專利名稱：直接還原粉礦或者精礦砂的方法和設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在臥式反應器中用進入流化床中的一種還原氣體和一種熱載體氣體直接還原粉礦或者精礦砂特別是鐵礦石的粉礦或精礦砂的方法。本發(fā)明還涉及用于實施該方法的設備。
近來已經(jīng)發(fā)展了一系列直接還原鐵礦石的方法，這些方法允許在不進行以前的造塊，例如通過燒結(jié)、造球等等，直接處理世界上大量存在的粉礦和精礦砂。這里粉礦是用于煉鋼生產(chǎn)的一種低成本的配料組分。此外與只處理塊礦的方法和設備相比，使用粉礦有許多優(yōu)點。這些設備是用于生產(chǎn)生鐵的傳統(tǒng)高爐;用于直接還原生產(chǎn)海綿鐵的豎爐或者立式蒸餾罐。
在立式反應器中的流化床中直接還原粉礦是已知的，其中一個或多個流化床一個接著一個地串聯(lián)，用固體或氣體形式的含碳還原介質(zhì)進行直接還原，在顆粒范圍在0.1mm以下時，還原速度很高。流化床反應器能夠在氣體和上述范圍的固體材料之間大規(guī)模地進行反應。
在對貧鐵礦進行選礦時產(chǎn)生大量的大小范圍為0.1-1.0mm的鐵礦石精砂，在流化床反應器中用富CO或H2的氣體還原該鐵礦石精砂在技術(shù)上和經(jīng)濟上是令人感興趣的。然而，在流化床反應器中，尤其是在立式反應器中的還原受到限制。因此流化床在高氣流速度范圍內(nèi)向上受到排出速度(斯托克斯臨界速度)的限制，向上受到反應器容器的流化點的限制。在高轉(zhuǎn)變速度下，還原氣體在短時接觸后就已達到平衡，并且不能繼續(xù)還原。因此，一個重要的影響因素是每單位時間通過流化床引入的氣體量。
已經(jīng)知道一系列用氫還原鐵粉礦的方法，可是這些方法還未成熟達到工業(yè)化生產(chǎn)的地步(見“Die Reduktion der Eisenerze”，“Bogdandy/Engell，Springer出版社(柏林)出版，1967，225-236頁)。該文描述了H-鐵和Nu-鐵方法，其中在H-鐵方法中以低的溫度、純氫和高壓進行工作，在Nu-鐵方法中以中等溫度、純氫和中等壓力進行工作。
在H-鐵方法中，以具有三個上下重疊的流化床的反應器進行工作，兩個用于還原，一個用于預熱，以便在氣體和礦石之間近似地達到對流作用。盡管如此，由于溫度低，還原仍然進行緩慢，并且，由于平衡狀態(tài)不良和不好的近似平衡的不利狀態(tài)，氫的化學利用是相當?shù)偷摹Ｒ虼朔磻鞯膬艋膹U氣(約為總量的94%)被引入回路，以便在高壓水洗滌的每次循環(huán)中去除所形成的還原水。
Nu-鐵方法與H-鐵方法的區(qū)別主要是較高的反應溫度(600至760℃)和較低的過壓。氣體利用得到改進，不過卻損害了在接近礦石燒結(jié)點時控制流化床時的安全性。在低布料高度時氣體利用已處于接近平衡。已有2噸日產(chǎn)量的半工業(yè)設備。沒有消耗的氫在水洗凈之后被引入循環(huán)回路中。
此外，HIB方法和FIOR方法也是已知的，作為工業(yè)生產(chǎn)設備在委內(nèi)瑞拉已經(jīng)運轉(zhuǎn)或?qū)⒁\轉(zhuǎn)。在這兩種方法中使用氫作為還原介質(zhì)，其中HIB方法是從Nu-鐵方法進一步發(fā)展而形成的。
在HIB(高鐵團礦)方法中，細顆粒的鐵礦石在一臺二級立式流化床反應器中被還原，并且所產(chǎn)生的海綿鐵被壓成塊狀，此時使用蒸汽-甲烷-氣體轉(zhuǎn)化裝置產(chǎn)生還原氣體。處理過的粉礦在送入上下重疊布置的反應器之前，進行二級干燥和預熱。預熱過的粉礦先在位于上面的反應器中，然后在位于下面的反應器中進行還原，這兩個反應都是約700℃。
一臺具有400000年噸數(shù)、按照FIOR方法工作的設備已于1976在委內(nèi)瑞拉運轉(zhuǎn)。這臺設備用總共四個反應器工作，一個預熱反應器用于粉礦預熱，三個串級聯(lián)接的反應器用于直接還原。預熱過的礦石氣動地導向順序排列的立式流化床反應器，此時礦石依次地與還原氣體H2和CO成逆流地被還原。
還原氣體在送向冷卻裝置和凈化段之前，首先流過下面的最后的反應器，然后流過中間的反應器，并且經(jīng)過第一個或者上面的反應器排出反應器柱。接著壓縮冷卻和純化過的氣體，用新鮮氫氣增濃，并送回到還原過程中。
這種方法被拒絕的原因是由于配料組分的所謂的粘結(jié)、燒結(jié)，差的氣體利用率以及配料未完全還原引起的。因此，低的生產(chǎn)率和不良的經(jīng)濟效果不利于不僅HIB而且FIOR方法繼續(xù)流行。
盡管反應動力學方面的優(yōu)越性，迄今為止還沒有發(fā)現(xiàn)在一個流化床中進行還原，因為在配料的顆粒很小(0.1-1.0mm)時，流化床只在很低的氣體速度(入流速度)時是穩(wěn)定的。此外，還導致入流的還原氣體的過高溫度(象經(jīng)過加熱一樣)以及在還原過程中導致配料粘結(jié)。這兩個限制因數(shù)，即高的氣體速度和低的溫度盡管導致有良好的反應動力學先決條件，但仍然不能達到像在高爐或者豎爐中直接還原時類似高的生產(chǎn)能力(tFe/m2)。
從例如在EP-0329673中所描述的一種方法和一種設備得出對本發(fā)明的在臥式流化床反應器中用氫直接還原粉礦的方法有益的原則性考慮。當然上述文獻涉及在流化床反應器中煤粉氣化。來自所述文獻中涉及的方法發(fā)展的一些基本認識，尤其是接受在該文的圖2中描述的臥式反應器作為進行直接還原的設備被應用于本發(fā)明方法的形成中。
由DE 2423951和DE 2910437流化床氣體發(fā)生器也是已知的，該流化床氣體發(fā)生器是在高壓下具有通過在固定的圓筒形蒸餾罐中的暖氣管供熱，由煤和水蒸汽產(chǎn)生煤氣。
具有高溫供給的熱交換器管束的不卡死懸掛裝置，在一臺具有一個用于灌注極熱氣體或蒸汽介質(zhì)的熱交換器的臥式容器中由多個單元構(gòu)成，這由EP-0424625是已知的。
最后，EP-0440886描述了一種臥式流化床反應器，該流化床反應器有一個入流底層，它設置在中心的流態(tài)化介質(zhì)輸入裝置上，并且一個收集器連接在這個管道上，入流管從收集器兩側(cè)延伸。
本發(fā)明的任務在于建立一種直接還原粉礦或者精礦砂的方法和設備，在該方法和設備中能夠避免所指現(xiàn)有技術(shù)中描述的缺點，此外，就設備成本和生產(chǎn)成本達到更好的經(jīng)濟性。在本發(fā)明的方法中，通過分級地還原配料組分達到更好的利用還原氣體，并且與已知的方法相比，生產(chǎn)能力(tFe/m2·h)得到提高。
這些任務是通過在第一個方法權(quán)利要求和第一個設備權(quán)利要求中給出的技術(shù)特征來解決的。在從屬權(quán)利要求中給出方法和實現(xiàn)該方法的設備的一種有利實施方式。
在臥式反應器的流化床中用氫氣作為還原氣體直接還原鐵粉礦是基于下述的先決條件
用氫氣還原所必需的熱量是141千卡/KgFe，此時吸熱反應按照下面的規(guī)律進行Fe2O3+3H2＝2Fe+3H2O除反應熱之外，還需要附加熱量用于加熱配料組分。這種熱量是0.20千卡/Kg℃，這是通過供給一種已加熱的熱載體氣體來獲得，這種熱載體氣體是通過用壓縮空氣燃燒一種可燃氣體，例如天然氣來產(chǎn)生。
使用約700℃的氫氣作為用于構(gòu)成流化床的入流介質(zhì)和作為還原劑。由此在爭取達到100%的礦石還原度時相應約2000Nm3/tFe的還原氣體量，產(chǎn)生30%的計算上可能的氣體利用。在流過各個反應器區(qū)域中的流化床時，還原氣體的溫度下降是在約380℃。
由于這種溫度降低，實際的氣體利用是較低的，達到約20%的數(shù)值，這就導致所需要的還原氣體量超過3000Nm3/tFe。
在0.1至1.0mm的中等的粉礦顆粒直徑及用氫氣入流的情況下，當氣流速度是約100cm/s時流化床是穩(wěn)定的。在還原劑的溫度為約700℃和大氣壓下，這相當于1010Nm3/h·m2的氣體流過量。
在這種前提下，在20%的效率時得到0.335tFe/m2的比生產(chǎn)能力。這是一個如同在直接還原鐵礦石的試驗裝置(按容量級)中達到的數(shù)值。
為了提高用氫氣直接還原時的比生產(chǎn)能力，有兩種可能的途徑-提高壓力，-提高反應器中的中間流化床的溫度。
提高流化床內(nèi)的壓力是比較容易實現(xiàn)的。當提供相應的氣體數(shù)量時，壓力成比例地影響比生產(chǎn)能力，也就是說，在10巴時比生產(chǎn)能力增加10倍，而在20巴時比生產(chǎn)能力增加20倍之多。
關(guān)于所述的0.335tFe/m2·h的比生產(chǎn)能力，在10巴時達到3.35tFe/m2·h，而在20巴時達到6.70tFe/m2·h。以這些數(shù)值，已經(jīng)達到傳統(tǒng)的直接還原設備和高爐的范圍。
不推薦提高入流的還原氣體的溫度，因為當溫度超過所用礦石的粘結(jié)溫度時，以及當中間流化床溫度低時，在此后會發(fā)生配料組分粘結(jié)的危險。
向流化床的間接傳熱會導致反應器內(nèi)的平均溫度提高。在本發(fā)明中，從外部通過一個按照浸入式加熱器類型浸入流化床中的熱交換器進行熱傳遞。
因此在約750℃時，氣體利用率從低于20%提高到約40%。于是單位還原氣體量是158Nm3/tFe。當提高對流化床的熱量供給時，進一步提高生產(chǎn)能力是可能的。
根據(jù)本發(fā)明的過程進行，借助控制各個反應器區(qū)域的溫度可以達到防止粉礦的粘結(jié)。
按照本發(fā)明的方法還可以實現(xiàn)，形成流化床的粉礦或者精礦砂在吸熱反應過程期間，在沒有預還原或者還原的礦石顆粒的返回混合物下通過各個反應器區(qū)域。
因此本發(fā)明的方法以及實現(xiàn)該方法的設備的特點是采取一系列保證在流化床中完全和經(jīng)濟的還原粉礦的措施。
這些措施有-使用一種本身公知的臥式流化床反應器，該反應器分成三個區(qū)域，
-每個區(qū)域單獨地供給附加熱量，-根據(jù)溫度通過熱交換器控制進入的熱量，-吸熱反應需要的附加熱量不經(jīng)過還原介質(zhì)帶入，-具有合適溫度的新鮮還原介質(zhì)流入每個區(qū)域，-粉礦的加熱和預還原可以在高溫下等溫地進行，-除在加熱/預熱還原時之外，可以在低的溫度時等溫地發(fā)生至80%還原度的還原。
-根據(jù)要還原的礦石的粘結(jié)狀態(tài)，在低的溫度下進行至100%的最終還原，-在高壓下在所有三個區(qū)域中進行還原，-爐頂煤氣在粗凈化和精凈化及排出反應水之后，作為用于還原的干燥循環(huán)氣體送回到工藝過程中，分離出的粉礦部分也同樣地輸送到材料循環(huán)回路中。
-由于使用高的壓力，需要小尺寸和重量輕的外部設備部分，例如水供給裝置、氣體凈化裝置、壓縮機、冷卻器、熱交換器、管道、電驅(qū)動裝置等等。
一臺大小和布置如根據(jù)附圖所描述的下面可作為樣板的反應器，在6tFe/m2·h的比生產(chǎn)能力下理論上能夠取得480tFe/h的生產(chǎn)率。


圖1示出帶有外置燃燒室和熱交換器的臥式反應器的縱截面。
圖2示出本發(fā)明的使用氫氣的直接還原法的工藝圖。
圖3示出貫穿分成三個區(qū)域的反應器的縱截面。
在圖1中描述了本發(fā)明的直接還原設備的結(jié)構(gòu)。還原容器由一個臥式流化床反應器(1)構(gòu)成，粉礦或精礦砂(F)氣動地從下部輸入反應器中。還原介質(zhì)使用氫氣(A)或者混合還原氣體(A′)。已加熱的還原氣體(A′)在壓力下經(jīng)過入流底層(2)輸入到反應器區(qū)域(1a、1b、1c)中。反應所必需的熱量經(jīng)過浸入反應器(1)的反應器區(qū)域(1a、1b、1c)的熱交換器(3)以不同的溫度傳遞給流化床。以與還原介質(zhì)對流的方式進行熱量輸入。
可燃氣體(B)在送入風(C)下在燃燒室(4.1、4.2)中燃燒形成熱載體氣體(D)。還原氣體(A′)在經(jīng)過入流底層(2)進入反應器(1)的各個反應器區(qū)域(1a、1b、1c)之前，在連接燃燒室的熱交換器(5.1-5.3)中預熱。
熱載體氣體(D)首先流入在反應器區(qū)域(1c和1b)中的熱交換器(3)，接著在這種結(jié)構(gòu)形式中，在帶有附加連接的熱交換器(5.3)的燃燒室(4.3)中進行另外的中間加熱之后進入位于反應器區(qū)域(1a)內(nèi)的熱交換器(3)中，熱載體氣體(D)經(jīng)過管道(D)向燃燒室(4.1、4.2)方向離開反應器或者為了繼續(xù)利用作為過程中的廢氣(D′)經(jīng)過管道(3e)排出。
氣動輸入的粉礦以連續(xù)的氣流向反應器(1)的各個區(qū)域(1a、1b、1c)擴散。以這種方式礦石中的氧被還原介質(zhì)氫分解出。所產(chǎn)生的H2/H2O-CO/CO2混合物作為所謂的爐頂煤氣(E)經(jīng)過爐頂煤氣管道離開反應器(1)。這種爐頂煤氣(E)被送往熱煤氣旋風除塵器，在那里分離出粉塵。
在經(jīng)過反應器區(qū)域(1a、1b、1c)之后，完全還原的粉礦(F)作為海綿鐵(G)排出。
在圖2中描述的工藝圖表明反應器(1)是怎樣運行的。
本發(fā)明的方法由二個氣體回路、熱載體氣體回路(B、C、D)和還原介質(zhì)回路(A、A′、E、E′)以及物料回路(F、G)和一系列輔助回路組成。
熱載體氣體回路可燃氣體(B)與壓縮空氣(C)在燃燒室(4.1、4.2)中燃燒成熱載體氣體(D)。在這些燃燒室中，可燃氣體如天然氣與壓縮的燃燒用空氣(C)進行燃燒，以使溫度550-800℃的熱載體氣體(D)進入反應器的熱交換器(3)中。這種基本上由N2和CO2組成的氣體(D)，在它經(jīng)過后面連接的熱交換器(5.1、5.2)之后，進入反應器區(qū)域(1c、1b)的熱交換器(3)。熱載體氣體在反應器區(qū)域(1a)經(jīng)過收集管道(D)離開反應器(1)，溫度約為500℃，經(jīng)過一個升壓壓縮機(10)重新送回燃燒室(4.1、4.2)。
過剩的熱載體氣體(D)作為廢氣(D′)經(jīng)過一個擴展器(11)從熱載體氣體回路排出。擴展器(11)驅(qū)動一個壓縮機(12)，該壓縮機壓縮對于可燃氣體(B)所需要的燃燒用空氣(C)。
還原介質(zhì)回路在本發(fā)明的方法中用氫進行還原。這種方法具有這樣一個優(yōu)點，即在循環(huán)氣體(E′)的循環(huán)中不必須進行CO2洗滌處理。在一個未示出的烴水蒸汽轉(zhuǎn)化裝置(天然氣/蒸汽)中產(chǎn)生氫氣(A)。
氫氣(A)在混合點(14)與循環(huán)氣體(E′)混合后，作為還原氣體(A′)經(jīng)過一個爐頂煤氣換熱器(15)被引入，并且預熱至約500℃。這種預熱的還原氣體(A′)在位于熱載體氣體回路(D)的燃燒室(4.1、4.2)之后的熱交換器(5.1、5.2)中加熱至最高為750℃的溫度。然后還原氣體(A′)經(jīng)過入流底層(2)進入反應器(1)中的反應器區(qū)域。最后，還原氣體作為爐頂煤氣(E)離開反應器(1)，并且為了粗凈化而被導向廢氣旋風除塵器(17、18)。在第一級旋風除塵器(17)中分離出85-90%的產(chǎn)生的粉塵(F′)，在第二級旋風除塵器(18)中分離出另外的5-8%的粉塵。
殘留物用帶有冷卻器(19、20)的文丘里洗滌器洗滌出。在冷卻器(20)中冷凝出H2/H2O混合物中的水蒸汽。保留在氣體(E′)中的氫氣被送入壓縮機(16)中壓縮至工作壓力，然后被引向混合點(14)。在那里必要時可以供給附加的氫氣(A)。
物料回路所供給的鐵粉礦(F)存放在地面料倉(23)中，從那里送往配料器(24)，并經(jīng)過一個壓力容器(25)氣動地從下面吹入反應器區(qū)域(1a)中。經(jīng)過一種惰性氣體(M)同樣地在容器(24、25)中實現(xiàn)增壓。
前已述及，來自旋風除塵器(17)的爐頂煤氣(E)中的粉塵(F′)被混合到物料回路中，在此之前粉塵通過冷卻區(qū)(17a)。
為了進一步使用，這些粉礦回流物料(F′)被送往物料回路中的配料器(24)。
由此可以得出，所使用的粉礦數(shù)量(F)中的最多10%被爐頂煤氣(E)帶走，即最多140Kg/tFe。其中120-130Kg又送向反應器(1)。僅部分還原過的10-20Kg被收集在一個容器(18a)中，送往壓塊步驟(31)。
鐵粉礦(F)和回流物料(F′)在流化床中通過反應器(1)的反應器區(qū)域，在反應器的端部作為海綿鐵(G)轉(zhuǎn)移到中間容器(28)中，接著送往壓塊步驟(31)。
所夾帶的爐頂煤氣(E)從中間容器(28)引向惰性氣體系統(tǒng)(M)。
在海綿鐵(G)的卸料的下面設置一個用于增碳載體的附加裝置(30)，增碳載體從一個貯備容器(32)經(jīng)過管道(H)送向附加裝置(30)。
輔助回路廢氣和惰性氣體回路所產(chǎn)生的對于工藝過程來說不需要的廢氣(D′)經(jīng)過一個膨脹器(11)抽出，并供給另外的使用。
因為惰性氣體(M)對于粉礦(F)的氣動要求是必不可少的，所以惰性氣體在擴展器(11)之前從廢氣中提取出，在一個氣體冷卻器(29)中冷卻下來，然后送往惰性氣體壓縮器(27)，并在壓縮狀態(tài)下導入惰性氣體容器(26)。
水回路向文丘里洗滌器/冷卻器(19、20)連續(xù)地供給補充水(I)。含有粉塵的廢水(L)流過過濾裝置(21)，并經(jīng)過泵(22)作為循環(huán)水(K)送向文丘里洗滌器(19)。
循環(huán)水(K)在一個冷卻器(33)中用冷卻水(N)冷卻到所需的工作溫度。如果循環(huán)水(K)中的固體物質(zhì)部分太多，則作為廢水(L)從回路中去除掉。
圖3以縱截面示出臥式反應器(1)的過程現(xiàn)定的設備。反應器(1)通過各自插入反應器(1)底部中的隔板(7)分成反應器區(qū)域(1a、1b、1c)和一個與此鄰接的用于容納海綿鐵(G)的部分(1d)。
已預熱并處于工作壓力下的還原氣體(A)經(jīng)過入流底層(2)從下面進入每個反應器區(qū)域(1a、1b、1c)，同時加入粉礦形成流化床。熱載體氣體(D)經(jīng)過具有不同溫度的進氣接管(3a)到達三個熱交換器(3)中，三個熱交換器的每一個處在一個反應器區(qū)域(1a、1b、1c)中。
熱載體氣體(D)在經(jīng)過管道(3c)引向反應器區(qū)域(1a)內(nèi)的熱交換器(3)和經(jīng)過接管(3b)及管道(3e)離開熱交換器之前，首先流過反應器區(qū)域(1c)和(1b)中的熱交換器(3)。
粉礦(F)用工作壓力氣動地經(jīng)過接管(6)輸入反應器區(qū)域(1a)，已還原的粉礦(F)在反應器區(qū)域(1d)中作為海綿鐵(G)經(jīng)過流出接管(8)排出。爐頂煤氣(E)經(jīng)過接管(9)離開反應器(1)。
參考符號表1 反應器1a 第一個反應器區(qū)域1b 第二個反應器區(qū)域1c 第三個反應器區(qū)域2 入流底層2a A′的進口3 熱交換器3a D的進口3b D的出口3c 連接管道3d 進入集氣管3e 輸送D用的管道4.1 燃燒室4.2 燃燒室4.3 燃燒室
5.1 熱交換器5.2 熱交換器5.3 熱交換器6 F的進入接管7 在1中的隔板8 G的排出接管9 E的排出口10 增壓器11 膨脹器12 壓縮機13 煙囪14 混合點15 爐頂煤氣回收裝置16 壓縮E′的壓縮機17 第一級廢氣旋風除塵器17a 冷卻F′的冷卻區(qū)18 第二級廢氣旋風除塵器18a 中間容器19 文丘里洗滌器20 水冷卻器21 過濾器22 泵23 粉礦料倉24 壓力容器
25 吹入容器26 惰性氣體容器27 惰性氣體壓縮機28 用于G的中間容器29 氣體冷卻器30 用于H的附加裝置31 壓塊步驟A 還原氣體，H2A′ 混合的還原氣體B 可燃氣體C 壓縮空氣D 熱載體氣體D′ 廢氣E 爐頂煤氣E′ 循環(huán)氣體F 粉礦/精礦砂F′ 粉礦回流物料G 海綿鐵H 增碳劑I 補充水K 循環(huán)水N 冷卻水L 廢水M 惰性氣體
權(quán)利要求
1.在一個臥式反應器中用流化床中的一種還原氣體和一種熱載體氣體直接還原尤其是鐵礦石的粉礦或者精礦砂的方法，其特征在于-粉礦或者精礦砂(F)被氣動地送入反應器(1)的反應器區(qū)域(1a)，-在反應器區(qū)域(1a)中進行粉礦(F)的加熱和預還原，在反應器區(qū)域(1b)中進行粉礦(F)的大部分還原，以及在反應器區(qū)域(1c)中進行粉礦(F)的最終還原；-為了建立流化床和還原粉礦(F)，具有450-800℃溫度的經(jīng)過預熱的氣體狀的還原介質(zhì)(A，A′)作為入流介質(zhì)在壓力下從下面吹入反應器(1)中；-通過具有500-850℃溫度的加熱的熱載體氣體(D)將附加熱經(jīng)過熱交換器(3)間接地傳給反應器(1)中的流化床上；-處于壓力之下的爐頂煤氣(E)在經(jīng)過凈化和壓縮步驟之后，作為循環(huán)氣體(E′)與還原氣體(A)混合，并在加熱之后再送往反應器(1)；-在廢氣旋風除塵器(17、18)中分離出夾帶在爐頂煤氣(E)中的粉塵部分(F′)，然后與粉礦或者精礦砂(F)混合，并再送往還原回路。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了控制反應器(1)中的流化床的還原過程和進行，具有不同溫度分布型的預熱的、氣體狀并處于壓力下的還原介質(zhì)(A，A′)經(jīng)過入流底層(2)被送入各個反應器區(qū)域(1a、1b、1c)。
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，為了支持吸熱反應過程，具有不同溫度分布型的已預熱的熱載體氣體(D)被導入反應器區(qū)域(1a、1b、1c)內(nèi)的熱交換器(3)中。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，熱載體氣體(D)通過在燃燒室(4.1、4.2)中燃燒可燃氣體(B)而產(chǎn)生，這種熱載體氣體在燃燒之后基本上由N2和CO2組成，并且引入熱交換器(3)。
5.權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，在可燃氣體(B)燃燒形成熱載體氣體(D)的過程中供給壓縮空氣(C)。
6.權(quán)利要求3-5中任一項所述的方法，其特征在于，控制熱載體氣體(D)的溫度，并且在反應器區(qū)域(1a)是700-800℃，在反應器區(qū)域(1b)是600-700℃，在反應器區(qū)域(1c)是550-650℃。
7.權(quán)利要求3-6中任一項所述的方法，其特征在于，熱載體氣體(D)離開在反應器區(qū)域(1a)中的熱交換器(3)時的溫度為400-600℃，并且經(jīng)過一個升壓器(10)再送往燃燒室(4.1、4.2)。
8.權(quán)利要求3-7中任一項所述的方法，其特征在于，從熱載體氣體回路(D)中排出過剩的熱載體氣體(D′)，并且送往膨脹器(11)。
9.權(quán)利要求3-8中任一項所述的方法，其特征在于，在燃燒室(4.1)中產(chǎn)生的熱載體氣體(D)被送入反應器區(qū)域(1c)的熱交換器(3)中，在燃燒室(4.2)中產(chǎn)生的熱載體氣體(D)被送入反應器區(qū)域(1b)的熱交換器(3)中。
10.權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，熱載體氣體(D)在流過反應器區(qū)域(1b、1c)中的熱交換器(3)之后經(jīng)過收集管道(3c)送往反應器區(qū)域(1a)中的熱交換器(3)。
11.權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，熱載體氣體(D)從熱交換器(5.1、5.2)或者從第三個熱交換器(5.3)直接被送往反應器區(qū)域(1a)中的熱交換器(3)。
12.權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用氫(H2)作為還原氣體(A)，將這種氣體在混合點(14)與循環(huán)氣體(E′)的氫混合。
13.權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，混合的還原氣體(A′)經(jīng)過爐頂煤氣回收裝置(15)引入并加熱至450-550℃的溫度。
14.權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，已預熱的還原氣體(A′)在熱交換器(5.1、5.2)中被加熱至550-800℃的最終溫度。
15.權(quán)利要求12-14中任一項所述的方法，其特征在于，還原氣體(A或A′)被壓縮至10-40巴的工作壓力，并導入反應器(1)中。
16.權(quán)利要求12-15中任一項所述的方法，其特征在于，還原氣體(A或A′)被加壓至20巴的工作壓力并導入反應器(1)中。
17.權(quán)利要求12-16中任一項所述的方法，其特征在于，在熱交換器(5.1)中預熱的還原氣體(A′)被送往溫度為500-650℃的反應器區(qū)域(1c)的入流底層(2)，在熱交換器(5.2)中預熱的還原氣體(A′)被送往溫度為500-700℃的反應器區(qū)域(1b)的入流底層，在熱交換器(5.3)中預熱的還原氣體被送往溫度為650-800℃的反應器區(qū)域(1a)的入流底層。
18.權(quán)利要求12-17中任一項所述的方法，其特征在于，預熱的還原氣體(A′)在與粉礦(F)中的氧反應之后，作為爐頂煤氣(E)經(jīng)過一個爐頂煤氣管道離開反應器(1)，送入爐頂煤氣旋風除塵器(17、18)中。
19.權(quán)利要求1及12-18所述的方法，其特征在于，預凈化的爐頂煤氣(E)被導入一個帶有水冷卻裝置(20)的文丘里洗滌器(19)，并冷凝出H2-H2O混合物中的水蒸汽。
20.權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，凈化并干燥過的循環(huán)氣體(E′)在壓縮機(16)中壓縮至工作壓力，并送入混合點(14)。
21.權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，在爐頂煤氣旋風除塵器(17)中分離出的爐頂煤氣(E)中的粉塵部分(F′)被送回到還原過程中，在爐頂煤氣旋風除塵器(18)中分離出的粉塵部分(FI)被引向壓塊步驟(31)。
22.權(quán)利要求18或19所述的方法，其特征在于，將冷卻過的循環(huán)水(K)和補充水(I)送入帶有水冷卻裝置(20)的文丘里洗滌器(19)。
23.權(quán)利要求1、15或16所述的方法，其特征在于，經(jīng)過精選的粉礦或者精礦砂(F)從料斗(23)經(jīng)過輸送和配料裝置送往壓力容器(24)，并且從那里在工作壓力下氣動地從吹入容器(25)吹入反應器(1)的反應器區(qū)域(1a)。
24.權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，為了氣動地輸送粉礦(F)，使用處于工作壓力下的惰性氣體(M)，這種惰性氣體取自過剩的熱載體氣體(D′)，在冷卻器(29)中冷卻，并且在惰性氣體壓縮機(27)中達到所需的工作壓力。
25.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，向離開反應器區(qū)域(1d)的海綿鐵(G)摻入一種增碳劑(H)。
26.實現(xiàn)權(quán)利要求1-25中任一項所述方法的設備，它具有一個帶有內(nèi)置入流底層的臥式反應器、在反應器容器外面設置的燃燒室和熱交換器、用于產(chǎn)生所需工作壓力的裝置、用于將配料組分引入反應器的裝置、用于引出廢氣的裝置和用于從反應器容器排出成品產(chǎn)物的裝置及其后繼處理裝置，其特征在于-反應器容器是一個本身公知的臥式流化床反應器(1)，在該反應器中有浸入其中的熱交換器(3);-反應器(1)被構(gòu)成高邊界的隔板(7)分成三個反應器區(qū)域(1a、1b、1c);-在每個反應器區(qū)域(1a、1b、1c)的下部至少設置一個入流底層(2)，而在上部至少設置一個熱交換器(3);-在熱交換器(3)的位于反應器(1)外部的進入和排出接管(3a、3b)上設置用于引導熱載體氣體(D)的連接管道(3c);-在反應器區(qū)域(1a)設置一個用于輸入粉礦(F)的進入接管(6);-在反應器區(qū)域(1c)設置一個用于排出海綿鐵(G)的排出接管(8)，并且還設置一個用于爐頂煤氣(E)的排出接管(9)。
27.權(quán)利要求26所述的設備，其特征在于，隔板(7)被固定在反應器(1)的底部，并且延伸至熱交換器(3)的進入集氣管(3d)。
28.權(quán)利要求26或27所述的設備，其特征在于，反應器區(qū)域(1a、1b、1c)中的熱交換器(3)作為設置在反應器空間中的蛇形管而構(gòu)成。
29.權(quán)利要求26-28中任一項所述的設備，其特征在于，臥置在反應器(1)的下壁上的入流底層(2)固定在進入接管(2a)上。
30.權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，總是一個燃燒室(4.1、4.2)和一個熱交換器(5.1、5.2)一個接著一個地設置在反應器(1)的外部。
31.權(quán)利要求30所述的設備，其特征在于，裝有第三個燃燒室(4.3)和第三個熱交換器(5.3)。
32.權(quán)利要求30或31所述的設備，其特征在于，熱交換器(3)借助設置在外部連接管道(3c)經(jīng)過進入接管和排出接管(3a、3b)相互連接。
33.權(quán)利要求30-32中任一項所述的方法，其特征在于，在反應器區(qū)域(1a)中的熱交換器(3)通過一個位于增壓器(10)的中間連接裝置下面的連接管道(3e)與燃燒室(4.1、4.2)連接。
34.權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，在爐頂煤氣回路(E)中設置爐頂煤氣旋風除塵器(17、18)、爐頂煤氣回收裝置(15)、帶有水冷卻裝置(20)的文丘里洗滌器(19)、用于壓縮循環(huán)氣體(E′)的壓縮機(16)。
35.權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，在水循環(huán)回路(K)中在文丘里洗滌器(19)和水冷卻裝置(20)后設置過濾裝置(21)、中間冷卻器(33)和循環(huán)泵(22)。
36.權(quán)利要求26或34所述的設備，其特征在于，用于循環(huán)氣體(E′)的管道在混合點(14)與用于還原氣體(A)的管道連接。
37.權(quán)利要求26所述的設備，其特征在于，為了驅(qū)動用于過剩的熱載體氣體(廢氣D′)的空氣壓縮機(12)設置一個膨脹器(11)。
38.權(quán)利要求26所述的設備，其特征在于，向吹入容器(25)的一側(cè)連接一個壓力容器(24)，向另一側(cè)連接一個加壓的惰性氣體容器(26)，并且用于粉礦(F)的吹入管道通入反應器區(qū)域(1a)的下部區(qū)域。
39.權(quán)利要求38所述的設備，其特征在于，惰性氣體管道(M′)從用于過剩的熱載體氣體(D′)的管道起在膨脹器(11)之前分岔，并且在廢氣管道(D′)和惰性氣體壓縮機(27)之間設置一個氣體冷卻器(29)。
40.權(quán)利要求38或39所述的設備，其特征在于，在海綿鐵(6)的排出口(8)后面設置一個增碳載體加入裝置(30)，用于貯藏海綿鐵(6)的中間容器(28)，在旋風除塵器(17)后面設置一個冷卻區(qū)(17a)，以及一根用于向粉礦貯料斗(23)運送粉礦回流物料(F′)的管道。
全文摘要
一種在臥式反應器的流化床中用還原與載熱氣體直接還原細粒鐵礦石的方法與設備。精礦由氣壓從下面供入還原流化床反應器中。經(jīng)加熱的還原介質(zhì)帶壓通過入流底吹入反應器內(nèi)。吸熱反應所需熱量通過熱交換器以不同溫度供給反應器并傳遞給流化床。熱量的導入與還原介質(zhì)逆流進行。氣體燃料跟輸入空氣一起導入燃燒室燃燒成載熱氣體。還原氣體在通過入流底進入反應器各區(qū)之前經(jīng)串接的熱交換器預熱。海綿鐵與爐頂煤氣在反應器末區(qū)輸出。
文檔編號B01J8/18GK1109102SQ9410862
公開日1995年9月27日 申請日期1994年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月7日
發(fā)明者K·克諾普 申請人:曼-古特霍夫農(nóng)舒特有限公司