專利名稱：直接還原的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于含金屬原料的直接還原方法和設(shè)備，具體地(盡管并不絕對)，本發(fā)明涉及含鐵原料如鐵礦石的直接還原的方法和設(shè)備。
本發(fā)明還涉及還原含金屬原料的方法，其包括部分還原固態(tài)含金屬原料的直接還原方法和用于熔化以及使已經(jīng)部分還原的含金屬原料進(jìn)一步還原至熔融金屬的熔化方法。
背景技術(shù)：
一種已知的直接還原技術(shù)是所謂的″CIRCOFER″的技術(shù)，其能夠還原固態(tài)鐵礦石至50％或更高金屬化程度。
CIRCOFER技術(shù)基于流化床的應(yīng)用。進(jìn)入流化床的主要原料為流化氣體、金屬氧化物(典型的為鐵礦石細(xì)粉)、固體含碳材料(典型的為煤)和含氧氣體(典型的為氧氣)。在流化床中產(chǎn)生的主要產(chǎn)品是金屬化的金屬氧化物，即已經(jīng)被至少部分還原的金屬氧化物。

發(fā)明內(nèi)容
本申請人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到有可能有效果且有效率地在兩步法中還原固態(tài)鐵礦石氧化物，其中在第一流化床中通過固態(tài)含碳材料和含氧氣體反應(yīng)而產(chǎn)生熱，而在第二流化床中還原含金屬原料，并且通過從第一流化床中流出的熱尾氣物流和夾帶固體而將熱供應(yīng)給第二流化床。
按照本發(fā)明，提供一種用于含金屬材料的直接還原方法，所述方法包括向第一容器內(nèi)的流化床中供應(yīng)固態(tài)含碳材料和含氧氣體，并通過在流化床中含氧氣體與固態(tài)含碳材料和任何其它可氧化的固體和氣體間的反應(yīng)而產(chǎn)生熱，并且排出包含夾帶固體的熱尾氣物流；和向第二容器內(nèi)的流化床中供應(yīng)含金屬材料，并向第二容器內(nèi)的流化床中供應(yīng)來自第一容器的包含夾帶固體的熱尾氣物流，和在流化床中至少部分還原固態(tài)含金屬原料，并排出至少部分還原的含金屬材料的產(chǎn)品物流和含夾帶固體的尾氣物流。
上述方法將過程的產(chǎn)熱和還原功能分成兩個(gè)獨(dú)立的容器，從而有可能對各功能進(jìn)行優(yōu)化。
具體地，將產(chǎn)熱和還原功能分離意味著有可能在高溫下操作第一容器以產(chǎn)生熱，并確保低溫焦化的焦油和其它產(chǎn)品的分解比在一個(gè)容器中進(jìn)行產(chǎn)熱和還原的情況更可接受。具體地，在一個(gè)容器中同時(shí)發(fā)生產(chǎn)熱和還原時(shí)，含金屬材料潛在的粘附問題將會(huì)限制可應(yīng)用的最大操作溫度。
優(yōu)選地，所述方法包括在第一容器中的生熱溫度高于第二容器中的操作溫度。
優(yōu)選地，所述方法包括在溫度高于1000℃下操作第一容器。
優(yōu)選地，所述方法包括在溫度低于1000℃下操作第二容器。
優(yōu)選地，所述方法包括向第一容器中供應(yīng)含氧氣體，從而在第一容器中存在氣體的向下流動(dòng)。
優(yōu)選地，所述方法包括向第二容器中供應(yīng)含氧氣體。
更優(yōu)選地，在一定的控制條件下向第二容器中引入含氧氣體，從而使較小的還原礦石顆粒與其它原料顆粒發(fā)生希望的附聚，以形成較大的還原礦石顆粒。
優(yōu)選地，所述方法包括向第二容器中供應(yīng)含氧氣體，從而在第二容器中存在氣體的向下流動(dòng)。
優(yōu)選地，通過至少一個(gè)具有帶出口的相對所述容器側(cè)壁向內(nèi)設(shè)置在容器中心區(qū)域內(nèi)的槍頭的槍而將含氧氣體注入第一和/或第二容器。
優(yōu)選地，引導(dǎo)槍頭向下。
更優(yōu)選地，引導(dǎo)槍頭垂直向下。
槍的位置、更具體為槍頭的出口高度參考以下因素而確定，如含氧氣體的注入速度、容器壓力、加入容器的其它原料的選擇和量、以及流化床密度。
優(yōu)選地，所述方法包括水冷所述槍頭，從而最小化在槍頭上形成粘附的可能性，其中所述粘附將會(huì)防礙含氧氣體的注入。
優(yōu)選地，所述方法包括水冷所述槍頭的外表面。
優(yōu)選地，所述方法包括通過槍的中心管注入含氧氣體。
優(yōu)選地，所述方法包括以足夠的速度注入所述含氧氣體，從而在所述槍頭區(qū)域內(nèi)形成基本上不含固體的區(qū)域，以此來減小在槍頭上形成粘附的可能性，其中所述粘附將會(huì)防礙含氧氣體的注入。
優(yōu)選地，所述方法包括注入氮和/或蒸汽和/或其它合適的屏蔽氣體，并屏蔽所述中心管的下端以最小化金屬的氧化，其中所述金屬的氧化有可能會(huì)造成在槍頭上形成粘附，而這種粘附將會(huì)防礙含氧氣體的注入。
優(yōu)選地，所述方法包括獨(dú)立地向第二容器內(nèi)的流化床中供應(yīng)含金屬材料和來自第一容器的含有夾帶固體的熱尾氣物流。
優(yōu)選地，所述方法包括控制第二容器內(nèi)的流化床中的主體溫度和第二容器側(cè)壁內(nèi)表面的平均溫度間的溫度差不大于100℃。
術(shù)語″主體溫度″在這里被理解為整個(gè)流化床內(nèi)的平均溫度。
所述溫度差更優(yōu)選不大于50℃。
當(dāng)還原為鐵礦石細(xì)粉形態(tài)的含金屬材料時(shí)，第二容器內(nèi)的流化床中的主體溫度優(yōu)選為850℃-1000℃。
第二容器中的流化床內(nèi)的主體溫度優(yōu)選為至少900℃，更優(yōu)選為至少950℃。
優(yōu)選地，所述方法包括控制第二容器中的流化床內(nèi)的溫度變化小于50℃。
溫度差可以通過控制許多因素來控制，包括例如供應(yīng)到第二容器內(nèi)的固體和氣體的量和所述固體和氣體的選擇。
另外，所述方法優(yōu)選包括控制至少第二容器內(nèi)的壓力為1-10bar絕壓，更優(yōu)選為4-8bar絕壓。
當(dāng)還原鐵礦石細(xì)粉形式的含金屬材料時(shí)，細(xì)粉粒度優(yōu)選為-6mm。
優(yōu)選地，細(xì)粉的平均粒度為0.1-0.8mm。
本方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以接受大量粒度小于100微米的含金屬原料，并且沒有明顯量的該材料通過夾帶在尾氣中而從過程中流出。據(jù)信這是由于流化床內(nèi)操作的附聚機(jī)理造成的，該機(jī)理促使原料顆粒，特別是小于100微米的顆粒發(fā)生希望水平的附聚，而不會(huì)促進(jìn)不可控的能中斷流化床操作的附聚。類似地，可以處理在過程中有破碎傾向從而增加流化床內(nèi)粒度小于100微米的顆粒比例的易碎礦石，而不會(huì)在工藝尾氣中有明顯的原料損失。
固態(tài)含碳材料優(yōu)選為煤。在這種情況下，所述方法低溫?zé)捊姑簽樘浚⑶以诘谝蝗萜鞯牧骰仓兄辽俨糠痔颗c氧反應(yīng)形成CO。
所述煤可以是任何合適的煤。例如，所述煤可以是被粉碎為-6mm的中-高揮發(fā)性煤。
流化氣體優(yōu)選包含非氧化性氣體。
第二容器中的流化氣體優(yōu)選包含還原氣體，如CO和H2。
優(yōu)選地，所述方法包括選擇第二容器內(nèi)流化氣體中H2的量為氣體中CO和H2總體積的至少10vol％。
優(yōu)選地，所述方法包括從第二容器的產(chǎn)品物流中分離出至少部分還原的含金屬原料和至少部分其它固體(例如炭)。
優(yōu)選地，所述方法包括使從產(chǎn)品物流中分離的至少部分其它固體返回第一容器和/或第二容器。
優(yōu)選地，所述方法包括從來自第二容器的尾氣物流中分離至少部分固體。
優(yōu)選地，所述方法包括向第一容器供應(yīng)從輸出尾氣物流中分離的固體。
優(yōu)選地，所述方法包括用來自第二容器的尾氣預(yù)熱含金屬原料。
優(yōu)選地，所述方法包括在預(yù)熱步驟后處理尾氣，并將處理后的尾氣至少部分作為流化氣體返回第一容器和/或第二容器。
優(yōu)選地，尾氣處理包括一個(gè)或多個(gè)如下操作(a)脫除固體，(b)冷卻，(c)脫除H2O，(d)脫除CO2，(e)壓縮，和(f)再加熱。
尾氣處理優(yōu)選包括使至少部分所分離的固體返回至第一容器和/或第二容器。
含氧氣體可以為任何合適的氣體。
含氧氣體優(yōu)選包含至少90％體積的氧。
按照本發(fā)明，還提供用于含金屬材料的直接還原設(shè)備，其包括(a)用于產(chǎn)生含夾帶固體的熱尾氣物流的第一容器，所述第一容器包含入口設(shè)施用來為第一容器供應(yīng)固態(tài)含碳材料、流化氣體和含氧氣體，同時(shí)保持容器內(nèi)的流化床，并產(chǎn)生含夾帶固體的熱尾氣物流，所述容器還包含用于從所述容器排出含夾帶固體的熱尾氣物流的出口設(shè)施；和(b)用于在第二容器內(nèi)的流化床中至少部分還原固態(tài)含金屬材料的第二容器，所述第二容器包含用于為第二容器提供含金屬材料、來自第一容器的含夾帶固體的熱尾氣物流和流化氣體的入口設(shè)施，并保持容器內(nèi)的流化床，所述容器還包含用于從第二容器排出至少部分還原的含金屬原料的主要固體物流的出口設(shè)施、和用于從第二容器排出尾氣和夾帶固體物流的出口設(shè)施。
優(yōu)選地，所述第一容器包含單獨(dú)的入口設(shè)施用來向第一容器中供應(yīng)固態(tài)含碳材料、流化氣體和含氧氣體中的每一種。
優(yōu)選地，用于向第一容器供應(yīng)含氧氣體的入口設(shè)施包括具有帶出口的槍頭的槍，其中所述槍頭設(shè)置在所述容器內(nèi)由容器側(cè)壁向內(nèi)的容器中心區(qū)域內(nèi)。
優(yōu)選地，在容器的中心區(qū)域向下引導(dǎo)槍頭，用來向下流而注入含氧氣體。
優(yōu)選地，引導(dǎo)槍頭垂直向下。
優(yōu)選地，所述第二容器包含單獨(dú)的入口設(shè)施用來向第二容器中供應(yīng)含金屬原料、來自第一容器的含夾帶固體的熱尾氣物流和流化氣體中的每一種。
優(yōu)選地，第二容器包含用于向第二容器供應(yīng)含氧氣體的入口設(shè)施。
用于向第二容器供應(yīng)含氧氣體的入口設(shè)施優(yōu)選包括具有帶出口的槍頭的槍，其中所述槍頭設(shè)置在所述容器內(nèi)由容器側(cè)壁向內(nèi)的容器中心區(qū)域內(nèi)。
優(yōu)選地，在第二容器的中心區(qū)域向下引導(dǎo)槍頭，用來向下流而注入含氧氣體。
優(yōu)選地，引導(dǎo)槍頭垂直向下。
優(yōu)選地，所述設(shè)備包含用于從第二容器的尾氣物流中分離夾帶固體的設(shè)施。
優(yōu)選地，所述第一容器進(jìn)一步包含用于向第一容器供應(yīng)來自尾氣分離設(shè)施的分離固體的入口設(shè)施。
優(yōu)選地，所述設(shè)備包含用于處理第二容器的尾氣物流并為第一容器和/或第二容器產(chǎn)生至少部分流化氣體的設(shè)施。
按照本發(fā)明，還提供一種還原含金屬材料的方法，其包括(a)按上述部分還原固態(tài)含金屬材料的直接還原方法，和(b)用于熔化并進(jìn)一步還原部分還原的含金屬材料至熔融金屬的熔煉方法。
參考附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中

圖1為本發(fā)明的用于直接還原含金屬原料的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案圖；和圖2為本發(fā)明的用于直接還原含金屬原料的設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方案圖。
下文的描述涉及固態(tài)鐵礦石形式的含金屬材料的直接還原。但本發(fā)明并不限于此，其可延伸至其它含鐵材料(如鈦鐵礦)的直接還原，更廣義地還可延伸至其它含金屬材料。
下面的描述也涉及鐵礦石的直接還原，其中煤作為固態(tài)含碳材料、氧作為含氧氣體，以及含CO和H2混合物的循環(huán)尾氣作為流化氣體。本發(fā)明并不限于此，其可以延伸至任何其它合適的固態(tài)含碳材料、含氧氣體和流化氣體的應(yīng)用。
參考附圖1，所述設(shè)備包括含有氣體和夾帶固體的流化床的第一容器3，和含有氣體和夾帶固體的流化床的第二容器5。
第一容器3用作熱量發(fā)生器，并產(chǎn)生含夾帶固體(主要為炭)的熱尾氣物流，并且其通過管線7輸送至第二容器5。熱尾氣物流的目的是提供第二容器中反應(yīng)所需的至少部分熱。
第二容器5用作直接還原的反應(yīng)器，并且至少部分還原固態(tài)的鐵礦石細(xì)粉。
第二容器產(chǎn)生兩股輸出物流。
一股輸出物流通過第二容器5底部的出口9而排出第二容器5，其包含至少部分還原的鐵礦石細(xì)粉和其它固體(通常為炭)的主要固體物流。
通過分離至少部分還原的鐵礦石細(xì)粉和至少部分其它固體可以處理固體物流。從產(chǎn)品物流中分離的主要為炭的其它固體可以作為容器的部分固體原料而返回第一容器和/或第二容器。至少部分還原的鐵礦石可按需進(jìn)一步處理。作為一個(gè)實(shí)例，可以將至少部分還原的鐵礦石供應(yīng)熔融浴基熔化容器，并熔化為熔融鐵，如通過所謂的″Hlsmelt方法″來實(shí)施。
第二容器5的另一股輸出物流通過第二容器5上部的出口61排出，其包含熱尾氣和夾帶固體。
尾氣物流通過管線11輸送至旋風(fēng)分離器13。旋風(fēng)分離器13從尾氣物流中分離出至少部分夾帶固體。旋風(fēng)分離器13分離的固體通過管線15向下流入第一容器3。旋風(fēng)分離器13的尾氣物流向上流入混合室17。
旋風(fēng)分離器13的尾氣與通過管線23由另一個(gè)旋風(fēng)分離器21輸送至混合室17的固體混合并將其加熱?；旌鲜?7中的大部分固體夾帶在尾氣中，并通過管線25輸送至旋風(fēng)分離器27。
在旋風(fēng)分離器27中進(jìn)行固體/氣體的分離。分離后的固體通過管線29從旋風(fēng)分離器27向下流入第二容器5。旋風(fēng)分離器27的尾氣與任何剩余的固體從旋風(fēng)分離器27向上流入另一個(gè)混合室31。
旋風(fēng)分離器27的尾氣物流與混合室31中的鐵礦石混合并將其加熱。鐵礦石通過閘斗組件33而供應(yīng)至混合室31?；旌鲜?1中的大部分材料通過管線35被載帶入旋風(fēng)分離器21。正如上文所述，輸送至旋風(fēng)分離器21的大部分材料被送入混合室17，從那里通過管線29而被送入旋風(fēng)分離器27和第二容器5。
來自旋風(fēng)分離器21的尾氣通過管線37被輸送至尾氣處理單元39，并在該單元中進(jìn)行下文所述處理。具體地，尾氣通過如下一系列步驟進(jìn)行處理(a)脫除固體，(b)使尾氣冷卻，(c)脫除H2O，(d)脫除CO2，(e)壓縮，和(f)再加熱。
從尾氣處理單元39出來的處理后尾氣成為容器3和5的流化氣體，其通過輸送管線41送至容器中。流化氣體注入每個(gè)容器3和5的底部。
粒度為-6mm的中-高揮發(fā)性的煤通過延伸通過第一容器3側(cè)壁的固體進(jìn)料設(shè)備如螺旋給料器或槍43供應(yīng)入第一容器3的下部。
另外，氧氣通過槍45而供應(yīng)第一容器3，其中所述槍45具有向下延伸的帶有出口的槍頭47，其中所述槍頭將氧向下引入第一容器3的中心區(qū)域。
如上所述，經(jīng)過預(yù)熱的鐵礦石通過管線29供應(yīng)入第二容器5中，并且來自第一容器3的含夾帶固體的熱尾氣物流通過管線7供應(yīng)入第二容器中。
另外，氧氣通過槍49注入第二容器5，其中所述槍49具有向下延伸的帶有出口的槍頭51，其中所述槍頭將氧向下引入第二容器5的中心區(qū)域。
上述向第一容器3中供應(yīng)煤、返回固體和流化氣體在第一容器3的中心區(qū)域產(chǎn)生了流化氣體和夾帶煤以及其它返回固體的向上流動(dòng)。逐漸地，隨煤顆粒和其它夾帶固體向上移動(dòng)，顆粒從流化氣體的向上物流中分離出來，并在第一容器3中在中心區(qū)域與側(cè)壁間的環(huán)形區(qū)域中主要向下流動(dòng)。最終這些保留的固體被流化氣體的向上物流再次夾帶起來。
第一容器3中心區(qū)域內(nèi)流化氣體和夾帶固體的向上物流與向下流動(dòng)的氧氣逆流。接近含氧氣體流動(dòng)的固體有可能被含氧氣體夾帶并變粘。據(jù)認(rèn)為流化氣體和含氧氣體的逆流相互作用限制了夾帶在或通過氧氣物流的固體可以與容器表面接觸且造成粘附的程度。由于氧氣在容器內(nèi)的中心位置流動(dòng)，據(jù)認(rèn)為這進(jìn)一步限制了粘附的形成。
在第一容器中，煤細(xì)粉被低溫焦化為炭，煤揮發(fā)物分解為氣體產(chǎn)品(如CO和H2)。至少部分炭和揮發(fā)物與氧反應(yīng)并形成CO和揮發(fā)物的反應(yīng)產(chǎn)品。這些反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱，并且如上所述，這些熱通過含有夾帶固體的熱的輸出尾氣物流而輸送至第二容器5中，其中所述熱的輸出尾氣物流通過管線7流入第二容器。
上述向第二容器引入經(jīng)過預(yù)熱的鐵礦石細(xì)粉、來自第一容器3的含有夾帶固體的熱尾氣物流、含氧氣體和流化氣體在第二容器5的中心區(qū)域產(chǎn)生了氣體和夾帶固體的向上流動(dòng)。逐漸地，隨固體顆粒向上移動(dòng)，固體顆粒將從氣體的向上物流中出離出來，并在第二容器5的中心區(qū)域和側(cè)壁間的環(huán)形區(qū)域中主要地向下流動(dòng)。這種再循環(huán)的固體被流化氣體的向上物流再次夾帶，或者從容器中排出。
第二容器5中流化氣體和被流化氣體流化的固體的向上流動(dòng)與含氧氣體的向下流動(dòng)逆流。正如上文對于第一容器的描述，據(jù)認(rèn)為這種流化氣體與含氧氣體的逆流有助于減少被氧氣流夾帶或通過氧氣流的固體與容器表面接觸及形成粘附的程度。
上述向第二容器5供應(yīng)經(jīng)過預(yù)熱的鐵礦石細(xì)粉、來自第一容器3的含有夾帶固體的熱尾氣物流、含氧氣體和流化氣體在第二容器中產(chǎn)生如下反應(yīng)。
至少部分CO2(在鐵礦石的還原過程中形成)與碳反應(yīng)形成CO(Boudouard反應(yīng))。
鐵礦石細(xì)粉被CO和H2直接還原為至少部分還原的鐵，這些反應(yīng)產(chǎn)生CO2和H2O。
固體和氣體的氧化，例如炭和部分還原的含金屬原料、從第一容器3載帶入的煤揮發(fā)物、H2和CO在第二容器5的上部氧化，其產(chǎn)生熱并促進(jìn)流化床內(nèi)部分還原礦石的較小顆粒與其它顆粒發(fā)生有控制的附聚作用，從而形成較大的還原礦石顆粒。
對于上一段所描述的如何使含金屬材料發(fā)生有控制的附聚作用的機(jī)理，本申請人在此階段尚未完全清楚。但不管怎樣，本申請人不希望被如下論述所束縛，在項(xiàng)目研究中，本申請人觀察到所形成的附聚物包括較小的顆粒，特別是細(xì)粉，其相互粘附或粘附到較大的顆粒上。本申請人推測在容器的上部分區(qū)域應(yīng)有一定的條件使得(a)微米級的部分還原和完全還原的即金屬化的礦石顆粒與氧反應(yīng)并產(chǎn)生熱，并且所得到的氧化顆粒會(huì)變粘，(b)煤顆粒細(xì)粉與氧反應(yīng)并氧化，所得到的灰也會(huì)變粘；和(c)鐵礦石顆粒細(xì)粉由于被加熱而變粘。本申請人也推測這些較小的粘性顆粒粘附在具有較高吸熱能力的較大顆粒上，最終好處是容器中那些能粘附于設(shè)備表面并且可以被尾氣物流帶出容器的較小顆粒的比例減少。
圖2中所示的設(shè)備與圖1中所示的設(shè)備基本上相同，并且應(yīng)用相同的參考標(biāo)記來描述相同的特征。
兩種設(shè)置的主要區(qū)別在于圖2所示的設(shè)備在第二容器5中沒有氧噴槍。
在第二容器5中省略氧槍的原因可能在于(a)通過僅注入第一容器3中的氧就可以實(shí)現(xiàn)足夠的有控制的附聚，或(b)鐵礦石進(jìn)料中不含有大量的超細(xì)顆粒。
在不偏離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的條件下，可以對圖1和圖2所示的本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行多種改進(jìn)。
通過實(shí)施例來說明，雖然在每個(gè)實(shí)施方案中第一容器3包含具有向下延伸槍頭47的槍45，其中所述槍頭與固體和流化氣體的向上流動(dòng)逆流而向下注入氧氣，但是本發(fā)明并不局限于此，其可以延伸至其它設(shè)置。具體地，本發(fā)明并不局限于通過一個(gè)或多個(gè)具有向下延伸槍頭47的槍45向下注入氧。
另外，本發(fā)明不局限于氧與固體和流化氣體的逆流。
權(quán)利要求
1.一種用于含金屬材料的直接還原方法，所述方法包括向第一容器內(nèi)的流化床中供應(yīng)固態(tài)含碳材料和含氧氣體，并通過在流化床中含氧氣體與固態(tài)含碳材料和任何其它可氧化的固體和氣體間的反應(yīng)而產(chǎn)生熱，并且排出包含夾帶固體的熱尾氣物流；和向第二容器內(nèi)的流化床供應(yīng)含金屬材料，并向第二容器中的流化床中供應(yīng)來自第一容器的包含夾帶固體的熱尾氣物流，和在流化床中至少部分還原固態(tài)含金屬原料，并排出至少部分還原的含金屬材料的產(chǎn)品物流和含夾帶固體的尾氣物流。
2.權(quán)利要求1的方法，特征在于在第一容器中的生熱溫度高于第二容器中的操作溫度。
3.權(quán)利要求1或2的方法，特征在于在溫度高于1000℃下操作第一容器。
4.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于在溫度低于1000℃下操作第二容器。
5.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于向第一容器中供應(yīng)含氧氣體，從而在第一容器中存在氣體的向下流動(dòng)。
6.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于在一定的控制條件下向第二容器中引入含氧氣體，從而使較小的還原礦石顆粒與其它原料顆粒發(fā)生希望的附聚，以形成較大的還原礦石顆粒。
7.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于向第二容器中供應(yīng)含氧氣體，從而在第二容器中存在氣體的向下流動(dòng)。
8.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于通過至少一個(gè)具有帶有出口的相對所述容器側(cè)壁向內(nèi)設(shè)置在容器中心區(qū)域內(nèi)的槍頭的槍而將含氧氣體注入第一和/或第二容器。
9.權(quán)利要求8的方法，特征在于引導(dǎo)槍頭向下，優(yōu)選引導(dǎo)槍頭垂直向下。
10.權(quán)利要求8或9所述的方法，特征在于槍的位置、更具體為槍頭的出口高度參考以下因素而確定，如含氧氣體的注入速度、容器壓力、加入容器的其它原料的選擇和量、以及流化床密度。
11.權(quán)利要求8-10任一項(xiàng)所述的方法，特征在于水冷所述槍頭。
12.權(quán)利要求8-11任一項(xiàng)所述的方法，特征在于水冷所述槍頭的外表面。
13.權(quán)利要求8-12任一項(xiàng)所述的方法，特征在于通過槍的中心管注入含氧氣體。
14.權(quán)利要求8-13任一項(xiàng)所述的方法，特征在于以足夠的速度注入所述含氧氣體，從而在所述槍頭區(qū)域內(nèi)形成基本上不含固體的區(qū)域，以此來減小在槍頭上形成粘附的可能性，其中所述粘附將會(huì)防礙含氧氣體的注入。
15.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于注入氮和/或蒸汽和/或其它合適的屏蔽氣體，并屏蔽所述中心管的下端。
16.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于向第二容器內(nèi)的流化床中供應(yīng)含金屬材料和來自第一容器的含有夾帶固體的熱尾氣物流。
17.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于控制第二容器內(nèi)的流化床中的主體溫度和第二容器側(cè)壁內(nèi)表面的平均溫度間的溫度差不大于100℃，優(yōu)選不大于50℃。
18.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中含金屬材料為鐵礦石細(xì)粉，特征在于第二容器內(nèi)的流化床中的主體溫度為850℃-1000℃，優(yōu)選為至少900℃，更優(yōu)選為至少950℃。
19.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于控制第二容器內(nèi)的流化床中的溫度變化小于50℃。
20.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于控制至少第二容器內(nèi)的壓力為1-10bar絕壓，更優(yōu)選為4-8bar絕壓。
21.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中含金屬材料為鐵礦石細(xì)粉，特征在于細(xì)粉粒度優(yōu)選為-6mm。
22.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于細(xì)粉的平均粒度為0.1-0.8mm。
23.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于固態(tài)含碳材料為煤，優(yōu)選為被粉碎成-6mm的中-高揮發(fā)性煤。
24.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于流化氣體包含非氧化性氣體。
25.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于第二容器中的流化氣體包含還原氣體，如CO和H2。
26.權(quán)利要求25的方法，特征在于選擇第二容器中流化氣體內(nèi)H2的量為氣體中CO和H2總體積的至少10vol％。
27.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于從第二容器的產(chǎn)品物流中分離出至少部分還原的含金屬原料和至少部分其它固體。
28.權(quán)利要求27的方法，特征在于使從產(chǎn)品物流中分離的至少部分其它固體返回第一容器和/或第二容器。
29.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于從來自第二容器的尾氣物流中分離至少部分固體。
30.權(quán)利要求29的方法，特征在于向第一容器供應(yīng)從輸出尾氣物流中分離的固體。
31.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于用來自第二容器的尾氣預(yù)熱含金屬原料。
32.權(quán)利要求31的方法，特征在于在預(yù)熱步驟后處理尾氣，并將處理后的尾氣至少部分作為流化氣體返回第一容器和/或第二容器。
33.權(quán)利要求32的方法，特征在于尾氣處理包括一個(gè)或多個(gè)如下操作(a)脫除固體，(b)冷卻，(c)脫除H2O，(d)脫除CO2，(e)壓縮，和(f)再加熱。
34.權(quán)利要求32或33所述的方法，特征在于尾氣處理包括使至少部分所分離的固體返回至第一容器和/或第二容器。
35.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于含氧氣體優(yōu)選包含至少90％體積的氧。
36.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，特征在于附加的用于熔化以及進(jìn)一步還原部分還原的含金屬材料至熔融金屬的熔煉方法。
37.用于含金屬材料的直接還原設(shè)備，其包括(a)用于產(chǎn)生含夾帶固體的熱尾氣物流的第一容器，所述第一容器包含入口設(shè)施，用來為第一容器供應(yīng)固態(tài)含碳材料、流化氣體和含氧氣體，同時(shí)保持容器內(nèi)的流化床，并產(chǎn)生含夾帶固體的熱尾氣物流，所述容器還包含用于從所述容器排出含夾帶固體的熱尾氣物流的出口設(shè)施；和(b)用于在第二容器內(nèi)的流化床中至少部分還原固態(tài)含金屬材料的第二容器，所述第二容器包含入口設(shè)施，用于為第二容器提供含金屬材料、來自第一容器的含夾帶固體的熱尾氣物流和流化氣體，并保持容器內(nèi)的流化床，所述容器還包含用于從第二容器排出至少部分還原的含金屬原料的主要固體物流的出口設(shè)施和用于從第二容器排出尾氣和夾帶固體物流的出口設(shè)施。
38.權(quán)利要求37的設(shè)備，特征在于所述第一容器包含單獨(dú)的入口設(shè)施，用來向第一容器中供應(yīng)固態(tài)含碳材料、流化氣體和含氧氣體中的每一種。
39.權(quán)利要求38的設(shè)備，特征在于用于向第一容器供應(yīng)含氧氣體的入口設(shè)施包括具有帶出口的槍頭的槍，其中所述槍頭設(shè)置在所述容器內(nèi)相對容器側(cè)壁向內(nèi)的容器中心區(qū)域內(nèi)。
40.權(quán)利要求39的設(shè)備，特征在于在容器的中心區(qū)域向下引導(dǎo)所述槍頭，用來向下流而注入含氧氣體。
41.權(quán)利要求37-40任一項(xiàng)的設(shè)備，特征在于所述第二容器包含單獨(dú)的入口設(shè)施，用來向第二容器中供應(yīng)含金屬原料、來自第一容器的含夾帶固體的熱尾氣物流和流化氣體中的每一種。
42.權(quán)利要求37-41任一項(xiàng)的設(shè)備，特征在于第二容器包含用于向第二容器供應(yīng)含氧氣體的入口設(shè)施。
43.權(quán)利要求42的設(shè)備，特征在于用于向第二容器供應(yīng)含氧氣體的入口設(shè)施包括具有帶出口的槍頭的槍，其中所述槍頭設(shè)置在所述容器內(nèi)相對容器側(cè)壁向內(nèi)的容器中心區(qū)域內(nèi)。
44.權(quán)利要求43的設(shè)備，特征在于在第二容器的中心區(qū)域向下引導(dǎo)所述槍頭，用來向下流而注入含氧氣體。
45.權(quán)利要求37-44任一項(xiàng)的設(shè)備，特征在于用于從第二容器的尾氣物流中分離夾帶固體的設(shè)施。
46.權(quán)利要求45的設(shè)備，特征在于所述第一容器進(jìn)一步包含用于向第一容器供應(yīng)來自尾氣分離設(shè)施的分離固體的入口設(shè)施。
47.權(quán)利要求45或46的設(shè)備，特征在于用于處理第二容器的尾氣物流并為第一容器和/或第二容器產(chǎn)生至少部分流化氣體的設(shè)施。
全文摘要
一種用于含金屬材料的直接還原方法，所述方法包括向第一容器(3)內(nèi)的流化床中供應(yīng)固態(tài)含碳材料和含氧氣體，并通過在流化床中含氧氣體與固態(tài)含碳材料和任何其它可氧化的固體及氣體間的反應(yīng)而產(chǎn)生熱，并且排出包含夾帶固體的熱尾氣物流；和向第二容器內(nèi)的流化床中供應(yīng)含金屬材料，并向第二容器內(nèi)的流化床中供應(yīng)來自第一容器的包含夾帶固體的熱尾氣物流，和在流化床中至少部分還原固態(tài)的含金屬原料，并排出至少部分還原的含金屬材料的產(chǎn)品物流和含夾帶固體的尾氣物流。
文檔編號C21B13/14GK1961084SQ200580017740
公開日2007年5月9日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月31日
發(fā)明者A·奧爾特, H·艾希貝格爾, D·K·菲爾普, R·德賴 申請人:奧托昆普技術(shù)公開有限公司