本发明涉及炼铁方法和相关联的炼铁设备。
背景技术：
1、在高炉中，常规地通过借助于还原气体(特别地包含co、h2和n2)对铁氧化物进行还原来实现含铁炉料(烧结矿、球团矿和铁矿石)向铸铁或热金属的转化，还原气体通过在位于高炉的底部部分中的风口处部分燃烧的焦炭和最终的辅助还原剂而形成，在风口处注射预热至在1000℃与1300℃之间的温度的空气，其称为热风。
2、可以在风口处注射以提高产生率并降低成本的辅助还原剂可以是与热风的富氧相结合的呈粉状形式的煤、燃油、天然气或其他燃料。
3、在高炉的上部部分中回收的、被称为顶部气体的气体主要由对应比例为20％v至28％v、17％v至25％v、1％v至5％v和48％v至55％v的co、co2、h2和n2组成。尽管在其他设备比如发电设备中，这些气体部分地作为燃料使用，但是高炉一直是co2的重要产生者。
4、鉴于自上世纪初以来大气中的co2浓度显著增加以及随之而来的温室效应，在大量产生co2的地方、并且因此特别是在高炉处，减少co2的排放是至关重要的。
5、为此目的，在最近的50年期间，高炉中的还原剂的消耗已经减少了一半，使得目前在常规构型的高炉中，碳的消耗已经达到与热力学定律相关的低限度。
6、考虑到进一步减少这种碳基还原剂的消耗并因此减少高炉炼铁生产的二氧化碳足迹，一种解决方案是捕获顶部气体，去除二氧化碳并将顶部气体重新注射到高炉竖炉中，该高炉竖炉是高于热风的通常风口注射水平高度的水平高度。然而，根据进行的大量计算和试验，与常规高炉(没有顶部气体回收)中的生产相比，利用该解决方案，还原剂消耗的减少保持在30％以下。就全球co2足迹而言，这表示排放的co2按体积计减少了不到20％。
7、因此，需要一种允许显著降低高炉中的碳基还原剂消耗的炼铁方法。
技术实现思路
1、该问题通过根据本发明的方法来解决，其中，热金属是在至少一个高炉中生产的，该高炉包括至少两个气体注射水平高度并在工作时排出高炉顶部气体，该方法至少包括下述步骤：将含铁炉料和第一碳基还原剂装填到高炉中；在第一水平高度处注射温度高于或等于1000℃的热风，所述热风包含氧气；对高炉顶部气体进行回收；从高炉顶部气体中提取氢气，以产生包含大于90％v的氢气的富h2流以及贫h2流；将富h2流在第二气体注射水平高度处注射到高炉中。
2、本发明的方法还可以包括单独考虑或根据所有可能的技术组合考虑的以下可选特征：
3、-第一碳基还原剂包括焦炭，
4、-第一碳基还原剂包括非化石碳还原剂，
5、-热风还包括至少一种第二碳基还原剂，
6、-第二碳基还原剂包括非化石碳还原剂，
7、-氢气产生步骤中产生的氢气在富h2流注射到高炉中之前添加至富h2流，
8、-氢气产生步骤是产生氢气和氧气的水分解步骤，
9、-热风包含在水分解步骤中产生的氧气，
10、-水分解步骤是电解反应，
11、-电解反应由可再生能源供电，
12、-富h2流在750℃至1100℃的温度下注射到高炉中，
13、-每生产一吨热金属要向高炉中注射200nm3至700nm3的氢气，
14、-注射到高炉中的按体积计多于50％以上的氢气是从高炉顶部气体中提取的氢气，
15、-从直接还原铁生产步骤的还原反应顶部气体中提取的氢气在富h2流注射到高炉中之前添加至富h2流。
16、本发明还涉及一种设备网络，该设备网络包括：至少一个高炉，该高炉生产热金属并排出高炉顶部气体，所述高炉包括第一气体注射器件和第二气体注射器件，第一气体注射器件和第二气体注射器件分别位于高炉的高度上的两个不同水平高度处，第一注射器件被设计成将温度高于或等于1000℃的热风注射到高炉中，所述热风包含氧气；气体回收及处理装置，该气体回收及处理装置能够捕获高炉顶部气体并从所述高炉顶部气体中提取氢气，以产生富h2流和贫h2流，第二注射器件被设计成将富h2流注射到高炉中。
17、根据本发明的设备网络还可以包括单独考虑或根据所有可能的技术组合考虑的以下可选的特征：
18、-该设备还包括氢气产生设备和氢气气体管线，该氢气气体管线允许将氢气产生设备中产生的氢气在富h2流通过第二注射器件注射到高炉中之前与富h2流混合，
19、-氢气产生设备是产生氢气和氧气的水分解设备，
20、-该设备还包括氧气气体管线，该氧气气体管线允许将所产生的氧气在热风通过第一注射器件注射到高炉中之前随热风一起注射，
21、-该设备还包括下述各者：直接还原炉，该直接还原炉产生直接还原铁和还原反应顶部气体；第二气体回收及处理装置，该第二气体回收及处理装置能够捕获还原反应顶部气体并从所述还原反应顶部气体中提取氢气，以产生直接还原反应h2流；混合器件，该混合器件允许将所述直接还原反应h2流在富h2流注射到高炉之前与富h2流混合。
1.一种用以在至少一个高炉(1)中生产热金属(2)的方法，所述高炉(1)包括至少两个气体注射水平高度(3a，3b)并且在工作时排出高炉顶部气体(10)，所述方法至少包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一碳基还原剂(5)包括焦炭。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一碳基还原剂(5)包括非化石碳还原剂。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在步骤b中，所述热风(11)还包括至少一种第二碳基还原剂(7)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二碳基还原剂(7)包括非化石碳还原剂。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，氢气产生步骤中产生的氢气(21)在所述富h2流(13)注射到所述高炉(1)中之前添加至所述富h2流(13)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述氢气产生步骤是产生氢气(21)和氧气(22)的水分解步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述热风(11)包含在所述水分解步骤中产生的氧气(22)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述水分解步骤是电解反应。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电解反应由可再生能源供电。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述富h2流(13)在750℃至1100℃的温度下注射到所述高炉(1)中。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，每生产一吨热金属，向所述高炉中注射200nm3至700nm3的氢气。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，注射到所述高炉(1)中的按体积计多于50％的氢气是从所述高炉顶部气体(10)中提取的氢气。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，从直接还原铁生产步骤的还原反应顶部气体(44)中提取的氢气(45)在所述富h2流(13)注射到所述高炉(1)中之前添加至所述富h2流(13)。
15.一种炼铁生产设备，包括：
16.根据权利要求13所述的炼铁生产设备，还包括氢气产生设备(20)和氢气气体管线，所述氢气气体管线允许将所述氢气产生设备(30)中产生的氢气(21)在所述富h2流(13)通过所述第二气体注射器件(3b)注射到所述高炉(1)中之前与所述富h2流(13)混合。
17.根据权利要求16所述的炼铁生产设备，其中，所述氢气产生设备(20)是产生氢气和氧气的水分解设备。
18.根据权利要求17所述的炼铁生产设备，还包括氧气气体管线(22)，所述氧气气体管线(22)允许将所产生的氧气在所述热风(11)通过所述第一气体注射器件(3a)注射到所述高炉(1)中之前随所述热风(11)一起注射。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的炼铁生产设备，还包括：
