生产碳化铁的工艺及设备的制作方法

专利名称：生产碳化铁的工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及生产碳化铁的工艺及设备。
背景技术：
传统的用铁的氧化物，如铁矿石生产钢的方法通常包括如下步骤在第一步骤中，以这样的方式生成生铁水将在焦炉中产生的焦炭、其它的原料及氧化铁加在高炉中，然后，氧化铁被焦炭中的碳因吹入高温氧气而产生的燃烧热熔化，被因所述碳的燃烧而生成的一氧化碳还原；在第二步骤中，将生铁水加于转炉中，然后通过吹氧将生铁水转化为钢，其中，钢中的碳浓度在需要值以下。
由于传统的、用高炉的炼钢工艺需要很多辅助设备，如焦炉、烧结炉、空气加热炉，所以设备费用很高。此外，这种经过高炉的炼钢工艺需要昂贵的煤，如高焦化煤及很多设备安装和原料贮存所需的庞大的面积。因此，近年来，为克服上述的使用高炉的缺点，已开发了一些取代高炉的新的炼铁工艺，并已投入实际使用。
比如，新开发的炼钢工艺之一是叫作碳化铁-电炉法的工艺。这种工艺包括的步骤是使粒状的氧化铁与还原剂如氢及碳化剂如甲烷气反应而得到碳化铁，及在电炉中熔炼碳化铁而生产钢。流化床反应器是广为人知的生产碳化铁的设备。国际专利申请NO.PCT/US 91/05198的日文译文，已公开的出版物NO.HE 16-501983公开了一种生产碳化铁的设备。如图8所示，所述的出版物展示了一种生产碳化铁的设备，其中当经入口31引将粒状氧化物加入流化床反应器32时，处于浮动和流态化状态下的粒状氧化铁被经由位于该反应器底部的多个喷嘴33引入的高温和高压的气体还原。此后，氧化铁由于上述反应被破碎成较小的块，然后沿挡板34、35、36、37构成的通道移动，最后作为碳化铁从出口38排出(下文中将此设备称为现有技术)。
顺便提一下，将氧化铁转变为碳化铁的反应按下面的反应式(1)-(6)进行。
(1)()(2)()(3)(4)(5)(6)如于上述式(1)-(6)中所示，氧化铁以Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe及Fe3C的顺序转化为碳化铁，而所用的还原气体H2的体积根据该还原反应中的各个阶段而变。另一方面，在某种气体温度或某种气体成份时，有不产生FeO的情况。如下文所述，这种现有技术有各种问题有待解决。
首先，含于还原和碳化气体中的CH4和CO的浓度越高，碳化反应进行得越快。但，当所述反应气体中所含的甲烷和一氧化碳浓度过高时，因下式(7)和/或(8)所示的反应由反应气体产生固定碳。
结果，大量反应气体被无用地消耗。此外，由于固定碳变成烟尘并粘附在气体加热器的管上，因而对气体循环回路有不良作用。
(7)(8)在该反应的最激烈的阶段，如上所述，氢的还原反应激烈进行，而由所述还原反应所产生的水蒸汽防止了固定碳的产生。但在此反应的最后阶段，由于几乎不生成防止固定碳产生的水蒸汽，所以易生成固定碳。有两种防止产生固定碳的方法。一是降低反应气体中所含的CH4和CO的浓度，另一是提高此反应气体中所含的水蒸汽的浓度。但此方法导致反应速度下降，即降低生产率。
气体温度变得越高则反应速度变得越快。但当流化床温度由于超高温的气体变为约600℃多度(如，570℃-590℃)时，碳化铁产物中残留的氧化铁不变成化学特性稳定的Fe3O4，而变成化学特性不稳定的FeO。
若降低反应气体温度以避免上述缺点，则将导致反应速度下降，即生产率下降。
此外，当反应进行时，由于氧化铁自身的粉化，其比重变小而且其颗粒直径也变小。因此，氧化铁颗粒在该反应的后一半的阶段易于飞动。飘到反应器外的氧化铁颗粒由于在反应器中的滞留时间短因而碳化程度低。结果，使碳化铁产物的平均碳化程度下降。
因此，根据反应进程调节流经流化床的气体流速是可取的。但除非采用某些复杂的作业，如改变流经设在气体分配板上的喷嘴的气体阻力，现有技术不可能改变气体流速。
此外，以在第一阶段反应器中部分进行还原反应，然后在第二阶段反应器中进行进一步的还原和碳化反应为特点的生产碳化铁的方法是已知的。
但按此法，必须控制排自第一阶段反应器的矿石的还原程度。通过改变气体流量，气体温度或气体成份来控制还原程度是可能的。但因所涉及的气体量是如此之大，故所述的改变并不容易。因此，在一致地和仔细地控制还原程度方面有困难。
上述的生产碳化铁的现有技术的缺点将被本发明方便地克服。
本发明的目的在于提供一种有效地生产具有稳定的化学组份的碳化铁的工艺和设备。
发明的公开本发明的目的在于提供一种用具有构成部件(a)-(e)的设备生产碳化铁的工艺(a)位于流化床反应器中，在其上部的流化床；(b)位于该反应器中的下部的，起着引入还原和碳化气体的气体集气管(gas header)作用的舱室，其中用分配板将该流化床和舱室分成上侧和下侧，在该板上装有多个气体引入喷嘴；而且位于分配板上部的流化床被隔板划分成多个分开的分隔室，它们是按分开的室或迷宫式的室形成的；(c)分布在该舱室上的的多个气体供入口，用于将气体分别供于特定分隔室中以及将气体供应管线与各气体供入口相连，以便供应还原和碳化气体，其中各气体供应管线都有控制气体压力或气体流量的控制阀；(d)一个或两个以上的气体环流回路，其具有消除废气中所含的粉尘及减少废气中所含的水蒸汽的急冷塔和冷却器及用于加热该气体的预热器，其中经由急冷塔、冷却器及预热器使废气返回该舱室；(e)经其将氢气及含碳气体，如CH4供于气体环流回路的供气设备；并且还包括使从反应器侧壁加入的粒状氧化铁与该气体以如下方式反应的步骤通过从反应器底部引入的高温、高压气体使氧化铁浮动和流态化，然后将其从上游侧的分隔室经相通的空间输往下游侧的分隔室，该相通的空间既可位于所述隔板的上部，也可位于其下部，最后，从最后的分隔室排出所产生的碳化铁。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中用多块隔板将舱室隔成多个部分，而且每个被分隔的部分分别包含各自的供气入口。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中隔板以这样的方式装在该舱室的上部，所述隔板仅将该舱室的上部分成多个部分。
本发明的另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中从该舱室的顶至其底装有隔板，以便将各分隔部分隔开。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中从该舱室的顶至其底装有隔板以便将该舱室隔成多个部分，而且各隔开部分借助隔板上的小孔彼此相通。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中使供往下流侧的分隔室的气体中所含的水蒸汽量大于供往上游侧的分隔室的气体中所含的水蒸汽量。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中通过自反应器外部供应水蒸汽来增加供往下游侧的分隔室的气体中所含的水蒸汽量。
本发明的另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中，以这样的方式增加供往下游侧分隔室的气体中所含的水蒸汽量调整气流环流回路中的急冷塔和冷却器的冷却作业，以减少被所述急冷塔和所述冷却器去除的水蒸汽量。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中使供往下游侧分隔室的气体中所含的烃气或一氧化碳气少于供往上游侧分隔室的气体中所含的该气体。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中通过从反应器外供应烃气或一氧化碳气使供往上游侧分隔室的气体中所含的烃气或一氧化碳气的量增加得大于供往下游侧分隔室的气体中所含的该种气体量。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中使供往下游侧分隔室的气体的单位面积流量小于供往上游侧分隔室的气体的该流量。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，共中使供往下游侧分隔室的气体的温度低于供往上游侧的分隔室的气体的温度。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的方法，其中以这样的方式使供往下游侧分隔室的气体的温度低于供往上游侧分隔室的气体的温度将低温气体与排自气体环流回路中的预热器的气体混合。
本发明的另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中该低温气体是供往预热器的气体的一部分。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的方法，其中该低温气体供自反应器外部。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中使下游侧分隔室中的流化床的温度在500℃-600℃的范围内。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中通过仅降低供往下游侧最后的分割室的气体的温度使下游侧最后的分隔室中的流化床温度在500-600℃的范围内。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中以这样的方式使供往下游侧分隔室的气体的温度低于供往上游侧分隔室的气体的温度使氧与供往上游侧分隔室的气体混合，然后为提高气体温度，使所述气体中所含的部分可燃气体部分燃烧。
本发明另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中使供往上游侧分隔室的气体中所含的氢的浓度高于供往下游侧分隔室的气体中所含的氢的浓度。
本发明再一目的在于提供生产碳化铁的工艺，其中通过自反应器外供应氢气使供往上游侧分隔室的气体中的氢浓度提高。
本发明的另一方面在于提供生产碳化铁的设备，它包括以下构成部件(a)-(e)(a)位于流化床反应器内，于其上部的流化床；(b)位于该反应器内，于其下部的舱室，它起着引入的还原和碳化气体的气体集气管的作用；其中一分配板将该流化床和舱室分成上侧和下侧，在该板上设有多个气体引入喷嘴；而且位于分配板上部的流化床被隔板隔成多个分隔室，它们是按分隔室或复杂的室形成的。(c)设置在该舱室上的，用于将气体分别供往特定分隔室的多个气体供入口；而且为供应还原和碳化气体，将气体供应管线与各气体供入口相连；其中每个气体供应管线都有控制各气体的压力或气体流量的气流控制阀；(d)一个或两个以上，具有用于消除废气中所含的粉尘及减少废气中所含的水蒸汽的急冷塔和冷却器及用于加热气体的预热器的气体环流回路，其中经由该急冷塔、冷却器及预热器使废气返回此舱室；(e)经其将氢气及含碳气体，如CH4供往所述气体环流回路的供气设备。
H2、CH4、CO、CO2及H2O等可用作本发明的反应气体。
具有上述结构成的生产碳化铁的本工艺及设备证实了下列优点。
即，按本发明实施，不会使引入反应器内的氧化铁颗粒的流化床中的气体的状态，如气体温度、气体流量及气体成份固定不变而是可以局部改变。
因此，使引入下游侧分隔室的气体中所含CH4和CO浓度比引入上游侧分隔室的气体中所含的该气体浓度低，而前者中所含的水蒸汽比后者的高是可能的。因此可以在防止反应气体生成固定碳的前提下，完成高生产率的作业。
可以使引入下游侧分隔室的气体的温度低于引入上游侧分隔室的气体的温度。因此可以保持高生产率的作业及生产含少量化学上不稳定的FeO，含大量化学上稳定的Fe3O4的碳化铁。
此外，可以按反应的进程，根据比重和颗粒直径的减小使引入下游侧分隔室中的气体流量降得比引入上游侧分隔室中的气体流量低。因而可以减少流出反应器的氧化铁，及生产具有高的平均碳化率的碳化铁。
在用两座反应器进行还原和碳化反应的情况下，因为在第一反应器的最后反应阶段，引入流化床的分隔室中的气体量小于总气体量，所以易于改变气体流量、气体成份和/或气体温度。因而可易于控制排自第一反应器的，包含金属铁的氧化铁的还原程度。
此外，按本发明，可以防止由还原和碳化气体生成固定碳，并使得碳化铁产物中的氧化铁种类是化学特性稳定的Fe3O4。还可减少流出反应器的氧化铁颗粒的量。
因此，本发明提供了以高的生产率及低的生产成本有效地生产碳化铁的工艺和设备。
附图简述

图1是展示本发明的生产碳化铁的整个工艺构成的实例的工艺流程图。
图2展示了补充气体的供气通道。
图3是展示流化床反应器的视图。
图3(a)展示了流化床被隔成两个部分的流化床反应器的纵剖面图。
图3(b)展示了沿图3(a)中的Ⅲ-Ⅲ线截取的剖面图。
图4是展示在熔池试验时，因氧化铁的还原反应而产生的水蒸汽量的变化的图。
图5是展示在熔池试验时，被氧化铁的还原反应消耗氢量的变化的图。
图6是展示本发明流化床反应器下部的一个例子的纵剖面图。
图7是展示本发明流化床反应器下部的另一例子的纵剖面图。
图8是展示了常规流化床反应器的例子的平面图。
图9展示了沿图8中的Ⅸ-Ⅸ线截取的剖面图。
实施本发明的最佳模式在下文中将本发明的生产碳化铁工艺和设备的实施方案与相关的附图一起解释。
图1是流程图，它展示在将本发明应用于一种生产碳化铁的，有两个反应器(两个反应阶段)的设备的情况下的全部构成。在图1中，沿箭头1所示，粒状原料(氧化铁)被加于矿石干燥器2中，而所述的氧化铁矿石在干燥器2中被引自热气体发生器3的高温气体干燥，此后将所述氧化铁载往第一流化床反应器4。
在第一流化床反应器4中，粒状氧化铁在流态化下被引自所述反应器底的还原气体预还原。将经预还原的氧化铁载往第二流化床反应器5。在第二流化床反应器5中，经预还原的粒状氧化铁在流态化下被引自所述反应器底的还原和碳化气体进一步还原及碳化，并被转化为碳化铁。将该产品(碳化铁)运往缓冲罐6a、6b，然后借助卡车等经运输机7运往熔炼炉，如电炉。
图1展示了旋风分离器8a、8b，热交换器9a、9b、急冷塔10a、10b、水冷凝器11、冷却器12a、12b、捕捉水滴并将其排出的分离鼓(knockout drum)13a、13b、压缩机14a、14b，及预热器15a、15b。如图1所示，第一和第二流化床反应器4、5分别都具有各自的气体环流回路A、B。图2展示了与所述气体环流回路相连的各气体通道16a、16b被导向H2气、CO气、CO2气或天然气(NG)的供应通道。在图2中，标号17指代脱硫器。每个位于第一和第二流化床反应器4。5下部的舱室分别具有2个供气入口(下文将详述)。
供气管线18a和18c与第一流化床反应器4的供气入口相连。供气管线18a经供气管线18d与供气管线18b相连。供气管线18f和18h与第二流化床反应器5的供气口相连。供气管线18e经供气管线18i与供气管线189相连。供气管线18a、18d和18b中的每一个分别都有气流控制阀19a、19b和19c。供气管线18e、18i和18g分别有气流控制阀19d、19e和19f。
图3展示了第一或第二流化床反应器的详细结构。
位于流化床22下面的舱室23被隔板24分成2个分隔部分23a、23b，而每个部分23a、23b都分别有供气口25a、25b。流化床22被隔板26隔成上游侧的和下游侧的分隔室22a和22b。
流化床22和舱室23被分配板27分成上部和下部。分配板27具有多个用于引入气体的喷嘴28。标号29指代原料加料口，标号30指代碳化铁产物排出口。
在这种流化床反应器中，存在于上游侧分隔室22a中的所加入的粒状氧化铁在流化态下在隔板26上流过，然后流入下游侧的分隔室22b中。供往舱室23的部分23a和23b的各气体的温度、成份和流量彼此不同是可能的。
下面用具有上述结构的设备更详细地解释生产碳化铁的工艺。
在矿石干燥器2中被干燥过的粒状氧化铁经通道20被运往第一流化床反应器4中。然后在浮动和流化态下被引自该反应器底部的高温(约650℃)和高压(约5个大气压)气体还原和碳化。该还原和碳化反应消耗了大量的H2和CH4，并生成数量可观的水。因此，于约600℃从反应器顶部抽出的气体含有大量水蒸汽。这种高温和含大量水份的气体随着通过气体环流回路被冷却，而且此气体所含的水蒸汽又转变成水，然后此水被去除。此后，将H2和CH4供往气体环流回路。结果，有效地促进了流化床反应器中的反应。
下文详细解释气体在气体环流回路A中的冷却和环流。
反应气体按以下步骤冷却。
在第一步骤，由于排自反应器顶部的反应气体含极细的氧化铁颗粒，所以用旋风分离器8a获取部分细颗粒；在第二步骤，排自反应器的，约600℃的含水蒸汽的气体，在通过通道21的同时被冷至500℃。
在第三步骤中，含水蒸汽的气体被热交换器9a冷却至约220℃。
在第四步骤中，该气体在通过供有得自冷却塔(未示)的冷水的急冷塔10a的同时被冷至约40℃。
在第五步骤中，该气体在流经供有产自水冷凝器11的冷水的冷却器12a的同时被冷至约20℃。
在最后步骤中，在分离鼓13a处去掉水含量。
用压缩机14a将冷至约20℃的气体加压至约5个大气压，然后在热交换器9a处被排自该反应器的高温气体加热至约400℃。此外，该气体在预热器15a中被加热至约650℃后返回流化床反应器4。如图2所示，含有所需组份的气体经气体供应通道被供应，因为环流气体按反应器中的反应进程被逐步消耗。
气体环流回路A中的上述反应也在气体环流回路B中发生。
按上述工艺，加入第一流化床反应器4中的氧化铁在第二流化床反应器5中被转变成碳化铁(Fe3C)，然后所述的碳化铁从此反应器中排出。
顺便提一下，在氧化铁的组份中，FeO是化学上不稳定的，而Fe3O4是化学上稳定的。
当反应气体温度处于500-约600℃的范围内时，按Fe-H-O和Fe-C-O的平衡不生成FeO，而是生成Fe3O4。
残存于碳化铁产品中的这种氧化铁组份最好是Fe3O4。另一方面，为提高反应速度，最好把反应气体的温度升至约600℃多度(如590℃)。因此，在此实施方案中，可载带某些量的低温气体(预热器入口处的气体)的供气管线18g与供往下游侧的分隔室的供气管线18h相连。因此，将供往下游侧分隔室的气体的温度控制在500-600℃的范围内，及将供往上游侧分隔室的气体的温度控制得超约600℃是可能的。
如上所述，按本发明，供往上游侧和下游侧分隔室的气体的温度会彼此不同是可能的。以同样的方式使一分隔室的气体流量和气体成份与另一分隔室中的气体流量和成份不同也是可能的。
例如，如图4和5所示，由于氢气的还原反应在该反应接近完成的阶段进行得很充分，所以使供往上游侧分隔室中的气体中所含的氢浓度大于供往下游侧分隔室中的气体中所含的氢浓度是合乎要求的。
按本发明，即使此反应在单流化床反应器中进行，通过将氢气引入供往上游侧分隔室的气体中使上游侧的气体中所含的氢浓度与下游侧中的气体所含的氢浓度不同是可能的。
通常，高温的含烃气体，如CH4和CO会在某些条件下生成固定碳。这种固定碳有以下缺点。缺点之一是固定碳无用地消耗反应气体。另一缺点是固定碳粘附在加热器等设备上。再一缺点是固定碳侵入构成此设备的材料中，从而破坏所述材料。当该气体中含大量水时，则不生成固定碳。按图4和5所示的生产碳化铁的常规工艺，由于用氢还原，反应速度很大，所以在反应早期有大量的水，因而不易生成固定碳。但，在反应末期，由于反应速度下降，该反应生成的水几乎没有了，因而易生成固定碳。因此，按本发明，通过经管线18g和18h加蒸汽来提高供往下游侧分隔室的气体中所含的水浓度是可能的。
为防止生成固定碳，最好是降低气体中所含的CH4和CO的浓度。但，若降低了CO和CH4的浓度，则导致反应速度下降，即生产率下降。因此，按本发明，通过限制引入供往下游侧的最后一分隔室的气体中的烃和CO的量来仅降低下游侧的最后一分隔室的气体中所含的CH4和CO的浓度是可能的。
按照反应进程，氧化铁的比重变低而其直径变小。因此，在反应的后半期氧化铁颗粒易飞起。由于这种浮动的颗粒只适于短时间地留在反应器中，所以碳化程度变低，因而碳化铁产物的平均碳化程度也变低。因此，最好是按反应进程调节气体流经流化床反应器的流速。按本发明，通过控制设在供气管线上的气流控制阀使供往下游侧分隔室中的气体流量低于供往上游侧分隔室中的气体流量是可能的。
此外，按照在第一反应器中局部进行还原反应，而在第二反应器中进行进一步还原和碳化反应的常规工艺，则必需控制第一反应器中氧化铁的还原程度。为此，可通过改变在该反应器中流动的气体的流量、温度及成份来达到所述的对还原程度的控制。
但因气体量大，不易改变上述参数。因此，难以得到一致而仔细的控制。
但，按本发明，除第一流化床反应器的多个分隔室中最后的分隔室之外，能均匀地控制供往各分隔室的气体的状态是可能的，而且，方便地仅改变供往最后分隔室的气体的流量，温度和成份也是可能的。
图6展示了流化床被隔板26隔成分隔室22c、22d、22e，而将舱室23分开的分隔板24设在该舱室的上部。部分引自供气管线25a的气体流入部位23b。由于这种气体与引自供气管25b的气体混合，所以使引入最下游的分隔室22e中的气体组份有别于引入上游侧分隔室22c和22d的气体组份是可能的。
图7展示了分隔舱室23的分隔板24是被从该舱室的顶至其底按装的。在分隔板24下部有小孔24a，经小孔24a使部分23a与部分23b相通。该实施方案可完成与图6中所示的实施方案相同的功能。
在工厂具有每年生产200,000吨以上的碳化铁的能力的情况下，流化床的分隔数为6-7，而舱室的分开数为2是可取的。
工业适用性由于本发明有上述构成，所以本发明的设备是适于有效地生产含化学上稳定的组份的碳化铁的设备。
4-第一流化床反应器，5-第二流化床反应器，10a,10b-急冷塔，11-水冷凝器，12a,12b-冷却器，15a,15b-预加热器，18a,18b,18c,18d,18e,18f,18g,18h,18i-供气管线，19a,19b,19c,19d,19e,19f-气流控制阀，22-流化床，22a,22b,22c,22d,22e-分隔室，23-舱室，24-分隔板，25a,25b-供气管，26-隔板，27-分配板，28-喷咀
权利要求
1．用具有构成部件(a)-(e)的设备生产碳化铁的工艺(a)在流化床反应器内的，于其上部的流化床；(b)位于该反应器内，于其下部的舱室，它起着引入的还原和碳化气体的气体集气管的作用；其中该流化床和舱室被分配板分成上部和下部，在该板上设有多个气体引入喷嘴；位于该分配板的上部的流化床被隔成多个分隔室，它们是按被分隔室或复杂室的形式用隔板构成的；(c)设置在该舱室上的，用于将气体分别供于特定分隔室的多个供气入口，而且为了供应还原和碳化气体，将供气管线与各供气入口相连；其中每条供气管线具有控制气体压力和气体流量的气流控制阀；(d)一个或两个以上，具有急冷塔和冷却器及用于加热气体的预热器的气体环流回路，所述急冷塔和冷却器用于去除废气中所含的粉尘及减少废气中所含的水蒸汽，其中，该废气经由急冷塔、冷却器和预热器返回该舱室；(e)经其将氢气及含碳气体，如甲烷供往气体环流回路的供气设备；该工艺并且还包括使该气体以如下方式与从反应器侧壁加入的粒状氧化铁反应的步骤引自该反应器底部的高温和高压气体使氧化铁浮动和流态化，然后经由既可位于所述隔板上部也可位于其下部的连通空间将其从上游侧分隔室运往下游侧分隔室，而最后将产生的碳化铁从最后的分隔室排出。
2．权利要求1的生产碳化铁的工艺，其中用分隔板将舱室分成多个部分，而每一分隔部分分别包括各自的供气入口。
3．权利要求2的生产碳化铁的工艺，其中分隔板以这样一种方式装在该舱室上部所述的分隔板仅将该舱室上部分成多个部分。
4．权利要求2的生产碳化铁的工艺，其中从该舱室顶至其底装有分隔板，以便隔出各分隔部分。
5．权利要求2的生产碳化铁的工艺，其中从该舱室顶至其底装有分隔板，以便将该舱室分成多个部分，并且借助在该分隔板上的小孔使被分隔的部分彼此相通。
6．权利要求1的生产碳化铁的工艺，其中使供往下游侧分隔室的气体中所含的水蒸汽量大于供往上游侧分隔室的气体中所含的水蒸汽量。
7．权利要求6的生产碳化铁的工艺，其中通过从该反应器外部供应水蒸汽来增加供往下游侧分隔室的气体中所含的水蒸汽量。
8．权利要求6的生产碳化铁的工艺，其中，以如下方式提高供往下游侧分隔室的气体中所含水蒸汽量；调整气体环流回路中的急冷塔和冷却器的冷却运行，以减少被所述急冷塔和冷却器去除的水蒸汽量。
9．权利要求1的生产碳化铁的工艺，使供往下游侧分隔室的气体中所含的烃气或一氧化碳气比供往上游侧分隔室的气体中所含的该种气体少。
10．权利要求9的生产碳化铁的工艺，其中通过从反应器外部供以烃气或一氧化碳气使供往上游侧分隔室的气体中所含的烃气或一氧化碳气的量增加得大于供往下游侧分隔室的气体中所含的该类气体的量。
11．权利要求4的生产碳化铁的工艺，其中使供往下游侧分隔室的气体的单位面积流量小于供往上游侧分隔室的气体的单位面积流量。
12．权利要求1的生产碳化铁的工艺，其中使供往下游侧分隔室的气体的温度低于供往上游侧分隔室的气体的温度。
13．权利要求12的生产碳化铁的工艺，其中以如下方式使供往下游侧分隔室的气体的温度低于供往上游侧分隔室的气体的温度将低温气体与排自气体环流回路中的预热器的气体混合。
14．权利要求13的生产碳化铁的工艺，其中该低温气体是供往预热器的气体的一部分。
15．权利要求13的生产碳化铁的工艺，其中该低温气体供自反应器外部。
16．权利要求12的生产碳化铁的工艺，其中使下游侧分隔室中的流化床的温度在500-600℃的范围内。
17．权利要求16的生产碳化铁的工艺，其中通过仅降低供往下游侧最后的分隔室的气体的温度使下游侧最后的分隔室中的流化床温度在500-600℃的范围内。
18．权利要求12的生产碳化铁的工艺，其中以如下方式使供往下游侧分隔室的气体的温度低于供往上游侧分隔室的气体的温度使氧与供往上游侧分隔室的气体混合，然后使所述气体中所含的可燃气体部分燃烧以提高该气体温度。
19．权利要求4的生产碳化铁的工艺，其中使供往上游侧分隔室的气体中所含氢的浓度高于供往下游侧分隔室的气体中所含氢的浓度。
20．权利要求19的生产碳化铁的工艺，其中通过从该反应器外供应氢气提高供往上游侧分隔室的气体中的氢浓度。
21．具有以下构成部件(a)-(e)的生产碳化铁的设备(a)位于流化床反应器内，位于其上部的流化床；(b)位于该反应器内，位于其下部，起着引入的还原和碳化气体的气体集气管作用的舱室；其中该流化床和舱室被其上设有多个气体引入喷嘴的分配板分成上部和下部；而位于该分配板的上部的流化床被隔板隔成多个分隔室，它们是按隔开的室或迷宫室构成的；(c)设在该舱室上的，用于分别向特定的分隔室供应气体的多个供气入口；而且将供气管线与各供气入口相连以便供应还原和碳化气体；其中各供气管线都有控制各气体的压力和流量的气流控制阀；(d)一个或两个以上具有除去废气中所含粉尘的急冷塔及冷却器和具有用于加热气体的预热器的气体环流回路；其中废气经由急冷塔、冷却器及预热器返回该舱室；(e)经其将氢及含碳气体如甲烷供往所述气体环流回路的供气设备。
全文摘要
用包括第一和第二流化床反应器4、5的设备生产碳化铁，其中所加入的粒状氧化铁被引自还原器底的高温、高压气体还原。此两流化床反应器包括将气体引入反应器的舱室23，有多个气体引入喷嘴28的分配板27，将流化床隔成多个分隔室的隔板26，设在舱室23上用于将气体分别供往特定分隔室的供气入口25a、25b。各供气入口与具有控制气体压力或流量的气流控制阀的供气管线相连。提供了具有去除含于反应器废气中的粉尘的急冷塔10a、10b和冷却器12a、12b，及用于加热气体的预热器15a、15b的气体环流回路，其中废气经由急冷塔，冷却器及预热器返回该舱室。用上述设备使粒状氧化铁与气体以以下步骤反应从而产生碳化铁从流化床反应器4、5的侧壁加入粒状氧化铁；在浮动和流态化状态下，引自反应器底的高温高压气体将粒状氧化铁还原并碳化；将粒状氧化铁从上游侧分隔室经位于隔板上部或其下部的连通空间，在流态化状态下运往下游侧分隔室；从最后的分隔室排出所产生的氧化铁。
文档编号B01J8/34GK1238742SQ9718006
公开日1999年12月15日 申请日期1997年1月13日 优先权日1997年1月13日
发明者中谷纯也, 内山义雄, 井上英二, 宫下虎胜 申请人:川崎重工业株式会社, 三菱商事株式会社