一种气基竖炉直接还原炼铁的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种气基竖炉直接还原炼铁的系统及方法。该系统包括：气基竖炉、洗涤器、压缩机、逆变换炉、间冷器和加热炉，洗涤器分别与气基竖炉和压缩机相连，逆变换炉分别与压缩机和间冷器相连，加热炉分别与间冷器和气基竖炉相连。本发明专利技术采用炉顶气作为原料，制备直接还原铁用还原气，炉顶气的循环利用率高达80％以上。不仅节约了原料，还降低了系统能耗，从而降低了直接还原铁的生产成本。本发明专利技术制得的直接还原铁的品质高，且生产成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直接还原炼铁
，具体涉及一种气基竖炉直接还原炼铁的系统及方法。
技术介绍
直接还原铁(DRI)又称海绵铁，是铁矿石在低于熔化温度下直接还原得到的含铁产品。海绵铁是一种废钢的代用品，是电炉炼纯净钢、优质钢不可缺少的杂质稀释剂，是转炉炼钢优质的冷却剂，是发展钢铁冶金短流程不可或缺的原料。生产直接还原铁的工艺称为直接还原法，属于非高炉炼铁工艺，分为气基法和煤基法两大类。其中，76％的直接还原铁是通过气基法生产的。气基法采用还原气(其主要成分为CO和H2)还原铁矿石，制备直接还原铁。目前，还原气主要以天然气为原料制得，其制备成本很高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种气基竖炉直接还原炼铁的新工艺，降低直接还原铁的生产成本。本专利技术首先提供了一种气基竖炉直接还原炼铁的系统，所述系统包括：气基竖炉，具有氧化物料入口、还原气入口、高温炉顶气出口和直接还原铁出口；洗涤器，具有高温炉顶气入口和净化炉顶气出口，所述高温炉顶气入口与所述气基竖炉的高温炉顶气出口相连；压缩机，具有净化炉顶气入口和压缩炉顶气出口，所述净化炉顶气入口与所述洗涤器的净化炉顶气出口相连；逆变换炉，具有H2入口、CO2入口、燃料气入口、压缩炉顶气入口、高温混合气体出口，所述压缩炉顶气入口与所述压缩机的压缩炉顶气出口相连；间冷器，具有混合气体入口、低温还原气出口和水出口，所述混合气体入口与所述逆变换炉的高温混合气体出口相连；加热炉，具有低温还原气入口、燃料气入口和高温还原气出口，所述低温还原气入口与所述间冷器的低温还原气出口相连，所述高温还原气出口与所述气基竖炉的还原气入口相连。在本专利技术的一些实施例中，所述系统还包括换热器，所述换热器具有低温H2入口、低温CO2入口、低温压缩炉顶气入口、高温混合气体入口、预热H2出口、预热CO2出口、预热压缩炉顶气出口和低温混合气体出口，所述低温压缩炉顶气入口与所述压缩机的压缩炉顶气出口相连，所述高温混合气体入口与所述逆变换炉的高温混合气体出口相连，所述预热H2出口与所述逆变换炉的H2入口相连，所述预热CO2出口与所述逆变换炉的CO2入口相连，所述预热压缩炉顶气出口与所述逆变换炉的压缩炉顶气入口相连，所述低温混合气体出口与所述间冷器的混合气体出口相连。在本专利技术的一些实施例中，所述洗涤器的净化炉顶气出口还与所述逆变换炉的燃料气入口和/或所述加热炉的燃料气入口相连此外，本专利技术还提供了一种利用上述系统制备直接还原铁的方法，所述方法包括如下步骤：准备氧化物料、CO2和H2；将从所述气基竖炉中排出的高温炉顶气送入所述洗涤器中除尘和脱水，获得净化炉顶气；将所述净化炉顶气送入所述压缩机中进行压缩，获得压缩炉顶气；将所述压缩炉顶气、所述CO2和所述H2送入所述逆变换炉中，在催化剂的作用下反应生成高温混合气体；将所述高温混合气体送入所述间冷器中冷却，除去其中的水蒸气，获得低温还原气；将所述低温还原气送入所述加热炉中进行加热，获得高温还原气；将所述高温还原气送入所述气基竖炉中，用于还原所述氧化物料，获得直接还原铁。在本专利技术的一些实施例中，将所述高温混合气体与所述压缩炉顶气和所述H2换热，回收所述高温混合气体的热量。在本专利技术的一些实施例中，所述H2、所述CO2和所述压缩炉顶气的体积比为25-40:0.1-10:50-75。在本专利技术的一些实施例中，所述催化剂为铜基催化剂或铁基催化剂。在本专利技术的一些实施例中，在所述逆变换炉中，所述压缩炉顶气、所述CO2和所述H2的反应温度为500℃-700℃。在本专利技术的一些实施例中，将5％-20％的所述净化炉顶气作为燃料气送入所述逆变换炉和/或所述加热炉中进行燃烧，提供热量；将剩下的80％-95％的所述净化炉顶气送入所述压缩机中进行压缩。本专利技术采用炉顶气作为原料，制备直接还原铁用还原气，炉顶气的循环利用率高达80％以上。不仅节约了原料，还降低了系统能耗，从而降低了直接还原铁的生产成本。其次，本专利技术采用逆变换炉制备还原气，所用的逆变换炉只需装填廉价催化剂即可获得高品质的还原气。本专利技术制得的还原气的还原能力强，还原气中CO和H2的含量高于85％，且还原气中水蒸气的含量低于5％；由其制得的直接还原铁的品质高。此外，整个工艺只有少量的CO2排放，对环境友好。本专利技术可用于工业化生产装置，特别是大中型工业试验装置。附图说明图1为本专利技术实施例中的一种气基竖炉直接还原炼铁的系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例中的一种利用上述制备直接还原铁的工艺流程图。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本专利技术的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本专利技术的限制。本专利技术提供的气基竖炉直接还原炼铁的系统包括：气基竖炉，具有氧化物料入口、还原气入口、高温炉顶气出口和直接还原铁出口；洗涤器，具有高温炉顶气入口和净化炉顶气出口，高温炉顶气入口与气基竖炉的高温炉顶气出口相连；压缩机，具有净化炉顶气入口和压缩炉顶气出口，净化炉顶气入口与洗涤器的净化炉顶气出口相连；逆变换炉，具有H2入口、CO2入口、燃料气入口、压缩炉顶气入口、高温混合气体出口，压缩炉顶气入口与压缩机的压缩炉顶气出口相连；间冷器，具有混合气体入口、低温还原气出口和水出口，混合气体入口与逆变换炉的高温混合气体出口相连；加热炉，具有低温还原气入口、燃料气入口和高温还原气出口，低温还原气入口与间冷器的低温还原气出口相连，高温还原气出口与气基竖炉的还原气入口相连。从气基竖炉排出的炉顶气的主要成分为CO、CO2和H2，经过净化和压缩后，炉顶气中的CO2在逆变换炉中被另加入的H2还原为CO，获得主要成分为CO和H2的高温混合气体，再除去该高温混合气体中水蒸气，即得到还原气。此外，所用的逆变换炉只需装填廉价催化剂即可获得高品质的还原气。本专利技术制得的还原气的还原能力强，还原气中CO和H2的含量高于85％，且还原气中水蒸气的含量低于5％；由其制得的直接还原铁的品质高。此外，整个工艺只有少量的CO2排放，对环境友好。在本专利技术优选的实施例中，参考图1，上述系统还包括换热器，换热器具有低温H2入口、低温CO2入口、低温压缩炉顶气入口、高温混合气体入口、预热H2出口、预热CO2出口、预热压缩炉顶气出口和低温混合气体出口，低温压缩炉顶气入口与压缩机的压缩炉顶气出口相连，高温混合气体入口与逆变换炉的高温混合气体出口相连，预热H2出口与逆变换炉的H2入口相连，预热压缩炉顶气出口与逆变换炉的压缩炉顶气入口相连，低温混合气体出口与间冷器的混合气体出口相连。其中，换热器用于回收逆变换炉制得的高温混合气体的热量，回收的热量被用于预热进入逆变换炉的物料，热量利用率高。在本专利技术进一步优选的实施例中，参考图1，洗涤器的净化炉顶气出口还与逆变换炉的燃料气入口和/或加热炉的燃料气入口相连。同前所述，炉顶气中含有不少CO和H2，在上述优选实施例中，一部分炉顶气经过压缩和逆变换处理，用于制备还原气；另一部分炉顶气被燃烧，为逆变换反应提供热量及预热进入气基竖炉的还原气，降低直接还原铁的生产成本。本专利技术中炉顶气的循环利用率高达80％以上。不仅节约了原料，还降低了系统能耗，从而降低了直接还原铁的生产成本。本专利技术进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气基竖炉直接还原炼铁的系统，其特征在于，所述系统包括：气基竖炉，具有氧化物料入口、还原气入口、高温炉顶气出口和直接还原铁出口；洗涤器，具有高温炉顶气入口和净化炉顶气出口，所述高温炉顶气入口与所述气基竖炉的高温炉顶气出口相连；压缩机，具有净化炉顶气入口和压缩炉顶气出口，所述净化炉顶气入口与所述洗涤器的净化炉顶气出口相连；逆变换炉，具有H2入口、CO2入口、燃料气入口、压缩炉顶气入口、高温混合气体出口，所述压缩炉顶气入口与所述压缩机的压缩炉顶气出口相连；间冷器，具有混合气体入口、低温还原气出口和水出口，所述混合气体入口与所述逆变换炉的高温混合气体出口相连；加热炉，具有低温还原气入口、燃料气入口和高温还原气出口，所述低温还原气入口与所述间冷器的低温还原气出口相连，所述高温还原气出口与所述气基竖炉的还原气入口相连。

【技术特征摘要】
1.一种气基竖炉直接还原炼铁的系统，其特征在于，所述系统包括：气基竖炉，具有氧化物料入口、还原气入口、高温炉顶气出口和直接还原铁出口；洗涤器，具有高温炉顶气入口和净化炉顶气出口，所述高温炉顶气入口与所述气基竖炉的高温炉顶气出口相连；压缩机，具有净化炉顶气入口和压缩炉顶气出口，所述净化炉顶气入口与所述洗涤器的净化炉顶气出口相连；逆变换炉，具有H2入口、CO2入口、燃料气入口、压缩炉顶气入口、高温混合气体出口，所述压缩炉顶气入口与所述压缩机的压缩炉顶气出口相连；间冷器，具有混合气体入口、低温还原气出口和水出口，所述混合气体入口与所述逆变换炉的高温混合气体出口相连；加热炉，具有低温还原气入口、燃料气入口和高温还原气出口，所述低温还原气入口与所述间冷器的低温还原气出口相连，所述高温还原气出口与所述气基竖炉的还原气入口相连。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括换热器，所述换热器具有低温H2入口、低温CO2入口、低温压缩炉顶气入口、高温混合气体入口、预热H2出口、预热CO2出口、预热压缩炉顶气出口和低温混合气体出口，所述低温压缩炉顶气入口与所述压缩机的压缩炉顶气出口相连，所述高温混合气体入口与所述逆变换炉的高温混合气体出口相连，所述预热H2出口与所述逆变换炉的H2入口相连，所述预热CO2出口与所述逆变换炉的CO2入口相连，所述预热压缩炉顶气出口与所述逆变换炉的压缩炉顶气入口相连，所述低温混合气体出口与所述间冷器的混合气体出口相连。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述洗涤器...

【专利技术属性】
技术研发人员：范志辉，员晓，刘亮，曹志成，吴道洪，
申请(专利权)人：江苏省冶金设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32