用于在恒定条件下提供还原气体的方法和装置的制造方法
【专利摘要】本申请涉及一种用于生产海绵金属的方法，其中，含有金属氧化物的起始材料在还原单元中借助于还原气体被还原为海绵金属，并且因此消耗的还原气体作为顶部气体被从还原单元中抽出，并且其中，进入还原单元的还原气体通过混合顶部气体的至少一部分量与具有还原势的至少一种反应气体以形成混合气体来产生，或者从具有还原势的纯反应气体产生。在这种情况下，具有还原势的反应气体与顶部气体的至少一部分量一起储存在气体贮存器中作为储存的气体混合物，并且储存的气体混合物的至少一部分量在顶部气体与具有还原势的反应气体混合之前被引入顶部气体中，和/或被引入反应气体中，和/或被引入混合气体中。
【专利说明】
用于在恒定条件下提供还原气体的方法和装置
技术领域
[0001]本申请涉及一种用于生产海绵金属的方法，其中，含有金属氧化物的起始材料在还原单元中借助于还原气体被还原为海绵金属。本申请还涉及一种用于执行这种方法的设备。
【背景技术】
[0002]在使用来自生铁生产设备(例如，COREX?设备、FINEX ?设备、鼓风炉、或者具体地氧气鼓风炉)的输出气体的组合设备的情况中，出于在进一步还原单元(例如，直接还原竖炉)中还原含有氧化铁的馈给材料的目的，根据操作因素，每时间单位发生的输出气体的量以+/-10%波动。出于产生用于进一步还原单元的还原气体的目的，输出气体通常用作反应气体，其中，也添加来自进一步还原单元的顶部气体。进一步生铁生产单元的操作要求在基本恒定的条件下(例如，没有压力波动或每时间单位输送的还原气体的量的波动)输送还原气体，并且因此有必要使每时间单位发生的输出气体的量的波动均衡。这通过对应地调节所添加的顶部气体的量，以及通过将过量气体储存在气体贮存器(通常是低压气体贮存器)中来实现。否则不需要的顶部气体常常同样地被引入所述气体贮存器中，使得气体贮存器通常含有至少这两个成分构成的储存的气体混合物。
[0003]出现在低压气体贮存器中的气体被保持在过于低的压力下以致不能允许其被引入用于产生还原气体的气体流中。因此，不可能在进一步还原单元中利用其能含量和还原势，并且这损害了组合设备的操作的经济效率和环境平衡。
【发明内容】
[0004]技术问题
本发明的目标是提供一种用于生产海绵金属的方法，所述方法不具有上述缺点。
[0005]技术方案
该目标由一种用于生产海绵金属的方法实现，
其中，含有金属氧化物的起始材料在还原单元中借助于还原气体被还原为海绵金属， 以及因此被消耗的还原气体作为顶部气体从还原单元中被抽出，
并且其中，进入还原单元的还原气体通过以下方式产生:
-通过混合
顶部气体的至少一部分量与具有还原势的至少一种反应气体以形成混合气体来产生或者
-由具有还原势的纯反应气体产生，
并且其中，具有还原势的反应气体与顶部气体的至少一部分量一起储存在气体贮存器中作为储存的气体混合物，
其特征在于
所述储存的气体混合物的至少一部分量 -在顶部气体与具有还原势的反应气体混合之前被引入顶部气体中，
和/或
-被引入反应气体中，
和/或
-被引入混合气体中。
[0006]在该背景中，纯反应气体被理解为是在其成为混合气体的一部分之前的反应气体。
[0007]根据实施例，海绵金属是海绵铁。金属氧化物优选地是氧化铁。
[0008]还原单元是例如还原竖炉，优选地是直接还原竖炉，或者流化床反应器系统。
[0009]根据本方法的优选变型，具有还原势的反应气体是来自与还原单元结合使用的生铁生产设备的输出气体。根据本方法的优选变型，与还原单元结合使用的生铁生产设备是
-COREX ?设备，或 -FINEX ?设备，或 -鼓风炉，优选地是氧气鼓风炉。
[0010]具有还原势的反应气体因此能够是来自⑶REX?设备的输出气体，来自FINEX ?设备的输出气体，或来自鼓风炉、具体地氧气鼓风炉的输出气体。
[0011]在这种情况中，输出气体被理解为是在来自原铁(rawiron)生产的顶部气体的净化之后，从生铁生产设备(例如用于生产液态生铁的设备)抽出的气体。来自例如用于生产液态生铁的设备的熔融气化炉的过量气体也能够被添加到来自原铁生产的顶部气体;这样的混合物也被称为净化后输出气体。
[0012]根据所要求保护的方法，含有金属氧化物的起始材料在还原单元中借助于还原气体被还原为海绵金属，并且因此被消耗的还原气体作为顶部气体从还原单元被抽出。
[0013]进入还原单元的还原气体至少部分地通过混合至少一部分量的顶部气体与具有还原势的至少一种反应气体以形成混合气体来产生；也能够如此产生还原气体的全部。进入还原单元的还原气体也能够单独地由具有还原势的反应气体来产生，即，由具有还原势的纯反应气体产生。
[0014]作为所要求保护的方法的一部分，具有还原势的反应气体与至少一部分量的顶部气体一起储存在气体贮存器中，优选地在低压气体贮存器中，作为储存的气体混合物。
[0015]根据本发明的方法的特征在于，至少一部分量的所述储存的气体混合物 -在混合顶部气体与具有还原势的反应气体之前，被引入顶部气体中，
和/或
-被引入反应气体中和/或
-被引入混合气体中。
[0016]低压气体贮存器被理解为具有小于15kPa(g)的压力的气体贮存器。
[0017]将储存的气体混合物创新地引入在还原气体的产生中所使用的气体中。如果储存的气体混合物被引入混合气体中，那么引入混合气体能够发生在例如混合气体已经经历进一步处理阶段(诸如冷却或压缩或去除CO2)之前或之后。储存的气体混合物因此被用于还原气体的产生，从而利用其还原势并且使得用于生产海绵金属的该方法与未使用该还原势的情况相比更加环保并且更加经济。
[0018]储存的气体混合物优选地在压力升高之后被引入顶部气体中或者反应气体中或者混合气体中，压力升高例如借助于一个或多个压缩机实现。在这种情况中，储存的气体混合物优选地被提升到一定压力，该压力对应于或者超过其被引入的气体的压力。例如，以7kPa(g)的压力保持在低压气体贮存器中的储存的气体混合物被提升到直接还原竖炉的顶部气体的20-40 kPa(g)的压力，或者提升到混合气体的270-720 kPa(g)的压力，或者提升至反应气体的80-250 kPa(g)。如果该顶部气体与反应气体混合，那么其本身首先被压缩到反应气体的压力80-250 kPa(g);出于引入已经被如此压缩的顶部气体的目的，储存的气体混合物也能够被提升至80-250 kPa(g)的压力。
[0019]根据本方法的优选变型，进入还原竖炉的还原气体的产生包括从混合气体中去除CO2和在去除CO2之后加热产品气体，其中，储存的气体混合物在去除CO2之前被引入混合气体。以这种方式，包含在混合气体中的CO2被同样地去除。
[0020]本申请还涉及用于执行根据本发明的方法的设备，其包括
-用于将含有金属氧化物的起始材料还原为海绵金属的还原单元，
-用于将消耗的还原气体作为顶部气体从还原单元抽出的顶部气体管线，
-用于将还原气体供给到还原单元中的还原气体供给管线，
-用于将混合气体供给到还原气体供给管线的混合气体管线，
-用于将具有还原势的反应气体供给到混合气体管线的反应气体管线，
其中，循环气体管线适于顶部气体管线并且汇入反应气体管线中，
-气体贮存器，优选地低压气体贮存器，其中，用于将顶部气体引入气体贮存器，优选地低压气体贮存器的顶部气体贮存器管线适于顶部气体管线，
并且其中，用于将反应气体引入低压气体贮存器的反应气体贮存器管线适于反应气体管线。
[0021]该设备的特征在于
出于将储存的气体从气体贮存器供给到以下管线中的目的，设置有一个或多个储存气体循环管线:
-顶部气体管线，
和/或
-循环气体管线和/或
-反应气体管线和/或
-混合气体管线。
[0022]根据优选实施例，用于提高压力的至少一个装置，例如压缩机或鼓风机，设置在至少一个储存的气体循环管线中。
[0023]根据优选实施例，用于从混合气体中去除CO2的一个或多个装置设置在混合气体管线中，并且用于加热从用于去除CO2的一个或多个装置排出的产品气体的至少一个装置设置在混合气体管线中，其中，至少一个储存的气体循环管线在用于去除CO2的装置的上游(如从汇入反应气体管线的循环气体管线的出口沿还原气体供给管线的方向所看到的那样)汇入混合气体管线。
[0024]根据优选实施例，反应气体管线始于生铁生产设备，最优选地始于与还原单元结合使用的生铁生产设备。
[0025]根据本方法的优选变型，优选地与还原单元结合使用的生铁生产设备是 -COREX ?设备，或
-FINEX ?设备，或 -鼓风炉，优选地氧气鼓风炉。
[0026]优选地连续地控制被引入顶部气体或反应气体或混合气体中的储存的气体的量，这例如借助于用于提高压力的装置的下游(如沿气体流动方向所观察的那样)的流动控制阀或者通过控制用于提高压力的装置来实现。
[0027]本发明的有利效果。
【附图说明】
[0028]图1示出了用于执行根据本发明的方法的根据本发明的设备的实施例的示意示例性图示。
【具体实施方式】
[0029]图1示出用于执行根据本发明的方法的设备I，其包括
-还原单元一在此为直接还原竖炉2—用于将含有氧化铁的起始材料3还原为海绵铁
4，
-顶部气体管线5，其用于将消耗的还原气体作为顶部气体从直接还原竖炉2抽出，
-还原气体供给管线6，其用于将还原气体供给至直接还原竖炉2，
-混合气体管线7，其用于将混合气体供给至还原气体供给管线6，
-反应气体管线8，其用于将具有还原势的反应气体供给至混合气体管线7，
其中，循环气体管线9始于顶部气体管线5并且汇入反应气体管线8，
-低压气体贮存器10，
其中，用于将顶部气体引入低压气体贮存器10中的顶部气体贮存器管线11始于顶部气体管线5，
并且其中，用于将反应气体引入低压气体贮存器的反应气体贮存器管线12始于反应气体管线8。在此图示的变型中，反应气体贮存器管线12在顶部气体贮存器管线11汇入低压气体贮存器10之前汇入顶部气体贮存器管线11。因此，沿某一区段，反应气体与顶部气体一起被携载到低压气体贮存器10内。
[0030]该设备具有多个储存气体循环管线13a、13b、13c、14，以便将来自低压气体贮存器10的储存的气体供给至下述管线中:
-顶部气体管线5，
-循环气体管线9，
-以及混合气体管线7。
[0031 ]压缩机15设置在储存的气体循环管线13a中作为用于提高压力的装置。
[0032]鼓风机16设置在储存的气体循环管线14中作为用于提高压力的装置。
[0033]顶部气体经由循环气体管线9被供给至在反应气体管线8中流动的反应气体，以便由此产生混合物。压缩机17设置在循环气体管线9中并且将顶部气体提升至反应气体的压力水平，例如，从20-40 kPa(g)至80-250 kPa(g)。在低压气体贮存器中呈现7 kPa(g)的压力。
[0034]用于从混合气体中去除CO2的装置(在此为VPSA设备)设置在混合气体管线7中，所述装置由多个机组(train)18a、18b、18c、18d、18e、18f构成。如从汇入反应气体管线8的循环气体管线9的出口沿还原气体供给管线6的方向所看到的那样，在所述机组的下游，用于加热从VPSA的机组18a、18b、18c、18d、18e、18f排出的产品气体的装置设置在混合气体管线中，在此具体地是借助于间接热交换来操作的炉19，以及借助于用氧气部分燃烧来操作的燃烧器20。
[0035]储存的气体循环管线13c在用于去除⑶2的装置(其包括机组18a、18b、18c、18d、18e、18f)的上游(如从汇入反应气体管线8的循环气体管线9的出口沿还原气体供给管线6的方向所看到的那样)汇入混合气体管线7。
[0036]压缩机21a、21b和冷却器22a、22b在VPSA设备的上游(如从汇入反应气体管线8中的循环气体管线9的出口沿还原气体供给管线6的方向所看到的那样)设置在混合气体管线中，并且将混合气体带至例如270 - 720 kPa(g)的压力，以及适合于(V)PSA设备的操作的温度。
[0037]反应气体管线8始于COREX?设备(出于清晰的原因未在此示出)，并且携载所述设备的输出气体。
[0038]含有氧化铁的起始材料3在直接还原竖炉2中借助于还原气体被还原为海绵金属4。
[0039]因此被消耗的还原气体作为顶部气体经由顶部气体管线5从直接还原竖炉2被抽出。
[0040]进入直接还原竖炉2的还原气体通过将一部分量的顶部气体与作为具有还原势的反应气体的COREX ?设备的输出气体混合以形成混合气体来产生。具有还原势的反应气体与一部分量的顶部气体一起被储存在低压气体贮存器中作为储存的气体混合物。储存的气体混合物被引入顶部气体(在顶部气体与具有还原势的反应气体混合之前)以及混合气体二者中。
[0041]尽管参照优选示例性实施例详细地说明和描述了本发明，但是本发明不受限于本文所公开的示例，并且因此在不脱离本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可由此得出其它变型。
[0042]附图标记列表
1用于执行根据本发明的方法的设备
2直接还原竖炉
3含有氧化铁的起始材料
4海绵铁
5顶部气体管线
6还原气体供给管线
7混合气体管线8反应气体管线
9循环气体管线
10低压气体贮存器
11顶部气体贮存器管线
12反应气体贮存器管线13a,13b, 13c 储存的气体循环管线
14储存的气体循环管线
15压缩机
16鼓风机
17压缩机
18a,18b, 18c, 18d, 18e, 18f 用于去除CO2的装置的机组
19炉
20燃烧器21a,21b压缩机22a,22b 冷却器
【主权项】
1.一种用于生产海绵金属的方法， 其中，将含有金属氧化物的起始材料在还原单元中借助于还原气体还原为海绵金属， 并且将因此被消耗的还原气体作为顶部气体从所述还原单元抽出， 并且其中，进入所述还原单元的所述还原气体通过以下方式产生: -通过混合 所述顶部气体的至少一部分量与具有还原势的至少一种反应气体以形成混合气体产生 或者 -从具有还原势的纯反应气体产生， 并且其中，具有还原势的反应气体与所述顶部气体的至少一部分量一起储存在气体贮存器中作为储存的气体混合物， 其特征在于， 将所述储存的气体混合物的至少一部分量 -在将所述顶部气体与具有还原势的所述反应气体混合之前引入所述顶部气体中， 和/或 -引入所述反应气体中， 和/或 -引入所述混合气体中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在压力提高之后将所述储存的气体混合物引入所述顶部气体中或所述反应气体中或所述混合气体中，所述压力提高借助于例如一个或多个压缩机实现。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进入还原竖炉的所述还原气体的产生包括从所述混合气体中去除CO2并且在去除CO2之后加热产品气体，其中，在去除CO2之前将所述储存的气体混合物引入所述混合气体中。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，具有还原势的所述反应气体是来自与所述还原单元结合使用的生铁生产设备的输出气体。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，与所述还原单元结合使用的所述生铁生产设备是 -COREX ?设备，或 -FINEX ?设备，或 -鼓风炉，优选地氧气鼓风炉。6.—种用于执行如权利要求1至5中任一项所述的方法的设备(1)，所述设备(I)包括 -还原单元，所述还原单元用于将含有金属氧化物的起始材料还原为海绵金属， -顶部气体管线(5)，所述顶部气体管线(5)用于将消耗的还原气体作为顶部气体从所述还原单元抽出， -还原气体供给管线(6)，所述还原气体供给管线(6)用于将还原气体供给到所述还原单元中， -混合气体管线(7)，所述混合气体管线(7)用于将混合气体供给到所述还原气体供给管线(6)中， -反应气体管线(8)，所述反应气体管线(8)用于将具有还原势的反应气体供给到所述混合气体管线(7)， 其中，循环气体管线(9)始于所述顶部气体管线(5)并且汇入所述反应气体管线(8)， -气体贮存器，优选地低压气体贮存器(10)， 其中，用于将顶部气体引入所述气体贮存器，优选地低压气体贮存器(10)的顶部气体贮存器管线(11)，始于所述顶部气体管线(5)， 并且其中，用于将反应气体引入所述低压气体贮存器(10)的反应气体贮存器管线(12)始于所述反应气体管线(8)， 其特征在于， 设置一个或多个储存气体循环管线(13a、13b、13c)以便将储存的气体从所述气体贮存器供给到以下管线中: -所述顶部气体管线(5)， 和/或 -所述循环气体管线(9) 和/或 -所述反应气体管线(8) 和/或 -所述混合气体管线(7)。7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，用于提高压力的至少一个装置设置在至少一个储存的气体循环管线(13a、13b、13c)中。8.根据权利要求6和7中任一项所述的设备，其特征在于，用于从所述混合气体中去除CO2的一个或多个装置设置在所述混合气体管线(7 )中， 并且用于加热从用于去除CO2的所述一个或多个装置排出的产品气体的至少一个装置设置在所述混合气体管线(7)中，其中，如从汇入所述反应气体管线中的所述循环气体管线(9)的出口沿所述还原气体供给管线(6)的方向所看到的那样，至少一个储存的气体循环管线(13a、13b、13c)在用于去除CO2的所述装置的上游汇入所述混合气体管线(7)。9.根据权利要求6至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述反应气体管线(8)始于生铁生产设备，最优选地始于与所述还原单元结合使用的生铁生产设备。10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，与所述还原单元结合使用的所述生铁生产设备是 -COREX ?设备，或 -FINEX ?设备，或 -鼓风炉，优选地氧气鼓风炉。11.根据权利要求6至10中任一项所述的设备，其特征在于，所述还原单元是还原竖炉，优选地直接还原竖炉(2)，或者流化床反应器系统。12.根据权利要求1至5中所述的方法以及权利要求6至11中任一项所述的设备，其特征在于，所述海绵金属是海绵铁。13.根据权利要求1至5中所述的方法以及权利要求6至11中任一项所述的设备，其特征在于，所述金属氧化物是氧化铁。
【文档编号】C21B5/06GK106029912SQ201480063637
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年11月12日
【发明人】R.米纳, G.罗森费尔纳, J.斯托金格
【申请人】首要金属科技奥地利有限责任公司