收氣體分流管道中存在用于影響相應的回收 氣體分流和/或所述回收氣體分流壓力的大小的裝置，則相應的回收氣體分流壓力表示如 下的回收氣體分流壓力，其在穿流相應的用于影響相應的回收氣體分流和/或回收氣體分 流壓力的大小的裝置之后在所述回收氣體分流管道中被設定出。
[0026] 當相應的回收氣體分流壓力大于所述原料氣或者說所述氣體混合物在相應的混 入的部位處的壓力時，可以將一回收氣體分流向所述原料氣或者說由所述原料氣和所述回 收氣體組成的氣體混合物混入。一混入的每個部位相應于與所述高壓還原機組的一另外的 間距。所述回收氣體分流以如下方式被混入，即在向所述原料氣混入一第一回收氣體分流 之后，將在此情況下獲得的氣體混合物進行壓縮，之后才向該氣體混合物混入一第二回收 氣體分流。所述第一回收氣體分流在一第一壓縮步驟之前向所述原料氣混入。并且如此調 節所述第一和所述第二回收氣體分流的大小，使得回收氣體分流壓力最高的回收氣體分流 大于各其它的回收氣體分流。
[0027] 所述回收氣體分流的大小的調節例如通過在相應的回收氣體分流管道中的簡單 的調節閥來進行。如果被抽出的爐頂煤氣的壓力，或者說所述回收氣體的壓力位于所述原 料氣的壓力之上，則向所述原料氣混入所述第一回收氣體分流。借助于在所述第一回收氣 體分流管道中安裝的調節閥，如此程度地減小所述第一回收氣體分流壓力，例如通過膨脹， 使得所述第一回收氣體分流壓力在所述調節閥之后剛好，例如幾個毫巴，位于所述原料氣 的壓力之上，由此存在向所述原料氣混入的可能性。如果被抽出的爐頂煤氣的壓力，或者說 如果所述回收氣體的壓力位于在向所述原料氣混入所述第一回收氣體分流之后所獲得的 氣體混合物的壓力之上，則也可以向所述氣體混合物混入所述第二回收氣體分流。在此同 樣借助于在所述第二回收氣體分流管道中安裝的調節閥如此程度地減小所述第二回收氣 體分流壓力，使得所述第二回收氣體分流壓力在所述調節閥之后剛好位于所述氣體混合物 的壓力之上。
[0028] 由此，在沒有之前的壓縮的情況下向所述原料氣或者由所述原料氣和所述回收氣 體組成的氣體混合物中既可以混入所述第一而且可以混入所述第二回收氣體分流。在相應 的混入所述回收氣體分流之前所需的相應的回收氣體分流壓力的減小帶來了以壓能損失 為形式的能量損失。該能量損失必須隨后通過在相應的壓縮步驟中引入壓縮能來再次平 衡。相應于所述第一和/或所述第二回收氣體分流的上面描述的混入方式，可以向各通過 混入所獲得的氣體混合物中在每個壓縮步驟之后混入其它的回收氣體分流。
[0029] 根據本發明，所述回收氣體分流以如下方式被混入，使得回收氣體分流壓力最高 的回收氣體分流大于各其它的回收氣體分流。以這種方式將通過相應的回收氣體分流的膨 脹所引起的能量損失最小化。此外，將所述壓縮步驟且因此待引入的壓縮能，針對各最大的 回收氣體分流最小化，因為其已經利用最高可能的回收氣體分流壓力被混入。
[0030] 總體上由此最好可能地利用了在相應的回收氣體分流中存在的以壓能為形式的 機械能，這導致了總系統的能量平衡的優化。
[0031] 所述第一回收氣體分流，即所述回收氣體的向所述原料氣經由所述第一回收氣體 分流所混入的分量，同時用于平衡所述原料氣的量波動、壓力波動和/或體積波動，用以利 用恒定的體積流向連接在后面的機組、尤其壓縮機進行供給。由此保護了敏感的壓縮機并 且提高了壓縮機的防失效性或者說使用壽命。同時，可以實現壓縮機的總效率的提高。
[0032] 本發明的另一個優點在于，可以在同時維持一有利的能量平衡的情況下，對運行 狀態、尤其是在所述高壓還原機組中還原含氧化鐵的添加材料時或在所述高壓還原機組啟 動和停機時的運行狀態的波動做出反應。如果例如希望提高在所述高壓還原機組中還原的 添加材料的生產率，即每個時間單元所還原的添加材料的產量，則逐級地提高所述還原氣 體的壓力。這導致了被抽出的爐頂煤氣的壓力的升高以及所述回收氣體的壓力的升高，其 中，同時如此地精調相應的回收氣體分流的大小，使得又實現一優化的能量平衡。
[0033] 存在如下可能性，向在最后執行的壓縮步驟之后存在的氣體混合物混入一經壓縮 的回收氣體分流。在該情況下如此程度地提高所述經壓縮的回收氣體分流的壓力，例如借 助于一壓縮機，使得該壓力在壓縮之后剛好高于在最后執行的壓縮步驟之后的氣體混合物 的壓力。最大的回收氣體分流經由所述經壓縮的回收氣體分流的混入只有在如下情況下才 進行，當其總體上導致所述能量平衡的優化時。也就是說，當在經由未壓縮的回收氣體分流 混入整個回收氣體時，由通過膨脹導致的能量損失和通過壓縮導致的能量耗費之和比通過 壓縮在所述最后的壓縮步驟之后輸入的回收氣體分流所導致的能量耗費更高。所述最大的 回收氣體分流的混入尤其經由所述經壓縮的回收氣體分流進行，當被抽出的爐頂煤氣的壓 力或者說所述回收氣體的壓力小于所述原料氣的壓力時，例如當所述高壓還原機組在靜止 之后再次啟動時。
[0034] 另一種優選的實施方式通過如下方式得出，所述還原氣體的壓力和/或所述被抽 出的爐頂煤氣的壓力借助于一布置在DR輸出氣體管道中的用于壓力調節的裝置進行設 定。
[0035] 借助于所述DR輸出氣體管道(直接還原輸出氣體管道）將如下的量的被抽出的爐 頂煤氣作為DR輸出氣體(直接還原輸出氣體)輸出，其不再向所述原料氣或者說由所述原料 氣和所述回收氣體組成的混合物輸入。如果要匹配所述DR輸出氣體的壓力，且因此匹配所 述被抽出的爐頂煤氣的壓力，則同時調整在所述壓縮步驟之間存在的由所述原料氣和所述 回收氣體組成的氣體混合物的壓力。由此可以在其它區域中匹配所述被抽出的爐頂煤氣的 壓力，而不會損失以壓能為形式的機械能，例如膨脹能。所述DR輸出氣體的壓力的匹配可 以例如在如下情況下是必要的，當針對在后置的設備中的DR輸出氣體的利用需要一確定 的壓力水平時。
[0036] 本發明的一種優選的實施方式在于，將所述回收氣體在三個相互分開的回收氣體 分流中向所述原料氣或者說所述氣體混合物混入。
[0037] 如果這三個回收氣體分流向所述原料氣或由所述原料氣和所述回收氣體組成的 氣體混合物混入，則平衡了由設備費用和所述方法在優化能量平衡方面的靈活性的比例關 系。
[0038] 按照另一種實施方式，將從所述還原機組中抽出的爐頂煤氣進行清潔和/或經歷 一熱交換。
[0039] 由此保護了后續的設備部件，尤其壓力調節閥和/或壓縮機，防止在所述回收氣 體分流中存在的固體顆粒的過高的灰塵負擔。此外，可以利用所述被抽出的爐頂煤氣的顯 熱，這有助于能量平衡的進一步改善。
[0040] 所述方法的另一種優選的設計方案在于，所述原料氣包括來自一用于生鐵生產的 設備的輸出氣體，尤其高爐煤氣、轉爐煤氣、來自一煤氣化爐的合成氣體、煤氣、焦爐煤氣、 來自一高爐或一還原爐身的爐頂煤氣或來自一流化床反應機組的尾氣。
[0041] 因此可以將在正常情況下向一燃燒輸入的氣體，必要時在一處理之后，用于還原 含氧化鐵的添加材料。
[0042] 按照另一種實施方式，被抽出的爐頂煤氣的壓力且因此所述回收氣體的壓力或者 說所述回收氣體分流壓力在lbar (lOOkPa)和20bar (2MPa)之間、優選在2bar (200kPa) 和 lObar (IMPa)之間，進一步優選在 3bar (300kPa)和 7bar (700kPa)之間。
[0043] 由此可以在同時使設備尺寸例如管道直徑或所述高壓還原機組最小化的情況下， 實現在所述高壓還原機組中還原的添加材料的特別高的生產率，即每個時間單元所還原的 添加材料的特別高的產量。
[0044] 本發明的另一個主題是一種用于執行所述方法的設備，包括一高壓還原機組，其 具有一用于將還原氣體輸入到所述高壓還原機組中的還原氣體管道并且具有一用于將爐 頂煤氣從所述高壓還原機組中抽出的爐頂煤氣管道；一原料氣管道，其具有布置在其中的 用于輸入一原料氣或輸入一由原料氣和回收氣體組成的氣體混合物，該原料氣管道通入到 一用于分離C0 2的裝置中；以及至少兩個通入到在所述原料氣管道的不同的縱向分段中的 回收氣體分流管道，用于將被抽出的爐頂煤氣輸入到所述原料氣管道中，其中，第一回收氣 體分流管道在第一壓縮裝置之前通入到所述原料氣管道中，并且第二回收氣體分流管道在 第一壓縮裝置之后通入到所述原料氣管道中，并且存在布置在所述回收氣體分流管道中的 用于影響相應的回流氣體分流和/或回收氣體分流壓力的大小的裝置，并且所述縱向分段 通過布置在所述原料氣管道中的壓縮裝置相互分開。
[0045] 用于影響相應的回收氣體分流和/或回收氣體分流壓力的大小的裝置可以尤其 是調節閥。也可以的是，一個或多個用于影響相應的回收氣體分流和/或回收氣體分流壓 力的大小的裝置是用于壓縮相應的回收氣體分流的裝置，尤其是壓縮機。
[0046] 如果所述高壓還原機組停機，例如由于修理工作或維護工作，或者如果總設備的 部件，如布置在所述原料氣管道中的壓縮裝置完全地或部分地失效，則存在如下可能性，即 所輸入的原料氣在沒有大的耗費的情況下直接經由所述第一回收氣體分流管道經過所述 高壓還原機組傳導。這在沒有較大耗費的情況下是可行的，因為所述原料氣在這種方式經 過所述高壓還原機組傳導時不必穿流壓縮裝置，尤其沿著一反向于壓縮裝置的常見的運行 狀態的方向穿流。必要時經過的原料氣僅須出穿流所述用于影響第一回收氣體分流和/或 第一回收氣體分流壓力的大小的裝置。由于該裝置在通常情況下是簡單的壓力調節閥，因 此可在沒有較大耗費的情況下實現。因此，用于使所述原料氣經過高壓還原機組的專門的 旁通管道是多余的。
[0047] 所述裝置的另一種實施方式的特征在于，存在一 DR輸出氣體管道，用于將DR輸出 氣體從所述設備中輸出，其具有一布置在其中的用于對所述還原氣體和/或被抽出的爐頂 煤氣進行壓力調節的裝置。
[0048] 一種優選的實施方式的特征在于，在所述回收氣體分流管道中的至少一個中，與 所述用于影響相應的回收氣體分流和/或回收氣體分流壓力的大小的裝置流體技術地并 聯一用于壓縮相應的回收氣體分流的裝置。
[0049] 該設備配置能夠實現根據相應的回收氣體分流壓力來調節相應的回收氣體分流 的最大可能的靈活性程度。尤其由此可以確保，所有存在的用于壓縮的裝置具有恒定的壓 力比和恒定的體積流比。
[0050] 另一種優選的實施方式在于，存在三個通入到所述原料氣管道的不同的縱向分段 中的回收氣體分流管道，用于將被抽出的爐頂煤氣輸入到所述原料氣管道中。
[0051] 由此在設備技術上正當的耗費的情況下確保根據相應的回收氣體分流壓力來調 節相應的回收氣體分流的高的靈活性程度。
[0052] 另一種實施方式在于，在所述爐頂煤氣中布置一用于清潔爐頂煤氣的裝置和/或 一用于熱交換的裝置。
[0053] 所述用于清潔爐頂煤氣的裝置可以實施成除塵裝置，尤其實施成干燥除塵裝置或 實施成濕式除塵裝置。由此防止了，不僅可動的設備部件，例如壓縮機的旋轉部件，而且不 可動的部件，例如所述回收氣體分流管道的內壁或所述還原氣體管道的內壁通過存在于相 應的氣體流中的固體顆粒而受損。通過在所述爐頂煤氣管道中的用于熱交換的裝置可以例 如在其它的程序中利用所述爐頂煤氣的顯熱。
[0054] 所述裝置的另一種優選的實施方式的特征在于，所述用于分離C02的裝置是PSA 設備或VPSA設備或一用于借助于膜技術和/或化學反應來分離氣體混合物的裝置。
[0055] 在此情況下，用于分離C02的裝置作為PSA設備的實施方式具有如下優點，即PSA 設備更便宜并且即使在更高的壓力下也有效地工作。
[0056] 本發明的另一個主題涉及所述設備在一具有一用于生產生鐵和/或鋼半成品的 設備、尤其一 FINEX?設備或一 C0REX?設備的設備系統中的應用。
[0057] 來自這種設備的工藝氣體常常輸入給一燃燒且由此從初始的材料循環中被抽取。 如果所述工藝氣體必要時在一處理之后，從這種設備中作為原料氣向用于還原含氧化鐵的 添加材料的設備輸入，則可以例如使在所述工藝氣體中還仍然存在的還原潛力經受一優化 的利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0058] 下面以示例性的方式借助于附圖闡述本發明。
[0059] 附圖示例性且示意性地示出了用于還原含氧化鐵的添加材料的根據本發明的方 法以及根據本發明的設備的結構。

【具體實施方式】
[0060] 在附圖中示例性且示意性繪出了用于還原含氧化鐵的添加材料的一種方法和一 種設備，其包括了根據本發明的方法和根據本發明的設備。
[0061] 在附圖中繪制的箭頭表示在所述設備或所述方法的一種常見的運行狀態下在根 據本發明的設備中出現的氣體流的相應的實際的和/或可能的流動方向。
[0062] 在根據本發明的方法中，通過如下方式產生一還原氣體，即向一原料氣經由第一 回收氣體分流管道（8'）在所述原料氣管道（4)的縱向分段（7)中輸入第一回收氣體分流， 其中，所述原料氣經由一原料氣管道（4)輸入給所述設備。在此情況下獲得的由原料氣和第 一回收氣體分流組成的氣體混合物在經由第二回收氣體分流管道（8' '）在所述原料氣管道 (4)的縱向分段（7'）中被混入第二回收氣體分流之前，該氣體混合物在第一壓縮裝置（5'） 中被壓縮。在混入所述第二回收氣體分流之后，將由原料氣、第一回收氣體分流和第二回收 氣體分流組成的氣體混合物在壓縮裝置（5)中壓縮，之后才將由此獲得的氣體混合物在必 要時經由回收氣體分流管道（8)在所述原料氣管道（4)的縱向分段（7' '）中混入一經壓縮 的回收氣體分流。在向所述氣體混合物混入所述經壓縮的回收氣體分流之后，將該氣體混 合物向一用于分離C0 2的裝置（6)輸入，其中，所述氣體混合物包含一對于還原含氧化鐵的 添加材料而言過小含量的有還原能力的氣體如C0和/或比。所述用于分離C0 2的裝置（6) 可以例如是PSA設備或VPSA設備或一用于借助于膜技術和/或化學反應來分離氣體混合 物的裝置。從所述裝置（6)中為了分離C0 2所抽出的氣體經由一還原氣體管道（2)向一高 壓還原機組（1)輸入。向所述高壓還原機組（1)輸入的還原氣體還原了處于所述高壓還原 機組（1)中的含氧化鐵的添加材料并且在此情況下被消耗。被消耗的還原氣體作為爐頂煤 氣從所述高壓還原機組（1)中經由爐頂煤氣管道（3)被抽出。必要時將被抽出的爐頂煤氣 向一用于熱交換的裝置（14)和/或一用于清潔所述爐頂煤氣的裝置（13)輸入。所述爐頂 煤氣的一個分量作為回收氣體（15)經由第一回收氣體分流管道（8'）、第二回收氣體分流 管道（8''）以及必要時經由回收氣體分流管道（8)被引入到原料氣管道（4)中。被抽出的 爐頂煤氣的不作為回收氣體（15)回引的部分經由一 DR輸出氣體管道（10)從所述設備中 被抽出。布置在DR輸出氣體管道（10)中的用于對還原氣體和/或被抽出的爐頂煤氣進行 壓力調節的裝置（11)能夠實現所述被抽出的爐頂煤氣和/或所述還原氣體的有目的性的 壓力設定。借助于一布置在第一回收氣體分流管道（8'）中的用于影響第一回收氣體分流 和/或第一回收氣體分流壓力的大小的裝置（9)、尤其一調節閥，對引入到所述原料氣管道 (4)中的第一回收氣體分流的大小進行調節。所述第二回收氣體分流和/或所述第二回收 氣體分流壓力的大小經由布置在所述第二回收氣體分流管道（8' '）中的用于影響所述第二 回收氣體分流和/或所述第二回收氣體分流壓力的大小的裝置（9' '）來設定或者說調節。 [0063] 所述方法的一種典型的運行狀態的特征在于，被抽出的爐頂煤氣或者說所述回收 氣體（15)的壓力為3. 3bar (330kPa)，其同時相應于在穿流所述用于影響相應的回收氣體 分流和/或回收氣體分流壓力的大小的裝置（9、9' '、9' ''）之前的回收氣體分流壓力，在所 述原料氣管道的縱向分段（7)中的原料氣的壓力為1.5bar (150kPa)，在第一壓縮步驟之后 在所述原料氣管道（4)的縱向分段（7'）中由原料氣和第一回收氣體分流組成的氣體混合 物的壓力為3bar (300kPa)，并且在第二壓縮步驟之后在所述原料氣管道（4)的縱向分段 (7''）中由原料氣、第一和第二回收氣體分流組成的氣體混合物的壓力為lObar (IMPa)。
[0064] 例如在每小時220000標準立方米的回收氣體（15)的總量的情況下，在第一回收 氣體分流管道（8'）中的第一回收氣體分流的大小為每小時0至20000標準立方米，并且在 第二回收氣體分流管道（8' '）中的第二回收氣體分流的大小為每小時200000至220000標 準立方米。所述回收氣體（15)的壓力在該情況下比所述原料氣管道（4)的分段（7'）中的 氣體混合物的壓力高出0. 3bar (30kPa)，且因此足夠高，用以將所述回收氣體（15)在沒有 之前的壓縮的情況下經由所述第二回收氣體分流管道（8' '）被帶入到所述原料氣管道（4) 的縱向分段（7'）中。被帶入到所述縱向分段（7)中的第一回收氣體分流首要地用于，平衡 所述原料氣的體積波動和/或壓力波動。
[0065] 該狀態相比所述回收氣體（15)的大部分經由所述第一回收氣體分流帶入到所述 原料氣中且隨后將在此情況下獲得的氣體混合物在所述第一壓縮裝置（5'）中進行壓縮而 言在能量上更有利。其顯示出一能量平衡的簡單的建立： 在將所述氣體混合物輸入到用于分離C02的裝置中之前，將所述氣體混合物的壓力例 如提高到lObar (IMPa)。在應用根據本發明的方法時，所述回收氣體（5)的大部分經由所 述第二回收氣體分流被引入到所述原料氣管道（4)中。為此，將所述第二回收氣體分流壓 力借助于所述用于影響第一回收氣體分流和/或回收氣體分流壓力的大小的裝置（9' '）從 3. 3bar (330kPa)減小到3bar (300kPa)，或者說剛好減小到高于3bar (300kPa)，其相應于 在所述原料氣管道（4)的縱向分段（7'）中的氣體混合物的壓力，或者說剛好高于該壓力。 在此情況下，將〇. 3bar (30kPa)的例如通過所述第二回收氣體分流在所述用于影響所述第 二回收氣體分流和/或回收氣體分流壓力的大小的裝置（9' '）中的膨脹而造成的壓能"消 除"。利用壓能表示每體積單元的氣體的能量。隨后在所述壓縮裝置（5)中向所述原料氣 管道（4)的縱向分段（7'）中的氣體混合物輸入7bar (700kPa)的大小的壓能。"消除的" 壓能和輸入的壓能之和為7. 3bar (730kPa)。如果所述回收氣體（15)的大部分僅經由第一 回收氣體分流被引入到所述原料氣管道（4)中，則必須在所述用于影響第一回收氣體分流 和/或回收氣體分流壓力的大小的裝置（9'）中"消除"1.8bar (180kPa)的壓能并且隨后 在所述第一壓縮裝置（5'）中向所述氣體混合物輸入1. 5bar (150kPa)的大小的壓能，并且 在所述壓縮裝置（5)中輸入7bar (700kPa)大小的壓能。"消除的"壓能和輸入的壓能之和 為10. 3bar (1.03MPa)，這大大高于在根據本發明的方法的情況下的壓能。
[0066] 必要時還將一經壓縮的回收氣體分流經由所述回收氣體分流管道（8)引入到所述 原料氣管道（4)的縱向分段（7''）中。由此實現了，當被抽出的爐頂煤氣或者說所述回收 氣體的壓力小于所述原料氣的壓力時，可以將所述回收氣體例如也引入到所述原料氣管道 (4)中。該運行狀態尤其在所述高壓還原機組（1)的設備靜止之后的啟動時發生。
[0067] 可選地，與所述用于影響第二回收氣體分流的大小的裝置（9''）流體技術地并聯 一用于壓縮所述回收氣體分流的裝置（12)。
[0068] 經由所述原料氣管道（4)向所述設備輸入的原料氣可以包括來自一用于生鐵生 產的設備的輸出氣體，尤其高爐煤氣、轉爐煤氣、來自一煤氣化爐的合成氣體、煤氣、焦爐煤 氣、來自一高爐或一還原爐身的爐頂煤氣或來自一流化床反應機組的尾氣。所述原料氣優 選包括來自于一 FINEX?設備或一 C0REX?設備的輸出氣體。
[〇〇69] 盡管本發明在細節上通過優選的實施例詳細描繪和描述，但本發明不限于所公開 的例子并且可以由本領域技術人員推導出其它的變型方案，不脫離本發明的保護范圍。 [0070] 附圖標記列表 1高壓還原機組 2還原氣體管道 3爐頂煤氣管道 4原料氣管道 5壓縮裝置 5'第一壓縮裝置 6用于分離C02的裝置 7、7'、7''原料氣管道的縱向分段 8回收氣體分流管道 8'第一回收氣體分流管道 8''第二回收氣體分流管道 9、9'、9' '用于影響相應的回收氣體分流的大小和/或回收氣體分流壓力的裝置 10 DR輸出氣體管道 11用于對還原氣體和/或被抽出的爐頂煤氣進行壓力調節的裝置 12用于壓縮回收氣體分流的裝置 13用于清潔爐頂煤氣的裝置 14用于熱交換的裝置 15回收氣體
【權利要求】
1. 用于還原含氧化鐵的添加材料的方法，其中，將一還原氣體導入到一高壓還原機組 (1) 中，將在所述高壓還原機組（1)中通過還原含氧化鐵的添加材料所消耗的還原氣體作 為爐頂煤氣從所述高壓還原機組（1)中抽出，并且將所述爐頂煤氣的至少一個分量作為回 收氣體（15)混入到一原料氣中，其中，所述還原氣體通過如下方式產生，即從通過向所述原 料氣中混入所述回收氣體（15)所獲得的氣體混合物中在一個或多個壓縮步驟之后分離出 C〇2，其特征在于，將所述回收氣體在至少兩個相互分開的回收氣體分流中利用不同的回收 氣體分流壓力以與所述高壓還原機組（1)不同的間距向所述原料氣或者說所述氣體混合物 混入，并且在各一個回收氣體分流混入之后，將在此情況下所獲得的氣體混合物在被混入 一其它的回收氣體分流之前進行壓縮，并且如此調節所混入的回收氣體分流的大小，使得 回收氣體分流壓力最高的回收氣體分流大于其它的回收氣體分流。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于， 所述還原氣體的壓力和/或被抽出的爐頂煤氣的壓力經由一布置在一 DR輸出氣體管 道（10)中的用于壓力調節的裝置（11)進行設定。
3. 按照權利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，所述回收氣體（15)在三個相互 分開的回收氣體分流中混入到所述原料氣或者說所述氣體混合物中。
4. 按照前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，將從所述還原機組中抽出的爐頂 煤氣進行清潔和/或經歷一熱交換。
5. 按照前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述原料氣包括來自一用于生鐵 生產的設備的輸出氣體，尤其高爐煤氣、轉爐煤氣、來自一煤氣化爐的合成氣體、煤氣、焦爐 煤氣、來自一高爐或一還原爐身的爐頂煤氣或來自一流化床反應機組的尾氣。
6. 按照前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，被抽出的爐頂煤氣的壓力為在 bar (lOOkPa)和 20bar (2MPa)之間、優選在 2bar (200kPa)和 lObar (IMPa)之間，進一步 優選在 3bar (300kPa)和 7bar (700kPa)之間。
7. 用于執行按照權利要求1至6之一所述的方法的設備，包括一高壓還原機組（1)， 所述高壓還原機組具有一用于將還原氣體輸入到所述高壓還原機組（1)中的還原氣體管道 (2) 以及一用于將爐頂煤氣從所述高壓還原機組（1)中抽出的爐頂煤氣管道（3);-原料氣 管道（4)，所述原料氣管道具有布置在其中的用于輸入原料氣或者說用于輸入由原料氣和 回收氣體組成的氣體混合物的壓縮裝置（5、5'），所述原料氣管道通入到一用于分離C0 2的 裝置（6)中，其特征在于，存在至少兩個通入到所述原料氣管道（4)的不同的縱向分段（7、 7'、7''）中的回收氣體分流管道（8、8'、8''），用于將被抽出的爐頂煤氣輸入到所述原料氣 管道（4)中，其中，第一回收氣體分流管道（8'）在第一壓縮裝置（5'）之前通入到所述原料 氣管道（4)中，并且第二回收氣體分流管道（8' '）在第一壓縮裝置（5'）之后通入到所述原 料氣管道（4)中，并且存在布置在所述回收氣體分流管道（8、8'、8''）中的用于影響相應的 回流氣體分離和/或回收氣體分流壓力的大小的裝置（9、9'、9''），并且所述縱向分段（7、 7'、7' '）通過布置在所述原料氣管道（4)中的壓縮裝置（5、5'）相互分開。
8. 按照權利要求7所述的設備，其特征在于，存在一 DR輸出氣體管道（10)，用于將DR 輸出氣體從所述設備中輸出，具有一布置在其中的用于對所述還原氣體和/或被抽出的爐 頂煤氣進行壓力調節的裝置（11)。
9. 按照權利要求7或8之一所述的設備，其特征在于，在至少一個回收氣體分流管道 (8、8'、8' '）中，與所述用于影響相應的回收氣體分流和/或回收氣體分流壓力的大小的裝 置（9、9'、9''）流動技術地并聯一用于壓縮所述回收氣體分流的裝置（12)。
10. 按照權利要求7至9之一所述的設備，其特征在于，存在三個通入到所述原料氣管 道的不同的縱向分段中的回收氣體分流管道，用于將被抽出的爐頂煤氣輸入到所述原料氣 管道中。
11. 按照權利要求7至10之一所述的設備，其特征在于，在所述所述爐頂煤氣管道（3) 中布置一用于清潔所述爐頂煤氣的裝置（13)和/或一用于熱交換的裝置（14)。
12. 按照權利要求7至11之一所述的設備，其特征在于，所述用于分離C02的裝置（6) 是PSA設備或VPSA設備或一用于借助于膜技術和/或化學反應來分離氣體混合物的裝置。
13. 按照權利要求7至12之一所述的設備在一具有一用于產生生鐵和/或鋼半成品的 設備、尤其一 FINEX?設備或一 COREX?設備的設備系統中的應用。
【文檔編號】C21B13/00GK104105800SQ201380009489
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年1月11日 優先權日:2012年2月14日
【發明者】R.米爾納, G.羅森費爾納 申請人:西門子 Vai 金屬科技有限責任公司