TW202330941A - 在操作生產生鐵的冶金廠中減少碳足跡的方法 - Google Patents
在操作生產生鐵的冶金廠中減少碳足跡的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202330941A TW202330941A TW111138214A TW111138214A TW202330941A TW 202330941 A TW202330941 A TW 202330941A TW 111138214 A TW111138214 A TW 111138214A TW 111138214 A TW111138214 A TW 111138214A TW 202330941 A TW202330941 A TW 202330941A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- gas
- metallurgical plant
- submerged arc
- iron
- partially reduced
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 145
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 145
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims abstract description 26
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 30
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 28
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 claims description 28
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 16
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 10
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 8
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 5
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 4
- -1 up to 40 wt% Substances 0.000 claims description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims 24
- 241001232253 Xanthisma spinulosum Species 0.000 claims 2
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 32
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 29
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 12
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 11
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 10
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 10
- 238000002453 autothermal reforming Methods 0.000 description 9
- 238000001833 catalytic reforming Methods 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 8
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 7
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 5
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 4
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 4
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000001193 catalytic steam reforming Methods 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 238000005262 decarbonization Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010908 plant waste Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MWRWFPQBGSZWNV-UHFFFAOYSA-N Dinitrosopentamethylenetetramine Chemical compound C1N2CN(N=O)CN1CN(N=O)C2 MWRWFPQBGSZWNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 description 1
- 239000010828 animal waste Substances 0.000 description 1
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 229910052598 goethite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011019 hematite Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M hydroxy(oxo)iron Chemical compound [O][Fe]O AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000013386 optimize process Methods 0.000 description 1
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 238000010405 reoxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B11/00—Making pig-iron other than in blast furnaces
- C21B11/02—Making pig-iron other than in blast furnaces in low shaft furnaces or shaft furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B11/00—Making pig-iron other than in blast furnaces
- C21B11/10—Making pig-iron other than in blast furnaces in electric furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/0033—In fluidised bed furnaces or apparatus containing a dispersion of the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/0086—Conditioning, transformation of reduced iron ores
- C21B13/0093—Protecting against oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/12—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in electric furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Iron (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
本發明關於一種用於在操作生產生鐵（P）的冶金廠中減少碳足跡的方法，該方法包含以下步驟：（a）在基於焦耳效應及/或微波加熱之第一電預加熱器（10）中將鐵礦細粒（A）預加熱至高於600℃之溫度以獲得預加熱之鐵礦細粒（B）；（b）在熱還原氣體（J）之存在下在一或多個流體化床反應器（50）中部分地還原該預加熱之鐵礦細粒（B）以獲得部分還原之鐵（K，L）；（c）將該部分還原之鐵（K，L）饋入至包含具有頂部渣層之熔融金屬浴的埋弧爐（70）中；（d）在含碳材料（M）之存在下進一步還原且熔融該埋弧爐（70）內之該部分還原之鐵（K，L）以獲得熔融生鐵（P）；其中，在步驟b）中，該熱還原氣體（J）包含氫氣（D）、合成氣（I）、該埋弧爐之廢氣（O）、來自該冶金廠之其他廢氣（H）或其兩者或更多者之混合物，其中該合成氣（I）在空氣或富氧空氣、蒸汽或二氧化碳（E）之存在下在一或多個重整反應器（40）中由天然氣或生物甲烷（F）、鼓風爐氣（G）、該埋弧爐之廢氣（O）、來自該冶金廠之其他廢氣（H）或其兩者或更多者之混合物產生；其中，在步驟b）中，該熱還原氣體（J）具有高於550℃之溫度；且其中，在步驟b）中，該部分還原之鐵（K，L）具有55%至75%、較佳60%至70%之金屬化程度。
Description
本發明大體上關於一種用於在操作生產生鐵的冶金廠中減少碳足跡的方法及用於生產具有減少之碳足跡之生鐵的冶金廠。
減少全球CO
2排放之必要性以及職責正作為主要負責參與者中之一者影響鋼行業。全球脫碳正在推動鋼鐵製造商向更可持續的生產過渡，該生產基於最大化所謂的「綠色」資源，如「綠色」電能及可再生還原劑及燃料，作為化石資源之替代物。
氫氣似乎是當今CO
2減少之新關鍵因素且特別是對於未來的脫碳鋼生產。為了滿足脫碳目標，應在無二氧化碳排放之情況下生產氫氣，此意謂例如經由藉由來自可再生資源之電能饋入的電解製程進行生產。以此方式，產生一種完全無二氧化碳排放之「綠色」氫氣。然而，綠色氫氣生產成本目前較高且儘管預見隨後幾年會下降，但即使在未來的情況下，由於鐵及鋼生產製程中之巨大能量及流速需求，此可損害其在煉鋼行業中應用之可行性。
技術問題
本發明之目標為提供一種用於由鐵礦細粒生產更可持續生鐵的新途徑，詳言之一種適合於安裝於冶金廠中（諸如整合式煉鋼廠中）之生鐵生產方法，該方法應提供在限制於零二氧化碳排放範圍內操作的可撓性，諸如允許確保在減少碳足跡方面進行更漸進的過渡或在某些可再生資源之臨時不可用情況下至少以低二氧化碳排放操作。
為了解決上述問題，在第一態樣中，本發明提出一種用於在操作生產生鐵的冶金廠中減少碳足跡的方法，該方法包含以下步驟：
a） 在基於焦耳效應及/或微波加熱之第一電預加熱器中將鐵礦細粒預加熱至高於600℃、較佳700℃至900℃、尤其750℃至850℃、諸如約800℃之溫度，以獲得預加熱之鐵礦細粒；
b） 在熱還原氣體之存在下在一或多個流體化床反應器中部分地還原預加熱之鐵礦細粒以獲得部分還原之鐵；
c） 將部分還原之鐵饋入至包含具有頂部渣層之熔融金屬浴的埋弧爐中；
d） 在含碳材料之存在下進一步還原且熔融埋弧爐內之部分還原之鐵以獲得熔融生鐵；
其中，在步驟b）中，熱還原氣體包含氫氣、合成氣（亦即合成的氣體）、流體化床反應器之廢氣、埋弧爐之廢氣、來自冶金廠之其他（含CO）廢氣或其混合物，其中該合成氣在空氣或富氧空氣、蒸汽或二氧化碳之存在下在一或多個（催化或非催化）重整反應器中由天然氣或生物甲烷、鼓風爐氣、埋弧爐自身或另一個埋弧爐之廢氣、來自冶金廠之其他廢氣或其兩者或更多者之混合物產生（視所使用之重整製程而定）；其中，在步驟b）中，熱還原氣體具有高於550℃之溫度；且其中，在步驟b）中，部分還原之鐵具有55%至75%、較佳60%至70%之金屬化程度。
在第二態樣中，本發明提出一種用於生產具有減少之碳足跡之生鐵的冶金廠，其較佳藉由實施根據第一態樣之用於在操作生產生鐵的冶金廠中減少碳足跡的方法，該冶金廠包含：
- 第一電預加熱器，其經組態以用於基於焦耳效應及/或微波加熱將鐵礦細粒在高於600℃、較佳700℃至900℃、尤其750℃至850℃、諸如約800℃之溫度下預加熱成預加熱之鐵礦細粒；
- 一或多個流體化床反應器，其經組態以用於在熱還原氣體之存在下將預加熱之鐵礦細粒部分地還原為部分還原之鐵，達至55%至75%、較佳60%至70%之金屬化程度；
- 埋弧爐，其包含具有頂部渣層之熔融金屬浴，其經組態以用於接收部分還原之鐵且在含碳材料之存在下進一步還原並熔融部分還原之鐵以獲得熔融生鐵；
其中該冶金廠進一步包含一或多個（催化或非催化）重整反應器，其經組態以用於由天然氣或生物甲烷之饋料、鼓風爐氣之饋料、埋弧爐之廢氣及來自冶金廠之其他廢氣之一或多種饋料、或其混合物之饋料以及空氣或富氧空氣、蒸汽或二氧化碳之饋料產生合成氣（視所選重整製程所需）；其中該冶金廠進一步包含氫氣之饋料；熱還原氣體混合裝置，其上游流體地連接至一或多個（催化或非催化）重整反應器且連接至氫氣之該饋料，且視情況連接至埋弧爐之廢氣及冶金廠之其他廢氣之該等饋料中之一或多者或其混合物之饋料，且下游連接至該一或多個流體化床反應器之入口，該熱還原氣體混合裝置經組態以用於提供呈高於550℃之溫度的包含氫氣、合成氣、流體化床反應器之廢氣、埋弧爐之廢氣、冶金廠之其他廢氣或其兩者或更多者之混合物的熱還原氣體。該熱還原氣體混合裝置可為專用的混合單元或可僅為（預加熱）氫氣、來自（催化或非催化）重整反應器之合成氣、流體化床反應器之廢氣、埋弧爐之廢氣及冶金廠之其他廢氣的饋料之匯合處。
在本發明之上下文中，來自冶金廠之其他廢氣可為任何可用及適當的含CO之廢氣或其兩者或更多者之混合物。其可選自來自煉焦爐廠、直接還原鐵（Direct Reduced Iron；DRI）廠、鹼性氧氣爐、電爐（除本發明方法中使用之埋弧爐以外）等的一或多種廢氣。
因此，所提出方法及冶金廠之核心基於僅基於熱氣態還原劑達至55%至75%、較佳60%至70%之金屬化程度的一或多流體化床反應器，隨後為進行熔煉且完成還原的埋弧爐（submerged arc furnace；SAF）類型之電熔爐中的部分（預）還原步驟。
因此，本發明利用三個發現之組合：（1）鐵礦細粒還原之動力學曲線極陡峭，高達70%至75%，意謂例如在20至30分鐘內可達至75%之金屬化物程度，而在相同條件中自75%至95%之進一步金屬化則耗時超過兩個小時；（2）此部分還原可在僅使用作為還原劑之熱還原氣體進行時獲得，此外，此可至少部分地基於冶金廠上可用之廢氣，諸如方法自身或其他製程之埋弧爐之廢氣，以及如以下進一步詳述之其他廢氣；（3）若其在催化或非催化重整反應器中轉換為直接按原樣使用或與可變比例之氫氣及/或其他富CO之可用廢氣組合使用之有效的還原（合成）氣體，則可至少部分地基於天然氣、生物甲烷或其混合物及/或鼓風爐氣、埋弧爐之廢氣、來自冶金廠之其他廢氣或其混合物獲得此部分還原；及（4）在充當另外的還原劑之固體含碳材料之存在下，在埋弧爐中之進一步處理允許將僅部分還原之鐵礦轉化為生鐵。
根據本發明，在步驟b）中之熱還原氣體包含以下或由以下組成：氫氣、合成氣、流體化床反應器之廢氣、埋弧爐之廢氣、來自冶金廠之其他（含CO）廢氣或其混合物。較佳地，該熱還原氣體包含至少如本發明上下文中所定義之合成氣或由其組成，意謂在空氣或富氧空氣、蒸汽或二氧化碳之存在下在一或多個（催化或非催化）重整反應器中由天然氣或生物甲烷、鼓風爐氣、流體化床反應器之廢氣、埋弧爐之廢氣、來自冶金廠之其他廢氣或其兩者或更多者之混合物產生的合成氣（視所使用之重整製程而定）。其視情況有利地包含（額外）氫氣、流體化床反應器之廢氣、埋弧爐之廢氣、來自冶金廠之其他（含CO）廢氣或其兩者或更多者之混合物。在具體實例中，該熱還原氣體包含以下或由以下組成：該合成氣、（額外）氫氣及至少一種選自流體化床反應器之廢氣之氣體、埋弧爐之廢氣及來自冶金廠之其他（含CO）廢氣。
出於此目的，較佳的流體化床反應器為提供氣體與固體之間的高滑動速度之循環類型流體化床反應器，其產生高質量及熱傳遞係數。因此，一或多個流體化床反應器較佳為循環類型。
埋弧爐（SAF）為適合於執行還原製程的特殊類型之電（弧）爐。在埋弧爐中，電極之尖端埋在渣中，其中有效功率藉由焦耳效應轉換成熱能且其中發生反應。由塊礦及/或聚結之細粒及/或預還原之礦、焊劑及碳載體組成之負擔根據爐通量下降且經加熱。當進入反應區時，具有最低熔點之氧化物液化。隨著能量密度朝向電極增加，所有氧化物最終熔融。因此，藉助於攜帶固體碳之材料進行碳熱還原。視溫度控制及渣熔點而定，按碳還原所需的電能之需求之次序，減少金屬氧化物。渣形成液體層，該液體層主要由脈石製得，經由脈石，還原之金屬液滴下降以在爐床之底部形成金屬浴。浴為碳飽和的，以便保證渣中之碳熱還原，且最終產物因此為熱生鐵，例如具有3%至4%之碳含量。在本發明之上下文中，術語「埋弧爐」或「SAF」包括針對特定應用最佳化之所有不同的可能電弧爐類型，例如直流電爐（Direct Current furnace）、交流電爐（Alternate Current furnace）、開式浴爐（Open Bath Furnace）、圓型類型、矩形類型等。
因此，可將埋弧爐視為可撓性電熔爐，其能夠進行金屬氧化物之還原，以鐵礦或預還原之鐵（或直接還原之鐵，DRI）形式裝填。一般言之，對於煉鐵應用，合理的為在埋弧爐之間具有預還原步驟，以限制電能消耗且改善總工廠效率。然而，不同於在最先進的電弧爐(Electric Arc Furnace；EAF）之情況下，埋弧爐不需要高DRI金屬化物。由於可用性問題（主要針對黏著問題）及可損害可行性（諸如較低生產率、較高滯留時間、較低效率等）之限制，此使得本發明人發現對於本發明而言為55%至75%、較佳60%至70%金屬化之最佳折衷操作點，該金屬化為在已作為最重要的部分而經歷之分離反應器中執行的金屬化之最後一部分。
此外，本文所描述之方法及冶金廠尤其適於利用可再生資源作為能源及固態及氣態還原劑，諸如「綠色」氫氣、生物碳（bio-char）及「綠色」電力。此外，該方法可視資源可用性而定可撓性地及逐漸地轉換為完全綠色操作（零二氧化碳排放）：用於流體化床反應器之氫氣可藉由電解使用（僅）可再生電（「綠色」H
2）產生或藉由化石資源藉由應用CO
2捕獲技術（「藍色」H
2）產生或藉由化石資源（「灰色」H
2）產生；化石煤及/或生物碳可用於埋弧爐中；可將其他冶金廠廢氣（諸如整合式煉鋼廠氣體）饋入流體化床反應器中。該方法亦尤其旨在允許具有（變化比例之）氫氣、再循環含CO冶金廢氣及合成氣之混合操作，其中視資源可用性及成本而定，其在轉換成「綠色」操作方面具有增強的可撓性。就此而言，所提出之方法可視所使用之能源資源之類型及數量而定自完全避免二氧化碳排放至有限排放可撓性地操作：相同冶金廠可僅藉由具有零CO
2排放之再生能源資源、還原氣體、生物甲烷及固體還原劑（含碳材料）饋入，或其仍可藉由具有有限CO
2足跡之化石資源（例如，灰色/藍色氫氣、煤、天然氣、來自化石燃料之電力等）部分饋入，但在任何情況下低於目前使用之煉鐵技術。
生物甲烷為衍生自農業生物質（專用作物、副產物及農業廢料及動物廢料）、農工業（來自食品處理鏈之廢料）及有機部分城市固體廢料（Organic
Fraction Municipal Solid
Waste；OFMSW）的可再生能源。在兩個階段獲得生物甲烷：原始生物氣體生產，主要經由生物質之厭氧消化，及非相容性組分(CO
2)之後續移除，亦稱為「提純」之製程。生物甲烷具有類似於化石天然氣之品質，甲烷濃度為90%或更大。因此，本發明之產物為「綠色」生鐵，若僅使用可再生資源作為能量輸入及固態及氣態還原劑，則其可以完全不含CO
2的方式生產。
因此，在有利的具體實例中，方法或冶金廠中所需之至少部分、較佳所有電能為可再生電。詳言之，預加熱器及埋弧爐中所需之至少部分電能為可再生電。
或者或另外，步驟d）中之含碳材料包含以下（或由以下組成）：由生物質產生之生物碳，視情況包括拆除木材（demolition wood），諸如多達40 wt%；及/或廢棄塑膠，諸如多達20 wt%。可將含碳材料按原樣饋入至埋弧爐中且單獨地形成部分還原之鐵。然而，將含碳材料至少部分地與部分還原之鐵組合或摻合饋入埋弧爐中可為有益的。添加該含碳材料之一種尤其有利的方式將在下文中描述。
此外，根據「循環經濟（circular economy）」概念，該製程可容易地經組態以藉由添加到步驟a）中之鐵礦細粒之饋料及/或在步驟a）中獲得之經預加熱之鐵礦細粒及/或步驟b)中所獲得之部分還原之鐵而回收某一百分比之整合式鋼固體殘餘物，具有額外環境及經濟益處。
本發明中之重整可在任何適當的重整反應器或二或多個重整反應器之組合中進行，該等重整反應器可具有相同類型或使用不同技術且為合成氣生產領域中已知的。重整反應器為催化或非催化重整反應器且此類反應器之範例為蒸汽重整反應器，諸如催化蒸汽重整（catalytic steam reforming；CSR）反應器、乾式重整（dry reforming；DR）反應器、自熱重整（autothermal reforming；ATR）反應器、部分氧化（partial oxidation；POX）反應器（諸如催化部分氧化（catalytic partial oxidation；CPO）反應器）、膜重整（membrane reforming；MR）反應器或兩種或更多種不同類型之反應器之任何組合。
蒸汽重整（Steam reforming；SMR）為藉由烴與呈蒸汽形式之水反應產生合成氣的製程。反應可由以下反應表示：
CH
4+ H
2O ↔ CO + 3 H
2（1）
乾式重整（DR）（亦稱為二氧化碳重整）為憑藉貴金屬催化劑（諸如典型地Ni或Ni合金）由烴（諸如甲烷）與二氧化碳之反應產生合成氣的製程。乾式重整反應可由以下表示：
CH
4+ CO
2↔ 2 CO + 2 H
2（2）
自熱重整（ATR）在與甲烷反應時使用氧氣及二氧化碳或蒸汽以形成合成氣。反應在其中部分氧化甲烷之單個腔室中進行。反應為放熱的。當ATR使用二氧化碳時，所產生之H
2:CO比為1:1；當ATR使用蒸汽時，所產生之H
2:CO比為2.5:1。合成氣之出口溫度在950℃與1100℃之間。除反應（1）以外，ATR引入以下反應：
CH
4+ 0.5 O
2↔ CO + 2 H
2（3）
部分氧化（POX）在亞化學計量的燃料-空氣混合物在重整器中部分燃燒時發生，從而產生富氫合成氣。在熱部分氧化（thermal partial oxidation；TPO）與催化部分氧化（CPO）之間進行區分。
催化部分氧化（CPO）之製程亦基於反應（3），其中氧氣可來自空氣或富氧空氣或藉由碰撞幾秒傳導之氧氣及氮氣之組合，氣態預混合反應物流經極熱催化表面。發起之快速及選擇性化學受限於催化劑粒子周圍之較薄固體-氣體相間區域內部。此處，分子典型地在600℃與1200℃之間的溫度變數下耗費極短時間。技術採用之關鍵問題在於避免將反應傳播至氣相中之可能性，其必須保持處於「相對低的」溫度。此條件有利於形成抑制鏈反應之初級反應產物（亦即CO及H
2）。
膜重整（MR）反應器為其中氧氣分離、蒸汽重整（steam reforming；SR）及部分氧化（POX）在單個步驟中組合之反應器。
在較佳具體實例中，在饋入至流體化床反應器中之前，較佳在與來自催化或非催化重整反應器的（已經熱的）合成氣混合之前，將氫氣及/或鼓風爐氣、埋弧爐之廢氣、來自冶金廠之其他廢氣或其混合物在一或多個基於焦耳效應及/或微波加熱之另外的（例如，第二或第二及第三）電預加熱器中預加熱至高於700℃之溫度，該合成氣已由天然氣或生物甲烷及視情況存在之某一百分比之鼓風爐氣產生。在循環流體化床反應器之情況下，其排氣較佳在再循環之前在單獨電加熱器中或有利的亦在第二電預加熱器中再加熱。
在另外較佳具體實例中，鐵礦細粒之粒度分佈在0.05至2 mm範圍內，有利的在0.1至1 mm範圍內。
必要或需要時，該方法在步驟b）中進一步包含將部分還原之鐵礦細粒（熱）壓製成塊以獲得壓製成塊之部分還原之鐵，其較佳熱裝填至埋弧爐中。如上文已簡要提及，含碳材料有利地至少部分（諸如至至少60 wt%，例如至少80 wt%或甚至至少90 wt%）、較佳完全與部分還原之鐵組合或摻合饋入至埋弧爐中。最佳地，將至少部分、較佳全部之含碳材料在熱壓製成塊期間首先引入至壓製成塊之部分還原鐵中且接著在步驟d）中饋入至埋弧爐中。在此類具體實例中，因此將含碳材料用部分還原之鐵壓製成塊為（混合含碳及）部分還原鐵團塊，準備用於步驟d）中。添加至團塊且單獨添加之含碳材料可不同，諸如煤及生物碳等。將某一部分含碳細粒材料與DRI細粒混合以產生具有某一碳含量之DRI團塊可適用於最佳化電熔爐製程，包括更佳地控制熱金屬之最終C含量。HBI熔煉所需的含碳材料之剩餘部分可單獨裝填至電熔爐中，如最先進製程中所進行。
實際上，在用於直接還原之鐵（DRI）及熱壓製成塊之鐵（Hot Briquetted Iron；HBI）熔煉（諸如在電弧爐或埋弧爐中）之最先進電熔爐製程中，固體碳一般用於完成氧化鐵還原：除來自DRI之碳含量以外，固體煤與其他輸入饋料一起頂部裝填於電爐中。
然而，本發明人發現添加至部分還原之鐵（在其饋入至電弧爐中之前）中的含碳材料在電熔爐製程內比單獨饋入之含碳材料（諸如外部裝填之煤/生物碳）更高效。實際上，本發明人注意到最終產物中待達到之更低消耗、最佳化製程參數及更可撓的碳含量。本發明人承認，此等優點為，由於與部分還原之鐵摻合及/或壓製成塊之含碳材料呈細粒粒度形式且與部分還原之鐵細粒均勻混合，使得煤在熔爐製程中使用更高效，而在單獨的煤裝填中，已觀測一些非所需現象，諸如具有廢氣之煤殘留、碳燒盡及較低還原效率，其皆導致更高消耗及較低生產率。
尤其受關注之一種主題為金屬產物中視其用途而需要之C含量及在本發明製程之早期步驟期間由於其在整合式煉鋼廠中之安裝情形而提供之C含量。實際上，為了能夠利用現有下游製程（例如，鼓風氧氣爐）之可用性，在所生產熱金屬中需要＞4 wt% C含量（典型地4.5 wt%），類似於鼓風爐熱金屬。若滿足此目標，則不需要安裝/修改現有下游熱金屬處理廠。
然而，部分還原之鐵之C含量很大程度上視直接還原製程而定，且在如本發明方法中基於氣體之直接還原的情況下，部分還原之鐵中之某一C含量基本上源自含CO還原劑，諸如合成氣。使用與來自最先進技術中通常使用之天然氣重整製程之還原氣體相比具有低CO含量且因此具有更高氫氣含量之還原氣體意謂部分還原之鐵中的較低碳含量，諸如在0.1 wt%至3 wt%範圍內，視特定還原反應器類型而定。此亦意謂用氫氣完全置換含C燃料及還原劑將產生具有零或幾乎零碳含量的部分還原之鐵。
詳言之，在此類零或極低碳含量之情況下，電爐中之直接煤裝填對於步驟d）中之熔煉製程而言並非最佳的，如上文所解釋，其導致產物特徵之較高消耗、較低生產率及較低可撓性（主要指金屬產物中之碳含量）。此外，此將亦更可能增加整體電熔爐製程之CO
2足跡。
作為結論，本發明旨在於整合式煉鋼廠或冶金廠內生產「綠色」生鐵，利用來自天然氣或生物甲烷之催化或非催化重整的合成氣富集改善的富CO之合成氣之可用性，限制鐵礦細粒之還原程度及在使用不同再生能源之埋弧爐中完成還原及選擇特定解決方案來改善應用之經濟可行性。該方法為可撓的，亦完全或部分地用化石燃料及還原劑進行操作，視特定的當地可用性及成本而定，使得可預見某一二氧化碳足跡，但當可以可行的成本獲得時，與最先進途徑相比受限且包括朝向更高量之「綠色」資源進一步還原的可能性。
工廠由鐵礦細粒饋入，即使為低級的，粒度分佈一般在0.05至5 mm範圍內，諸如0.1至1 mm，其可包括預聚結的超細粒子。在此情形下，值得注意的是鐵礦細粒一般含有具有變化的鐵含量之赤鐵礦、針鐵礦及磁鐵，其具有1,500至3,500 kg/m
3之容積密度範圍。此類鐵礦細粒尤其較適用於如本文所揭示之方法，其包含在用還原氣體流化時之部分還原。若將整合式鋼固體殘餘物添加至步驟a）之饋料中，則其較佳具有類似於鐵礦細粒之粒徑的粒徑。鐵礦細粒A首先自儲存區域輸送至第一電預加熱器10。預加熱藉助於基於焦耳效應或微波加熱之電預加熱器進行，視情況與熱回收系統耦接，利用來自整合式煉鋼廠或流化床反應器合成氣之可用剩餘熱量。
接著經由適用於細粒運輸之處理設備（諸如鏈式輸送機或氣動運輸機）將預加熱之鐵礦細粒B輸送至流體化床裝填系統，以饋入至流體化床反應器50中。流體化床反應器50較佳為循環類型，其中流體化床反應器之排氣C較佳在於第二電預加熱器20中（預）再加熱之後再循環，從而允許關於熱交換及滯留時間細粒粒度分佈之可撓性增強，以及最佳的製程效率。
綠色或藍色或灰色氫氣（或其混合物）D可用作流體化床反應器50中之還原氣體J。由於與氫氣D、其他（再循環）冶金廠廢氣H、合成氣I或其混合物J之完全吸熱氧化鐵還原反應，不僅鐵礦細粒，且亦較佳氫氣及任何其他冶金廠廢氣在饋入流體化床反應器50中之前在一或多個其他預加熱器10、20、30中預加熱達至大約800℃之溫度。在較佳具體實例中，提供第二電預加熱器20以用於預加熱氫氣D及流體化床反應器之再循環排氣C，其視情況與來自可獲得煉鋼廠氣體之熱回收系統耦接；及提供第三電預加熱器30以用於預加熱埋弧爐之廢氣及任何其他冶金廠廢氣（除饋入至催化或非催化重整反應器中之鼓風爐氣以外）。此允許減少用作燃料之氫氣之消耗。
饋入流體化床反應器50中之氫氣D可部分地由合成氣I及冶金廠之其他（含CO）廢氣H置換。視所使用之重整技術而定，在催化或非催化重整反應器或重整器40中產生的該合成氣（富含一氧化碳且具有某一量之氫氣）由天然氣及/或生物甲烷F、鼓風爐氣G、埋弧爐之廢氣O及/或來自冶金廠之其他廢氣H及空氣或富氧空氣（自熱重整或（催化）部分氧化）、蒸汽（自熱重整或蒸汽重整）或二氧化碳（乾式重整）E饋入，參見上述反應（1）至（3）。換言之，若使用埋弧爐之廢氣O及/或來自冶金廠之其他廢氣H，則其可按原樣使用或與先前重整一起使用，或兩者。此「回收」之主要優點為減少氫氣消耗，利用在有限熱值（諸如鼓風爐氣）下富CO之氣體之可用性，此與用於能量生產相比可在還原製程中更有效。此外，由於伴隨放熱之放熱CO燃燒反應且由於部分還原之鐵K或L中剩餘之某一碳含量，在流體化床反應器50中使用含CO合成氣為該製程提供益處，因此減少埋弧爐70中含碳材料M（諸如煤/生物碳）之消耗、在埋弧爐70中更有效的還原製程及在熱部分還原之鐵K或L處理中有限的再氧化現象。含碳材料M亦可包含其他添加劑，諸如渣形成劑等。
呈細粒形式的部分還原之鐵K（其金屬化預還原程度限制在例如約60%至70%）在惰性氛圍（例如，氮氣或氬氣）中自反應器排出且輸送以避免再氧化現象。接著，部分還原之鐵細粒K直接饋入至埋弧爐70中，或較佳在熱壓製成塊單元60中進行熱壓製成塊以便在處理至下游電弧爐裝填系統中之前改良其機械特徵。熱部分還原之鐵作為細粒或團塊裝填至埋弧爐中之選擇視特定項目條件（諸如原材料特徵、效用、價格等）而定，影響埋弧爐設計及效能。若需要熱壓製成塊製程（視特定設備類型而定），則在600℃至650℃之溫度下自流體化床反應器排出的熱部分還原之鐵細粒可經由例如第三電加熱器（例如，基於焦耳效應概念或基於微波加熱）加熱至700℃至750℃。在有利的具體實例中，含碳材料之至少部分可與部分還原之鐵組合或摻合饋入至電弧爐中。將含碳材料之至少部分引入壓製成塊之還原鐵內具有特定益處。實際上，使用某一量之含碳材料（諸如煤）將部分還原之細粒熱壓製成塊的概念有利於最佳化熔煉製程。與不使用含碳材料的部分還原之鐵細粒熱壓製成塊相比，幫助促進適當饋入至電爐中之此有益解決方案可進一步包括：
-安裝額外處理設備，諸如在惰性氛圍中，以用於含碳材料（諸如煤）處理及與部分還原之鐵混合，
-較佳經修改的熱壓製成塊機器設計（例如，尺寸、壓力等），其適用於處理不同輸入饋料，
-視情況，在熱壓製成塊製程需要時，含碳材料預加熱裝置（例如，達至200℃至400℃），視特定部分還原之鐵細粒及含碳材料特性（主要：溫度、部分還原鐵之金屬化程度、含碳材料之數量等）而定。
此類含碳材料及部分還原之鐵壓製成塊允許使含碳材料及部分還原之鐵細粒之摻合物均勻化及壓實，以限制主要由煤殘留、燒盡及較粗粒度所致的裝填至電熔爐中之外部含碳材料之效率缺失。
壓製成塊系統（及可能在其上游及下游）將較佳地經組態以在惰性氛圍下工作以避免部分還原之鐵之非所需再氧化。
接著將呈細粒K或團塊L（含有含碳材料或不含含碳材料）形式的部分還原之鐵在大約700℃下裝填至電熔爐、埋弧爐類型70中，其中還原完成且熔煉藉由含碳材料M（含於團塊L中及/或單獨添加）進行。
對完全不含二氧化碳之生鐵生產，在所提出之本發明中，生物碳用作埋弧爐70中之含碳材料M（還原劑）（作為團塊L之部分及/或單獨添加），而非習知使用之化石煤，諸如無煙煤或焦碳。生物碳可藉由生物質烘焙製程（biomass torrefaction process）產生，最終包括某一百分比之拆除木材（多達40%）及廢棄塑膠（多達20%）。生物碳特徵視輸入生物質及烘焙製程之類型而定，在任何情況下適合用於埋弧爐70中。
埋弧爐70亦能夠回收某一百分比之綜合煉鋼廠固體殘餘物作為固體廢料注入N，諸如（例如）來自鼓風爐或鹼性氧氣爐之粉塵及淤渣、軋屑、除塵粉塵等。由於避免垃圾填埋，固體廢料之鐵、碳及鋅含量之回收，固體殘餘物回收改善本發明應用之可行性以及環境益處。高達總埋弧爐輸入饋料之5%的殘餘物流速可直接以粒度100% ＜ 250微米之乾粉塵（水分＜3%）之形式注入爐金屬浴中。濕的及/或粗的殘餘物必須在電埋弧爐注入之前在乾燥機及/或磨機中進行預處理，而低水分及細粒粉塵（例如庫房粉塵、BOF粉塵、…）可直接注入而無需任何預處理。在高於總埋弧爐輸入饋料之5%的固體廢料注入流速的情況下，額外廢料可在適合的冷聚結處理（包括混合、造粒或壓製成塊及乾燥製程）後以球粒或冷團塊的形式進行頂部裝填。在攜帶碳之固體殘餘物（例如鼓風爐淤渣及粉塵）的情況下，廢鐵礦還原不需要額外的生物碳且可獲得生物碳（或煤）消耗之總體節省。
埋弧爐類型電熔爐操作之可撓性允許亦接受部分還原之鐵團塊之非最佳品質及來自熱壓製成塊篩選的某一量之部分還原之鐵團塊細粒；此改善熱壓製成塊製程之可用性，從而完全或部分避免細粒內部再循環。
饋入流體化床50中之熱還原氣體J可為不同比例之氫氣D、富CO之埋弧爐廢氣O、其他再循環冶金廢氣H及在由天然氣或生物甲烷F、鼓風爐氣G、埋弧爐之廢氣O及/或來自冶金廠之其他廢氣H及空氣或富氧空氣、蒸汽或二氧化碳E饋入之催化或非催化重整反應器/重整器40中產生的合成氣I之混合物。此催化或非催化重整反應器40之產物為例如藉由置換某一量之氫氣或其他再循環廢氣而適合於用作流體化床反應器中之還原氣體J的合成氣I。由於用藉由天然氣或生物甲烷F及鼓風爐爐氣G、埋弧爐之廢氣O及/或其他來自冶金廠之廢氣H產生之合成氣I置換某一量之氫氣D，此選項可具有顯著的OpEx優點。
所提出之方法及冶金廠具有模組化尺寸：各流體化床反應器50可達至例如550 kty DRI之最大產量，各埋弧爐70之最大尺寸為熱生鐵P之1.5 Mtpy。
熱生鐵P此後可澆築為澆注單元80中之澆築生鐵Q。
10:第一電預加熱器
20:第二電預加熱器
30:第三電預加熱器
40:重整反應器
50:流體化床反應器
60:熱壓製成塊單元
70:埋弧爐
80:澆注單元
A:鐵礦細粒
B:預加熱之鐵礦細粒
C:流體化床反應器之排氣
D:氫氣
E:空氣或富氧空氣、蒸汽或二氧化碳
F:天然氣或生物甲烷
G:鼓風爐氣
H:其他冶金廠廢氣
I:合成氣
J:（熱）還原氣體
K:部分還原之鐵（細粒）
L:部分還原之鐵（團塊）
M:含碳材料（及添加劑）
N:固體廢料注入
O:埋弧爐廢氣
P:熱金屬/熔融生鐵
Q:澆築生鐵
現將參考附圖藉助於範例描述本發明之較佳具體實例：
[圖1]為用於生產具有減少之碳足跡之生鐵的冶金廠或用於在操作生產生鐵的冶金廠中減少碳足跡的方法之具體實例之示意圖。
本發明之其他細節及優點將參考附圖自以下若干非限制性具體實例之詳細描述顯而易見。
10:第一電預加熱器
20:第二電預加熱器
30:第三電預加熱器
40:重整反應器
50:流體化床反應器
60:熱壓製成塊單元
70:埋弧爐
80:澆注單元
A:鐵礦細粒
B:預加熱之鐵礦細粒
C:流體化床反應器之排氣
D:氫氣
E:空氣或富氧空氣、蒸汽或二氧化碳
F:天然氣或生物甲烷
G:鼓風爐氣
H:其他冶金廠廢氣
I:合成氣
J:(熱)還原氣體
K:部分還原之鐵(細粒)
L:部分還原之鐵(團塊)
M:含碳材料(及添加劑)
N:固體廢料注入
O:埋弧爐廢氣
P:熱金屬/熔融生鐵
Q:澆築生鐵
Claims (15)
- 一種用於在操作生產生鐵（P）的冶金廠中減少碳足跡的方法，該方法包含以下步驟： a） 在基於焦耳效應及/或微波加熱之第一電預加熱器（10）中將鐵礦細粒（A）預加熱至高於600℃之溫度以獲得預加熱之鐵礦細粒（B）； b） 在熱還原氣體（J）之存在下在一或多個流體化床反應器（50）中部分地還原該預加熱之鐵礦細粒（B）以獲得部分還原之鐵（K，L）； c） 將該部分還原之鐵（K，L）饋入至包含具有頂部渣層之熔融金屬浴的埋弧爐（70）中； d） 在含碳材料（M）之存在下進一步還原且熔融該埋弧爐（70）內之該部分還原之鐵（K，L）以獲得熔融生鐵（P）； 其中，在步驟b）中，該熱還原氣體（J）包含氫氣（D）、合成氣（I）、該埋弧爐之廢氣（O）、來自該冶金廠之其他廢氣（H）或其兩者或更多者之混合物，其中該合成氣（I）在空氣或富氧空氣、蒸汽或二氧化碳（E）之存在下在一或多個重整反應器（40）中由天然氣或生物甲烷（F）、鼓風爐氣（G）、該埋弧爐之廢氣（O）、來自該冶金廠之其他廢氣（H）或其兩者或更多者之混合物產生；其中，在步驟b）中，該熱還原氣體（J）具有高於550℃之溫度；且其中，在步驟b）中，該部分還原之鐵（K，L）具有55%至75%、較佳60%至70%之金屬化程度。
- 如請求項1之方法，其中該一或多個流體化床反應器（50）為循環類型。
- 如請求項1或2之方法，其中在第二電預加熱器（20）中預加熱該氫氣（D）且在第三電預加熱器（30）中預加熱該埋弧爐之廢氣（O）及來自該冶金廠之視情況存在之其他廢氣（H），第二預加熱器及第三預加熱器兩者獨立地基於焦耳效應及/或微波加熱，達至高於700℃之溫度。
- 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟d）中之該含碳材料（M）包含以下或由以下組成：由生物質產生之生物碳（bio-char），視情況包括拆除木材（demolition wood），諸如多達40 wt%；及/或廢棄塑膠，諸如多達20 wt%。
- 如前述請求項中任一項之方法，其中該等鐵礦細粒（A）之粒度分佈在0.1 mm至1 mm範圍內。
- 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟b）進一步包含將部分還原之鐵礦細粒（K）熱壓製成塊以獲得經壓製成塊之部分還原鐵（L）。
- 如前述請求項中任一項之方法，其中該冶金廠之該等其他廢氣（H）包含來自煉焦爐廠、直接還原鐵廠及鹼性氧氣爐的廢氣中之一或多者。
- 如前述請求項中任一項之方法，其中該等預加熱器及該埋弧爐中所需的所有電能、較佳該方法之所有步驟中的所有電能為可再生電。
- 一種用於生產具有減少之碳足跡之生鐵（P）的冶金廠，其較佳地藉由實施如請求項1至8中任一項之方法來進行，該冶金廠包含： 第一電預加熱器（10），其經組態以用於基於焦耳效應及/或微波加熱將鐵礦細粒（A）在高於600℃之溫度下預加熱成預加熱之鐵礦細粒（B）； 一或多個流體化床反應器（50），其經組態以用於在熱還原氣體（J）之存在下將該預加熱之鐵礦細粒（B）部分地還原為部分還原之鐵（K，L），達至55%至75%、較佳60%至70%之金屬化程度； 埋弧爐（70），其包含具有頂部渣層之熔融金屬浴，其經組態以用於接收該部分還原之鐵（K，L）且在含碳材料（M）之存在下進一步還原並熔融該部分還原之鐵（K，L）以獲得熔融生鐵（P）； 其中該冶金廠進一步包含一或多個重整反應器（40），其經組態以用於由天然氣或生物甲烷（F）之饋料、鼓風爐氣（G）之饋料、該埋弧爐之廢氣（O）及來自該冶金廠之其他廢氣（H）之一或多種饋料或其兩者或更多者之混合物之饋料以及空氣或富氧空氣、蒸汽或二氧化碳（E）之饋料產生合成氣（I）；其中該冶金廠進一步包含氫氣（D）之饋料；熱還原氣體混合裝置，其上游流體地連接至該一或多個重整反應器（40）且連接至氫氣（D）之該饋料，且視情況連接至該埋弧爐之廢氣（O）及該冶金廠之其他廢氣（H）之該等饋料中之一或多者或其兩者或更多者之混合物之饋料，且下游連接至該一或多個流體化床反應器（50）之入口，該熱還原氣體混合裝置經組態以用於提供呈高於550℃之溫度的包含氫氣（D）、合成氣（I）、該埋弧爐之廢氣（O）、該冶金廠之其他廢氣（H）或其兩者或更多者之混合物的熱還原氣體（J）。
- 如請求項9之冶金廠，其中該一或多個流體化床反應器（50）為循環類型。
- 如請求項9或10之冶金廠，其包含在氫氣（D）之該饋料與該熱還原氣體混合裝置之間流體地連接的基於焦耳效應及/或微波加熱之第二電預加熱器（20），及在該埋弧爐之廢氣（O）及該冶金廠之視情況存在之其他廢氣（H）之該一或多種饋料與該熱還原氣體混合裝置之間流體地連接的基於焦耳效應及/或微波加熱之第三電預加熱器（30），該第二電預加熱器及第三電預加熱器（20，30）經組態以用於將相關廢氣及合成氣預加熱至高於700℃之溫度。
- 如請求項9至11中任一項之冶金廠，其中該含碳材料（M）由包含以下或由以下組成之資源提供：由生物質產生之生物碳，視情況包括拆除木材，諸如多達40 wt%，及/或廢棄塑膠，諸如多達20 wt%。
- 如請求項9至12中任一項之冶金廠，其進一步包含經組態以用於將部分還原之鐵礦細粒（K）壓製成塊為經壓製成塊之部分還原鐵（L）的熱壓製成塊設備。
- 如請求項9至13中任一項之冶金廠，其中該冶金廠包含以下中之一或多者：煉焦爐廠、直接還原鐵廠、鼓風爐及鹼性氧氣爐，從而提供該冶金廠之該等其他廢氣（H）。
- 如請求項9至14中任一項之冶金廠，其中該等預加熱器及該埋弧爐中所需的所有電能、較佳該冶金廠之所有電裝置所需的所有電能為可再生電。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LU500764A LU500764B1 (en) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | Method for reducing carbon footprint in operating a metallurgical plant for producing pig iron |
| LULU500764 | 2021-10-19 | ||
| LULU502634 | 2022-08-08 | ||
| LU502634 | 2022-08-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202330941A true TW202330941A (zh) | 2023-08-01 |
Family
ID=84358055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111138214A TW202330941A (zh) | 2021-10-19 | 2022-10-07 | 在操作生產生鐵的冶金廠中減少碳足跡的方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240090372A (zh) |
| AR (1) | AR127410A1 (zh) |
| AU (1) | AU2022372268A1 (zh) |
| CA (1) | CA3231879A1 (zh) |
| CO (1) | CO2024006012A2 (zh) |
| TW (1) | TW202330941A (zh) |
| WO (1) | WO2023066794A1 (zh) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010022773B4 (de) * | 2010-06-04 | 2012-10-04 | Outotec Oyj | Verfahren und Anlage zur Erzeugung von Roheisen |
| WO2013029119A1 (en) * | 2011-09-02 | 2013-03-07 | Iluka Resources Limited | Production of ferrotitanium by aluminothermic reduction |
| CN110317917B (zh) * | 2019-07-16 | 2021-01-01 | 东北大学 | 流化还原-电弧熔炼-转炉钠化处理钒钛磁铁矿的方法 |
-
2022
- 2022-10-07 TW TW111138214A patent/TW202330941A/zh unknown
- 2022-10-14 KR KR1020247015408A patent/KR20240090372A/ko unknown
- 2022-10-14 CA CA3231879A patent/CA3231879A1/en active Pending
- 2022-10-14 AU AU2022372268A patent/AU2022372268A1/en active Pending
- 2022-10-14 WO PCT/EP2022/078607 patent/WO2023066794A1/en active Application Filing
- 2022-10-19 AR ARP220102849A patent/AR127410A1/es unknown
-
2024
- 2024-05-09 CO CONC2024/0006012A patent/CO2024006012A2/es unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2022372268A1 (en) | 2024-05-02 |
| AR127410A1 (es) | 2024-01-17 |
| CO2024006012A2 (es) | 2024-06-27 |
| KR20240090372A (ko) | 2024-06-21 |
| WO2023066794A1 (en) | 2023-04-27 |
| CA3231879A1 (en) | 2023-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Battle et al. | The direct reduction of iron | |
| US8709128B2 (en) | Process for production of direct reduced iron | |
| KR101720075B1 (ko) | 탄화수소를 첨가함으로써 고로 가스를 재순환시키면서 원료 철을 용융시키는 방법 | |
| AU2007282204B2 (en) | Apparatus for manufacturing molten irons and method for manufacturing molten irons using the same | |
| JPH02228411A (ja) | 製鉄法 | |
| JP2023525937A (ja) | 浸炭海綿鉄の生産プロセス | |
| Zervas et al. | Developments in iron and steel making | |
| Lang et al. | Circored fine ore direct reduction plus DRI smelting: Proven technologies for the transition towards green steel | |
| US5810905A (en) | Process for making pig iron | |
| TW202330941A (zh) | 在操作生產生鐵的冶金廠中減少碳足跡的方法 | |
| Markotić et al. | State of the direct reduction and reduction smelting processes | |
| LU500764B1 (en) | Method for reducing carbon footprint in operating a metallurgical plant for producing pig iron | |
| US6582492B1 (en) | Method for producing melt iron | |
| Lang et al. | Circored fine ore direct reduction–a proven process to decarbonize steelmaking | |
| CN118139994A (zh) | 用于在生产生铁的冶金设备的运行中减少碳足迹的方法 | |
| US20040261575A1 (en) | Pre-treatment process for feed material for direct reduction process | |
| US12000011B2 (en) | System and method for the production of hot briquetted iron (HBI) containing flux and/or carbonaceous material at a direct reduction plant | |
| Lang et al. | Circored fine ore direct reduction plus DRI smelting–one route towards green steel | |
| Jain | COREX & FINEX-New Developments in Utilization of Low Grade Raw Materials | |
| RU2217505C1 (ru) | Способ переработки никельсодержащего железорудного сырья | |
| Dash et al. | Recent developments in iron and steel making industry | |
| Gulhane | Overview of ITmk3 process | |
| Halim et al. | Future of Ironmaking | |
| Holappa et al. | Comparison of different coal based direct reduction processes | |
| WO2022271064A1 (en) | A process and a system for the production of sponge iron from iron ore |