生物质直接还原铁制造技术

用于在炉中使用生物质作为还原剂源和作为铁矿石的加热源以及使用电磁能量作为另外的加热源从铁矿石生产直接还原铁(DRI)的方法和设备，所述炉具有多于一个区。所述区包括在用于铁矿石和生物质的压块的入口和用于直接还原铁的出口之间的预热区和还原区。所述方法包括(a)在从入口到出口的方向上的铁矿石和生物质的压块与(b)在炉中在相反方向上的可燃气体的逆流运动。体的逆流运动。体的逆流运动。

【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”)的工艺和设备。
[0002]本专利技术特别地，尽管决不排他性地，涉及一种使用具有互连的炉区的炉来连续地生产DRI的方法和设备，其中使用生物质作为还原剂和热源并且使用电磁能作为补充能源以促进进一步的加热和还原。
[0003]例如，这样的DRI在热的时，可以随后在炉中熔化以产生热金属，然后铸造成生铁或在冶金炉中进一步精炼成钢。可选择地，热DRI可以在一对具有对准的凹槽(pocket)的辊之间被压缩以形成热压块铁(HBI)，该热压块铁随后可以作为冷装料被供应到炉。
[0004]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)”被理解为具有至少85％的金属化率(metallisation)。
[0005]术语“金属化率”在本文中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。
[0006]背景
[0007]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。
[0008]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。
[0009]高炉的可选择的方法是通过一氧化碳和来源于天然气或煤的氢气直接还原呈固态的铁矿石。虽然这样的工厂(在印度以外)与高炉相比数量较少，但存在许多用于直接还原铁矿石的工艺。在印度，基于煤的回转窑炉用于生产还被称为海绵铁的DRI(接近DRI的世界产量的20％)，而在其他地方，它们往往是基于气体的竖炉工艺(接近DRI的世界产量的80％)。基于气体的直接还原工厂通常是位于电弧炉(EAF)钢铁厂附近的综合小型钢铁厂的一部分，但一些DRI是从专属直接还原工厂(通常是基于Midrex
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工艺)运输到远程钢铁厂。因为DRI用于电弧炉，所以对DRI中的杂质的水平存在严格的要求，所述杂质诸如脉石和磷，它们是昂贵的且难以在EAF中去除。因此，用于制造DRI的铁矿石通常被压碎并研磨成微米粒度，以实现脉石矿物的去除。这样的精细的材料很难处理(在运输和操作方面两者)。因此，使用水和/或粘合剂使精细的材料团聚以产生紧密设定尺寸的“生”球(
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ball)，“生”球一旦干燥，然后进料到炉中，在炉中“生”球被烧制成硬的粒料(被称为硬化的过程)，然后最终作为进料材料被供应到直接还原工厂(或者有时作为高品质的铁矿石进料材料被供应到高炉，以帮助稀释高炉使用的块状或烧结铁矿石的脉石)。形成粒料的“生”球
Technological University)的名义在AU 2007227635 B2中公开。该专利公开了通过混合包含磁铁矿(Fe3O4)的铁精矿(iron ore concentrate)、已经通过4.75mm筛的木屑、少量粉状物质(flour)并轻微润湿(以实现团聚)而生产的压块(例如，呈粘结球形球的形状)的用途。该专利公开了复合物在处理中在105℃干燥(以提供强度和刚性)。然后将复合物放置在温度超过1375℃的炉(其被电加热)中以进行铁矿石的还原。该专利公开了优选地应当使用细铁矿石颗粒，并且虽然可以使用“直径大至0.25英寸的颗粒”(即，典型的铁矿石细粒的最大尺寸为6.35mm)或更大的颗粒，“但是加工时间将会不必要的长，并且颗粒将不会有助于自身形成为粘附块体(coherent mass)”。
[0019]还考虑了在铁矿石还原过程中应用电磁能量来生产DRI，电磁能量诸如微波(MW)能量和射频(RF)能量，无论是简单地作为加热能量的形式，还是作为提高反应速率或在反应过程的关键时刻提供额外加热的手段。
[0020]在转让给Wollongong Uniadvice Limited的美国专利4,906,290中描述了申请人已知的第一批实验室尝试之一。该专利公开了使包括铁矿石细粉、煤和生石灰的混合物的压块经历微波，直到它们发出红光，并且然后快速地放置在坩埚中，在坩埚中它们被熔化，以生产包含3.8％碳的熔融铁。虽然在该专利中没有公开来自微波的微波产物的检查，但是申请人怀疑很可能产生了DRI。
[0021]在转让给Anglo Operations Limited的US 2009/0324440 A1中阐述了在实验室中将MW能量和/或RF能量两者应用于铁矿石还原的另一种尝试。虽然可能更集中于加工含钛(即，钛铁矿)类型的材料的方法，该材料将首先被预氧化以提高反应性(通过在富氧环境中燃烧包括生物质的任何可用的燃料，以促进这样的氧化)，但它确实公开了在流化床反应器中，在有或没有MW能量或RF能量的存在的情况下，在单独的H2(在400℃和600℃之间的温度)或CO(在600℃和800℃之间的温度)的气氛下还原赤铁矿类型的铁矿石。使用这样的能量的测试显示出提高的反应速率，而没有来自这样的能量的施加的任何显著的额外加热。
[0022]在以申请人的名义的国际申请PCT/AU2017/051163A中描述了另一种提高反应速率或在反应过程中的关键时间提供额外加热以产生DRI的尝试(还是基于实验室的)。该申请描述了用于直接还原呈固态的铁矿石的工艺和设备的专利技术，其中铁矿石碎片和生物质的压块穿过预热室，在预热室中它们达到至少400℃，然后进入处于缺氧条件下的加热/还原室，该加热/还原室使用生物质作为还原剂并使用电磁能量作为能量源。国际申请中的公开内容通过交叉引用并入本文。
[0023]因此，多种实验室规模的研究已经表明，与生物质混合并在小的炉中加热的铁矿石可以以比从第一原理预期的方式看起来(表面上)稍微更好的方式生产DRI。同样，在这样的铁矿石还原工艺中使用电磁能量已经被证明是有利的。技术挑战仍然是如何大规模高效地实现这一点。
[0024]申请人已经对国际申请PCT/AU2017/051163A中描述的专利技术进行了进一步的开发工作，以更好地确定如何以有效的方式大规模地实施本专利技术。
[0025]以上论述不应被视为对澳大利亚或其他地方的公知常识的承认。
[0026]公开内容的概述
[0027]本专利技术基于以下认识：用于在炉中使用生物质作为还原剂源和作为铁矿石的加热源以及使用电磁能量作为另外的加热源从铁矿石生产直接还原铁(DRI)的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从铁矿石生产直接还原铁(DRI)的方法，所述方法在炉中使用生物质作为还原剂源和作为铁矿石的加热源以及使用电磁能量作为加热源，所述炉具有多于一个区，所述多于一个区包括在用于铁矿石碎片和生物质的压块的入口和用于所述炉中生产的直接还原铁的出口之间的预热区和还原区，所述方法包括(a)在从所述入口到所述出口的方向上的铁矿石碎片和生物质的压块与(b)在所述炉中在相反方向上的可燃气体的逆流运动，其中所述可燃气体包括与压块在所述炉中的运动逆流流向所述预热区的在所述还原区中在缺氧条件下产生的可燃气体，且空气或富氧空气进料的燃烧器在所述预热区中燃烧可燃气体并产生热量，所述热量在预热的压块运动到所述还原区之前加热所述预热区中的压块。2.一种用于在炉中从铁矿石碎片和生物质的复合物的压块生产直接还原铁(DRI)典型地连续地生产直接还原铁(DRI)的方法，所述炉包括室和输送机，所述室沿着所述炉的长度在用于铁矿石碎片和生物质的压块的入口和用于直接还原铁的出口之间具有以下区：包括所述入口的进料区、预热区、最终还原区和包括所述出口的排放区；所述输送机可运动穿过这些区，所述方法包括：(a)在所述进料区中将压块进料到所述输送机上；(b)将所述输送机上的压块输送通过所述预热区并加热压块，并且还原压块中的铁矿石，并释放压块中的生物质中的挥发物，其中加热包括通过经由多于一个空气或富氧空气进料的燃烧器在所述预热区的顶部空间中燃烧可燃气体来产生热量，其中所述可燃气体包括在所述炉内产生的可燃气体；和(c)将所述输送机上的经加热的压块从所述预热区输送通过所述最终还原区，其中所述最终还原区为缺氧环境，并向所述最终还原区中供应电磁能量，诸如微波能量，并且加热压块并还原压块中的铁矿石并形成DRI；(d)使在所述最终还原区中产生的气体与所述输送机上的压块穿过所述炉的运动方向逆流流动；以及(e)将所述输送机上的DRI输送到所述排放区所述出口处，并从所述排放区排放DRI。3.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(a)包括在所述输送机上形成相对均匀的压块床。4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，包括在步骤(b)中通过在多于一个燃烧器中燃烧可燃气体来产生热量，所述可燃气体包括在所述炉内产生的可燃气体，所述多于一个燃烧器沿着所述炉的所述预热区的所述顶部空间的长度间隔开。5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，包括在步骤(b)中通过在多于一个燃烧器中燃烧可燃气体来产生热量，所述多于一个燃烧器跨所述炉的所述预热区的宽度间隔开。6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，包括在步骤(b)中调节进料到每个燃烧器的空气或富氧空气的量，以补偿在所述预热区的所述顶部空间中可燃气体的变化。7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，包括在步骤(b)中将预热的空气或预热的富氧空气供应到所述燃烧器。8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其中压块中生物质的质量百分比为按湿基(按装料原样)重量计20％
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45％。9.根据权利要求8所述的方法，其中压块的组成的余量是(a)铁矿石碎片，(b)任选地熔
剂/粘合剂材料和(c)以压块的总重量的按重量计<5％的量的任选地另外的碳质材料，所述另外的碳质材料可以是煤或预烧焦的生物质。10.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其中压块中生物质的质量百分比为按湿基(按装料原样)重量计30％
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45％。11.根据权利要求2至10中任一项所述的方法，包括控制所述方法，使得当压块离开所述预热区并进入所述最终还原区时，压块的整体温度为至少500℃。12.根据权利要求2至11中任一项所述的方法，其中步骤(c)包括在所述最终还原区中将压块电磁能量加热至少250℃。13.根据权利要求2至12中任一项所述的方法，包括在所述预热区中将所述压块中的生物质中的挥发物的至少90％作为气体释放。14.根据权利要求2至13中任一项所述的方法，其中步骤(d)包括在所述最终还原区中产生与在所述预热区中的气体压力相比更高的气体压力，并且从而使在所述最终还原区中产生的气体与所述输送机上的压块穿过所述炉的运动方向逆流流动。15.根据权利要求14所述的方法，包括在所述最终还原区中产生较高...

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