生物质直接还原铁制造技术

公开了一种用于从铁矿石和生物质生产直接还原铁(“DRI”)的方法。该方法包括通过(i)炉室的衬里的热质量和(ii)来自至少一个其他炉室的燃料气体的燃烧的组合来加热非回收批次炉的每个炉室中的一批次的铁矿石和生物质，并且至少部分地还原铁矿石并形成DRI。该方法还包括通过炉室的壁和底板中的通道从炉室排出气体并进一步燃烧可燃气体，并且在气体移动通过通道时将热量传递到炉室的壁和底板。该方法还包括从炉室排出至少一部分气体，而不使气体穿过炉室的底板中的通道，并且当达到第一预定的触发点时，在其他批次炉室中的后续燃烧加热中使用这些气体作为燃料气体。还公开了一种非回收批次炉。回收批次炉。回收批次炉。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物质直接还原铁


[0001]本专利技术涉及用于从铁矿石和生物质生产直接还原铁(“DRI”)的方法。
[0002]本专利技术特别地但决不排他地涉及用于在多个互连的静态批次炉(static batch oven)中生产DRI的工艺和设备。该术语描述了在焦炭生产的情况下被统称为一组炉(a battery oven)的炉的布置。
[0003]本专利技术还涉及如本文描述的用于从铁矿石和生物质生产DRI的非回收炉(non
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recovery oven)。
[0004]在这些炉中生产的DRI，虽然仍然保留残余热量，但随后可以在炉(furnace)中熔化以产生热金属，然后铸造成生铁或在炉中进一步精炼成钢。
[0005]可选择地，热DRI可以在一对辊(具有对准的凹槽(pocket))之间被压缩以形成被称为“热压块铁(HBI)”的产物，该产物随后可以作为冷装料被供应到炉。
[0006]术语“直接还原铁”在本文中被理解为意指在低于固体的整体熔化温度的温度，通过还原剂将铁矿石(以块状物、粒料、压块或细粒的形式)直接还原成铁而产生的铁。出于本文论述的目的，“直接还原铁(DRI)”将被理解为具有至少85％的金属化率(metallisation)。
[0007]术语“金属化率”被理解为意指在铁氧化物的还原期间铁氧化物转化为金属铁的程度，以金属铁的质量除以总铁的质量的百分比计。
[0008]本专利技术还涉及用于从DRI生产熔融的金属(诸如生铁或钢)的方法和设备。
[0009]背景<br/>[0010]钢铁制造在历史上是碳密集型工艺，其中所使用的大部分碳最终被氧化成CO2并被排出到大气。随着世界各国寻求减少总体大气CO2，钢铁制造商面临着寻找在不引起温室气体的净排放的情况下制造钢铁的手段的压力。特别地，存在不使用煤和天然气的压力，煤和天然气被认为是不可再生的。
[0011]世界上大部分的铁是通过高炉路线生产的，高炉路线是一种自工业革命之前已经存在的技术。即使在技术进步的情况下，高炉目前每生产一吨铁仍需要约800kg的冶金煤，并且排放高水平的CO2，约1.8t
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2.0t CO2每吨热金属。化石燃料的使用，特别是对煤(以焦炭的形式)的需求，是用于高炉操作的基本进料材料，并且不可能简单地使用其中的氢气作为完全的替代品。
[0012]高炉的一种替代方案是使用来自铁矿石(以硬化的粒料进料的形式)的氢气生产DRI，随后在EAF中熔炼以生产钢。为了使该路线碳中性，需要将可再生(绿色)能源转化为氢气(特别是在风能/太阳能成本低时的时间段)，随后使用氢气生产DRI。该路线在欧洲具有强有力的支持，并且具有成为全球解决方案的重要组成部分的潜力(1)。然而，存在如下局限性。
[0013]1.所需要的电力的量高(3000kWh/t
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4000kWh/t)，并且绿色电力的成本需求是低的(或在替代方案中高碳税)，为此才能变得具有成本效益。风能和太阳能是周期性的，并且因此需要生产超过当前需求的氢气。
[0014]2.大量氢气的储存和供应是一项技术挑战。地下盐穴(salt caverns)和枯竭的天然气储层似乎显示出良好的潜力。然而，并非所有的地理位置都可以适合这种类型的氢气储存。此外，合适的储存位置可能不靠近现有的EAF钢厂和/或综合炼钢设施的DRI设施，导致供应挑战。
[0015]3.仅低脉石矿石类型(或能够容易升级以去除脉石的矿石类型)可以与DRI/EAF组合一起使用。EAF将严厉地惩罚高脉石矿石类型，使它们基本上没有竞争力。这意味着目前用于高炉的大多数矿石对于这样的工艺路线可能变得不经济。
[0016]已知的是，生物质可以是可持续解决方案的补充部分，充当化石燃料的替代品，而不引起温室气体的净排放。
[0017]化石燃料或生物质的燃烧将释放CO2。然而，当快速生长的植物是生物质的来源时，它们在很大程度上是碳中性能源，因为当植物再生长时，通过光合作用吸收了约相同量的CO2。
[0018]迄今为止，还没有直接使用生物质的大规模商业炼铁工艺。先前将一些生物质插入到最初为煤设计的工艺(例如高炉和焦炉)中的尝试充其量是微不足道的，并且在总体CO2影响方面通常是相当令人失望的。这很大程度上是因为生物质的性质与煤的性质极大地不同。为了成功地使用生物质，有必要围绕生物质的基本性质重新设计工艺。
[0019]生物质可以采取多种形式。避免与食品生产竞争是生物质选择的关键问题。可能符合这样的标准的生物质的实例包括象草、甘蔗渣、木材废料、多余的稻草、红萍(azolla)和海藻这样的生物质可利用性从一个地理位置到另一个地理位置显著不同—并且考虑到所需的材料的体积和长距离运输这样的材料的经济挑战，将最可能是决定未来基于生物质的铁工厂的规模和位置的重要因素。
[0020]多种实验室规模的研究(2)表明，通过将矿石与生物质混合并且在小型炉中加热混合物而测试的铁矿石可以以看起来(表面上)比由第一原理预期的要好一些的方式生产DRI。尽管原因可能不清楚，但该结果代表技术上的“甜点(sweet spot)”。技术挑战是如何大规模有效地实现这一点。
[0021]存在许多可能的方法。这些方法中的一种方法(目前正在由申请人开发)包括将矿石和生物质成压块，然后使用线性或回转膛式炉(或回转窑)将材料预热到约800℃
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900℃以使其脱除挥发成分(devolatilise)。在这些条件下，矿石预还原率预计达到约40％
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70％。这随后是微波处理阶段，其中压块被加热到约1000℃
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1100℃并且被进一步还原(使用残余生物碳)，其中还原率通常为约90％
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95％，并且在一些情况下直至几乎完全金属化。然后，这种DRI可以被进料到开式电弧炉或感应炉中以生产生铁。
[0022]本专利技术是使用生物质生产DRI的替代方法。
[0023]以上描述不应被视为对澳大利亚或其他地方的公知常识的承认。
[0024]本公开内容的概述
[0025]本专利技术基于以下认识：非回收焦炉的改进的形式，即用于铁矿石和生物质的原则上类似于非回收焦炉的炉，可以提供在批次基础上加热和还原矿石
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生物质的有效方式。
[0026]本专利技术还基于以下认识：非回收焦炉的改进的形式可以用于2021年3月19日提交的国际申请PCT/AU2021/050252中描述的用于从铁矿石和生物质生产直接还原铁(“DRI”)的方法的修改的形式，该国际申请PCT/AU2021/050252要求以申请人的名义于2020年3月20
日提交的澳大利亚临时申请2020900862的优先权。与该国际申请一起提交的说明书中的公开内容通过交叉引用并入本文。在该国际申请中描述的工艺包括在700℃
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1100℃的温度范围内以10小时
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100小时的批次循环时间(batch cycle time)在批次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在批次循环操作模式下使用批次炉从铁矿石和生物质生产直接还原铁(DRI)的方法，所述批次炉诸如被配置为在原理上类似于非回收焦炉的批次炉，其中所述炉具有多于一个单独的批次炉，其中每个批次炉具有由具有热质量的耐火材料衬里的壁和底板界定的室、以及多于一个燃烧器，并且其中所述炉室具有共享的燃料气体和废气排出口，其中所述方法包括在至少一个批次炉中的以下步骤：a)将一批次的铁矿石和生物质的复合物装入到所述批次炉室中；b)通过来自(i)所述炉室的衬里的热质量和(ii)在所述炉室中的至少一个富氧燃烧器的火焰中在所述炉室的顶部空间中燃烧来自至少一个其他炉室的燃料气体的热量的组合来加热每个炉室中的装入的铁矿石和生物质，并且至少部分地还原所述铁矿石并形成DRI，以及通过所述炉室的壁和底板中的通道从所述炉室排出气体并进一步燃烧排出的气体中的可燃气体，并且在所述气体移动通过所述通道时将热量传递到所述炉室的所述壁和所述底板，并且从而有助于非回收炉的热质量和向所述炉室的热传递；c)在达到第一预定的触发点时，从所述炉室排出至少一部分气体，而不使所述气体穿过所述炉室的所述底板中的通道，并且在其他批次炉室中的后续燃烧加热中使用所述气体作为燃料气体；和d)在达到所述批次炉中的第二预定的触发点时，在步骤c)中停止从所述炉室排出气体并重新开始步骤b)；以及e)在所述批次循环结束时从所述炉室排出DRI。2.根据权利要求1所述的方法，包括通过烟气系统将气体从所述通道排出到大气中。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中步骤c)包括从所述炉室排出至少一部分所述气体，而不使所述气体穿过所述炉室的所述壁和所述底板中的通道，并且在其他批次炉室中的后续燃烧加热中使用所述气体作为燃料气体。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤b)包括用标称冷的氧气
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空气混合物操作所述富氧燃烧器，所述标称冷的氧气
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空气混合物在空气
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氧气混合物中具有最少25％的氧气(作为混合的流计算，而不管空气和氧气是否(a)实际上预混合或(b)作为两个单独的流独立地进料到气体燃烧器)。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤a)中装入到所述批次炉中的所述批次的所述铁矿石和生物质的复合物包括以所述批次的总重量的湿基(按装料原样)的按重量计20％
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50％的生物质。6.根据权利要求5所述的方法，其中在步骤a)中装入到所述批次炉中的所述批次的所述铁矿石和生物质的复合物的余量包括(i)铁矿石和(ii)熔剂/粘结剂材料以及(iii)任选地碳质材料，所述碳质材料可以是以所述批次的总重量的按重量计&lt;5％的量的煤或预烧焦的生物质。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤a)中装入到所述批次炉中的所述批次的铁矿石和生物质的复合物包括以所述批次的总重量的湿基(按装料原样)的按重量计30％
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40％。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗德尼，
申请(专利权)人：技术资源有限公司，
类型：发明
国别省市：