[发明专利]用于生产直接还原铁的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过使用再循环和再生的热还原气体将氧化铁颗粒直接还原成主要包含金属铁的仍然为固体的颗粒。最典型的，该热还原的颗粒通过再循环冷却气体(recirculating cooling gas)冷却，其中天然气作为补充添加到所述冷却气体中。

背景技术

本发明因而涉及氧化铁颗粒的直接还原来生产直接还原的铁(DRI)，在工业上也被称作海绵铁。更具体地，本发明涉及对用于将冷却气再循环至直接还原反应器的冷却区的方法和装置的改良。

商业生产DRI的大约五十年，还原和冷却气体都通过大型且昂贵的压缩机进行再循环。

在本发明中，用于将冷却器物流循环通过直接还原反应器的较低部分的普通压缩机优选的被至少一个气体喷射器替换，或者至少辅助使用；这意外地导致了预先没有意识到地和令人惊讶地有效的重要技术和经济优势。如以下更详细的描述，在压缩大量初始资本成本上节省了数百万美元同时在电力能源和保养效果上极大减少了操作开支。

现今，直接还原方法作为高炉的替代法被用在钢铁工业中，其主要使用在能获得天然气以及要求相对低容量的炼钢装置的领域。动态床类型直接还原法由美国专利US4049440；4556417；5858057；5110350；5437708；和6319301来示例。在这些方法中，以球丸(pellets)、团块(lumps)或其混合物形式存在的含铁颗粒被填料到位于动态床竖式还原反应器的上部的还原区中，在此矿石颗粒中的氧化铁通过高温还原气体被化学还原为金属铁。该还原的和金属化的铁颗粒或DRI(直接还原的铁)在超过约800℃的温度从所述还原反应器通过在其较低部位中的冷却区被排出，在冷却区中它们通常被冷却至约环境温度来避免在出料并与空气接触时发生DRI的再次氧化。为此，非氧化性气体物流在冷却回路中循环，该冷却回路包括反应器的冷却区、用于通过冷却气体从热DRI上吸收热量的气体冷却器、用于循环大部分所述冷却气体返回至所述冷却区的冷却气体压缩机和用于所述冷却气体回路的连续操作的合适的连接管道以及控制工具。通常，作为冷却介质使用的气体为与包含氢气和一氧化碳的还原气混合的天然气。甚至在纯天然气作为冷却气体循环通过冷却区时，天然气中的碳氢化合物(甲烷、乙烷、丙烷、芳族化合物、等)在一定程度上，依据温度和经过的时间，通过DRI在冷却区内在所述冷却气体遇到的温度下的催化反应部分地转化为氢气和一氧化碳。

如今气体喷射器在一些工业生产方法和装置中用来推动气流，一些推荐的喷射器应用例子如下所述。

德国公开专利申请号No.DE4010602和DE4010603公开了氨水生产方法，其中喷射器被用于使用同方法中的较高压气流进行气流的上游再循环。这些申请中的所示的方法是不同的，但在它们两者中，都用喷射器替代用于增加气体的压力以使所述气体可以进料至该方法的第一步的压缩机。

授予Nasato的美国专利US6,508,998公开了喷射器在用于从含硫化氢的气体中进行硫回收的克劳斯(Claus)装置中的使用。喷射器46被用于循环一部分来自氧化和热回收容器的气体流出物至氧化反应器的燃烧器。喷射器的运动流体可以选自：蒸汽，空气，氮气，二氧化碳，二氧化硫或其它相互相容性气体。

授予Singh等人的美国专利US6,818,198公开了自热重整方法，其中生产的合成气的一部分利用喷射器124循环至重整器，其中运动流体流为碳氢化合物和蒸汽的混合物。在这种情况下，喷射器也作为至重整器的进料气体和循环的合成气产物的混和器。合成气的循环增加了产物气体中氢气的比例。

发布于1982年4月20日(优先权日期为1979)的美国专利US4,325,731是申请人和受让人唯一已知的甚至建议了DRI还原反应器联合喷射器的任何使用。该专利完全没有记载关于DRI冷却的内容。

该专利仅仅附带地示出了喷射器7，该喷射器7使用气化器产物6作为动力气体(motive gas)与来自还原反应器12的洗涤过的、贫化的还原气体8混合并供应给重整器10。该特征并未体现在权利要求中。甚至使用喷射器的建议明显并未证明可行(用于循环还原气体)。与该具有四分之一世纪之久的参考文献中的建议相反，申请人和其受让人并不清楚该建议曾经被在工业上实施过或者被证实在所述应用中是有效或者有益的。