专利名称：同时生产燃料和铁的方法
背景技术：
本发明涉及一种新的分别由煤和铁矿石同时生产燃料和金属化的铁的方法。所述金属化的铁也称为“直接还原的铁”(DRI)。
利用从天然气重整(reform)而得的还原性气体来由铁矿石生产DRI已在工业上应用了几十年。使用天然气的主要缺点是成本高；另一个缺点是并不总能得到。而且，天然气需在生产氢的装置中重整；而这样的装置将大大增加把铁矿石转化为DRI的设备的成本费用。Fordham大学在1981年为美国商业部经济发展局准备的研究报告指出(我们这里引用其总结部分)“需要优先研究以煤为基的直接还原方法”，(第xxvi页，第3段)。
本发明克服了上述缺点，提供了一种以丰富的煤作为基础的，能在生产焦炭和/或煤气形式的燃料同时，也由铁矿石生产出DRI的有效方法。
附图以下参照附图来说明本发明。
图1是说明同时生产焦炭和DRI的流程图，其中DRI趁热输送至有盖、隔热的容器内，以便直接装入炼钢炉内。
图2是说明同时生产焦炭和DRI的流程图，其中DRI直接输送至电弧炼钢炉，而焦炭输送至鼓风炉中。
图3是说明同时生产焦炭和DRI的流程图，其中DRI先在一个炉子中熔融，然后再输入到氧炼钢炉中。
在本说明书中，“焦炭”包括由冶金用煤得到的、在鼓风炉中用以熔炼铁的焦炭，也包括由非冶金用煤得到的、在煤气发生炉中用以产生气体燃料的、称为“碳”的焦炭；这些燃料可用于其它目的(包括产生电力)。
本发明的说明参看图1和图2，图中标号10是一个釜，煤在其中在无氧的条件下加热。煤如箭号11所示输入至釜内，热的烟道气如箭号12所示被引入用以加热煤。烟道气在间接地加热煤以后，在点13排出釜外。焦炭如箭号14所示排出，粗煤气如箭号15所示排出釜。焦炭可输送至鼓风炉作为燃料(如图2所示，鼓风炉以标号16代表)，或者焦炭在煤气发生器(图中未示出)中气化，再用煤气产生电力，以供电弧炼钢炉使用(如图2所示，电弧炉以标号50表示)。
待裂化的粗煤气流(气流15)被引至裂化单元17，如图中箭号18所示进入该单元；裂化气如箭号19所示由该单元排出。裂化单元17装有试剂，可使粗煤气中所含的烃类裂化。裂化单元17最好分成两部分；以标号20表示的上室用来使试剂再生，而以标号21表示的下室用来进行裂化。试剂由下室21的底部如箭号22和23所示循环至上室20的顶部。如箭号19所示离开下室21的气体是经裂化、脱硫、热的还原性合成气，它对铁矿石有高度的反应性；该合成气如箭号25所示进入竖式还原炉24。
竖式还原炉24也最好分成两部分；以标号26表示的上部用来在铁矿石进行还原反应之前将其预热，而以标号27表示的下部则用作还原反应区将铁矿石转化为DRI。当用气流13的烟道气预热铁矿石时，烟道气由点45进入预热区而由点46排出。颗粒形式的铁矿石如箭号47所示由竖式炉24的顶部引入。合成气经过还原反应后如箭号28所示作为废气离开反应区27。
这种废气仍具有利用价值，它首先在热交换器29中用来预热燃烧空气；该燃烧空气如箭号30所示进入而如箭号31所示离开热交换器。废气在热交换器29中冷却之后，通过一个鼓风机(压缩机)32加压，分为气流33和34；气流34再进一步分为气流35和36。气流33是废气的第一部分，它与粗煤气流15合并成气流18，从而再循环至裂化单元内。气流35是废气的第二部分，它在燃烧器37中燃烧，以提供将煤加热生成焦炭并产生粗煤气所需的热能。气流36是废气的第三部分，它被排放掉以保持过程的平衡；这第三部分也可用于其它需要热能的地方。
在使室20的吸着剂再生时，将空气如箭号38所示由底部引入，而再生气体在室20的顶部排出(图中标为气流39)；在室20中的反应是高度放热的，结果使试剂加热，这些试剂在损失很少热量后如箭号40所示下降至室21。再生气体被引至冷凝器41，在其中气体被冷却以除去硫并进一步在塔42中处理。硫在接受器43中回收，并如箭号44所示排出。
继续参看图1，运行时，煤从釜10的点11引入，铁矿石从竖式还原炉24的点47输入。焦炭通过物流14或者输送至鼓风炉或者输送至气化器；DRI输送至隔热的容器48中，以便趁热接受DRI，从而尽量减少热量损失。氧炼钢炉(以标号49表示)接受熔融的铁(箭号51)、碎铁(箭号52)、DRI(箭号53)和氧(箭号54)来制造钢；炼钢炉49可旋转，以便如箭号55所示将熔融的钢放出。如果在釜10中所用的是冶金用煤，物流14可代表冶金用焦炭；如果在釜10中所用的是非冶金用煤，则物流14也可代表非冶金用焦炭(碳)。
参看图2，所示的流程图与图1相似，只有一处不同。物流14(焦炭流)是输送至鼓风机16，在该处将铁矿石(物流58)和碎石(物流59)与焦炭一起加入。在鼓风炉16的底部引入一股鼓风空气流(物流57)。DRI通过物流56直接输送至电弧炉50，而钢如物流60所示排放出来。
参看图3，所示的流程图与图1相似，但仍有另一处不同。物流56(DRI流)是输送至以标号61表示的熔铁炉中，而排放气(气流36)被用作熔铁炉61的燃料。再加入空气(气流62)和助熔剂(物流63)以将DRI转化为熔融的金属，通过输料车64和铁水包51输送至炼钢炉49。炉渣收集在灰斗65中。
如果产生的是由非冶金用煤得到的焦炭，则物流14输送至气化器(图中未示出)，将焦炭转化为气体，用作燃烧以产生电力；这电力可用于各种需要能量的地方，包括运行图2所示的电弧炉。在使用非冶金用煤以外，在装料中可加入其它含碳材料，例如轮胎、生物质、纸、塑料等。
权利要求
1.一种分别由煤和铁矿石同时生产燃料和铁的方法，它包括以下步骤在热解室中，在没有氧的条件下将煤加热，制得粗煤气和焦炭，所述粗煤气中含有烃类；将粗煤气引入裂化单元，使粗煤气中的烃类在脱硫剂下裂化，以去除硫和增加氢，使粗煤气转化为还原性气体；将所述还原性气体通过还原炉中的铁矿石床，使铁矿石直接还原为金属化的铁，并产生一种废气；和将由还原炉排出的废气的一部分引至燃烧单元，使所述废气燃烧而为热解室提供热能。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括另一步骤，将热解室产生的焦炭引向一个炉中作为燃料，其输送方向与将粗煤气引至裂化单元的方向相同。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括另一步骤，将热解室产生的焦炭引向一个气化器以产生一种燃料气体，其输送方向与将粗煤气引至裂化单元的方向相同。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于在铁矿石还原过程中产生废气并将废气的第一部分由还原炉输送至燃烧单元以后，还包括另一步骤，将由还原炉排出的废气的第二部分同方向地与来自热解室的粗煤气合并起来，再将合并起来的气体输入至裂化单元，而使该部分废气循环。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于还包括另一步骤，将由还原炉排出的废气的第三部分同方向地排放掉，以维持过程的平衡。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于在将还原性气体通入铁矿石床的步骤中，还包括一附加步骤，将所述还原性气体加热，以增加其与铁矿石的反应性。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于在燃烧单元中燃烧所述废气为热解室提供热能的步骤中，包括将热能输送至热解室以及一附加步骤，将剩余的热能由热解室输送至还原炉以预热铁矿石。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括另一步骤，将金属化的铁由还原炉中放出，并将其装入炼钢炉中。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于还包括另一步骤，在将金属化的铁由还原炉输送至炼钢炉的过程中，使金属化的铁保持在加热的状态，并将热的金属化的铁装入至炼钢炉中。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于在将金属化的铁由还原炉引出以后，还包括另一步骤，在将所述金属化的铁装入炼钢炉之前将其熔化。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于还包括另一步骤，将由热解室产生的焦炭输送至气化器，以产生燃料气体，再由燃料气体产生电力，为炼钢炉提供能量，焦炭的输送方向与粗煤气输送至裂化单元的方向相同。
12.一种分别由煤和铁矿石同时生产燃料和铁以供制钢的方法，它包括以下步骤在热解室中，在没有氧的条件下将煤加热，制得粗煤气和焦炭，所述粗煤气中含有烃类；将所述粗煤气引入裂化单元，使粗煤气中的烃类在脱硫剂下裂化，以去除硫和增加氢，使粗煤气转化为还原性气体；将来自热解室的焦炭输送至炼铁鼓风炉用作燃料；将所述还原性气体通过还原炉中的铁矿石床，使铁矿石直接还原为金属化的铁，并产生一种废气；将所述由还原炉产生的废气的第一部分引至燃烧单元，使该部分废气燃烧而为热解室提供热能；将来自还原炉的废气的第二部分与来自热解室的粗煤气合并，并将合并的气体输送至裂化单元，从而使该部分废气循环；和将金属化的铁由还原炉中放出，并将其装入炼钢炉中。
13.一种分别由煤和铁矿石同时生产燃料和铁以供制钢的方法，它包括以下步骤在热解室中，在没有氧的条件下将煤加热，制得粗煤气和焦炭，所述粗煤气中含有烃类；将所述粗煤气引入裂化单元，使粗煤气中的烃类在脱硫剂下裂化，以去除硫和增加氢，使粗煤气转化为还原性气体；将由热解室产生的焦炭输送至气化器，以产生燃料气体，再由燃料气体产生电力，为炼钢炉提供能量；将所述还原气体通过还原炉中的铁矿石床，使铁矿石直接还原为金属化的铁，并产生一种废气；将所述来自还原炉的废气的第一部分引至燃烧单元，使该部分废气燃烧而为热解室提供热能；将来自还原炉的废气的第二部分与来自热解室的粗煤气合并，再把合并的气体输送至裂化单元，从而使该部分废气循环；和将金属化的铁由还原炉放出，并将其装入炼钢炉中。
14.一种分别由煤和铁矿石同时生产燃料和铁的方法，它包括以下步骤在热解室中，在没有氧的条件下将煤加热，制得粗煤气和焦炭，所述粗煤气含有烃类；将所述粗煤气引入裂化单元，使粗煤气中的烃类在脱硫剂下裂化，以去除硫和增加氢，使粗煤气转化为还原性气体；将所述还原性气体通过还原炉中的铁矿石床，使铁矿石直接还原为金属化的铁，并产生一种废气。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于还包括另一步骤，将还原炉产生的废气输送至燃烧单元以提供热能。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于还包括另一步骤，将热解室产生的焦炭输送至一个炉子作为燃料，输送的方向与将粗煤气输送至裂化单元的方向相同。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于还包括另一步骤，将热解室产生的焦炭输送至气化器以产生燃料气体，输送的方向与将粗煤气输送至裂化单元的方向相同。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述将还原性气体通过铁矿石床的步骤中，还包括一附加步骤，将所述还原性气体加热，以增加其与铁矿石的反立性。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于还包括另一步骤，将所述焦炭和金属化的铁输送至熔铁炉中。
全文摘要
一种分别由煤(11)和铁矿石(47)同时生产燃料和铁的方法，包括以下步骤在没有氧的条件下将煤加热，产生粗煤气和焦炭，在热的脱硫剂下使该粗煤气中的烃类裂化以增加其氢含量，产生一种富含氢的、脱硫的、热的还原性合成气(25)。将这种反应性极强的合成气(25)通过铁矿石床，将铁矿石直接还原为金属化的铁(56)。
文档编号C21B13/00GK1169163SQ96191530
公开日1997年12月31日 申请日期1996年1月16日 优先权日1995年1月20日
发明者A·考尔德伦 申请人:A·考尔德伦