生产碳化铁的工艺及设备制造技术

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。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生产碳化铁的工艺及设备。
技术介绍
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专利技术方便地克服。本专利技术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。专利技术的公开本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术另一目的在于提供生产碳化铁的工艺，共中使供往下游侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：中谷纯也，内山义雄，井上英二，宫下虎胜，
申请(专利权)人：川崎重工业株式会社，三菱商事株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]