[发明专利]通过直接还原铁矿石来生产铁的方法及相应设备

说明书

本发明涉及一种用于生产DRI的方法，该方法包括使离开反应器(10)的第一废还原气体流(F1)在还原气体回路(20)中循环通过至少一个二氧化碳去除单元(38)、还原气体加热器(42)和反应器(10)，并将第一流(F1)与含有比甲烷重的烃的还原气体混合。

技术领域

本发明涉及一种通过直接还原铁矿石来生产金属铁的方法及相应设备，其使用由烃源产生的还原气体，该烃源具有比甲烷重的碳化合物，并且碳渣的形成有限。

背景技术

众所周知，在钢铁工业中，生产金属铁的最广泛使用的工艺之一是直接还原铁矿石(Direct Reduced Iron，DRI)。这种DR(直接还原)工艺因对环境影响小且效率高而尤具优势。

DR工艺提供了使铁矿石在合适的还原反应器中与还原气体流反应。

还原气体主要包括氢气(H₂)和一氧化碳(CO)，实际上是通过这些气体利用高温化学还原(700℃～1000℃)从铁矿石中去除氧气，如以下公式所示：

Fe₂O₃+3H₂→2Fe+3H₂O (1)ΔH25℃＝-95.484kJ/kmol

Fe₂O₃+3CO→2Fe+3CO₂ (2)ΔH25℃＝-28.085kJ/kmol

通常，在这些工艺中使用的还原气体是产自新鲜还原气体(即从外部引入的CH₄和高含量重烃气体)与还原过程后离开反应器的废还原气体的混合物。

废还原气体在经处理恢复其还原特性后可以在新的还原操作中重复使用，并可能将其与新鲜还原气体混合，例如天然气或者焦炉煤气(COG)或其他具有高含量CH₄和重烃的合成气。

天然气(DRI工艺中还原气体的主要来源)包括不同比例的烃，如甲烷(CH₄)和乙烷(C₂H₆)，并可能包括其他不同比例的长链烃(C2+)，即更重的烃，如丙烷(C₃H₈)、丁烷(C₄H₁₀)等。

煤热解制得的COG中含有高比例的碳化合物，如苯-甲苯-二甲苯混合物(称为BTX)，以及其他复杂碳化合物，也可用作还原气体源。

在与反应器内的铁矿石接触之前，来自任何具有高含量CH₄和重烃的气体源(与再循环的废还原气体混合)的还原气体通常在气体加热器中受到加热而将其温度提高到700℃至1100℃之间的值。必须将还原气体加热到如此高的温度来向竖式炉内的氧化铁材料提供热量，从而保持适当的温度条件，以使还原反应动力在对应于炉的DRI生产率的要求值范围内。

众所周知，当C2+烃含量不可忽略时，在加热过程中会发生烃链的不理想断裂，随之而来的是固体碳在加热器内沉积。

因此，一个缺点是需要定期对加热器进行长时间的清洁操作以除去积碳。

另一缺点是在加热器的清洁操作过程中会中断生产以除去积碳，从而造成经济损失。

又一缺点是需要执行清洁循环所决定的加热器频繁热循环会导致其过早损坏。

还已知使用一些装置从还原气体中至少部分地去除较重烃馏分，例如所谓的“重整器”。

这些装置的一个缺点是它们增加了设备的基建费用(CAPEX)。

另一缺点是诸如外部重整器等装置使还原设备更加复杂。