铁水制造设备及铁水制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铁水制造设备及铁水制造方法。更具体地，本发明涉及一种利用化学循环工艺处理废气的铁水制造设备及铁水制造方法。
【背景技术】
[0002]由气态燃料生产氢气的蒸汽-铁工艺(steam-1ron Process)作为20世纪初商业化的技术，利用铁作为媒介通过反复的氧化-还原反应(redox)来生产纯氢气(R.B.Gupta,Hydrogen Fuel,CRC Press, 2009 ；L.S.Fan,Chemical Looping System for Fossil EnergyConvers1ns, Wiley,2010)。
[0003]该技术作为早期的化学循环工艺(chemical Looping Process)技术之一，与用于大量生产的蒸汽-甲烧重整(Steam-Methane Reforming)相比，不需要水煤气变换反应或CO2去除过程。
[0004]已开发了蒸汽-铁工艺以利用固定床反应器或者流化床反应器，随着关于利用铁(Fe)作为基本物质的载氧体颗粒(Oxygen Carrier Particles)技术的发展，化学循环工艺的效率得到提高，从而用于从工艺废气中分离出不需要的物质。
[0005]近来，不是使空气和燃料的混合物在用化石燃料生产电力的燃烧工艺中进行燃烧，而是采用了以诸如铁、镍和铜等金属颗粒为媒介使它们在空气氧化反应和燃料还原反应中进行燃烧的方法，从而可以自然地分离废气。此外，鉴于这种技术在分离二氧化碳时耗费最小费用，因此正受到很大关注。
[0006]尤其，如专利文献(美国专利:6572761、7404942、7767191、2010/0050654和2012/0006158)中所述，将气体燃料(天然气、合成气等)、固体燃料(煤炭、焦炭、，生物质(b1mass)等)、液体燃料及高炉废气用作燃料，并将铁等金属媒介或者CaS/CaS04用作载氧体颗粒的媒介再循环工艺，可同时利用燃烧生产电力、分离二氧化碳及生产氢气。
[0007]在该文献中所使用的用作氧载体颗粒的铁是廉价的并且对于钢铁产业来说可得到大量的铁，因此获得其的成本低。尽管如此，铁具有在反复的氧化-还原反应中经过长时间段活性差的缺陷，因此使用具有大的表面积和转换效率的铁基多孔性载氧体颗粒。
[0008]多孔性载氧体颗粒在其内部具有支撑体。而且，使用煤炭等固体燃料时，应当对灰份(Ash)、硫(S)和氮氧化物(NOx)进行分离。
[0009]尽管这种化学循环工艺以钢铁产业中大量使用的铁为媒介，但通常局限于利用燃烧生产电力的工艺。
【发明内容】
[0010]技术问题
[0011]努力进行本发明以提供一种能够有效地去除铁水生产过程中产生的二氧化碳、而且可使难还原的铁矿石易于还原的铁水制造设备及铁水制造方法。
[0012]技术方案
[0013]本发明一个示例性实施方案提供一种铁水制造设备，包括:铁矿石混合及预还原炉，其接收天然铁矿石和从铁矿石氧化燃烧炉供应的被氧化的铁矿石并进行混合，并且利用从铁矿石还原炉供应的废气对铁矿石进行加热或者预还原；铁矿石还原炉，其接收从所述铁矿石混合及预还原炉排出的经预处理的铁矿石或者经部分还原的铁，并且利用从熔炼气化炉排出的还原气体对所述铁矿石进行还原；熔炼气化炉，其接收煤炭以及通过所述铁矿石还原炉所生产的还原铁的一部分，以生产铁水和要提供给所述铁矿石还原炉的还原气体；以及铁矿石氧化燃烧炉，其接收新铁矿石以及从所述铁矿石还原炉排出的还原铁的一部分，并且通过使新铁矿石和一部分还原铁与空气一起燃烧使所述新铁矿石转换为含大量氧的被氧化的铁矿石。
[0014]所述铁水制造设备，还可包括氢气制造装置，所述氢气制造装置用于使通过所述铁矿石还原炉生成并供应到所述铁矿石氧化燃烧炉的还原铁与蒸汽进行反应而制造氢气，其中与所述蒸汽进行反应的还原铁可被供应到所述铁矿石氧化燃烧炉。
[0015]所述铁水制造设备还可包括涡轮机，所述涡轮机利用从所述铁矿石混合及预还原炉排出的气体来生产电力。
[0016]所述铁水制造设备还可包括废气处理装置，所述废气处理装置将从所述铁矿石混合及预还原炉排出排出的气体中的一氧化碳转换为氢气。
[0017]所述废气处理装置可包括水煤气变换反应器(water-gas shift reactor)和氢气变压吸附装置(H2 PSA)。
[0018]所述氢气制造装置上可连接有用于将所生产的氢气供应到所述铁矿石还原炉的氢气供应管道。
[0019]装入所述熔炼气化炉的还原铁可以是所述新铁矿石在所述铁矿石氧化燃烧炉被氧化后经所述铁矿石混合及预还原炉和铁矿石还原炉被还原而得到的，或者是所述天然铁矿石在铁矿石还原炉被还原后供应到所述铁矿石氧化燃烧炉用作触发剂而后被还原的而得到的。
[0020]本发明另一示例性实施方案提供一种铁水制造方法，包括:在铁矿石混合及预还原炉中装入天然铁矿石和从铁矿石氧化燃烧炉供应的被氧化的铁矿石并进行混合，并且利用从铁矿石还原炉供应的废气对铁矿石进行加热或者预还原；在铁矿石还原炉中装入从所述铁矿石混合及预还原炉供应的预处理后的铁矿石或者经部分还原的铁，并且利用从熔炼气化炉排出的还原气体对所述铁矿石进行还原；通过在熔炼气化炉中装入煤炭以及通过所述铁矿石还原炉生产的还原铁的一部分，来生产铁水和待提供给所述铁矿石还原炉的还原气体；以及通过在氧化燃烧炉中装入新铁矿石以及从所述铁矿石还原炉排出的还原铁的一部分并且使新铁矿石和一部分还原铁与空气一起燃烧，使所述新铁矿石转换为含大量氧的被氧化的铁矿石。
[0021]所述方法还可包括:通过使从所述铁矿石还原炉排出的还原铁的一部分与蒸汽进行反应以制造氢气，其中与所述蒸汽进行反应的还原铁可被供应到所述铁矿石氧化燃烧炉。
[0022]所述方法还可包括:通过使在所述铁矿石混合及预还原炉对铁矿石进行加热或者预还原后排出的废气经过涡轮机来生产电力。
[0023]所述方法还可包括:通过将从所述铁矿石混合及预还原炉排出的废气通入水煤气变换反应器(water-gas shift reactor)和氢气变压吸附装置(H2 PSA)，以使废气中的一氧化碳转换为氢气，并将转换的氢气供应到所述铁矿石还原炉。
[0024]另外，所述方法还可包括:将通过所述还原铁与蒸汽之间的反应而制造的氢气供应到所述铁矿石还原炉。
[0025]装入所述铁矿石混合及预还原炉的天然铁矿石或者装入所述氧化燃烧炉的新铁矿石可与CaCO3或者MgCO 3—起提供。
[0026]此外，所述方法还可包括:通过将从所述铁矿石氧化燃烧炉排出的废气通入涡轮机以生产电力。
[0027]有利效果
[0028]根据本发明，可以通过使还原铁再循环来生产氢气、分离、二氧化碳，并且可促进难还原的铁矿石的还原。
[0029]而且，由于使用天然铁矿石，因而不需要制造经预处理的载氧体颗粒。再循环还原铁用作使磁铁矿等难还原的铁矿石燃烧的触发剂并且用作化学循环工艺的载氧体颗粒的载体及固体原料的触发剂，从而可使难还原的矿石易于还原。
【附图说明】
[0030]图1是显示本发明第一示例性实施方案的铁水制造设备的构造图。
[0031]图2是显示本发明第二示例性实施方案的铁水制造设备的构造图。
[0032]图3是显示本发明第三示例性实施方案的铁水制造设备的构造图。
【具体实施方式】
[0033]下面，参照附图详细描述本发明的示例性实施方案，以使所属领域的技术人员可以容易实施本发明。但，本发明能够以多种不同方式实施，并不局限于本文所述示例性实施方案。在本说明书及附图中相同的附图标记表示相同的部件。
[0034]图1是本发明第一示例性实施方案的铁水制造设备的图。