CN1059707C - 炼钢方法与设备 - Google Patents

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Abstract

炼钢方法，其中在空气分离装置(9)中分离空气，在炼钢方法的至少一个步骤(2，12，13)中消耗如此产生的氧，对炼钢方法产生的气体完成部分脱碳过程，利用这种经过部分脱碳的气体(在13中)进行炼钢方法的还原反应，部分脱碳过程以循环方式包括借助固定剂固定CO2的步骤以及随后在反应中进行的该固定剂的再生步骤。其特征在于在固定剂的再生阶段，在反应器(31)中导入由空气分离单元(9)产生的氮。其中将煤的气化与铁矿石的直接还原结合在一起。

Description

炼钢方法与设备
本发明涉及炼钢方法，其中包括在空气分离装置中分离空气，在炼钢方法的至少一个步骤中消耗如此产生的氧，对炼钢方法产生的气体完成部分脱二氧化碳过程，利用这种经过部分脱二氧化碳的气体进行炼钢方法的还原反应，部分脱二氧化碳过程以循环方式包括借助固定剂固定CO2的步骤的及随后在反应器中进行的该固定剂的再生步骤。
奥地利的VOEST-ALPINE INDUSTRIE ANLAGENEBAU公司目前以“COREX”商标开发了一种这类方法。
这类方法的其它实例是由墨西哥HYLSA公司推向市场的方法HyL III或由日本NKK公司推出的高炉吹氧法。
已被提出的对上述气体进行部分脱二氧化碳的途径为用胺洗涤或于真空下以可变压力进行选择性吸附。在第一种情况下，洗涤溶液的再生过程消耗大量水蒸气，而在第二种情况下，所需的真空泵会增大成本与能耗。
本发明的目的在于提高部分脱二氧化碳过程的经济效益。为此，本发明方法的特征在于在固定剂的再生过程中，向反应器中导入由空气分离装置产生的氮气。
本发明方法可以包括下列特征中的一种或多种：
-CO2的固定过程为借助溶剂进行的吸收过程，所述反应器为其中加入氮的该溶剂的再生塔；
-该溶剂由至少一种胺、尤其是甲基二乙胺(MDEA)组成，再生塔包括一个处于塔底的水蒸汽再沸器和一个处于塔顶的水冷凝器；
-CO2的固定过程为借助PSA(变压吸附)方法、尤其是用4个吸附器进行的选择性吸附法，其中氮以逆流方式在吸附剂的再生过程中在PSA循环的低压洗提步骤中被导入吸附器中；
-PSA循环包括在循环的低压下借助氮气进行的洗提过程和随后借助减压过程中从另一吸附器中并流提取的气体进行的逆流洗提步骤；
-吸附剂为被加热至约50℃以上的沸石5A；
-该方法将煤的气化过程与铁矿石的直接还原过程结合在一起，所述气体来自气化过程和/或铁矿石的直接还原过程。
本发明还涉及适用于上述方法的炼钢设备。该设备包括至少一个第一耗氧装置、视具体情况而定可能不同于第一装置并且产生含CO2气体的第二装置、该气体的部分脱二氧化碳单元，用于进行还原反应、视具体情况而定可能不同于第一装置和/或第二装置的第三装置、用于向该第三装置提供经过部分脱二氧化碳的气体的装置、以及适合产生为所述第一装置所必需的氧气的空气分离单元、含有借助固定剂固定CO2的装置和固定剂再生装置的部分脱二氧化碳单元，其特征在于空气分离单元的氮气出口与固定剂的再生装置连接。
该设备的其它特征在于：
-部分脱二氧化碳单元包括吸收器、再生塔和用于使CO2的溶剂由吸收器流至该塔并且反方向流动的装置，该塔包括与空气分离单元的氮气出口连接的氮气进口；
-脱二氧化碳单元为选择性PSA(变压吸附)单元，其中包括将每一吸收器的出口选择性连接到空气分离单元的氮气出口上的装置；
-吸附剂为沸石5A，每一吸附器均配备了加热装置。
下面参照附图描述本发明实施方案，其中：
图1为本发明炼钢设备；
图2和3为图1所示设备中第一和第二种部分脱二氧化碳实施方式示意图。
图1示意的炼钢设备属于“COREX”型，它被设计成用于向生产钢水的电弧炉F供料。该设备主要包括：熔融气化炉2的供煤漏斗1；铁矿石的直接预还原竖炉3；净化装置4和5；旋风分离器6；净化与冷却装置7；鼓风机8；空气分离单元9；部分脱二氧化碳单元10；换热器11；加热器12；以及铁矿石的直接还原竖炉13。
操作过程中，铁矿石借助加料装置14被导入竖炉3的顶部。自炉2的顶部提取并且在6中经过除尘的还原气体通过导管15被导入竖炉3中。经过如此预还原的铁矿石通过蜗杆装置16被转移至炉2中。炉2还接收来自漏斗1的煤，经由导管17来自旋风分离器6的废铁、循环粉尘以及借助单元9产生并且通过设置在炉2底部的喷管18被注入的氧。
竖炉3顶部气体在4中被净化并且通过导管19被送往脱二氧化碳单元10。来自旋风分离器6的过量气体于7中被净化与冷却。该气体的一部分随后经导管20被注入导管19，其余部分通过鼓风机被循环并且作为炉2的冷却气与炉2顶部的气体混合。
来自单元10的经过部分脱二氧化碳的气体在11中经过间接换热，随后在12中通过借助经由管道21来自单元9的氧进行部分燃烧而被重新加热，此后作为还原气体被导入竖炉13，铁矿石借助适宜的装置22从顶部被加入该炉。炉13顶部的气体于5中被净化并且被循环使用：一部分经导管23与导管19汇合，其余部分作为预热气体通过导管24被送入换热器11的外壳。
由炉2和13的底部产生的液态金属被送入电弧炉F以便进行吹氧精炼。
这样，通过管道25输送的由单元9产生的氧被提供给炉2、加热器12和电弧炉F。它同样可被用于其它目的，如图中所示促使在炉2中循环的粉尘经过注射被转移至管道17中。
单元9同时产生氧和氮。至少一部分该氮气在通过导管26与装置9的氮气出口连接的装置10中于下文参照图2与3所述条件下被利用。27代表由单元10产生的部分脱二氧化碳还原气导管，28代表单元10的酸性气体出口，由此构成了残余气体的出口。
在该实施例中，经过单元10处理的气体组成约为35％CO2、48％CO和17％H2。
图2所示的脱二氧化碳单元10为胺洗单元，其中主要包括吸收器30、再生塔31、换热器32、水冷却器33、循环泵34和减压阀35。塔31顶部配有水冷却器36，塔身配有水蒸汽再沸器37。
在操作期间，于炉身被导入的经过胺洗处理的气体在吸收器30中得到部分脱二氧化碳处理。经过部分脱二氧化碳的还原气经导管27离开吸收器30顶部，其中CO2含量至多为5％，在该实施例中基本上等于该值。
所用的溶剂为MDEA(甲基二乙胺)，它被导入吸收器30的顶部。由吸收器底部提取的有CO2的溶剂于在32中经过加热和在35中经过减压后被导入塔31的顶部以便再生。该塔底的液体(再生溶剂)通过泵34与冷却器32和33被循环至吸收器30顶部。残余酸性气体通过导道28被排出塔31的顶部。
氮气被注入塔31的下部。这种作法的目的在于降低该塔中CO2的分压，从而有利于其解吸。此外，由于氮的存在，平衡状态下水蒸汽的数量与分压下降。其结果是使36与37的水蒸汽和冷却水需求量分别大幅度减小。
在图3所示的实施例中，通过借助被加热至50℃以上并且典型地约70℃的沸石5A以PSA(变压吸附)方法选择性吸附CO2来实现部分脱二氧化碳过程。图3中的曲线表明借助图中未标示出的配备有导管的四个并列吸附器单元、控制装置和传统的调节装置实施PSA方法。
借助该单元，可以对于每一个吸附器实施图3所述的循环过程。若T代表周期长短，则第二吸附器的操作情况可通过时滞T/4推算得到，第三吸附器的操作情况可通过时滞T/2推算得到，第四吸附器的操作情况可通过时滞3T/4推算得到。
在图3中，时间t为横坐标，纵坐标为绝对压力P，箭头表示气流的运动与目的地；当箭头与纵轴平行时，它还表明在吸附器中流动的方向；当一个箭头处在上升的纵轴方向上(朝向曲线上方)时，在吸附器中的流向为并流；若指向上方的箭头处在标示吸附器中压力的线段下方，则物流通过吸附器的入口端进入吸附器；若指向上方的箭头位于标示压力的线段上方，则物流通过吸附器出口端离开吸附器，出口与进口端分别为等压生产阶段中待处理气体和被提取气体的进出口；当箭头处在下降的纵轴方向上时(指向曲线下方)，在吸附器中物流为逆流。若指向下方的箭头处在标示吸附器中压力的线段下方，则物流通过吸附器的入口端离开吸附器；若指向下方的箭头位于标示压力的线段上方，则物流通过吸附器出口端进入吸附器，出口与进口端分别为等压生产阶段中待处理气体和被提取气体的进出口。另外，图中以实线标出了仅涉及所述吸附器的气流，以点划线标出了来自或返回其它吸附器的气流。
因此，对于第一吸附器来说，循环中包括下列各阶段：
(1)由t＝0至T/4：在一般约为4巴的循环高压PM下进行并流吸附，该阶段被分解为2个步骤；
(1.1)由t＝0至t1：待处理混物被导入吸附器入口，经过部分脱二氧化碳的混合物(还原气)自出口处被取出并且构成吸附器的生产气体。
(1.2)由t1至T/4：该步骤与前一步骤的不同之处在于一部分生产气体被送至下述最终再压缩步骤中的另一吸附器出口。
(2)由T/4至T/2：被分为下列二个步骤的并流减压阶段；
(2.1)由T/4至t2：通过与下述第一再压缩步骤中另一吸附器建立的压力平衡来实现的第一并流减压步骤。吸附器的出口与另一吸附器的出口连接，直至两个压力值均为Pe为止。
(2.2)由t2至T/2：由Pe降至中间压力Pi的第二并流减压步骤，吸附器的出口与下述最终洗提步骤中另一吸附器的出口连接。
(3)由T/2至3T/4：被分为三个步骤的逆流吹扫与洗提阶段；
(3.1)由T/2至t3：逆流吹扫步骤，其间吸附器的入口与大气相通直至压力达到循环的低压Pm为止，该压力典型地为大气压。
(3.2)由t3至t4：经过导管26在Pm压力下借助来自空气分离单元9的氮气进行第一逆流洗提步骤，吸附器的进口与大气接通。
(3.3)由t4至3T/4：借助来自第二减压步骤(2.2)中另一吸附器的气体进行的逆流最终洗提步骤，吸附器的进口与大气接通。
(4)由3T/4至T：由Pm至PM的逆流再压缩阶段，被分为2个步骤：
(4.1)由3T/4至t5：通过与第一减压步骤(2.1)中另一吸附器建立的压力平衡实现由Pm至Pe的第一逆流再压缩步骤。
(4.2)由t5至T：借助来自吸附步骤(1.2)中另一吸附器的生产气体进行逆流最终再压缩步骤。
为了避免在单元10中使用缓冲罐，可以使步骤(2.2)与(3.3)的用时相等，对于平衡步骤(2.1)和(4.1)来说也是如此。
在图1的全过程中采用经过加热的沸石5A特别令人感兴趣，在该过程中存在可被用于加热吸附器的热量。事实上，沸石5A具备高CO2/CO选择性，从而提高了产率，当它被加热时，它易于被解吸。
另外，由于采用步骤(3.2)中的洗提氮，从而降低了吸附器中CO2的分压。这使得可以更有效地脱除CO2进而同时提高生产率和过程的产率，如果其它方面都一样的话。
与图2所示实施方案相同，所采用的氮在空气分离单元9的空气压缩机冷却***中或通过与待处理气体在冷却过程中如在图1的装置7中经过换热而被预热。

Claims (10)

1、炼钢方法，其中在空气分离单元(9)中分离空气，在炼钢方法的熔融气化步骤(2)、加热步骤(12)和铁矿石的直接还原步骤(13)中至少一个步骤中消耗如此产生的氧，对炼钢方法产生的气体完成部分脱二氧化碳过程，利用这种经过部分脱二氧化碳的气体在步骤(13)中进行炼钢方法的还原反应，部分脱二氧化碳过程以循环方式包括借助固定剂固定CO2的阶段以及随后在反应器(31)中进行的该固定剂的再生阶段，其特征在于在固定剂的再生阶段，在反应器(31)中导入由空气分离单元(9)产生的氮，其特征还在于该方法将煤的气化过程与铁矿石的直接还原过程结合在一起，所述气体来自气化过程和/或铁矿石的直接还原过程。
2、按照权利要求1的方法，其特征在于CO2的固定是借助溶剂进行的吸收过程，所述反应器(31)为其中导入氮的溶剂再生塔。
3、按照权利要求2的方法，其特征在于溶剂由至少一种胺组成，再生塔(31)包括处于底部的水蒸汽再沸器(37)和处于顶部的水冷凝器(36)。
4、按照权利要求1的方法，其特征在于CO2的固定过程为借助变压吸附方法进行的选择性吸附法，其中氮以逆流方式在吸附剂的再生过程中在变压吸附循环的低压Pm洗提步骤中被导入吸附器中。
5、按照权利要求4的方法，其特征在于变压吸附循环包括在循环的低压Pm下借助氮气进行的洗提过程和随后借助在减压过程中从另一吸附器中并流提取的气体进行的逆流洗提步骤。
6、按照权利要求4或5的方法，其特征在于吸附剂为被加热至约50℃以上的沸石5A。
7、炼钢设备，其特征在于该设备包括作为第一耗氧装置的熔融气化炉(2)、加热器(12)和铁矿石直接还原竖炉(13)中的至少一个、作为产生含CO2气体的第二装置的加热器(2)和铁矿石直接还原竖炉(13)、该气体的部分脱二氧化碳单元(10)、用于进行还原反应的作为第三装置的铁矿石直接还原竖炉(13)、用于向该第三装置提供经过部分脱二氧化碳的气体的装置(27)、以及适合产生为所述第一装置所必需的氧气的空气分离单元(9)、含有借助固定剂固定CO2的装置(30)和固定剂再生装置(31)的部分脱二氧化碳单元(10)，其特征在于空气分离单元(9)的氮气出口与固定剂的再生装置(31)连接。
8、按照权利要求7的设备，其特征在于部分脱二氧化碳单元(10)包括吸收器(30)、再生塔(31)和用于使CO2的溶剂由吸收器流至该塔以及作反向流动的装置(34)，该塔包括与空气分离单元(9)的氮气出口连接的氮气进口。
9、按照权利要求7的设备，其特征在于部分脱二氧化碳单元(10)为选择性变压吸附单元，其中包括将每一吸附器的出口选择性连接到空气分离单元(9)的氮气出口上的装置。
10、按照权利要求9的设备，其特征在于吸附剂为沸石5A，每一吸附器均配备了加热装置。
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