[发明专利]用于生产金属或合金的能量有效的集成方法

说明书

本发明涉及用于生产金属或合金的能量有效的集成方法。本发明描述了通过在电还原反应器中碳热还原矿物和矿石来能量有效地生产金属和合金的方法，所述方法包括至少下列步骤：‑将含有木材的材料输送到至少一个用于生产木炭的热解步骤；‑将所述生产的木炭，可能的其它含碳还原材料，以及含金属原材料输送到至少一个用于生产金属或合金的反应器；‑将来自所述至少一个热解步骤的废气和来自所述至少一个反应器的废气输送到至少一个能量回收步骤。

本申请是申请号为201580066738.0母案的分案申请。该母案的申请日为2015年12月8日；发明名称为“用于生产金属或合金的能量有效的集成方法”。

技术领域

本发明涉及用于生产金属和合金的能量有效的方法，且更特别涉及用于生产硅和硅铁的能量有效的方法。

背景技术

许多金属和合金在电熔炼炉中通过碳热还原来生产。此类金属和合金的实例是硅和硅铁、锰铁、镍铁、铬铁、磷铁、钒铁和生铁。这些方法需要大量的电能以便将矿石还原成金属和合金。在大多数国家，熔炼炉中消耗的电主要通过燃烧化石碳材料来产生，导致大量CO₂排放。

上述方法中使用的还原材料是煤、焦炭、木炭和木屑。在还原过程中，这些还原材料中主要部分的碳将与矿石中的金属氧化物反应，但是较小部分直接与环境空气反应。两种反应均排放CO₂。使用化石碳材料如焦炭和煤(这是目前主要的还原材料来源)导致大气CO₂浓度的净增长。但是，如果排放被结合等份额CO₂的新的生物材料的生长所平衡，由生物材料来源(如木炭和木屑)释放的CO₂可以被认为是碳中和的。人口增长和全球变暖对国际社会施加压力以提高资源效率和减少CO₂排放。

目前，在通常过于简单化的窑炉或设计不复杂的甑中通过缓慢热解或碳化来进行木炭的生产。该热解设施通常远离用于碳热生产金属和合金的设备(plant)定位。此外，由于部分或不完全燃烧，木炭生产不是非常能量有效的，并具有大量有害颗粒和含PAH(多环芳烃)气体的排放。此外，小型木炭生产场地的广泛分布在经济上使得无法清洁来自木炭窑炉的废气。

从来自用于金属与合金的电熔炼炉的废气中回收能量是已知的。但是，可以通过现有能量回收系统回收的能量的量是有限的。例如对于常规碳热法硅炉，可以在能量回收系统中回收的电能的量将在供应至该炉的电能的10-35%范围内。

因此需要改善用于生产金属和合金的碳热还原过程的能量效率，并同时减少来自化石碳还原材料的CO₂排放。

发明内容

由本发明已经发现，通过结合木炭生产与用于金属和合金的碳热还原的反应器，使用木炭作为至少大部分的供应至碳热反应器的还原材料，并将来自木炭热解的废气和来自碳热还原反应器的废气输送至能量回收步骤，可能以明显高于通过常规碳热反应器能量回收系统所获得的量以蒸汽、热液体或电能形式回收能量。例如当仅使用木炭作为还原材料结合封闭式碳热反应器用于硅生产时，可能回收比供应至碳热反应器的电能更多的能量。

此外，来自化石碳还原材料的CO₂排放将直接正比于碳热反应器中所用木炭分数而降低。

本发明由此提供了通过在电还原反应器中碳热还原矿物(mineral)和矿石(ore)来能量有效地生产金属和合金的方法，所述方法包括至少下列步骤：

- 将含有木材的材料输送到至少一个用于生产木炭的热解步骤；

- 将所述生产的木炭，可能的其它含碳还原材料，以及含金属原材料输送到至少一个用于生产金属或合金的电还原反应器；

- 将来自所述至少一个热解步骤的废气和来自所述至少一个反应器的废气输送到至少一个能量回收步骤。