在高压还原机组中还原含氧化铁的添加材料的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于还原含氧化铁的添加材料的方法，其中，将一还原气体导入到一高压还原机组（1）中。在所述高压还原机组（1）中通过还原含氧化铁的添加材料消耗所述还原气体并且作为炉顶煤气从所述高压还原机组（1）中被抽出。将所述炉顶煤气的至少一个分量作为回收气体（15）混入到一原料气中，其中，所述还原气体通过如下方式产生，即从通过向所述原料气中混入所述回收气体（15）所获得的气体混合物中在一个或多个压缩步骤之后分离出CO2，并且将所述回收气体（15）在至少两个相互分开的回收气体分流中利用不同的回收气体分流压力以与所述高压还原机组（1）不同的间距向所述原料气或者说所述气体混合物混入。
【专利说明】在高压还原机组中还原含氧化铁的添加材料的方法和设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于还原含氧化铁的添加材料的方法，以及一种用于执行该方法 的设备。
[0002] 具体地说，在根据本发明的方法中，含氧化铁的添加材料、例如铁矿、含铁矿的材 料、部分地还原的含氧化铁的材料在一高压还原机组中通过将一还原气体导入到该高压还 原机组中而被还原。在还原时消耗的还原气体从所述高压还原机组中作为炉顶煤气被抽 出。所述还原气体通过如下方式产生，向一原料气混入作为回收气体被抽出的炉顶煤气的 至少一个分量，并且从通过向所述原料气混入所述回收气体所获得的气体混合物中在一个 或多个压缩步骤中分离出C0 2，其中，所述原料气例如作为输出气体从一用于生铁生产的设 备中输出。
[0003] 此外，本发明涉及一种用于执行上面描述的方法的设备。该设备包括一高压还原 机组，其具有一还原气体管道和一炉顶煤气管道；一用于将原料气或者说用于将一由原料 气和回收气体组成的气体混合物输入到一用于分离C0 2的装置中的原料气管道，其具有布 置在所述原料气管道中的压缩装置，其中，向所述原料气经由一通入到所述原料气管道中 的回收气体分流管道可输入所述回收气体。在此情况下，高压还原机组理解为一种还原 机组，其设计用于一大于2bar (200kPa)，优选大于3bar (300kPa)，进一步优选大于4bar (400kPa)的运行压力。该运行压力相应于导入到所述还原机组中的还原气体的压力。
[0004] 本发明的另一个主题是用于执行所述方法的设备在一具有一用于生产生铁和/ 或钢半成品的设备、尤其一 FINEX?设备或一 C0REX?设备的设备系统中的应用。
【背景技术】
[0005] 注意：文章中所有的压力说明分别涉及高于大气压力的压力。
[0006] 在一还原机组中还原含氧化铁的添加材料时，还原气体特别经常地通过如下方式 产生，即大多情况下具有比较小的还原潜力的原料气在导入到所述还原机组中之前，至少 部分地分离出包含在所述原料气中的co 2。该分离借助于已知的用于分离co2的装置，例如 PSA设备(变压吸附）进行。PSA设备针对一有效的工作方式需要在其中待处理的原料气的 一确定的最小压力水平。为了确保此事，将所述原料气在导入到所述PSA设备中之前，在添 加大的能量的情况下带到一确定的最小压力水平上。通过C0 2分离所形成的还原气体不仅 具有比较高的还原潜力而且具有比较高的压力水平。在此情况下，该压力水平对于将其直 接向一还原机组输入而言常常过高，这大多情况下归因于所述还原机组的结构特性。因此， 在所述还原气体中以压能为形式所获得的机械能在输入到所述还原机组中之前，例如经由 阀被拆除。在所述还原机组中还原时消耗的还原气体从该还原机组中作为炉顶煤气被抽出 并且具有相比于所输入的还原气体虽然更低的、但至少还仍然存在的还原潜力。被抽出的 炉顶煤气的一个分量作为回收气体被回引到所述原料气中并且与其混合，之后在此情况下 形成的气体混合物将包含在其中的C0 2，例如在PSA设备中再次分离。
[0007] 利用还原潜力在此表示气体的如下能力，即还原含氧化物的材料，而该气体在此 情况下被氧化。被抽出的炉顶煤气的分量因此被称作回收气体，因为其向所述原料气混入， 且因此至少第二次地-在分离co2之后-再次向所述还原机组导入。
[0008] 作为用于产生所述还原气体的基础的原料气常常来源于一用于生产生铁的设备， 例如来源于高炉或还原炉身或来源于C0REX?设备或FINEX?设备。从这种设备中抽出的或 者说从这种设备中输出的气体被称作输出气体。如果该输出气体在一另外的设备中，例如 在根据本发明的设备中，用作针对产生所述还原气体的基础，则将所述输出气体称作原料 气。这意味着，在一另外的设备中应用所述输出气体时，仅输出气体的命名从输出气体变成 原料气，但该输出气体的特性保持不变。
[0009] 当这样一种原料气是一来自一个或多个熔融还原设备或流化床还原机组中，例如 基于FINEX?方法或C0REX?方法，或来自高炉的输出气体时，并且在一另外的设备中，例如 在根据本发明的设备中，在处理成还原气体之后再次向一还原机组输入，所有包括所述设 备（Anlage)和设备（Vorrichtung)的系统被称作系统设备。
[0010] 所述原料气在这样一种处理之前被冷却和/或清洁，用以使为了处理成还原气体 所需的设备不会损坏或者说不会超载。在每个冷却过程或者说在每个清洁过程中，从所述 原料气中提取以压能为形式的机械能，由此所述原料气在处理成还原气体之前一般来说具 有一比较低的压力，例如在〇.5bar至1.5bar (50kPa至150kPa)之间的压力。
[0011] 将所述原料气处理成还原气体的第一种可能性在于，向所述原料气在其压缩之后 混入经压缩的还原气体，并且将在此情况下获得的气体混合物输入给co2分离。
[0012] 例如在DE 32 44 652 A1中展示了一种方法，其中，从所述高压还原机组中被抽出 的炉顶煤气被导入一 co2清洗机，其中，为了控制压力和流量使用一压缩机和一阀系统。向 在co2清洗机中获得的回收气体混入原料气，之后将其回引到所述高压还原机组中。
[0013] FR 2 848 123描述了一种方法，其中，一高炉煤气借助于第二分别相互分开的经 压缩的部分气体流再次回引到高炉中，其中，一部分气体流在其返回之前经历一 C02清洗 机。
[0014] 第二种可能性在于，所述原料气和所述回收气体在它们引导到一起之后共同地压 缩，之后才将在此情况下获得的气体混合物输入给C0 2分离。
[0015] 在所述C02分离之后获得的还原气体出于上面所述的原因常常具有一过高的压力 且因此在导入到所述还原机组中之前，被带到一适合于所述还原机组的较低的压力上。由 于从所述还原机组中被抽出的炉顶煤气因此同样具有一比较低的压力，至少总是具有比导 入到所述还原机组中的还原气体更低的压力，至少所述炉顶煤气的如下的分量必须一再地 从一特别低的压力水平被带到一为了执行co 2分离所需的高的压力水平上。
[0016] 两种可能性在所述C02分离和所述还原机组之间"消除"压能，该压能之后必须再 次输入。
[0017] 此外，两种可能性分别仅提供了一种向所述原料气混入所述回收气体的可能性， 其中，两个可能性的特征在于，在导入到所述还原机组中之前，从所述还原气体中提取以压 能为形式的机械能，并且随后向输入到所述设备中的原料气、所述回收气体或者说由原料 气和回收气体组成的气体混合物输入以压能为形式的机械能，利用一总体上不利的能量平 衡。
[0018] 为了执行C02分离所需的压力水平典型地位于3bar至8bar (300kPa至800kPa) 之间的范围中。从现有技术中已知了用于将C02从一气体中分离的VPSA设备(真空变压吸 附)。在应用这种设备时，相比于PSA设备能够以更低的压力水平工作，由此应用了更少的 能量用于压缩所述原料气或者说所述回收气体或者由这些气体组成的气体混合物。而该优 点又通过VPSA设备的缺点被大大地抵消，因为VPSA设备相比于PSA设备在置办中明显更 昂贵且容易出现运行故障。VPSA设备的应用不改变向所述原料气混入所述回收气体的分别 仅一个可能性。
[0019] 含氧化铁的添加材料的还原常常在一较低的压力下，例如利用1. 5bar (150kPa) 的压力来执行。由于所述还原气体的很小的压力，每个时间单元通过所述还原机组流动的 还原气体质量，即所述还原气体率也很小。
[0020] 所述还原气体率越小，则在所述还原机组中还原的添加材料的生产率、即每个时 间单元所还原的添加材料的产量也越小。因此，为了提高生产率，将所述还原机组在其对于 含氧化铁的添加材料的容量方面增大。
[0021] 在用于生产生铁的设备中会出现与正常的运行状态的偏差，这会导致输出气体量 或者说原料气量的偏差。所述原料气量可以例如围绕一平均值波动。如果所述原料气量升 到一确定的水平之上，则会出现的是，出于容积限定的原因，所述原料气的一部分不再向成 为还原气体的处理输入，且因此该部分必须经由一专门的旁通管道经过所述还原机组。
【发明内容】
[0022] 技术任务 因此本发明的任务在于，找出一种用于还原含氧化铁的添加材料的具有改善的能量平 衡的方法，其中，同时提高了被还原的添加材料的生产率，减小了设备部件的尺寸并且能够 更好地对所述方法的运行状态的波动作出反应， 本发明的另一个任务在于，找出一种用于执行该方法的设备。
[0023] 技术方案 该任务通过一种用于还原含氧化铁的添加材料的方法解决，其中，将一还原气体导入 到一高压还原机组中，通过还原含氧化铁的添加材料所消耗的还原气体作为炉顶煤气从所 述高压还原机组中被抽出，并且将所述炉顶煤气的至少一个分量作为回收气体混入一原料 气中，其中，所述还原气体通过如下方式产生，即从通过向所述原料气中混入所述回收气体 所获得的气体混合物在一个或多个压缩步骤中分离出co 2，其中，将所述回收气体在至少两 个相互分开的回收气体分流中利用不同的回收气体分流压力以与所述高压还原机组不同 的间距向所述原料气或者说所述气体混合物混入，并且在混入各一个回收气体分流之后， 将在此情况下获得的气体混合物进行压缩，之后才向该气体混合物中混入一其它的回收气 体分流，并且如此调节被混入的回收气体分流的大小，使得回收气体分流压力最高的回收 气体分流大于各其它的回收气体分流。
[0024] 所述高压还原机组可以例如实施成利用流化床方法或固定床方法的还原机组，或 实施成高炉或实施成还原炉身，其中，所述高压还原机组的工作压力相应于所述还原气体 的压力并且大于2bar (200kPa)、优选大于3bar (300kPa)，进一步优选大于4bar (400kPa)。 所述还原气体具有一较高的还原潜力。利用还原潜力在此表示一气体的如下能力，即还原 含氧化物的材料，而所述气体在此被氧化。这在该情况下意味着，其包含一较高含量的C0 气体和/或H2气体。导入到所述高压还原机组中的还原气体在此情况下与处于该还原气体 中的含氧化铁的添加材料、尤其铁矿，有时是还原的含铁矿的添加材料，直接接触并且在此 情况下被消耗。被消耗的还原气体包含一比所导入的还原气体更小含量的C0气体和/或 H2气体，尤其co2气体的含量高于在导入的还原气体中的含量。
[0025] 所述回收气体分流压力是回收气体分流的如下压力，在该压力的情况下，相应的 回收气体分流向所述原料气或者说由所述原料气和所述回收气体组成的气体混合物混入。 相应的回收气体分流经由回收气体分流管道向所述原料气或者说由所述原料气和所述回 收气体组成的气体混合物混入。如果在所述回收气体分流管道中存在用于影响相应的回收 气体分流和/或所述回收气体分流压力的大小的装置，则相应的回收气体分流压力表示如 下的回收气体分流压力，其在穿流相应的用于影响相应的回收气体分流和/或回收气体分 流压力的大小的装置之后在所述回收气体分流管道中被设定出。
[0026] 当相应的回收气体分流压力大于所述原料气或者说所述气体混合物在相应的混 入的部位处的压力时，可以将一回收气体分流向所述原料气或者说由所述原料气和所述回 收气体组成的气体混合物混入。一混入的每个部位相应于与所述高压还原机组的一另外的 间距。所述回收气体分流以如下方式被混入，即在向所述原料气混入一第一回收气体分流 之后，将在此情况下获得的气体混合物进行压缩，之后才向该气体混合物混入一第二回收 气体分流。所述第一回收气体分流在一第一压缩步骤之前向所述原料气混入。并且如此调 节所述第一和所述第二回收气体分流的大小，使得回收气体分流压力最高的回收气体分流 大于各其它的回收气体分流。
[0027] 所述回收气体分流的大小的调节例如通过在相应的回收气体分流管道中的简单 的调节阀来进行。如果被抽出的炉顶煤气的压力，或者说所述回收气体的压力位于所述原 料气的压力之上，则向所述原料气混入所述第一回收气体分流。借助于在所述第一回收气 体分流管道中安装的调节阀，如此程度地减小所述第一回收气体分流压力，例如通过膨胀， 使得所述第一回收气体分流压力在所述调节阀之后刚好，例如几个毫巴，位于所述原料气 的压力之上，由此存在向所述原料气混入的可能性。如果被抽出的炉顶煤气的压力，或者说 如果所述回收气体的压力位于在向所述原料气混入所述第一回收气体分流之后所获得的 气体混合物的压力之上，则也可以向所述气体混合物混入所述第二回收气体分流。在此同 样借助于在所述第二回收气体分流管道中安装的调节阀如此程度地减小所述第二回收气 体分流压力，使得所述第二回收气体分流压力在所述调节阀之后刚好位于所述气体混合物 的压力之上。
[0028] 由此，在没有之前的压缩的情况下向所述原料气或者由所述原料气和所述回收气 体组成的气体混合物中既可以混入所述第一而且可以混入所述第二回收气体分流。在相应 的混入所述回收气体分流之前所需的相应的回收气体分流压力的减小带来了以压能损失 为形式的能量损失。该能量损失必须随后通过在相应的压缩步骤中引入压缩能来再次平 衡。相应于所述第一和/或所述第二回收气体分流的上面描述的混入方式，可以向各通过 混入所获得的气体混合物中在每个压缩步骤之后混入其它的回收气体分流。
[0029] 根据本发明，所述回收气体分流以如下方式被混入，使得回收气体分流压力最高 的回收气体分流大于各其它的回收气体分流。以这种方式将通过相应的回收气体分流的膨 胀所引起的能量损失最小化。此外，将所述压缩步骤且因此待引入的压缩能，针对各最大的 回收气体分流最小化，因为其已经利用最高可能的回收气体分流压力被混入。
[0030] 总体上由此最好可能地利用了在相应的回收气体分流中存在的以压能为形式的 机械能，这导致了总系统的能量平衡的优化。
[0031] 所述第一回收气体分流，即所述回收气体的向所述原料气经由所述第一回收气体 分流所混入的分量，同时用于平衡所述原料气的量波动、压力波动和/或体积波动，用以利 用恒定的体积流向连接在后面的机组、尤其压缩机进行供给。由此保护了敏感的压缩机并 且提高了压缩机的防失效性或者说使用寿命。同时，可以实现压缩机的总效率的提高。
[0032] 本发明的另一个优点在于，可以在同时维持一有利的能量平衡的情况下，对运行 状态、尤其是在所述高压还原机组中还原含氧化铁的添加材料时或在所述高压还原机组启 动和停机时的运行状态的波动做出反应。如果例如希望提高在所述高压还原机组中还原的 添加材料的生产率，即每个时间单元所还原的添加材料的产量，则逐级地提高所述还原气 体的压力。这导致了被抽出的炉顶煤气的压力的升高以及所述回收气体的压力的升高，其 中，同时如此地精调相应的回收气体分流的大小，使得又实现一优化的能量平衡。
[0033] 存在如下可能性，向在最后执行的压缩步骤之后存在的气体混合物混入一经压缩 的回收气体分流。在该情况下如此程度地提高所述经压缩的回收气体分流的压力，例如借 助于一压缩机，使得该压力在压缩之后刚好高于在最后执行的压缩步骤之后的气体混合物 的压力。最大的回收气体分流经由所述经压缩的回收气体分流的混入只有在如下情况下才 进行，当其总体上导致所述能量平衡的优化时。也就是说，当在经由未压缩的回收气体分流 混入整个回收气体时，由通过膨胀导致的能量损失和通过压缩导致的能量耗费之和比通过 压缩在所述最后的压缩步骤之后输入的回收气体分流所导致的能量耗费更高。所述最大的 回收气体分流的混入尤其经由所述经压缩的回收气体分流进行，当被抽出的炉顶煤气的压 力或者说所述回收气体的压力小于所述原料气的压力时，例如当所述高压还原机组在静止 之后再次启动时。
[0034] 另一种优选的实施方式通过如下方式得出，所述还原气体的压力和/或所述被抽 出的炉顶煤气的压力借助于一布置在DR输出气体管道中的用于压力调节的装置进行设 定。
[0035] 借助于所述DR输出气体管道(直接还原输出气体管道）将如下的量的被抽出的炉 顶煤气作为DR输出气体(直接还原输出气体)输出，其不再向所述原料气或者说由所述原料 气和所述回收气体组成的混合物输入。如果要匹配所述DR输出气体的压力，且因此匹配所 述被抽出的炉顶煤气的压力，则同时调整在所述压缩步骤之间存在的由所述原料气和所述 回收气体组成的气体混合物的压力。由此可以在其它区域中匹配所述被抽出的炉顶煤气的 压力，而不会损失以压能为形式的机械能，例如膨胀能。所述DR输出气体的压力的匹配可 以例如在如下情况下是必要的，当针对在后置的设备中的DR输出气体的利用需要一确定 的压力水平时。
[0036] 本发明的一种优选的实施方式在于，将所述回收气体在三个相互分开的回收气体 分流中向所述原料气或者说所述气体混合物混入。
[0037] 如果这三个回收气体分流向所述原料气或由所述原料气和所述回收气体组成的 气体混合物混入，则平衡了由设备费用和所述方法在优化能量平衡方面的灵活性的比例关 系。
[0038] 按照另一种实施方式，将从所述还原机组中抽出的炉顶煤气进行清洁和/或经历 一热交换。
[0039] 由此保护了后续的设备部件，尤其压力调节阀和/或压缩机，防止在所述回收气 体分流中存在的固体颗粒的过高的灰尘负担。此外，可以利用所述被抽出的炉顶煤气的显 热，这有助于能量平衡的进一步改善。
[0040] 所述方法的另一种优选的设计方案在于，所述原料气包括来自一用于生铁生产的 设备的输出气体，尤其高炉煤气、转炉煤气、来自一煤气化炉的合成气体、煤气、焦炉煤气、 来自一高炉或一还原炉身的炉顶煤气或来自一流化床反应机组的尾气。
[0041] 因此可以将在正常情况下向一燃烧输入的气体，必要时在一处理之后，用于还原 含氧化铁的添加材料。
[0042] 按照另一种实施方式，被抽出的炉顶煤气的压力且因此所述回收气体的压力或者 说所述回收气体分流压力在lbar (lOOkPa)和20bar (2MPa)之间、优选在2bar (200kPa) 和 lObar (IMPa)之间，进一步优选在 3bar (300kPa)和 7bar (700kPa)之间。
[0043] 由此可以在同时使设备尺寸例如管道直径或所述高压还原机组最小化的情况下， 实现在所述高压还原机组中还原的添加材料的特别高的生产率，即每个时间单元所还原的 添加材料的特别高的产量。
[0044] 本发明的另一个主题是一种用于执行所述方法的设备，包括一高压还原机组，其 具有一用于将还原气体输入到所述高压还原机组中的还原气体管道并且具有一用于将炉 顶煤气从所述高压还原机组中抽出的炉顶煤气管道；一原料气管道，其具有布置在其中的 用于输入一原料气或输入一由原料气和回收气体组成的气体混合物，该原料气管道通入到 一用于分离C0 2的装置中；以及至少两个通入到在所述原料气管道的不同的纵向分段中的 回收气体分流管道，用于将被抽出的炉顶煤气输入到所述原料气管道中，其中，第一回收气 体分流管道在第一压缩装置之前通入到所述原料气管道中，并且第二回收气体分流管道在 第一压缩装置之后通入到所述原料气管道中，并且存在布置在所述回收气体分流管道中的 用于影响相应的回流气体分流和/或回收气体分流压力的大小的装置，并且所述纵向分段 通过布置在所述原料气管道中的压缩装置相互分开。
[0045] 用于影响相应的回收气体分流和/或回收气体分流压力的大小的装置可以尤其 是调节阀。也可以的是，一个或多个用于影响相应的回收气体分流和/或回收气体分流压 力的大小的装置是用于压缩相应的回收气体分流的装置，尤其是压缩机。
[0046] 如果所述高压还原机组停机，例如由于修理工作或维护工作，或者如果总设备的 部件，如布置在所述原料气管道中的压缩装置完全地或部分地失效，则存在如下可能性，即 所输入的原料气在没有大的耗费的情况下直接经由所述第一回收气体分流管道经过所述 高压还原机组传导。这在没有较大耗费的情况下是可行的，因为所述原料气在这种方式经 过所述高压还原机组传导时不必穿流压缩装置，尤其沿着一反向于压缩装置的常见的运行 状态的方向穿流。必要时经过的原料气仅须出穿流所述用于影响第一回收气体分流和/或 第一回收气体分流压力的大小的装置。由于该装置在通常情况下是简单的压力调节阀，因 此可在没有较大耗费的情况下实现。因此，用于使所述原料气经过高压还原机组的专门的 旁通管道是多余的。
[0047] 所述装置的另一种实施方式的特征在于，存在一 DR输出气体管道，用于将DR输出 气体从所述设备中输出，其具有一布置在其中的用于对所述还原气体和/或被抽出的炉顶 煤气进行压力调节的装置。
[0048] 一种优选的实施方式的特征在于，在所述回收气体分流管道中的至少一个中，与 所述用于影响相应的回收气体分流和/或回收气体分流压力的大小的装置流体技术地并 联一用于压缩相应的回收气体分流的装置。
[0049] 该设备配置能够实现根据相应的回收气体分流压力来调节相应的回收气体分流 的最大可能的灵活性程度。尤其由此可以确保，所有存在的用于压缩的装置具有恒定的压 力比和恒定的体积流比。
[0050] 另一种优选的实施方式在于，存在三个通入到所述原料气管道的不同的纵向分段 中的回收气体分流管道，用于将被抽出的炉顶煤气输入到所述原料气管道中。
[0051] 由此在设备技术上正当的耗费的情况下确保根据相应的回收气体分流压力来调 节相应的回收气体分流的高的灵活性程度。
[0052] 另一种实施方式在于，在所述炉顶煤气中布置一用于清洁炉顶煤气的装置和/或 一用于热交换的装置。
[0053] 所述用于清洁炉顶煤气的装置可以实施成除尘装置，尤其实施成干燥除尘装置或 实施成湿式除尘装置。由此防止了，不仅可动的设备部件，例如压缩机的旋转部件，而且不 可动的部件，例如所述回收气体分流管道的内壁或所述还原气体管道的内壁通过存在于相 应的气体流中的固体颗粒而受损。通过在所述炉顶煤气管道中的用于热交换的装置可以例 如在其它的程序中利用所述炉顶煤气的显热。
[0054] 所述装置的另一种优选的实施方式的特征在于，所述用于分离C02的装置是PSA 设备或VPSA设备或一用于借助于膜技术和/或化学反应来分离气体混合物的装置。
[0055] 在此情况下，用于分离C02的装置作为PSA设备的实施方式具有如下优点，即PSA 设备更便宜并且即使在更高的压力下也有效地工作。
[0056] 本发明的另一个主题涉及所述设备在一具有一用于生产生铁和/或钢半成品的 设备、尤其一 FINEX?设备或一 C0REX?设备的设备系统中的应用。
[0057] 来自这种设备的工艺气体常常输入给一燃烧且由此从初始的材料循环中被抽取。 如果所述工艺气体必要时在一处理之后，从这种设备中作为原料气向用于还原含氧化铁的 添加材料的设备输入，则可以例如使在所述工艺气体中还仍然存在的还原潜力经受一优化 的利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0058] 下面以示例性的方式借助于附图阐述本发明。
[0059] 附图示例性且示意性地示出了用于还原含氧化铁的添加材料的根据本发明的方 法以及根据本发明的设备的结构。
【具体实施方式】
[0060] 在附图中示例性且示意性绘出了用于还原含氧化铁的添加材料的一种方法和一 种设备，其包括了根据本发明的方法和根据本发明的设备。
[0061] 在附图中绘制的箭头表示在所述设备或所述方法的一种常见的运行状态下在根 据本发明的设备中出现的气体流的相应的实际的和/或可能的流动方向。
[0062] 在根据本发明的方法中，通过如下方式产生一还原气体，即向一原料气经由第一 回收气体分流管道（8'）在所述原料气管道（4)的纵向分段（7)中输入第一回收气体分流， 其中，所述原料气经由一原料气管道（4)输入给所述设备。在此情况下获得的由原料气和第 一回收气体分流组成的气体混合物在经由第二回收气体分流管道（8' '）在所述原料气管道 (4)的纵向分段（7'）中被混入第二回收气体分流之前，该气体混合物在第一压缩装置（5'） 中被压缩。在混入所述第二回收气体分流之后，将由原料气、第一回收气体分流和第二回收 气体分流组成的气体混合物在压缩装置（5)中压缩，之后才将由此获得的气体混合物在必 要时经由回收气体分流管道（8)在所述原料气管道（4)的纵向分段（7' '）中混入一经压缩 的回收气体分流。在向所述气体混合物混入所述经压缩的回收气体分流之后，将该气体混 合物向一用于分离C0 2的装置（6)输入，其中，所述气体混合物包含一对于还原含氧化铁的 添加材料而言过小含量的有还原能力的气体如C0和/或比。所述用于分离C0 2的装置（6) 可以例如是PSA设备或VPSA设备或一用于借助于膜技术和/或化学反应来分离气体混合 物的装置。从所述装置（6)中为了分离C0 2所抽出的气体经由一还原气体管道（2)向一高 压还原机组（1)输入。向所述高压还原机组（1)输入的还原气体还原了处于所述高压还原 机组（1)中的含氧化铁的添加材料并且在此情况下被消耗。被消耗的还原气体作为炉顶煤 气从所述高压还原机组（1)中经由炉顶煤气管道（3)被抽出。必要时将被抽出的炉顶煤气 向一用于热交换的装置（14)和/或一用于清洁所述炉顶煤气的装置（13)输入。所述炉顶 煤气的一个分量作为回收气体（15)经由第一回收气体分流管道（8'）、第二回收气体分流 管道（8''）以及必要时经由回收气体分流管道（8)被引入到原料气管道（4)中。被抽出的 炉顶煤气的不作为回收气体（15)回引的部分经由一 DR输出气体管道（10)从所述设备中 被抽出。布置在DR输出气体管道（10)中的用于对还原气体和/或被抽出的炉顶煤气进行 压力调节的装置（11)能够实现所述被抽出的炉顶煤气和/或所述还原气体的有目的性的 压力设定。借助于一布置在第一回收气体分流管道（8'）中的用于影响第一回收气体分流 和/或第一回收气体分流压力的大小的装置（9)、尤其一调节阀，对引入到所述原料气管道 (4)中的第一回收气体分流的大小进行调节。所述第二回收气体分流和/或所述第二回收 气体分流压力的大小经由布置在所述第二回收气体分流管道（8' '）中的用于影响所述第二 回收气体分流和/或所述第二回收气体分流压力的大小的装置（9' '）来设定或者说调节。 [0063] 所述方法的一种典型的运行状态的特征在于，被抽出的炉顶煤气或者说所述回收 气体（15)的压力为3. 3bar (330kPa)，其同时相应于在穿流所述用于影响相应的回收气体 分流和/或回收气体分流压力的大小的装置（9、9' '、9' ''）之前的回收气体分流压力，在所 述原料气管道的纵向分段（7)中的原料气的压力为1.5bar (150kPa)，在第一压缩步骤之后 在所述原料气管道（4)的纵向分段（7'）中由原料气和第一回收气体分流组成的气体混合 物的压力为3bar (300kPa)，并且在第二压缩步骤之后在所述原料气管道（4)的纵向分段 (7''）中由原料气、第一和第二回收气体分流组成的气体混合物的压力为lObar (IMPa)。
[0064] 例如在每小时220000标准立方米的回收气体（15)的总量的情况下，在第一回收 气体分流管道（8'）中的第一回收气体分流的大小为每小时0至20000标准立方米，并且在 第二回收气体分流管道（8' '）中的第二回收气体分流的大小为每小时200000至220000标 准立方米。所述回收气体（15)的压力在该情况下比所述原料气管道（4)的分段（7'）中的 气体混合物的压力高出0. 3bar (30kPa)，且因此足够高，用以将所述回收气体（15)在没有 之前的压缩的情况下经由所述第二回收气体分流管道（8' '）被带入到所述原料气管道（4) 的纵向分段（7'）中。被带入到所述纵向分段（7)中的第一回收气体分流首要地用于，平衡 所述原料气的体积波动和/或压力波动。
[0065] 该状态相比所述回收气体（15)的大部分经由所述第一回收气体分流带入到所述 原料气中且随后将在此情况下获得的气体混合物在所述第一压缩装置（5'）中进行压缩而 言在能量上更有利。其显示出一能量平衡的简单的建立： 在将所述气体混合物输入到用于分离C02的装置中之前，将所述气体混合物的压力例 如提高到lObar (IMPa)。在应用根据本发明的方法时，所述回收气体（5)的大部分经由所 述第二回收气体分流被引入到所述原料气管道（4)中。为此，将所述第二回收气体分流压 力借助于所述用于影响第一回收气体分流和/或回收气体分流压力的大小的装置（9' '）从 3. 3bar (330kPa)减小到3bar (300kPa)，或者说刚好减小到高于3bar (300kPa)，其相应于 在所述原料气管道（4)的纵向分段（7'）中的气体混合物的压力，或者说刚好高于该压力。 在此情况下，将〇. 3bar (30kPa)的例如通过所述第二回收气体分流在所述用于影响所述第 二回收气体分流和/或回收气体分流压力的大小的装置（9' '）中的膨胀而造成的压能"消 除"。利用压能表示每体积单元的气体的能量。随后在所述压缩装置（5)中向所述原料气 管道（4)的纵向分段（7'）中的气体混合物输入7bar (700kPa)的大小的压能。"消除的" 压能和输入的压能之和为7. 3bar (730kPa)。如果所述回收气体（15)的大部分仅经由第一 回收气体分流被引入到所述原料气管道（4)中，则必须在所述用于影响第一回收气体分流 和/或回收气体分流压力的大小的装置（9'）中"消除"1.8bar (180kPa)的压能并且随后 在所述第一压缩装置（5'）中向所述气体混合物输入1. 5bar (150kPa)的大小的压能，并且 在所述压缩装置（5)中输入7bar (700kPa)大小的压能。"消除的"压能和输入的压能之和 为10. 3bar (1.03MPa)，这大大高于在根据本发明的方法的情况下的压能。
[0066] 必要时还将一经压缩的回收气体分流经由所述回收气体分流管道（8)引入到所述 原料气管道（4)的纵向分段（7''）中。由此实现了，当被抽出的炉顶煤气或者说所述回收 气体的压力小于所述原料气的压力时，可以将所述回收气体例如也引入到所述原料气管道 (4)中。该运行状态尤其在所述高压还原机组（1)的设备静止之后的启动时发生。
[0067] 可选地，与所述用于影响第二回收气体分流的大小的装置（9''）流体技术地并联 一用于压缩所述回收气体分流的装置（12)。
[0068] 经由所述原料气管道（4)向所述设备输入的原料气可以包括来自一用于生铁生 产的设备的输出气体，尤其高炉煤气、转炉煤气、来自一煤气化炉的合成气体、煤气、焦炉煤 气、来自一高炉或一还原炉身的炉顶煤气或来自一流化床反应机组的尾气。所述原料气优 选包括来自于一 FINEX?设备或一 C0REX?设备的输出气体。
[〇〇69] 尽管本发明在细节上通过优选的实施例详细描绘和描述，但本发明不限于所公开 的例子并且可以由本领域技术人员推导出其它的变型方案，不脱离本发明的保护范围。 [0070] 附图标记列表 1高压还原机组 2还原气体管道 3炉顶煤气管道 4原料气管道 5压缩装置 5'第一压缩装置 6用于分离C02的装置 7、7'、7''原料气管道的纵向分段 8回收气体分流管道 8'第一回收气体分流管道 8''第二回收气体分流管道 9、9'、9' '用于影响相应的回收气体分流的大小和/或回收气体分流压力的装置 10 DR输出气体管道 11用于对还原气体和/或被抽出的炉顶煤气进行压力调节的装置 12用于压缩回收气体分流的装置 13用于清洁炉顶煤气的装置 14用于热交换的装置 15回收气体
【权利要求】
1. 用于还原含氧化铁的添加材料的方法，其中，将一还原气体导入到一高压还原机组 (1) 中，将在所述高压还原机组（1)中通过还原含氧化铁的添加材料所消耗的还原气体作 为炉顶煤气从所述高压还原机组（1)中抽出，并且将所述炉顶煤气的至少一个分量作为回 收气体（15)混入到一原料气中，其中，所述还原气体通过如下方式产生，即从通过向所述原 料气中混入所述回收气体（15)所获得的气体混合物中在一个或多个压缩步骤之后分离出 C〇2，其特征在于，将所述回收气体在至少两个相互分开的回收气体分流中利用不同的回收 气体分流压力以与所述高压还原机组（1)不同的间距向所述原料气或者说所述气体混合物 混入，并且在各一个回收气体分流混入之后，将在此情况下所获得的气体混合物在被混入 一其它的回收气体分流之前进行压缩，并且如此调节所混入的回收气体分流的大小，使得 回收气体分流压力最高的回收气体分流大于其它的回收气体分流。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述还原气体的压力和/或被抽出的炉顶煤气的压力经由一布置在一 DR输出气体管 道（10)中的用于压力调节的装置（11)进行设定。
3. 按照权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，所述回收气体（15)在三个相互 分开的回收气体分流中混入到所述原料气或者说所述气体混合物中。
4. 按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，将从所述还原机组中抽出的炉顶 煤气进行清洁和/或经历一热交换。
5. 按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述原料气包括来自一用于生铁 生产的设备的输出气体，尤其高炉煤气、转炉煤气、来自一煤气化炉的合成气体、煤气、焦炉 煤气、来自一高炉或一还原炉身的炉顶煤气或来自一流化床反应机组的尾气。
6. 按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，被抽出的炉顶煤气的压力为在 bar (lOOkPa)和 20bar (2MPa)之间、优选在 2bar (200kPa)和 lObar (IMPa)之间，进一步 优选在 3bar (300kPa)和 7bar (700kPa)之间。
7. 用于执行按照权利要求1至6之一所述的方法的设备，包括一高压还原机组（1)， 所述高压还原机组具有一用于将还原气体输入到所述高压还原机组（1)中的还原气体管道 (2) 以及一用于将炉顶煤气从所述高压还原机组（1)中抽出的炉顶煤气管道（3);-原料气 管道（4)，所述原料气管道具有布置在其中的用于输入原料气或者说用于输入由原料气和 回收气体组成的气体混合物的压缩装置（5、5'），所述原料气管道通入到一用于分离C0 2的 装置（6)中，其特征在于，存在至少两个通入到所述原料气管道（4)的不同的纵向分段（7、 7'、7''）中的回收气体分流管道（8、8'、8''），用于将被抽出的炉顶煤气输入到所述原料气 管道（4)中，其中，第一回收气体分流管道（8'）在第一压缩装置（5'）之前通入到所述原料 气管道（4)中，并且第二回收气体分流管道（8' '）在第一压缩装置（5'）之后通入到所述原 料气管道（4)中，并且存在布置在所述回收气体分流管道（8、8'、8''）中的用于影响相应的 回流气体分离和/或回收气体分流压力的大小的装置（9、9'、9''），并且所述纵向分段（7、 7'、7' '）通过布置在所述原料气管道（4)中的压缩装置（5、5'）相互分开。
8. 按照权利要求7所述的设备，其特征在于，存在一 DR输出气体管道（10)，用于将DR 输出气体从所述设备中输出，具有一布置在其中的用于对所述还原气体和/或被抽出的炉 顶煤气进行压力调节的装置（11)。
9. 按照权利要求7或8之一所述的设备，其特征在于，在至少一个回收气体分流管道 (8、8'、8' '）中，与所述用于影响相应的回收气体分流和/或回收气体分流压力的大小的装 置（9、9'、9''）流动技术地并联一用于压缩所述回收气体分流的装置（12)。
10. 按照权利要求7至9之一所述的设备，其特征在于，存在三个通入到所述原料气管 道的不同的纵向分段中的回收气体分流管道，用于将被抽出的炉顶煤气输入到所述原料气 管道中。
11. 按照权利要求7至10之一所述的设备，其特征在于，在所述所述炉顶煤气管道（3) 中布置一用于清洁所述炉顶煤气的装置（13)和/或一用于热交换的装置（14)。
12. 按照权利要求7至11之一所述的设备，其特征在于，所述用于分离C02的装置（6) 是PSA设备或VPSA设备或一用于借助于膜技术和/或化学反应来分离气体混合物的装置。
13. 按照权利要求7至12之一所述的设备在一具有一用于产生生铁和/或钢半成品的 设备、尤其一 FINEX?设备或一 COREX?设备的设备系统中的应用。
【文档编号】C21B13/00GK104105800SQ201380009489
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年1月11日 优先权日:2012年2月14日
【发明者】R.米尔纳, G.罗森费尔纳 申请人:西门子 Vai 金属科技有限责任公司