用于从废气中隔离二氧化碳的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于从废气中隔离二氧化碳的方法和装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请/专利是在2010年4月19日提交的题为“用于从废气中隔离二氧化碳的方法和装置(Method and Apparatus for Sequestering Carbon D1xide From a SpentGas) ”的同时待审的美国专利申请号12/762，618的申请的部分继续，该美国专利申请要求了在2009年4月20日提交的题为“用于从炉顶煤气燃料中隔离二氧化碳的方法和装置(Method and Apparatus for Sequestering Carbon D1xide From a Top Gas Fuel)，，的美国临时专利申请号61/170，999的的优先权，这两个申请的全部内容通过引入结合在此。
发明领域
[0003]本发明一般涉及用于将铁氧化物直接还原成金属铁等工艺的方法和装置。更具体地，本发明涉及用于从与这类工艺相关的废气中隔离二氧化碳的方法和装置。
[0004]发明背景
[0005]在许多工业过程中需要在直接还原工艺中从诸如炉顶煤气燃料源的二次燃料源中除去二氧化碳的有效和高效的方法。换句话说，在许多工业过程中需要用于从另外的废燃料源中除去二氧化碳的有效和高效的方法，使其可以用作一次燃料源而没有排放忧虑。在一些情况下，政府的政策要求这种二氧化碳的除去，并且二氧化碳排放控制的需要在将来只会增加。直接还原包括将铁氧化物矿石还原成金属铁粒料、块料或粉粒，其中铁氧化物被含氢气和/或一氧化碳的气体还原，产生二氧化碳副产物。
[0006]发明简述
[0007]在本发明的一个示例性实施方案中，用于从炉顶煤气燃料中隔离二氧化碳的方法，其包括:给出被分成工艺气和炉顶煤气燃料的炉顶煤气:将工艺气与烃混合并将所得的重整器进料气进料至二氧化碳和蒸汽重整器来将重整器进料气重整并形成还原气；以及将炉顶煤气燃料进料至二氧化碳洗涤器来从该炉顶煤气燃料中除去至少一些二氧化碳并在加入烃之后形成进料至该二氧化碳和蒸汽重整器的重整器燃料气。本方法也包括压缩工艺气和炉顶煤气燃料。本方法还包括从炉顶煤气产生蒸汽。本方法还进一步包括洗涤炉顶煤气以除去灰尘。任选地，该炉顶煤气是从还原炉获得的。任选地，本方法还进一步包括将还原气与氧和烃混合以形成环风管(bustle)气并将该环风管气进料至还原炉。二氧化碳洗涤器也产生贫二氧化碳气。本方法还进一步包括将贫二氧化碳气与还原气混合。任选地，本方法还进一步包括在将贫二氧化碳气与还原气混合或者将其用作燃料之前将贫二氧化碳气预热。二氧化碳和蒸汽重整器也产生烟道气。本方法还进一步包括从烟道气中产生蒸汽。任选地，本方法还进一步包括使用烟道气预热另一种气体。任选地，炉顶煤气和环风管气与用于将铁氧化物转化为金属铁的直接还原工艺相关。
[0008]在本发明的另一个示例性实施方案中，用于从炉顶煤气燃料中隔离二氧化碳的装置包括:用于将炉顶煤气分成工艺气和炉顶煤气燃料的一个或多个导管；用于将工艺气与烃混合并将所得的重整器进料气进料至二氧化碳和蒸汽重整器来将重整器进料气重整并形成还原气的一个或多个导管；和用于将炉顶煤气燃料进料至二氧化碳洗涤器来从该炉顶煤气燃料中除去至少一些二氧化碳并在加入烃之后形成进料至该二氧化碳和蒸汽重整器的重整器燃料气的一个或多个导管。本装置还包括一个或多个气体压缩机，用于压缩工艺气和炉顶煤气燃料。本装置还包括低压蒸汽锅炉，用于从炉顶煤气产生蒸汽。本装置还进一步包括湿式洗涤器，用于洗涤炉顶煤气以除去灰尘。任选地，该炉顶煤气是从还原炉获得的。任选地，本装置还进一步包括的用于将还原气与氧和烃混合以形成环风管气并将该环风管气进料至还原炉一个或多个导管。二氧化碳洗涤器也产生贫二氧化碳气。本装置还进一步包括用于将贫二氧化碳气与还原气混合的一个或多个导管。任选地，本装置还进一步包括预热器，用于在将贫二氧化碳气与还原气混合或者将其用作燃料之前将贫二氧化碳气预热。二氧化碳和蒸汽重整器也产生烟道气。本装置还进一步包括低压蒸汽锅炉，用于从烟道气产生蒸汽。任选地，本装置还进一步包括用于使用烟道气来预热另一种气体的一个或多个导管。任选地，炉顶煤气和环风管气与将铁氧化物转化为金属铁的直接还原工艺相关。
[0009]在本发明的进一步示例性的实施方案中，用于从废气中隔离二氧化碳并将其作为再循环的气体重新使用而没有排放忧虑的方法包括:给出被分成工艺气和废气的气源:将工艺气与烃混合并将所得的进料气进料至重整器来将进料气重整并形成还原气；并且将废气的至少一部分进料至二氧化碳洗涤器来从废气中除去至少一些二氧化碳并形成与还原气混合的贫二氧化碳气。任选地，本方法还包括将废气的至少一部分进料至二氧化碳洗涤器来从废气中除去至少一些二氧化碳并在加入烃之后形成进料至重整器的燃料气。
[0010]本发明的二氧化碳隔离方法提供了高效循环，通过其可以重新捕获在初级过程中未被使用并被排出的一氧化碳和氢气，从而最小化不期望的排放。
[0011]附图的简要说明
[0012]通过参照各附图，本文示出并描述了本发明，其中，适当时，类似的附图标记用于表示类似的方法步骤/装置部件，并且其中:
[0013]图1是本发明的用于从炉顶煤气燃料中隔离二氧化碳的方法/装置的流程图/示意图；并且
[0014]图2是本发明的直接还原工艺的流程图/示意图。
[0015]发明详述
[0016]参照图1，在本发明的一个示例性实施方案中，用于从炉顶煤气燃料10中隔离二氧化碳的装置固有地包含竖炉还原炉12等。在本实施例中，还原炉12包括加料漏斗(未示出)，铁氧化物粒料、块料或粉粒以预定速率进料至其中。铁氧化物粒料、块料或粉粒从加料漏斗通过也用作气体密封管的进料管(未示出)通过重力下降入还原炉12。在还原炉12的底部是一个也用作气体密封管的排出管(未示出)。出料加料器(discharge feeder)(未示出)，如电振动加料器等，布置在排出管下面，并接收金属铁粒料、块料或粉粒，由此建立了用于通过还原炉12的炉料的重力下降系统。
[0017]在还原炉12的接近中点处是环风管和风口系统(未示出)，通过环风管和风口系统，在约700摄氏度至约1050摄氏度之间的温度下引入热还原气。热还原气向上流过还原炉12的还原区，与粒料、块料或粉粒的流相反，并通过设在还原炉12顶部的气体排出管(未示出)离开还原炉12。进料管在气体排出管之下延伸，这样的空间排布形成废气脱离通风，其允许废气从输料管线中脱离并自由流动至气体排出管。该热还原气，从环风管和风口系统流向气体排出管，用来加热铁氧化物粒料、块料或粉粒并且将其还原为金属铁粒料、块料或粉粒(即经由直接还原)。该热还原气含有氢、氮、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水蒸气，它们还原铁氧化物粒料、块料或粉粒并产生含有二氧化碳和水蒸汽的废气或炉顶煤气。
[0018]参照图2，这里所使用的直接还原工艺，通过调节在之前加入还原气中的贫二氧化碳气、天然气和氧气，在环风管气进入还原炉12的位点处控制还原条件、温度和化学。这些直接还原工艺的一般性描述在