專利名稱：基于重整氣體的還原方法，其中返回還原廢氣并對(duì)用作重整器的燃燒氣體的廢氣組分脫碳的制作方法
基于重整氣體的還原方法，其中返回還原廢氣并對(duì)用作重整器的燃燒氣體的廢氣組分脫碳本發(fā)明涉及一種通過(guò)與熱的還原氣體接觸，來(lái)將金屬氧化物還原成金屬化材料的方法，該還原氣體至少部分通過(guò)催化重整下面的混合物產(chǎn)生
-含有二氧化碳(CO2)和/或水蒸氣(H2O)的氣體，和 -氣態(tài)烴，
其中用于燃燒器(其提供了用于在重整過(guò)程中發(fā)生的吸熱性重整方法所需的熱)的燃燒氣體至少部分地由部分量的爐頂氣來(lái)產(chǎn)生，該爐頂氣是在金屬氧化物還原成金屬化材料的過(guò)程中產(chǎn)生的，其中這種部分量的爐頂氣在它用作燃燒氣體的組分之前，首先進(jìn)行除塵， 然后進(jìn)行CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并且在CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中所獲得的轉(zhuǎn)化氣體在冷卻之后進(jìn)行了 CO2 除去。此外，本發(fā)明涉及一種進(jìn)行這種方法的設(shè)備。作為例子，W02006135984在

圖1中描述了一種通過(guò)與熱的還原氣體接觸，將金屬氧化物還原成金屬化材料的方法，所述還原氣體是通過(guò)催化重整天然氣與來(lái)自還原單元的爐頂氣的混合物來(lái)產(chǎn)生的，其中用于燃燒器(其提供了用于在重整過(guò)程中發(fā)生的吸熱性重整方法所需的熱)的燃燒氣體是由部分量的爐頂氣和天然氣來(lái)獲得的，該爐頂氣是在金屬氧化物還原成金屬化材料的過(guò)程中產(chǎn)生的。由于越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)，希望從所述方法過(guò)程中所產(chǎn)生的廢氣中分離CO2來(lái)產(chǎn)生濃縮的CCV流，并且可以隨后固定(Sequestrierimg) 該CCV流，然后將以此方式處理的廢氣釋放到環(huán)境中。在W02006135984所示方法的情況中，將用于重整器的燃燒氣體與作為氧氣源的空氣一起燃燒，因?yàn)檫@個(gè)原因，燃燒廢氣包含了大量的氮?dú)?。相?yīng)地，用于從該燃燒廢氣中除去CO2的下游設(shè)備必須具有大的尺寸。另夕卜，基本上僅僅化學(xué)吸附方法適于從燃燒廢氣中除去CO2，并且它們的特點(diǎn)在于大的設(shè)備尺寸和高的能耗，其是例如使用蒸氣來(lái)提供的。本發(fā)明的目標(biāo)是提供這樣的方法，其能夠使用較小的設(shè)備(具有相應(yīng)更低的能耗水平)來(lái)避免燃燒廢氣中的CO2和使得其他CO2除去方法成為可能，以及提供一種進(jìn)行該方法的設(shè)備。這個(gè)目標(biāo)是如下來(lái)實(shí)現(xiàn)的
通過(guò)與熱的還原氣體接觸，來(lái)將金屬氧化物還原成金屬化材料的方法，其中該還原氣體至少部分通過(guò)催化重整下面的混合物產(chǎn)生
-含有二氧化碳(CO2)和/或水蒸氣(H2O)的氣體，和 -氣態(tài)烴，
其中在重整過(guò)程中發(fā)生的吸熱性重整方法所需的熱至少部分通過(guò)燃燒氣體的燃燒來(lái)提供，且其中產(chǎn)生的燃燒燃燒廢氣被排出，其中該燃燒氣體至少部分得自部分量的在金屬氧化物還原成金屬化材料的過(guò)程中所產(chǎn)生的爐頂氣，特征在于這種用于獲得燃燒氣體的部分量的爐頂氣首先進(jìn)行除塵和然后進(jìn)行CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并且在該CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中所獲得的轉(zhuǎn)化氣體在冷卻后進(jìn)行CO2除去，并且將這種方法中所產(chǎn)生的貧CO2的轉(zhuǎn)化氣體至少用作燃燒氣體的組分。所述金屬氧化物優(yōu)選是氧化鐵。但按Richardson-Jeffes圖，也可還原例如鎳、銅、鉛、鈷。所述還原氣至少部分通過(guò)由
“含二氧化碳(CO2)和/或水蒸氣(H2O)的氣體，和 “氣態(tài)烴
組成的混合物的催化重整而制備。該重整通過(guò)氣態(tài)烴與H2O和CO2至少部分反應(yīng)成氫 (H2)和一氧化碳(CO)而進(jìn)行。可將重整所需的物質(zhì)H2O和/或CO2分別單獨(dú)或一起加到用于重整的混合物中，和/或利用在含二氧化碳CO2和/或水蒸氣H2O的氣體中存在的H2O和 /或C02。優(yōu)選是至少將H2O作為水蒸氣加到該混合物中。氣態(tài)烴意指例如天然氣、甲烷、丙烷、來(lái)自煤氣化的合成氣、焦?fàn)t氣。術(shù)語(yǔ)氣態(tài)烴包括可以僅存在一種化合物，例如純丙烷，和可以存在由多種化合物組成的混合物，如丙烷和甲烷的混合物。該含二氧化碳CO2和/或水蒸氣H2O的氣體例如是來(lái)自本發(fā)明的用于還原金屬氧化物的方法的爐頂氣，爐頂氣意指由金屬氧化物還原成金屬化材料的還原裝置中排出的氣體。其在重整之前任選地經(jīng)凈化，例如通過(guò)分離夾帶的灰塵和/或水進(jìn)行凈化。該含二氧化碳CO2和/或水蒸氣H2O的氣體例如也可以是來(lái)自還原金屬氧化物的其它方法如熔融還原法的排出氣，或來(lái)自煤氣化方法如Lurgi固定體氣化器或Siemens氣流床氣化爐(Flugstromvergaser)的合成氣。優(yōu)選來(lái)自本發(fā)明的用于還原金屬氧化物的方法的爐頂氣。來(lái)自直接還原法的爐頂氣的典型組成列于表1 :
權(quán)利要求
1.通過(guò)與熱的還原氣體接觸將金屬氧化物還原成金屬化材料的方法，其中該還原氣體至少部分通過(guò)催化重整下面物質(zhì)的混合物而產(chǎn)生-含有二氧化碳(CO2)和/或水蒸氣(H2O)的氣體，和 -氣態(tài)烴，其中在重整過(guò)程中發(fā)生的吸熱性重整方法所需的熱至少部分是通過(guò)燃燒氣體的燃燒來(lái)提供的，并排出在此產(chǎn)生的燃燒廢氣，其中該燃燒氣體至少部分由部分量的在將金屬氧化物還原成金屬化材料的過(guò)程中所產(chǎn)生的爐頂氣獲得，特征在于用于獲得所述燃燒氣體的所述部分量的爐頂氣首先進(jìn)行除塵和然后進(jìn)行CO 轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并且在該CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中所獲得的轉(zhuǎn)化氣體在冷卻后進(jìn)行CO2除去，并且將在此產(chǎn)生的貧CO2的轉(zhuǎn)化氣體至少用作所述燃燒氣體的組分。
2.權(quán)利要求1的方法，特征在于該含有二氧化碳(CO2)和/或水蒸氣(H2O)的氣體是來(lái)自金屬氧化物還原方法的爐頂氣。
3.權(quán)利要求1的方法，特征在于該含有二氧化碳(CO2)和/或水蒸氣(H2O)的氣體是來(lái)自熔融還原法的排出氣體或者來(lái)自煤氣化方法的合成氣。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，特征在于將氣態(tài)烴混入到貧CO2的轉(zhuǎn)化氣體中來(lái)獲得燃燒氣體。
5.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于該除塵是干式進(jìn)行的。
6.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，特征在于該除塵是濕式進(jìn)行的。
7.用于實(shí)施權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的方法的設(shè)備，該設(shè)備具有還原單元(1)，用于將金屬氧化物(3)還原成金屬化材料，具有重整器(4)，用于進(jìn)行下面物質(zhì)的混合物的催化重整 -含有二氧化碳(CO2)和/或水蒸氣(H2O)的氣體，和 -氣態(tài)烴，其中該重整器(4)具有用于供給所述混合物的混合物供給管線(6)，和其中該重整器具有連接到氧氣供給管線(13)的燃燒器(8a，8b，8c)，用于通過(guò)燃燒氣體的燃燒來(lái)提供熱量，所述設(shè)備具有排出管線(10)，用于從重整器(4)排出燃燒廢氣， 所述設(shè)備具有還原氣體供給管線(9)，用于將熱的還原氣體從重整器(4)供給到還原單元(1)中，所述設(shè)備具有排放管線(5)，用于從還原單元(1)中排放爐頂氣， 其中該燃燒器(8a，8b，8c)是經(jīng)由排放管線(5)分支出的連接管線(12)連接到排放管線(5)的，和其中在還原單元(1)和由排放管線分支出的連接管線(12)之間的排放管線 (5)中，或者在連接管線(12)中至少存在著除塵設(shè)備(18)，特征在于從排放管線(5)觀察，CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器(20)、氣體冷卻設(shè)備(21)和CO2除去設(shè)備(22)先后存在于在任選存在的除塵裝置(18)與燃燒器(8a，8b，8c)之間的連接管線 (12)中。
8.權(quán)利要求7的設(shè)備，特征在于用于氣態(tài)烴的烴供料管線(24)通入到連接管線(12)中。
9.權(quán)利要求8的設(shè)備，特征在于從排放管線(5)觀察，氣態(tài)烴的烴供料管線(24)通入到CO2除去設(shè)備(22)下游的連接管線(12)中。
10.權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)的設(shè)備，特征在于該除塵設(shè)備(18)是干除塵設(shè)備。
11.權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)的設(shè)備，特征在于該除塵設(shè)備(18)是濕除塵設(shè)備。
12.權(quán)利要求11的設(shè)備，特征在于在該濕除塵設(shè)備和CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器(20)之間的連接管線中存在著氣體加熱設(shè)備(19)。
13.權(quán)利要求7-12任一項(xiàng)的設(shè)備，特征在于該還原單元(1)是流化床級(jí)聯(lián)。
14.權(quán)利要求7-12任一項(xiàng)的設(shè)備，特征在于該還原單元(1)是固定床還原豎爐。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)與熱的還原氣體接觸，來(lái)將金屬氧化物(3)還原成金屬化材料的方法，該還原氣體至少部分通過(guò)催化重整下面的混合物產(chǎn)生-含有二氧化碳(CO2)和/或水蒸氣(H2O)的氣體，和-氣態(tài)烴，其中用于燃燒器(8a，8b，8c)的燃燒氣體(其提供了用于在重整過(guò)程中發(fā)生的吸熱性重整方法所需的熱)是至少部分地由部分量的爐頂氣來(lái)產(chǎn)生的，該爐頂氣是在金屬氧化物(3)還原成金屬化材料的過(guò)程中產(chǎn)生的，其中這種部分量的爐頂氣在它用作燃燒氣體的組分之前，首先進(jìn)行除塵，然后進(jìn)行CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并且在CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中所獲得的轉(zhuǎn)化氣體在冷卻之后進(jìn)行了CO2除去。此外，本發(fā)明涉及一種進(jìn)行這種方法的設(shè)備。
文檔編號(hào)C22B5/12GK102471810SQ201080034094
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者佩爾 G., 米爾納 R. 申請(qǐng)人:西門子 Vai 金屬科技有限責(zé)任公司