專利名稱：煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用煤制備還原氣并進(jìn)行還原冶金的技術(shù)，尤其涉及一種煤制還原氣氣 基豎爐直接還原冶金方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自從1735年英國人亞 德爾比發(fā)明了煤炭煉焦的方法，采用焦炭的冶煉方法(如高 爐)已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，達(dá)到了空前完善的程度。焦炭冶煉方法嚴(yán)重依賴于焦煤，隨 著焦煤資源的枯竭，焦煤冶金工藝面臨困境，開發(fā)和采用非焦煤煉鐵工藝已迫在眉睫。
非焦煤冶金工藝是指不使用焦炭進(jìn)行冶金生產(chǎn)的各種工藝方法，分為直接還原法和熔 融還原法兩大類別。其中，直接還原法為非焦煤冶金的主流。直接還原法有氣基和煤基兩 種。在所有氣基直接還原冶金工藝中，多數(shù)通過天然氣獲得還原氣及能源。受天然氣資源 的限制，氣基直接還原冶金工藝成本高，不適合中國國情。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工藝成本低的煤制還原氣氣基豎爐直接還原 冶金方法及系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
本發(fā)明的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金方法，包括步驟-
A、 用煤制備還原氣，所述還原氣的主要成分為C0和H2;
B、 利用所述還原氣與鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)。
本發(fā)明的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金系統(tǒng)，包括煤制還原氣系統(tǒng)和豎爐直接還 原冶金系統(tǒng)，
所述煤制還原氣系統(tǒng)將煤制成以C0和H2為主要成分的還原氣，并將所述還原氣輸送給 豎爐直接還原冶金系統(tǒng)；
所述豎爐直接還原冶金系統(tǒng)利用所述煤制還原氣系統(tǒng)輸送給的還原氣與鐵礦石進(jìn)行還 原反應(yīng)。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的煤制還原氣氣基豎爐直接還原
冶金方法及系統(tǒng)，由于通過煤制還原氣系統(tǒng)用煤制備主要成分為C0和H2的還原氣，并通過 直接還原冶金系統(tǒng)利用所述還原氣與鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工藝成本低。


圖l為本發(fā)明中煤制還原氣系統(tǒng)的工藝流程圖； 圖2為本發(fā)明中還原冶金系統(tǒng)的原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金方法及系統(tǒng)，其較佳的具體實施方式
包
括
步驟l、用煤制備還原氣，所述還原氣的主要成分為C0和H2，還原氣中H2與C0的體積比 一般為1.0 3.0，根據(jù)工藝需要也可以是其它的比例。 步驟2、利用所述還原氣與鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)。 如圖1所示，所述的步驟l包括 步驟ll、將煤與水的混合物磨細(xì)制成水煤漿；
步驟12、對所述水煤漿進(jìn)行氣化處理將所述水煤漿與氧在高溫、高壓下進(jìn)行混合燃 燒和氧化反應(yīng)，得到含有C0和H2的粗煤氣；
步驟13、對所述粗煤氣進(jìn)行凈化處理將所述粗煤氣進(jìn)行脫塵、脫碳、脫硫等處理，
使C0和H2的含量比及總含量符合預(yù)定的要求，得到所述還原氣。
在所述的步驟l中，不限于將煤制成水煤漿的形式，也可以是煤粉、煤塊或工藝需要 的其它的狀態(tài)。煤與氧混合燃燒和氧化反應(yīng)也不限于在高溫、高壓下進(jìn)行，可以根據(jù)工藝 的需要選擇反應(yīng)的溫度和壓力。
如圖2所示，所述的步驟2包括
步驟21、還原流程所述還原氣經(jīng)預(yù)熱后與鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)，即C0和H2與氧化鐵
反應(yīng)生成直接還原鐵。
步驟22、冷卻流程未經(jīng)預(yù)熱的還原氣對所述直接還原鐵進(jìn)行冷卻，同時產(chǎn)生部分直
接還原鐵的滲碳反應(yīng)。
本發(fā)明的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金方法及系統(tǒng)，包括煤制還原氣系統(tǒng)和直接 還原冶金系統(tǒng)，
所述煤制還原氣系統(tǒng)將煤制成以C0和H2為主要成分的還原氣，并將所述還原氣輸送給 豎爐直接還原冶金系統(tǒng)；
所述豎爐直接還原冶金系統(tǒng)利用所述煤制還原氣系統(tǒng)輸送給的還原氣與鐵礦石進(jìn)行還
原反應(yīng)。
如圖1所示，所述煤制還原氣系統(tǒng)包括
水煤漿制備單元用于將煤與水的混合物磨細(xì)制成水煤漿；
氣化單元用于高溫、高壓下對所述水煤漿進(jìn)行氣化處理，得到含有C0和H2的粗煤
氣；
凈化單元用于對所述粗煤氣進(jìn)行凈化處理，得到C0和H2的含量比及總含量符合預(yù)定 要求的還原氣。
所述的凈化單元包括除塵裝置、CO與H/變換裝置；二氧化碳及二氧化硫、硫化氫等 硫化物脫除裝置等。
如圖2所示，所述直接還原冶金系統(tǒng)包括還原氣供給單元、還原單元和冷卻單元，所 述還原單元包括直接還原豎爐、還原氣增濕器和還原氣加熱器，所述直接還原豎爐包括還 原帶和冷卻帶，
所述加熱器用于加熱部分還原氣，以提高還原氣的反應(yīng)活性、維持豎爐內(nèi)還原反應(yīng)所 需的工藝溫度。
所述的還原單元還包括煙氣換熱器、煙氣洗滌器、工藝氣壓縮機(jī)、C02吸收器、增濕器 和加熱器。還原反應(yīng)后生成的煙氣及部分未反應(yīng)的還原氣從還原豎爐的上部排出，并依次
經(jīng)過所述煙氣換熱器、煙氣洗滌器、工藝氣壓縮機(jī)、C02吸收器、增濕器和加熱器進(jìn)行處理
后，再次參與還原反應(yīng)。
所述還原冶金系統(tǒng)還包括冷卻單元，所述還原氣中另一部分，直接進(jìn)入所述冷卻帶， 對爐內(nèi)還原出的直接還原鐵進(jìn)行冷卻，并產(chǎn)生部分直接還原鐵的滲碳反應(yīng)。所述冷卻單元 包括冷卻氣體補(bǔ)給裝置、冷卻氣體洗滌器、冷卻氣體壓縮機(jī)，從所述冷卻帶排出的氣體依 次經(jīng)過冷卻氣體洗滌器、冷卻氣體壓縮機(jī)進(jìn)行處理后，再次參與冷卻流程。
下面以具體實施例對本發(fā)明的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金方法及系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)
的描述
用煤制備還原氣的方法及系統(tǒng)主要包括以下工藝流程及設(shè)備 1.1空分
空氣經(jīng)過空氣過濾器，除去灰塵和其它顆粒雜質(zhì)后進(jìn)入主空壓機(jī)，經(jīng)過多級壓縮后進(jìn) 入空冷塔中冷卻，以盡可能減少空氣中水含量從而降低吸附器的工作負(fù)荷?？绽渌喜康?冷凍水在水冷塔中利用干燥的出塔廢氮氣進(jìn)行冷卻后經(jīng)過氨蒸發(fā)器進(jìn)一步冷卻，然后再進(jìn) 入空冷塔上部冷卻空氣。由空冷塔來的空氣進(jìn)入分子篩吸附器，吸附空氣中的水份、C02和 碳?xì)浠衔铩膳_分子篩吸附器一臺工作，另一臺被蒸汽加熱的廢氣再生。出吸附器的空 氣經(jīng)過濾后分為兩股， 一股直接進(jìn)入壓力氮換^器冷卻后進(jìn)入下塔。另一股空氣首先經(jīng)過
空氣增壓機(jī)壓縮后再分為二路， 一路進(jìn)入主換熱器被返流氣冷卻，然后經(jīng)膨脹機(jī)膨脹后進(jìn) 入下塔；另一路空氣經(jīng)過增壓透平膨脹機(jī)的增壓側(cè)增壓后，經(jīng)高壓氧換熱器被蒸發(fā)的產(chǎn) 品一一氧氣冷卻后節(jié)流進(jìn)下塔。
潔凈并被返流氣體冷卻的空氣進(jìn)入下塔后開始進(jìn)行分離，進(jìn)入下塔底部的空氣穿過塔 板并與塔板上的回流液進(jìn)行熱質(zhì)交換，在下塔上部得到純氮氣，在塔釜得到富氧液空。下 塔頂部除抽出的部分壓力氮氣復(fù)熱后作為產(chǎn)品送出裝置，其余純氮進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器的冷凝 側(cè)，在那里氮氣通過將上塔底部的液氧蒸發(fā)放出熱量，自身得到冷凝并主要作為下塔回流 液。其中部分液氮經(jīng)液氮泵加壓后在換熱器中被正流高壓空氣汽化后作為產(chǎn)品送出裝置。
另從下塔中部抽出一股污液氮，在過冷器中被過冷，并經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入上塔頂部作為上 塔的回流液。從下塔的塔釜抽出的富氧液空經(jīng)過過冷，節(jié)流后送入上塔作為上塔回流液。 氧產(chǎn)品最終在上塔精餾產(chǎn)生。高純度的液氧從上塔底部抽出經(jīng)液氧泵加壓后送至高壓氧換 熱器中，被正流高壓空氣汽化并復(fù)熱，汽化的氧氣作為產(chǎn)品氣送出裝置。
廢氮從上塔上部抽出，首先在過冷器中被純液氮、污液氮和富氧液空復(fù)熱，然后進(jìn)入 換熱器中復(fù)熱后出冷箱。 一部分作為純化系統(tǒng)的再生氣，其余部分作為冷水塔的冷源。
1.2原料儲運
原料煤火車進(jìn)廠，經(jīng)解凍處理(冬季)后，在卸車站臺，由螺旋卸車機(jī)將原料煤卸入 受料槽中，由受料槽下地皮帶運走，通過膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運并計量，將原料煤送到貯煤場堆 放(需要時，也可將原料煤直接送篩分、破碎系統(tǒng))。
貯煤場由抓斗起重機(jī)和推土機(jī)承擔(dān)原料煤的倒運。抓斗起重機(jī)負(fù)責(zé)抓取原料煤，通過 加料斗進(jìn)入輸送系統(tǒng)。經(jīng)兩級篩分、破碎、倒運后，送至磨機(jī)前貯煤倉待用。
石灰石粉由槽車運來，直接送至磨機(jī)前貯倉待用。
磨機(jī)前貯倉中原料煤和石灰石粉(低灰熔點煤不加)，按配比經(jīng)計量后送入磨機(jī)。 1.3煤漿制備工藝流程
由煤運系統(tǒng)送來的原料煤(干)送至煤貯斗，經(jīng)稱重給料機(jī)控制輸送量送入棒磨機(jī)， 加入一定量的水，物料在棒磨機(jī)中進(jìn)行濕法磨煤。為控制煤漿粘度及保持煤漿的穩(wěn)定性可 加入適當(dāng)?shù)奶砑觿粸檎{(diào)整煤漿的pH值，加入堿液或氨水。共磨制漿達(dá)到要求的粒度分 布，制得的料漿濃度約為60 65%。磨機(jī)溢流出的料漿經(jīng)圓筒篩除去大顆粒后，依靠重力 流入磨機(jī)出料槽，磨機(jī)出料槽攪拌器使料漿均化并保持懸浮狀態(tài)。料漿再通過磨煤機(jī)出料 槽泵送入氣化系統(tǒng)的煤漿槽供氣化用。
制漿用水由制漿水泵將水由制漿水槽經(jīng)計量后送入磨機(jī)。制漿用水來自灰水處理單 元，以實現(xiàn)水循環(huán)運用，并降低水處理成本。真余部分根據(jù)需要，用原水補(bǔ)充。
1.4氣化
在本工段，煤漿與氧進(jìn)行部分氧化反應(yīng)制得粗還原氣。
煤漿由煤漿槽經(jīng)煤漿加壓泵加壓后連同空分送來的高壓氧通過燒嘴進(jìn)入氣化爐，在氣 化爐中煤漿與氧發(fā)生如下主要反應(yīng)
<formula>formula see original document page 8</formula>
反應(yīng)在2. 0 6. 0MPa (G) 、 1200 150(TC下進(jìn)行。氣化反應(yīng)在氣化爐反應(yīng)段瞬間完 成，生成由CO、 H2、 C02、 H20和少量CH4、 H2S等氣體組成的粗煤氣。氣化原料中少量未轉(zhuǎn)化 組分和由部分灰分形成的液態(tài)熔渣與粗煤氣、細(xì)灰顆粒一起并流進(jìn)入氣化爐下部的激冷 室。
激冷水由激冷水泵進(jìn)入位于激冷室下降管頂端的激冷環(huán)，并沿下降管內(nèi)壁向下流入激 冷室。熔渣在水中淬冷固化，并沉入氣化爐底部水浴。粗煤氣與水直接接觸進(jìn)行冷卻后， 大部分細(xì)灰留在水中。經(jīng)冷卻和洗滌后的粗煤氣沿下降管與導(dǎo)氣管之間的環(huán)隙上升，經(jīng)激 冷室上部折流板折流分離出部分粗煤氣中夾帶的水分，從氣化爐旁側(cè)的出氣口引出，送往 文丘里管和洗滌塔。
粗煤氣與來自激冷水泵的水經(jīng)文丘里管混合，細(xì)灰被水完全浸濕，然后經(jīng)洗滌塔下降 管進(jìn)入洗滌塔底部水浴，除去剩余的細(xì)灰，接著經(jīng)下降管和導(dǎo)氣管間的環(huán)隙上升，進(jìn)入洗 滌塔頂部的塔板，通過塔板上方的除沫器將夾帶的水滴分離下來?；旧喜缓?xì)灰的粗煤 氣出洗滌塔送到凈化系統(tǒng)。
沉積在氣化爐激冷室底部的粗渣及其它固體顆粒，通過循環(huán)水流帶入鎖斗。大的渣塊 經(jīng)破渣機(jī)進(jìn)行破碎。從氣化爐排出的大部分灰渣沉降在鎖斗底部，定時排入渣池，由扒渣 機(jī)撈出后裝車外運。從鎖斗頂部抽出較清的水，經(jīng)鎖斗循環(huán)泵循環(huán)進(jìn)入氣化爐激冷室水 浴。
1. 5灰水處理
本工段將氣化來的黑水進(jìn)行渣水分離，處理后的水循環(huán)使用。
從氣化爐和碳洗塔排出的高溫黑水分別進(jìn)入高壓閃蒸器，經(jīng)高壓閃蒸濃縮后的黑水再 經(jīng)真空閃蒸濃縮后由渣池泵送入澄清槽，水中加入絮凝劑使其加速沉淀。澄清槽底部的細(xì) 渣槳經(jīng)泵抽出送往過濾機(jī)給料槽，經(jīng)由過濾機(jī)給料泵加壓后送至真空過濾機(jī)脫水，渣餅由 汽車?yán)鰪S外。
閃蒸出的高壓氣體經(jīng)過灰水加熱器回收熱量之后，通過氣液分離器分離掉酸性氣體，
冷凝液作為洗滌用水。
閃蒸出的低壓氣體直接送至洗滌塔給料槽，澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵 分別送至洗滌塔給料槽、氣化鎖斗、磨煤水槽，少量灰水作為廢水排往廢水處理。 1.6變換及熱回收
來自氣化工段被蒸汽充分飽和的原料氣(3.74 MPa、 214'C左右)，經(jīng)lll氣液分離器 分離液體后，約65%的粗煤氣進(jìn)入原料氣預(yù)熱器管程，被變換爐出來的工藝變換氣預(yù)熱， 溫度由214'C左右升高至305t:左右后進(jìn)入變換爐。變換爐分兩段，上段為預(yù)變換，在爐內(nèi) 氣體發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)
由于一氧化碳變換反應(yīng)是放熱過程，出變換爐的氣體溫度升至463'C、壓力3.64 MPa、含一氧化碳5.45%左右(濕基)，進(jìn)入中壓蒸汽過熱器管程，與變換副產(chǎn)的中壓飽和 蒸汽換熱，溫度降至44(TC左右，然后進(jìn)入原料氣預(yù)熱器殼程與原料氣換熱，溫度降至398 "C左右，再進(jìn)入中壓蒸汽發(fā)生器管程，溫度降至27(TC左右，然后與未參加變換反應(yīng)的35% 左右的粗煤氣匯合，滿足還原氣所需的H2/C0的比例后，進(jìn)入鍋爐給水加熱器殼程，溫度降 至22(TC左右，去NHD再生塔煮沸器進(jìn)行換熱，'然后進(jìn)入2tt氣液分離器，分離工藝?yán)淠?后，氣體進(jìn)入低壓蒸汽發(fā)生器，副產(chǎn)低壓蒸汽(0.35MPa飽和)，溫度進(jìn)一步降低，氣體中 部分水蒸汽冷凝為水，氣液混合物進(jìn)入3S氣液分離器，分離冷凝液后，氣體進(jìn)入脫鹽水預(yù) 熱器管程，加熱工程用脫鹽水，再進(jìn)入水冷卻器用循環(huán)水冷卻至4(TC左右，最后進(jìn)入賴氣 液分離器。
賴氣液分離器的上部加入脫鹽水，用來洗滌氣體中微量的氨，防止產(chǎn)生碳酸氫銨結(jié)晶 堵塞管道及閥門，出4ft氣液分離器的氣體溫度40。C、壓力3.50MPa、 C0 20.32X左右，送至 NHD凈化系統(tǒng)。
1.7脫碳、脫硫
水煤氣經(jīng)NHD脫碳工段的氣一氣換熱器換熱冷卻后進(jìn)入脫硫塔底部，與塔內(nèi)自上而下 的NHD溶液逆流接觸吸收絕大部分H2S及部分S02和C0S，出脫硫塔的粗煤氣(常溫、3.65Mpa 左右)去脫碳塔脫除剩余的C02。
脫硫塔底排出的富液，進(jìn)入脫硫水力透平P收能量、減壓后，進(jìn)入高壓閃蒸槽閃蒸， 該閃蒸氣與脫碳工段的高壓閃蒸氣合并一起進(jìn)入脫碳閃壓機(jī)，升壓后同粗煤氣一起進(jìn)脫硫 系統(tǒng)以回收高壓閃蒸氣中的H2。高壓閃蒸槽液相經(jīng)換熱進(jìn)低壓閃蒸槽閃蒸后液相經(jīng)溶劑再 生塔再生，再生后貧液回脫硫塔循環(huán)使用。低壓閃蒸氣與再生塔頂酸性氣體一起去硫回收 裝置。
自脫硫塔脫除貼及部分S02和C0S的粗煤氣進(jìn)脫碳塔脫除C02。
進(jìn)脫碳塔頂?shù)腘HD貧液溫度為-5'C，在塔內(nèi)吸收C02的過程中，由于C02的溶解熱使溶液
溫度升高，出塔底的NHD富液溫度達(dá)到16.5'C、壓力3.58Mpa左右。富液進(jìn)入水力透平回收 靜壓能，降壓后進(jìn)入脫碳高壓閃蒸槽，部分溶解的C02和大部分H2在此解吸出來。高壓閃蒸 氣和脫硫工段的脫硫閃蒸氣混合后進(jìn)入脫碳閃壓機(jī)，閃蒸氣升壓、冷卻后與粗煤氣混合， 經(jīng)氣-氣換熱器降溫后(常溫、1.3Mpa左右)再去脫硫工段循環(huán)吸收。
脫碳閃蒸糟底部出來的富液自流進(jìn)入氣提塔，溶液與氣提氮氣在填料層內(nèi)逆流接觸， 此時溶液中溶解的C02被氣提出來，排入大氣。從氣提塔底出來的貧液(6.7。C左右)，經(jīng) 脫碳貧液泵提壓并經(jīng)氨蒸發(fā)器冷卻至-5。C左右后進(jìn)入脫碳塔上部循環(huán)使用。
1.8硫回收
酸性氣體經(jīng)氣液分離后，被絡(luò)合鐵脫硫液自吸進(jìn)入吸收塔上部，在噴射器內(nèi)氣液兩相 混合，并不斷的更新接觸面積，氣液兩相進(jìn)入下部分離段，氣相分離液滴后，進(jìn)入填料吸 收塔，經(jīng)噴淋段、填料段吸收硫化氫后，尾氣集中排放。
絡(luò)合鐵脫硫液富液自噴射吸收塔、填料吸收塔底部匯集進(jìn)入富液槽，經(jīng)富液泵打入再 生塔頂部的噴射器，與自吸進(jìn)入噴射器的空氣充分混合，經(jīng)反應(yīng)后進(jìn)入再生塔，在再生塔 內(nèi)進(jìn)一步氧化再生，再生后的貧液從再生塔上部溢流進(jìn)入貧液槽，由貧液泵升壓送入噴射 吸收塔、填料吸收塔循環(huán)吸收。
再生塔內(nèi)析出的元素硫懸浮于再生塔頂部的環(huán)形塔內(nèi)，并溢流進(jìn)入泡沫槽，再由硫泡 沫泵送入硫泡沫槽，經(jīng)離心機(jī)過濾，進(jìn)熔硫釜回收硫磺。 1.9減壓系統(tǒng)
凈化后的煤氣經(jīng)膨脹機(jī)，使氣體壓力由3.65MPa減至0.8Mpa左右，送至循環(huán)水系統(tǒng)， 換熱后供豎爐直接還原工藝使用。膨脹減壓做功帶動機(jī)械設(shè)備可節(jié)約電能1500Kw左右，產(chǎn) 生冷量4. 75MJ/h左右。
經(jīng)減壓后還原氣質(zhì)量達(dá)到如下工藝要求
CO+H2 95.57%
C02 3%
CH4、 Ar、 N2 1.43%
壓力 0.8Mpa
溫度 常溫
利用煤制還原氣與鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)的系統(tǒng)及方法主要包括以下工藝流程及設(shè)備 2.1還原反應(yīng)的原理為，通過H2和C0與鐵礦石的化學(xué)反應(yīng)將礦石中的氧除去，生產(chǎn)出 高金屬化率的直接還原鐵
+ 3C6> — 2Fe + 3C0，
其工藝的核心是直接還原豎爐。如圖2所示，從工藝角度出發(fā)，直接還原主要由還原 氣的供應(yīng)、還原流程和冷卻流程三部分組成。 2.2還原氣的供應(yīng)
還原氣供應(yīng)流程見圖2。通常還原氣在氣基豎爐直接還原工藝中主要用作還原流程的 還原劑、冷卻流程的冷卻劑和燃料。 2. 3還原流程
還原流程由直接還原豎爐、爐頂煙氣換熱器、爐頂煙氣激冷/洗滌系統(tǒng)、工藝氣循環(huán) 壓縮機(jī)、壓縮機(jī)二次冷卻器、C02吸收器、工藝氣加濕器和工藝氣加熱器等組成。
還原流程的還原氣由補(bǔ)充的合成氣與脫除了C02的溫度為5(TC、壓力為6.4kg/cm2左右 的循環(huán)氣體混合組成。
為獲得滲碳過程的最優(yōu)控制，還原氣通過一個增濕罐，加入少量的水蒸汽，然后通過 工藝氣加熱器加熱到93(TC左右。
熱的還原氣被送入豎爐還原帶，壓力大約為4.5 kg/cm2，向上逆向流經(jīng)鐵礦石移動 床，確保氣體分布均勻，氣固之間接觸良好。
在豎爐的還原帶，鐵礦石首先通過熱的還原氣的熱量傳遞被預(yù)熱到還原過程所需的溫 度水平。預(yù)熱階段過后，還原氣H2和C0與氧化鐵發(fā)生還原反應(yīng)，礦石中的氧被去除。還原 反應(yīng)的機(jī)理包括還原劑氣體在反應(yīng)界面的吸附催化、固相層內(nèi)離子和電子的擴(kuò)散、新相核 的形成及長大等。
還原過程的機(jī)理可描述為
其中鐵礦石與H2的還原反應(yīng)過程為
鐵礦石與co的還原反應(yīng)過程為
3&203 + CO 4 2Fe304 + C(92 Fe304 + CO — 3FeO + CC>2
豎爐排出的溫度約49(TC的煙氣，經(jīng)過爐頂煙氣換熱器回收熱量，生產(chǎn)用于C02脫除裝 置的蒸汽，然后通過煙氣激冷/洗滌系統(tǒng)。在此環(huán)節(jié)，還原過程中產(chǎn)生的水得到濃縮并且從 氣流中脫除，氣體中攜帶的大部分的灰塵也被分離出去。洗滌過的氣體通過工藝氣體壓縮 機(jī)提高壓力后循環(huán)使用。
2. 4冷卻氣體流程
豎爐下部的錐形段是豎爐直接還原的冷卻帶。
為便于冷態(tài)直接還原鐵的卸料操作，溫度約4(TC、壓力約4.8 kg/cm2的合成氣和冷卻 氣體壓縮機(jī)出來的循環(huán)冷卻器混合后從反應(yīng)器下部的錐形區(qū)域噴入，向上逆向流過直接還 原鐵移動床。在冷卻帶產(chǎn)品被冷卻，同時產(chǎn)生部分直接還原鐵的滲碳反應(yīng)<formula>formula see original document page 12</formula>
還原區(qū)域也進(jìn)行部分滲碳反應(yīng)。大部分C以碳化鐵(Fe3C)的形式進(jìn)入到產(chǎn)品中。 滲碳反應(yīng)總體的高吸熱行為強(qiáng)化了直接還原鐵的冷卻過程。
熱的冷卻氣離開冷卻區(qū)域，經(jīng)過冷卻、壓縮，再循環(huán)使用。直接還原鐵在大約55'C的 條件下通過旋轉(zhuǎn)閥排出豎爐的冷卻帶。
本發(fā)明通過煤制還原氣系統(tǒng)用煤制備包括C0和H2的還原氣，并通過直接還原冶金系統(tǒng) 利用所述還原氣對鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工藝成本低。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金方法，其特征在于，包括步驟A、用煤制備還原氣，所述還原氣的主要成分為CO和H2；B、利用所述還原氣與鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金方法，其特征在于，所述 的還原氣中H2與C0的體積比為1. 0 3. 0。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金方法，其特征在于，所述 的步驟A包括步驟Al、將煤與水的混合物磨細(xì)制成水煤漿；A2、對所述水煤漿進(jìn)行氣化處理將所述水煤漿與氧進(jìn)行混合燃燒和氧化反應(yīng)，得到 含有C0和H2的粗煤氣；A3、對所述粗煤氣進(jìn)行凈化處理將所述粗煤氣進(jìn)行脫碳、脫硫處理，使C0和H2含量的比例及總含量符合預(yù)定的要求，得到所述還原氣。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金方法，其特征在于，所述 的步驟B包括步驟Bl、還原流程所述還原氣經(jīng)預(yù)熱后與鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)，即C0和H2與氧化鐵反應(yīng) 生成直接還原鐵；B2、冷卻流程未經(jīng)預(yù)熱的還原氣對所述直接還原鐵進(jìn)行冷卻，同時產(chǎn)生部分直接還原鐵的滲碳反應(yīng)。
5、 一種煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金系統(tǒng)，其特征在于，包括煤制還原氣系統(tǒng)和豎爐直接還原冶金系統(tǒng)，所述煤制還原氣系統(tǒng)將煤制成以CO和H2為主要成分的還原氣，并將所述還原氣輸送給 豎爐直接還原冶金系統(tǒng)；所述豎爐直接還原冶金系統(tǒng)利用所述煤制還原氣系統(tǒng)輸送給的還原氣與鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金系統(tǒng)，其特征在于，所述 煤制還原氣系統(tǒng)包括水煤漿制備單元用于將煤與水的混合物磨細(xì)制成水煤漿； 氣化單元用于對所述水煤漿進(jìn)行氣化處理，得到含有C0和H2的粗煤氣； 凈化單元用于對所述粗煤氣進(jìn)行凈化處理，得到C0和H2的含量比及總含量符合預(yù)定 要求的還原氣。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金系統(tǒng)，其特征在于，所述 的凈化單元包括C0與H/變換裝置、二氧化碳及硫化物脫除裝置。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金系統(tǒng)，其特征在于，所述 豎爐直接還原冶金系統(tǒng)包括還原氣供給單元、還原單元和冷卻單元，所述還原單元包括直 接還原豎爐、還原氣增濕器和還原氣加熱器，所述直接還原豎爐包括還原帶和冷卻帶，所述加熱器用于加熱部分還原氣，以提高還原氣的反應(yīng)活性、維持豎爐內(nèi)還原反應(yīng)所 需的工藝溫度；所述還原氣中的另一部分，直接進(jìn)入所述冷卻帶，對爐內(nèi)還原出的直接還原鐵進(jìn)行冷 卻，同時產(chǎn)生部分直接還原鐵的滲碳反應(yīng)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金系統(tǒng)，其特征在于，所述 的還原單元還包括煙氣換熱器、煙氣洗滌器、工藝氣壓縮機(jī)、C02吸收器；還原反應(yīng)后生成 的煙氣及部分未反應(yīng)的還原氣從還原豎爐的上部排出，并依次經(jīng)過所述煙氣換熱器、煙氣 洗滌器、工藝氣壓縮機(jī)、C02吸收器、增濕器、加熱器進(jìn)行處理后，再次參與還原反應(yīng)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金系統(tǒng)，其特征在于，所 述冷卻單元包括冷卻氣體洗滌器、冷卻氣體壓縮機(jī)，從所述冷卻帶排出的氣體依次經(jīng)過冷卻氣體洗滌器、冷卻氣體壓縮機(jī)進(jìn)行處理后，再 次參與冷卻流程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金方法及系統(tǒng)。通過煤制還原氣系統(tǒng)用煤制備以CO和H₂為主要成分的還原氣，并通過直接還原冶金系統(tǒng)利用所述還原氣與鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)。還原氣主要用作還原流程的還原劑、冷卻流程的冷卻劑和直接還原冶金系統(tǒng)的燃料。還原流程由還原豎爐、爐頂煙氣換熱器、爐頂煙氣激冷/洗滌系統(tǒng)、工藝氣循環(huán)壓縮機(jī)、壓縮機(jī)二次冷卻器、CO₂吸收器、工藝氣加濕器和工藝氣加熱器等組成。豎爐下部的錐形段是豎爐直接還原冶金爐的冷卻帶。冷卻氣體由豎爐直接還原冶金爐下部的錐形區(qū)域噴入，向上逆向流過冶金爐。熱的冷卻氣離開冷卻區(qū)域后，經(jīng)過冷卻、壓縮，再循環(huán)使用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工藝成本低。
文檔編號C10J3/46GK101358258SQ20071011988
公開日2009年2月4日 申請日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月2日
發(fā)明者何敬成, 吳道洪, 王東方, 王正華, 謝善清, 紅 陳 申請人:北京神霧熱能技術(shù)有限公司