專利名稱：煉鋼方法與設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煉鋼方法，其中包括在空氣分離裝置中分離空氣，在煉鋼方法的至少一個步驟中消耗如此產生的氧，對煉鋼方法產生的氣體完成部分脫碳過程，利用這種經過部分脫碳的氣體進行煉鋼方法的還原反應，部分脫碳過程以循環(huán)方式包括借助固定劑固定CO2的步驟的及隨后在反應器中進行的該固定劑的再生步驟。
奧地利的VOEST-ALPINE INDUSTRIE ANLAGENEBAU公司目前以“COREX”商標開發(fā)了一種這類方法。
這類方法的其它實例是由墨西哥HYLSA公司推向市場的方法HyLⅢ或由日本NKK公司推出的高爐吹氧法。
已被提出的對上述氣體進行部分脫碳的途徑為用胺洗滌或于真空下以可變壓力進行選擇性吸附。在第一種情況下，洗滌溶液的再生過程消耗大量水蒸氣，而在第二種情況下，所需的真空泵會增大成本與能耗。
本發(fā)明的目的在于提高部分脫碳過程的經濟效益。為此，本發(fā)明方法的特征在于在固定劑的再生過程中，向反應器中導入由空氣分離裝置產生的氮氣。
本發(fā)明方法可以包括下列特征中的一種或多種-CO2的固定過程為借助溶劑進行的吸收過程，所述反應器為其中加入氮的該溶劑的再生塔；-該溶劑由至少一種胺、尤其是甲基二乙胺(MDEA)組成，再生塔包括一個處于塔底的水蒸汽再沸器和一個處于塔頂?shù)乃淠鳎?CO2的固定過程為借助PSA(變壓吸附)方法、尤其是用4個吸附器進行的選擇性吸附法，其中氮以逆流方式在吸附劑的再生過程中在PSA循環(huán)的低壓洗提步驟中被導入吸附器中；-PSA循環(huán)包括在循環(huán)的低壓下借助氮氣進行的洗提過程和隨后借助減壓過程中從另一吸附器中并流提取的氣體進行的逆流洗提步驟；
-吸附劑為被加熱至約50℃以上的沸石5A；-該方法將煤的氣化過程與鐵礦石的直接還原過程結合在一起，所述氣體來自氣化過程和/或鐵礦石的直接還原過程。
本發(fā)明還涉及適用于上述方法的煉鋼設備。該設備包括至少一個第一耗氧裝置、視具體情況而定可能不同于第一裝置并且產生含CO2氣體的第二裝置、該氣體的部分脫碳單元，用于進行還原反應、視具體情況而定可能不同于第一裝置和/或第二裝置的第三裝置、用于向該第三裝置提供經過部分脫碳的氣體的裝置、以及適合產生為所述第一裝置所必需的氧氣的空氣分離單元、含有借助固定劑固定CO2的裝置和固定劑再生裝置的部分脫碳單元，其特征在于空氣分離單元的氮氣出口與固定劑的再生裝置連接。
該設備的其它特征在于-部分脫碳單元包括吸收器、再生塔和用于使CO2的溶劑由吸收器流至該塔并且反方向流動的裝置，該塔包括與空氣分離單元的氮氣出口連接的氮氣進口；-脫碳單元為選擇性PSA(變壓吸附)單元，其中包括將每一吸收器的出口選擇性連接到空氣分離單元的氮氣出口上的裝置；-吸附劑為沸石5A，每一吸附器均配備了加熱裝置。
下面參照附圖描述本發(fā)明實施方案，其中

圖1為本發(fā)明煉鋼設備；圖2和3為圖1所示設備中第一和第二種部分脫碳實施方式示意圖。
圖1示意的煉鋼設備屬于“COREX”型，它被設計成用于向生產鋼水的電弧爐F供料。該設備主要包括熔融氣化爐2的供煤漏斗1；鐵礦石的直接預還原豎爐3；凈化裝置4和5；旋風分離器6；凈化與冷卻裝置7；鼓風機8；空氣分離單元9；部分脫碳單元10；換熱器11；加熱器12；以及鐵礦石的直接還原豎爐13。
操作過程中，鐵礦石借助加料裝置14被導入豎爐3的頂部。自爐2的頂部提取并且在6中經過除塵的還原氣體通過導管15被導入豎爐3中。經過如此預還原的鐵礦石通過蝸桿裝置16被轉移至爐2中。爐2還接收來自漏斗1的煤，經由導管17來自旋風分離器6的廢鐵、循環(huán)粉塵以及借助單元9產生并且通過設置在爐2底部的噴管18被注入的氧。
豎爐3頂部氣體在4中被凈化并且通過導管19被送往脫碳單元10。來自旋風分離器6的過量氣體于7中被凈化與冷卻。該氣體的一部分隨后經導管20被注入導管19，其余部分通過鼓風機被循環(huán)并且作為爐2的冷卻氣與爐2頂部的氣體混合。
來自單元10的經過部分脫碳的氣體在11中經過間接換熱，隨后在12中通過借助經由管道21來自單元9的氧進行部分燃燒而被重新加熱，此后作為還原氣體被導入豎爐13，鐵礦石借助適宜的裝置22從頂部被加入該爐。爐13頂部的氣體于5中被凈化并且被循環(huán)使用一部分經導管23與導管19匯合，其余部分作為預熱氣體通過導管24被送入換熱器11的外殼。
由爐2和13的底部產生的液態(tài)金屬被送入電弧爐F以便進行吹氧精煉。
這樣，通過管道25輸送的由單元9產生的氧被提供給爐2、加熱器12和電弧爐F。它同樣可被用于其它目的，如圖中所示促使在爐2中循環(huán)的粉塵經過注射被轉移至管道17中。
單元9同時產生氧和氮。至少一部分該氮氣在通過導管26與裝置9的氮氣出口連接的裝置10中于下文參照圖2與3所述條件下被利用。27代表由單元10產生的部分脫碳還原氣導管，28代表單元10的酸性氣體出口，由此構成了殘余氣體的出口。
在該實施例中，經過單元10處理的氣體組成約為35％CO2、48％CO和17％H2。
圖2所示的脫碳單元10為胺洗單元，其中主要包括吸收器30、再生塔31、換熱器32、水冷卻器33、循環(huán)泵34和減壓閥35。塔31頂部配有水冷卻器36，塔身配有水蒸汽再沸器37。
在操作期間，于爐身被導入的經過胺洗處理的氣體在吸收器30中得到部分脫碳處理。經過部分脫碳的還原氣經導管27離開吸收器30頂部，其中CO2含量至多為5％，在該實施例中基本上等于該值。
所用的溶劑為MDEA(甲基二乙胺)，它被導入吸收器30的頂部。由吸收器底部提取的有CO2的溶劑于在32中經過加熱和在35中經過減壓后被導入塔31的頂部以便再生。該塔底的液體(再生溶劑)通過泵34與冷卻器32和33被循環(huán)至吸收器30頂部。殘余酸性氣體通過導道28被排出塔31的頂部。
氮氣被注入塔31的下部。這種作法的目的在于降低該塔中CO2的分壓，從而有利于其解吸。此外，由于氮的存在，平衡狀態(tài)下水蒸汽的數(shù)量與分壓下降。其結果是使36與37的水蒸汽和冷卻水需求量分別大幅度減小。
在圖3所示的實施例中，通過借助被加熱至50℃以上并且典型地約70℃的沸石5A以PSA(變壓吸附)方法選擇性吸附CO2來實現(xiàn)部分脫碳過程。圖3中的曲線表明借助圖中未標示出的配備有導管的四個并列吸附器單元、控制裝置和傳統(tǒng)的調節(jié)裝置實施PSA方法。
借助該單元，可以對于每一個吸附器實施圖3所述的循環(huán)過程。若T代表周期長短，則第二吸附器的操作情況可通過時滯T/4推算得到，第三吸附器的操作情況可通過時滯T/2推算得到，第四吸附器的操作情況可通過時滯3T/4推算得到。
在圖3中，時間t為橫坐標，縱坐標為絕對壓力P，箭頭表示氣流的運動與目的地；當箭頭與縱軸平行時，它還表明在吸附器中流動的方向；當一個箭頭處在上升的縱軸方向上(朝向曲線上方)時，在吸附器中的流向為并流；若指向上方的箭頭處在標示吸附器中壓力的線段下方，則物流通過吸附器的入口端進入吸附器；若指向上方的箭頭位于標示壓力的線段上方，則物流通過吸附器出口端離開吸附器，出口與進口端分別為等壓生產階段中待處理氣體和被提取氣體的進出口；當箭頭處在下降的縱軸方向上時(指向曲線下方)，在吸附器中物流為逆流。若指向下方的箭頭處在標示吸附器中壓力的線段下方，則物流通過吸附器的入口端離開吸附器；若指向下方的箭頭位于標示壓力的線段上方，則物流通過吸附器出口端進入吸附器，出口與進口端分別為等壓生產階段中待處理氣體和被提取氣體的進出口。另外，圖中以實線標出了僅涉及所述吸附器的氣流，以點劃線標出了來自或返回其它吸附器的氣流。
因此，對于第一吸附器來說，循環(huán)中包括下列各階段
(1)由t=0至T/4在一般約為4巴的循環(huán)高壓PM下進行并流吸附，該階段被分解為2個步驟；(1.1)由t=0至t1待處理混物被導入吸附器入口，經過部分脫碳的混合物(還原氣)自出口處被取出并且構成吸附器的生產氣體。
(1.2)由t1至T/4該步驟與前一步驟的不同之處在于一部分生產氣體被送至下述最終再壓縮步驟中的另一吸附器出口。
(2)由T/4至T/2被分為下列二個步驟的并流減壓階段；(2.1)由T/4至t2通過與下述第一再壓縮步驟中另一吸附器建立的壓力平衡來實現(xiàn)的第一并流減壓步驟。吸附器的出口與另一吸附器的出口連接，直至兩個壓力值均為Pe為止。
(2.2)由t2至T/2由Pe降至中間壓力Pi的第二并流減壓步驟，吸附器的出口與下述最終洗提步驟中另一吸附器的出口連接。
(3)由T/2至3T/4被分為三個步驟的逆流吹掃與洗提階段；(3.1)由T/2至t3逆流吹掃步驟，其間吸附器的入口與大氣相通直至壓力達到循環(huán)的低壓Pm為止，該壓力典型地為大氣壓。
(3.2)由t3至t4經過導管26在Pm壓力下借助來自空氣分離單元9的氮氣進行第一逆流洗提步驟，吸附器的進口與大氣接通。
(3.3)由t4至3T/4借助來自第二減壓步驟(2.2)中另一吸附器的氣體進行的逆流最終洗提步驟，吸附器的進口與大氣接通。
(4)由3T/4至T由Pm至PM的逆流再壓縮階段，被分為2個步驟(4.1)由3T/4至t5通過與第一減壓步驟(2.1)中另一吸附器建立的壓力平衡實現(xiàn)由Pm至Pe的第一逆流再壓縮步驟。
(4.2)由t5至T借助來自吸附步驟(1.2)中另一吸附器的生產氣體進行逆流最終再壓縮步驟。
為了避免在單元10中使用緩沖罐，可以使步驟(2.2)與(3.3)的用時相等，對于平衡步驟(2.1)和(4.1)來說也是如此。
在圖1的全過程中采用經過加熱的沸石5A特別令人感興趣，在該過程中存在可被用于加熱吸附器的熱量。事實上，沸石5A具備高CO2/CO選擇性，從而提高了產率，當它被加熱時，它易于被解吸。
另外，由于采用步驟(3.2)中的洗提氮，從而降低了吸附器中CO2的分壓。這使得可以更有效地脫除CO2進而同時提高生產率和過程的產率，如果其它方面都一樣的話。
與圖2所示實施方案相同，所采用的氮在空氣分離單元9的空氣壓縮機冷卻系統(tǒng)中或通過與待處理氣體在冷卻過程中如在圖1的裝置7中經過換熱而被預熱。
權利要求
1.煉鋼方法，其中在空氣分離單元(9)中分離空氣，在煉鋼方法的至少一個步驟(2,12,13)中消耗如此產生的氧，對煉鋼方法產生的氣體完成部分脫碳過程，利用這種經過部分脫碳的氣體(在13中)進行煉鋼方法的還原反應，部分脫碳過程以循環(huán)方式包括借助固定劑固定CO2的階段以及隨后在反應器31中進行的該固定劑的再生階段。其特征在于在固定劑的再生階段，在反應器(31)中導入由空氣分離單元(9)產生的氮。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于CO2的固定是借助溶劑進行的吸收過程，所述反應器(31)為其中導入氮的溶劑再生塔。
3.按照權利要求2的方法，其特征在于溶劑由至少一種胺、尤其是甲基二乙胺(MDEA)組成，再生塔(31)包括處于底部的水蒸汽再沸器(37)和處于頂部的水冷凝器(36)。
4.按照權利要求1的方法，其特征在于CO2的固定過程為借助PSA(變壓吸附)方法、尤其是用4個吸附器進行的選擇性吸附法，其中氮以逆流方式在吸附劑的再生過程中在PSA循環(huán)的低壓(Pm)洗提步驟中被導入吸附器中。
5.按照權利要求4的方法，其特征在于PSA循環(huán)包括在循環(huán)的低壓(Pm)下借助氮氣進行的洗提過程和隨后借助在減壓過程中從另一吸附器中并流提取的氣體進行的逆流洗提步驟。
6.按照權利要求4或5的方法，其特征在于吸附劑為被加熱至約50℃以上的沸石5A。
7.按照權利要求1-6中任一項的方法，其特征在于該方法將煤的氣化過程與鐵礦石的直接還原過程結合在一起，所述氣體來自氣化過程和/或鐵礦石的直接還原過程。
8.煉鋼設備，其特征在于該設備包括至少一個第一耗氧裝置(2,12,13)、視具體情況而定可能不同于第一裝置并且產生含CO2氣體的第二裝置(2,13)、該氣體的部分脫碳單元(10)、用于進行還原反應、視具體情況而定可能不同于第一裝置和/或第二裝置的第三裝置(13)、用于向該第三裝置提供經過部分脫碳的氣體的裝置(27)、以及適合產生為所述第一裝置所必需的氧氣的空氣分離單元(9)、含有借助固定劑固定CO2的裝置(30)和固定劑再生裝置(31)的部分脫碳單元(10)，其特征在于空氣分離單元(9)的氮氣出口與固定劑的再生裝置(31)連接。
9.按照權利要求8的設備，其特征在于部分脫碳單元(10)包括吸收器(30)、再生塔(31)和用于使CO2的溶劑由吸收器流至該塔以及作反向流動的裝置(34)，該塔包括與空氣分離單元(9)的氮氣出口連接的氮氣進口。
10.按照權利要求8的設備，其特征在于部分脫碳單元(10)為選擇性PSA(變壓吸附)單元，其中包括將每一吸附器的出口選擇性連接到空氣分離單元(9)的氮氣出口上的裝置。
11.按照權利要求10的設備，其特征在于吸附劑為沸石5A，每一吸附器均配備了加熱裝置。
全文摘要
煉鋼方法,其中在空氣分離裝置(9)中分離空氣,在煉鋼方法的至少一個步驟(2,12,13)中消耗如此產生的氧,對煉鋼方法產生的氣體完成部分脫碳過程,利用這種經過部分脫碳的氣體(在13中)進行煉鋼方法的還原反應,部分脫碳過程以循環(huán)方式包括借助固定劑固定CO
文檔編號C21B13/14GK1210562SQ9719204
公開日1999年3月10日 申請日期1997年1月29日 優(yōu)先權日1996年2月1日
發(fā)明者P·高希亞, J·尤塔德, X·韋格 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司