[发明专利]用于固体热处理的设备和方法

说明书

本发明涉及一种用于热处理含铁氧化物的方法及其相关的设备，其中在预热煅烧阶段中加热细粒固体，并在随后的还原阶段中暴露于还原气体。将来自还原阶段的排气引导通过分离装置，其中将源自于还原阶段的水分离。将来自预热煅烧阶段的排气引导通过文丘里洗涤器和文丘里洗涤器下游的填充床段，以使水蒸气冷凝。

本发明涉及一种用于热处理含铁氧化物的方法和相应的设备，其中在预热煅烧阶段中加热细粒固体，并在随后的还原阶段中将其暴露于还原气体，其中来自还原阶段的排气(off-gas)被引导通过分离装置，从而将源自于还原阶段的水分离。

为了对含铁氧化物的热处理，特别是对铁矿石的氢基直接还原工艺，在预热煅烧阶段中加热细粒固体，并在随后的还原阶段中将其暴露于还原气体，其中来自还原阶段的排气被引导通过分离装置，从而将源自于还原段的水分离。在这种情况下，通常使用所谓的Circored工艺，例如WO 2005/116273 A1中所述。

将含铁的细颗粒送到第一流化床，优选循环流化床(CFB)，其充当预热和煅烧阶段。所需的热量是通过进入流化床的天然气与空气燃烧而产生的。典型的煅烧温度在800和1000℃之间。

随后，至少一部分煅烧颗粒从第一流化床中取出，并进入第二流化床反应器，优选循环流化床反应器，用以装入还原步骤，其中使用还原气体(例如氢气)从热的铁矿石中除去氧，产生金属化的铁和作为副产物的水。在还原步骤中，将细粉还原至约60-70％金属化。如果需要更高的还原百分比，则可以将部分金属化的颗粒装入第三流化床反应器，优选固定流化床反应器，其中它们再次与还原气体如氢气接触。在该第三流化床反应器中，能够实现约75-95％的金属化。该中间产品被称为直接还原的铁(DRI)。

随后，DRI离开一系列流化床反应器并压块，即在约650-700℃的升高温度下压实。该产品然后被称为热压块的铁(HBI)。为了存储和运输，HBI需要冷却。常常通过在所谓的振动冷却传输机中与水直接接触来实现冷却，由此使水蒸发。蒸发的水蒸气可包含固体粉尘颗粒，因此必须在气体清洁设备中进行清洁。通常，为此目的，应用由蒸发式文丘里段组成的所谓的废气洗涤器。

水蒸气出现在工艺的不同阶段：在将排气排放到大气中之前，典型使用蒸发式文丘里洗涤器除去来自预热段的排气中的夹带粉尘。在包含循环流化床和流化床反应器的还原段中，使用填充床文丘里洗涤器将来自还原过程的水蒸气和来自还原气体的夹带颗粒去除。

在预热段中，由于文丘里洗涤器通常设计为在50至100℃(优选60至95℃)的温度下释放饱和的排气，因此在文丘里洗涤器中来自铁矿石水分和来自燃气燃烧的水会部分损失。该设备的目的是控制粉尘排放，优选地控制到50mg/Nm³的最大值。然而，该设备不能冷凝和去除排气流中的水蒸气。在废气洗涤器中会发生类似的水损失，其中来自振动冷却传输机的蒸气释放到大气中。从而总输入水的约65重量％损失。

另外，通常用于还原段中以通过间接热传递加热还原气体的燃烧气体加热器典型地基于天然气与空气的燃烧，由此作为燃烧副产物的水蒸气损失到大气中。

因此，现有技术的缺点是高的水消耗，这是因为Circored工艺的预热段和压块机区域产生的排气向大气中损失水蒸气，全部以50℃和100℃之间的典型温度离开工艺并且饱含水蒸气。

如果在Circored工艺中使用氢气作为还原气体或燃料气体，并且将通过水电解产生氢气，那么这意味着大体积流量的新鲜水消耗。例如，将Circored设备和水电解设备连接而不关闭水回路，每吨热压块铁(HBI)将需要1.5m³的补充水。在每年500000吨HBI产量的Circored设备的情形中，该设备每年将需要750000m³新鲜水(fresh water)。这样的水量在世界上某些地区是不可获得的，或者对于这种工艺而言至少太昂贵而在经济上不可行。

因此，本发明的目的是提供以减少的水消耗来热处理含铁氧化物的方法及其相关设备。

通过根据权利要求1所述的方法解决了本发明的任务。