[发明专利]制造粗合成气的方法和装置

说明书

本发明涉及一种基于来自冶金过程的排出气体生产用作合成过程中的化学利用的原料的含氢气(H₂)和一氧化碳(CO)的气体的方法和装置，其中所述排出气体的至少一部分在水蒸汽的添加下在转化反应器中经历CO转化，并形成具有规定的H₂对CO量比的粗合成气。

由现有技术已知来自冶金工厂的排出气体可被利用，其中特别是热利用，例如燃烧，或者采用膨胀式涡轮来利用其压力。此外，在处理之后，所述排出气体还可用于例如氧化性材料的直接还原。

然而，在这种情况下会产生热利用效率低或需要复杂的工艺来处理所述排出气体或燃烧产物的问题。

因此，本发明的目的在于提供能够化学利用排出气体并可从而使排出气体可用作有价值的材料和用作化学合成工艺的原料的方法和装置。

此目的可通过如权利要求1所要求保护的根据本发明的方法和如权利要求25所要求保护的装置来实现。

借助于根据本发明的方法，排出气体的可燃性及从而以热值表示的能量含量被用于产生水蒸汽，此水蒸汽可被用于调节转化反应器中的H₂对CO量比。在该方法中，甚至CO转化所需的水蒸汽也可至少部分在至少一个蒸汽发生器中产生。来自冶金过程的排出气体由于具有高CO和H₂含量而可在一定程度上被化学利用。通过有目的地加入水蒸汽，可以在适当的反应条件下有目的地调节CO对H₂之比。为此，应用了本身已知的CO转化原理，其中影响CO+H₂O与CO₂+H₂之间的水煤气反应的化学平衡。

根据本发明的方法的一种有利改进，所述冶金过程为借助于鼓风炉或借助于与至少一个还原组件特别是还原炉或流化床反应器一同工作的熔化气化器来操作的熔融还原过程，其中含氧化铁的原料、特别是铁矿石、球团矿或矿渣，和团聚体被还原，形成还原气体，并随后被熔成液态生铁。

熔融还原过程中产生还原气体，其被用于还原炉料，在这里特别是被用于还原通常为氧化性的矿石，例如铁矿石。为此，在该过程中，例如煤或焦炭被气化并形成还原气体。煤的气化可在鼓风炉或熔化气化器中进行，在后者的情形下，还原气体随后流入（任选地在净化之后流入）还原组件中，其中还原过程在与炉料的直接接触下进行。除了用单个还原组件进行的方法之外，亦可使用串联连接的多个还原组件，例如多个流化床反应器。在这里，使还原气体以与炉料流动方向相反的方向从一个流化床反应器流向下一个流化床反应器。

根据本发明，所述排出气体得自鼓风炉或还原炉的炉顶气，或得自流化床反应器的废气，或得自熔化气化器的过量气体，或得自这些气体的混合物。炉顶气是指在其与炉料直接接触之后和在该情形下进行间接还原之后的还原气体。所属领域技术人员将从流化床反应器，特别是从一排串联连接的流化床反应器中的最后一个中排出的还原气体称作废气。由于炉顶气或废气中通常的高CO和H₂分数，其适合用于合成过程。由于熔化气化器中形成的还原气体量随时间而有所不同，必须向排出气体中加入所谓过量气体。过量气体的量根据还原组件中所需的恒定还原气体量和熔化气化器中的系统压力调节决定。

根据本发明的方法的一种特别有利的改进，水蒸汽是在蒸汽发生器中通过至少另一部分排出气体的燃烧和/或通过利用来自冶金过程和/或来自CO转化和/或来自合成过程的废热产生的。CO转化所需的水蒸汽可以一方面通过排出气体的燃烧，另一方面通过利用废热来获得。通过排出气体的至少部分燃烧，可在水蒸汽的产生中实现相当大的节约。此外，有利的是，由于燃烧，排出气体中的有毒组分被分解。在这种情况下，特别是例如借助于热交换器而利用来自冶金过程、来自CO转化或来自在此情形下所形成的粗合成气或来自合成过程的废热，使得水蒸汽的产生可以极高效地进行。在此情形下可以使用一或多个蒸汽发生器，其中当利用废热时这些蒸汽发生器可设计为例如热交换器。

此外，在将排出气体用于转化反应器之前，可以在所谓的饱和器中向排出气体中添加水，优选地添加热水，并可在此情形下提高排出气体中的水蒸汽含量。有利地，为此，可以使用来自转化反应器或来自位于转化反应器下游的热交换器的冷凝物。通过使用饱和器，可以显著降低所需的蒸汽添加量。