[发明专利]采用扩展偏流器锥体的直接还原工艺和竖炉

说明书

用于由设置在其中的含铁球粒或团块和还原性气体制备金属直接还原铁(DRI)的竖炉，所述竖炉包括：限定顶部内部还原区、中部内部过渡区和底部内部冷却区的周围外壁，其中在所述含铁球粒或团块向下行进通过所述顶部内部还原区、所述中部内部过渡区和所述底部内部冷却区的同时所述含铁球粒或团块遭遇向上流动的还原性气体和一种或多种其他气体；和沿着所述周围外壁的中线设置的偏流器，所述偏流器包括与设置在由所述周围外壁限定的底部冷却区中的向下凸出的下锥形部分相连的、设置在由所述周围外壁限定的中部过渡区中的向上凸出的上锥形部分。

相关申请的交叉引用

本专利申请/专利要求2016年11月3日提交的名称为“采用扩展偏流器锥体的直接还原工艺和竖炉”的共同待审的美国临时专利申请号62/416,863的优先权，其内容通过引用完整地结合在本文中。

发明领域

本发明总体上涉及用于铁的直接还原(DR)的新型工艺和竖炉。更具体地，本发明涉及用于采用扩展偏流器锥体和/或其他内部机构直接还原铁的新型工艺和竖炉，其有利于炉料(burden)/产物一致性，特别是在竖炉的中部和下部中，这提供了冷直接还原铁(CDRI)、热直接还原铁(HDRI)和热压铁块(hot briquetted iron，HBI)的更好制备。

发明背景

存在多种常规的用于由铁矿石制备直接还原铁(DRI)的工艺，包括工艺(Midrex)、工艺(HYL)和工艺(MME)。就所有这些常规工艺来说，工艺将氧化铁球粒(pellet)或团块(lump)通过在竖炉/反应器内在较低温度暴露于还原性气体而转化为金属铁。还原性气体由氢气和一氧化碳组成，并且主要在外部重整器如催化重整器中制备。还原性气体在竖炉中向上流动并且暴露于下降的氧化铁，将其加热至还原温度。该工艺可以用于制备CDRI、HDRI和/或HBI。

引用MME的叙述，工艺的最显著特征是：

-采用不间断的还原性气体流用于从氧化铁进料中去除氧和用于对还原铁进行渗碳的连续系统。

-通过将顶部气体从竖炉再循环到工艺中的最小燃料消耗。

-专门设计的气体重整系统，其使用在氧化铁还原期间产生的二氧化碳和蒸汽用于在不形成烟灰的情况下催化转化天然气。这消除了用于部分氧化甲烷的外部氧源的必要性。

-特殊的特征是对由来自烟道气的废热制备的蒸汽百分比的控制。

-通过预热主空气、天然气和进料气体的最大热回收，以及通过烟道气制备蒸汽。

再次，引用MME的叙述，用于工艺的设备包括“新型”竖炉和重整器：

-竖式金属化炉采用最高已知效率的连续过程流。在炉内，球粒凭借重力下降，并且将会通过与还原区中的还原性气体的直接逆流接触而金属化。

-在竖炉中，凭借重力将氧化铁物料从装料斗中经过动态气体密封件进料到分配管中，所述分配管将该物料进料到还原炉中。氧化物分配管专门设计用于递送在周边上和在中央处的物料，由此保持物料在炉中的均匀分布，并且用于增大还原区体积。向装料斗的进料速率受产物从炉底部的排出速率控制。

-将竖炉分为三个具有单独的气体系统的区域，即用于还原的上部区，用于渗碳和原位重整的过渡区，和用于冷却的下部区。

-还原区专门设计用于提高效率，以消除细粉生成并且注意在还原过程期间的球粒的悬料(swelling)。在还原区底部处以两级安装的促动(bustle)端口具有特殊的形状以使气体更好地渗透到炉料以及用于更好的可维护性。顶部气体排出(offtake)的位置减少细粉携带(carry over)并且提高高度/直径比。

-通过在还原区的底部周边附近以两级布置的一系列端口将含有在受控的温度和比率下的氢气和一氧化碳的重整气体引入到下降的炉料中。如果需要的话，促动气体的组成和温度可以独立地调整。