[发明专利]炼铁方法和装置

说明书

本发明涉及炼铁方法，例如铁还原方法和铁还原&冶炼方法，和相应的装置，其中废气作为还原气体部分地再循环。

这种方法和装置的一个实例是炉顶气体再循环高炉（Top Gas Recycle Blast Furnace，下文称作TGRBF）。

这种类型的高炉的其它已知名称包括：超低CO2炼钢高炉或ULCOS高炉、氧气高炉OBF和无氮高炉。

TGRBF降低高炉中的焦炭消耗，其中焦炭消耗是铁还原操作的重要成本因素。TGRBF也是炼铁工业中用于降低CO₂排放的优选解决方案之一，其通过捕获和/或内部或外部利用和/或封存由还原过程生成的CO₂降低CO₂排放。

TGRBF的基本原理是将高炉湿废气（被称作炉顶气体）分离成一方面富CO₂部分，另一方面富CO部分。将其中获得的富CO部分作为碳源注入高炉，由此降低每吨铁所需的焦炭量和生成的CO₂量。在高炉中，注入的CO也充当冶炼工艺中的还原气体并提高生产率。

为了TGRBF的有效运行，炉顶气体必须富集碳氧化物（CO₂和CO）。迄今已知使用由富氧空气或氧气构成的高炉。

在实践中，不可能系统地将整个富CO分再循环至高炉，需要吹扫或放气以避免再循环气体逐渐富集污染物和惰性物，例如N₂。

在Wei-Hsin Chen、Mu-Rong Lin和Shan-Wen Du著的文章《An evaluation of hydrogen production from the perspective of using Blast Furnace gas and coke oven gas as feedstocks》,International Journal of Hydrogen Energy,第36卷,Issue18,第11727-11737页中，已经提出在从中脱除CO₂之前或之后对高炉炉顶气体施以水煤气变换反应（CO+H₂O→CO₂+H₂），其中获得含H₂的无CO流，其可作为还原气体注入高炉或用在其它地方。但是，以这种方式没有有效的碳源（即CO）再循环到高炉中。因此，与CO再循环至高炉时相比，TGRBF工艺的目的（即降低焦炭消耗）减损，且每吨铁生成的CO₂量提高，以致CO₂排放提高或CO₂捕获和封存的成本提高。此外，将所有高炉炉顶气体（无论是在从中脱除CO₂之前还是之后）送入水煤气变换反应器所需的设备需要相当大和通常抑制性的资本投资。

在WO2010/057767中也已经提出使用来自冶金反应器（例如反应器、反应器或高炉）的输出气体以生成具有指定H₂/CO比的气体，这种气体用作化学合成工艺（例如甲烷、甲醇、羰基合成醇oxo-alcohol或费托燃料生产）中的原材料。

根据WO2010/057767，通过使至少一部分输出气体在由另一部分输出气体的燃烧生成的水蒸气存在下进行CO转化步骤，获得具有预定H₂/CO比的气体。

在这种方法中，转化成含H₂-CO-的气体的输出气体部分必须使得足够的气体能够产生，以用作下游化学合成法中的原材料，由此限制输出气体的可能的其它用途。

本发明的一个目标是提供改进的炼铁法，其中将废气作为还原气体部分地再循环，而不损失再循环效率并具有改进的废气利用。特别的目标是提供这样的铁还原和/或冶炼法。本发明的另一目标是提供用在这种改进的炼铁法中的炼铁装置，特别是铁还原和/或冶炼装置。

根据本发明，如下实现了改进的废气利用：首先在分离单元前在废气仍含有显著量的CO₂时、和/或在分离单元后以几乎不含或不含CO₂的富CO气体的形式，从再循环回路中取出一部分废气，然后使用废气的所述取出部分生成氢（氢是有价值的商品）。