专利名称：基于转化炉气的具有降低的NO<sub>x</sub>排放的还原方法
基于转化炉气的具有降低的NOx排放的还原方法本发明涉及一种通过与热还原气接触以将金属氧化物还原成金属化材料的方法， 该热还原气至少部分通过由
-含二氧化碳(CO2)和/或水蒸汽(H2O)的气体，和 -气态烃
组成的混合物的催化转化而制备，其中转化中进行的吸热转化过程所需的热至少部分通过燃烧燃气提供。此外，本发明还涉及实施该方法的设备。通过与热还原气接触以将金属氧化物还原成金属化材料的方法例如描述于WO 2006135984中的
图1，其中该还原气至少部分经天然气的催化转化而制备，其中转化中进行的吸热转化过程所需的热至少部分通过燃烧燃气提供。根据法规的规定，该方法产生的废气在排入环境之前希望能有效地分离其中的C02。如WO 2006135984所示的方法中，用于转化器的燃气以空气作为氧源进行燃烧，因此该燃烧废气含大量的氮。由此需设置用于从该燃烧废气中去除(X)2的相当大的后接设备。此外，由处于低压下的燃烧废气中去除CO2仅可使用化学吸收法，该方法具有大的建筑规模和高的能耗。此外，如果使用通常的燃烧器，会通过氮产生燃烧废气中的高NOx含量。因此由于越来越严格的环境规定，大多需后接的除氮设备，特别是用于选择性催化还原氧化氮(SCR) 的方法。虽然在使用低NOx燃烧器时还要避免燃烧废气的高NOx含量，但这种燃烧器的火焰图对在转化器中的应用是不利的。使用空气作为氧源的另一缺点在于，在转化器中和可能在燃烧废气管线中存在的同流换热器中的热转移由于高的氮含量仅在较小的程度上通过辐射进行，且主要通过对流进行，与通过辐射的热转移相比，其引起明显无效的热转移。本发明的目的是提供一种方法和实施该方法的设备，以克服上述的缺点。该目的是由一种通过与热还原气接触以将金属氧化物还原成金属化材料的方法实现的，其中该热还原气至少部分通过由
-含二氧化碳(CO2)和/或水蒸汽(H2O)的气体，和 -气态烃
组成的混合物的催化转化而制备，在转化中进行的吸热转化过程所需的热至少部分通过燃烧燃气提供，并排出其中所形成的燃烧废气，该废气经冷却并脱除水份，其特征在于， 将燃烧燃气所需的氧随气体混合物加入到燃气中，该气体混合物由部分量经冷却的并脱除水份的燃烧废气和纯氧制备。所述脱除水份可以是部分的或完全的；应至少进行部分脱除水份。所述金属氧化物优选是氧化铁。但按Richardson-Jeffes图，也可还原例如镍、 铜、铅、钴。所述还原气至少部分通过由
-含二氧化碳(CO2)和/或水蒸汽(H2O)的气体，和 -气态烃
组成的混合物的催化转化而制备。该转化通过气态烃与H2O和(X)2至少部分反应成氢(H2)和一氧化碳(CO)而进行。可将转化所需的物质H2O和/或CO2分别单独或一起加到用于转化的混合物中，和/或利用在含二氧化碳CO2和/或水蒸汽H2O的气体中存在的H2O和 /或C02。优选是至少将H2O作为水蒸汽加到该混合物中。气态烃意指例如天然气、甲烷、丙烷、来自煤气化的合成气、焦炉气。术语气态烃包括可以仅存在一种化合物，例如纯丙烷，和可以存在由多种化合物组成的混合物，如丙烷和甲烷的混合物。该含二氧化碳(X)2和/或水蒸汽H2O的气体例如是来自本发明的用于还原金属氧化物的方法的炉顶气，炉顶气意指由金属氧化物还原成金属化材料的还原装置中排出的气体。其在转化之前任选地经净化，例如通过分离夹带的灰尘和/或水进行净化。该含二氧化碳(X)2和/或水蒸汽H2O的气体例如也可以是来自还原金属氧化物的其它方法如熔融还原法的排出气，或来自煤气化方法如Lurgi固定体气化器或Siemens飞流气化器(Flugstromvergaser)的合成气。优选来自本发明的用于还原金属氧化物的方法的炉顶气。来自直接还原法的炉顶气的典型组成列于表1 : 表1 直接还原炉顶气的典型组成
权利要求
1.通过与热还原气接触而将金属氧化物还原成金属化材料的方法，其中所述还原气至少部分通过由-含二氧化碳(CO2)和/或水蒸汽(H2O)的气体，和-气态烃组成的混合物的催化转化而制备，其中在所述转化中进行的吸热转化过程所需的热至少部分通过燃烧燃气提供，并且排出其中所形成的燃烧废气，该燃烧废气经冷却并脱除水份，其特征在于，将燃烧燃气所需的氧随气体混合物加入到燃气中，该气混合物由部分量经冷却和脱除水份的燃烧废气和纯氧制备。
2.权利要求1的方法，其特征在于，所述含二氧化碳(X)2和/或水蒸汽H2O的气体是来自用于还原金属氧化物的方法的炉顶气。
3.权利要求1的方法，其特征在于，所述含二氧化碳(X)2和/或水蒸汽H2O的气体是来自熔融还原法的排出气，或来自煤气化方法的合成气。
4.权利要求1-3的方法，其特征在于，至少由部分量的未用于形成气体混合物的燃烧废气制取CO2。
5.前述权利要求之一的方法，其特征在于，所述气体混合物在加到燃烧气中之前经加热。
6.实施权利要求1-5之一的方法的设备，其具有用于将金属氧化物(3)还原成金属化材料的还原装置(1)；用于使由-含二氧化碳(CO2)和/或水蒸汽(H2O)的气体，和-气态烃组成的混合物进行催化转化的转化器G)，其中该转化器(4)配置有用于加入混合物的混合物加料管线(6)，该转化器(4)还配置有通过燃烧燃气以提供热的燃烧器(8 8b, 8c)；用于将来自转化器的热还原气加到还原装置(1)中的还原气加料管线(9)；用于排出来自还原装置(1)的炉顶气的排气管线(5)；用于从转化器(4)排出燃烧废气的排气管线(10)，该排气管线包括至少一个用于冷却该燃烧废气和脱除该燃烧废气中的水份的设备(11)，其特征在于，所述燃烧器(8 8b, 8c)配置有用于加入燃气的设备和用于加入气体混合物的设备，该气体混合物由部分量的在通过至少一个用于冷却和脱除水份的设备后而得到的燃烧废气和纯氧制备。
7.权利要求6的设备，其特征在于，用于加入含部分量的燃烧废气和纯氧的气体混合物的设备包括从排出管线(10)分支出的气体混合物管线(15)，氧加料管线(16)通入其中。
8.权利要求6-7之一的设备，其特征在于，在排出管线(10)中存在用于从燃烧废气流制取CO2的设备(18)。
9.权利要求6-8之一的设备，其特征在于，用于加入由部分量的燃烧废气和纯氧制备的气体混合物的设备配置有用于加热该气体混合物的设备。
10.权利要求9的设备，其特征在于，用于加热气体混合物的设备是使热从燃烧废气向气体混合物转移的同流换热器02)。
11.权利要求6-10之一的设备，其特征在于，所述还原装置(1)是流化床级联。
12.权利要求6-10之一的设备，其特征在于，所述还原装置(1)是固定床还原竖炉。
全文摘要
本发明涉及一种通过与热还原气接触以将金属氧化物(3)还原成金属化材料的方法，该热还原气至少部分通过含二氧化碳(CO2)和/或水蒸汽(H2O)的气体和气态烃组成的混合物的催化转化而制备，其中转化中进行的吸热转化过程所需的热至少部分通过燃烧燃气提供。此外，本发明还涉及实施该方法的设备。
文档编号C21B13/02GK102471811SQ201080033343
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月15日 优先权日2009年7月31日
发明者皮尔 G., 米尔纳 R. 申请人:西门子 Vai 金属科技有限责任公司