直接还原装置及方法

摘要

本发明系关于一种于流体化床中还原含金属材料之装置，其包括用于容纳流体化床之容器，用于将含金属材料、固态含碳材料、含氧气体、及流体化气体供给至容器中以于容器中形成流体化床之手段。该含氧气体供给手段包括一个或多于一个含氧气体注入引入管，该含氧气体注入引入管包括具有出口之引入管尖端，该引入管尖端系经设置用于将含氧气体以对垂直在正负40度之范围内之向下流动注入至容器中。

主权项

一种于流体化床中还原含金属材料之装置，其包括用于容纳流体化床之容器，用于将含金属材料、固态含碳材料、含氧气体及流体化气体供给至容器中以于容器中形成流体化床之手段，其中，该含氧气体供给手段包括至少一含氧气体注入引入管，该含氧气体注入引入管包括具有出口之引入管尖端，该引入管尖端系经设置用于将含氧气体以对垂直在正负40度之范围内之向下流动注入至容器中，其特征在于该含氧气体注入引入管包括含氧气体之中心管以及位于中心管之外侧用于注入遮蔽气体的通道。如申请专利范围第1项之装置，其中，该引入管尖端系经设置用于将含氧气体以对垂直在正负15度之范围内之向下流动注入至容器中。如申请专利范围第1或2项之装置，其中，该引入管尖端系方向向下。如申请专利范围第1项之装置，其中，该含氧气体注入引入管系经水冷却。如申请专利范围第4项之装置，其中，至少该引入管尖端包括外部水冷却夹套。如申请专利范围第1项之装置，其中，该用于注入遮蔽气体之通道系在横截面中之环形区域。如申请专利范围第6项之装置，其中，该横截面中之环形区域系位于中心管与外部水冷却夹套之间。如申请专利范围第1项之装置，其中，该中心管之下端系相对于外部水冷却夹套之下端凹入。如申请专利范围第5至7项中任一项之装置，其中，该中心管具有自管之内表面延伸至外表面的切面。如申请专利范围第1项之装置，其中，该引入管系经设置成使该引入管尖端系位在远离容器侧壁之容器的中心区域中。如申请专利范围第1项之装置，其中，该引入管系向下延伸通过容器之顶端壁。如申请专利范围第11项之装置，其中，该引入管系垂直向下延伸通过容器之顶端壁。如申请专利范围第1项之装置，其中，该引入管系先延伸通过容器侧壁，然后再向下延伸。如申请专利范围第1项之装置，其中，该引入管系先水平延伸通过容器侧壁，然后再向下延伸。一种于容器中于流体化床中还原含金属材料之方法，其包括将含金属材料、固态含碳材料、含氧气体及流体化气体供给至流体化床中及于容器中维持流体化床，使容器中之含金属材料至少部分还原，及将包含该至少经部分还原之含金属材料之产物流自容器排出及分离出气流，以及经由一个或多于一个引入管将含氧气体以对垂直在正负40度之范围内之向下流动注入至容器中，其特征在于此方法包括注入氮及/或蒸汽及/或其他适当的遮蔽气体及遮蔽引入管尖端之下端。如申请专利范围第15项之方法，其中，该方法包括经由具有设置于容器侧壁内侧之方向向下之引入管尖端的引入管将含氧气体注入至容器中之中心区域中。如申请专利范围第16项之方法，其中，该方法包括以水冷却引入管尖端。如申请专利范围第15至17项中任一项之方法，其中，该方法包括以足够的速度注入含氧气体，而于引入管尖端之区域中形成实质上无固体区。如申请专利范围第18项之方法，其中，以在50-300米/秒范围内之速度注入该含氧气体。如申请专利范围第15项之方法，其中，将该遮蔽气体以含氧气体速度之至少60%之速度注入至容器中。如申请专利范围第15项之方法，其中，将含金属材料、固态含碳材料、含氧气体及流体化气体供给至流体化床中，及利用(a)含氧气体之向下流动，(b)与含氧气体之向下流动逆流之固体及流体化气体之向上流动，及(c)在固体及流体化气体之向上流动外侧之固体的向下流动维持流体化床。如申请专利范围第15项之方法，其中，还原尺寸小于6毫米之铁矿细粉。如申请专利范围第22项之方法，其中，该细粉在0.1至0.8毫米范围内之平均粒度。如申请专利范围第15项之方法，其中，将包含至少经部分还原之含金属材料之产物流自容器之下段排出。如申请专利范围第15项之方法，其中，该产物流亦包含其他固体，该方法系包括自产物流分离出至少一部分的其他固体，及将分离出之固体送回至容器。如申请专利范围第15项之方法，其中，自出气流分离出夹带固体。如申请专利范围第15项之方法，其中，维持一循环流体化床及将夹带固体送回至容器之下部。如申请专利范围第15项之方法，其中，利用来自容器之出气预热含金属进料。如申请专利范围第15项之方法，其中，在预热步骤之后处理出气，及将至少一部分之经处理出气送回至容器作为流体化气体。如申请专利范围第15项之方法，其中，该出气处理包括下列之一或多者：(a)移除固体，(b)冷却，(c)移除H2O，(d)移除CO2，(e)压缩，及(f)再加热。如申请专利范围第15项之方法，其中，该出气处理包括将固体送回至容器中。如申请专利范围第15项之方法，其中，其系于单一容器中以单段制程进行。如申请专利范围第15项之方法，其中，其系于二或多个容器中以多段制程进行。如申请专利范围第33项之方法，其中，该多段制程包括藉由在第一容器中在流体化床中在固态含碳材料与含氧气体之间之反应产生热的第一段，及于第二容器中于流体化床中还原含金属材料，其中经由来自第一流体化床之热出气及夹带固体流将热部分供给至第二流体化床。如申请专利范围第33或34项之方法，其中，亦将含氧气体供给至第二容器。如申请专利范围第35项之方法，其中，经供给至第二容器之含氧气体的引入系在经控制的条件下进行，以致发生期望之较小经还原矿石颗粒与其他进料颗粒凝聚形成较大经还原矿石颗粒。如申请专利范围第15项之方法，其中，该含氧气体包含至少90体积%之氧。