熔铁浴煤制气加热循环还原气生产直接还原铁的方法技术

本发明专利技术涉及一种熔铁浴煤制气加热循环还原气生产直接还原铁的方法，是将由直接还原铁炉顶气余热回收降温至200～220℃，通入水蒸气进行CO低温变换，再次余热回收降温至常温，加压至3～8kg得到的H

The method of direct reduction iron production by heating and circulating reduction gas from molten iron bath coal gas

【技术实现步骤摘要】
熔铁浴煤制气加热循环还原气生产直接还原铁的方法
本专利技术属于直接还原铁生产
，涉及一种利用熔铁浴煤制气冶炼直接还原铁的工艺方法。本专利技术方法可以最大限度的利用粗煤气余热、余气、余压冶炼直接还原铁，实现煤炭能源的分质、高效、清洁利用，提高能源利用效率。
技术介绍
现有天然气、焦炉煤气竖炉还原铁技术如MIDREX、HYL-Ⅲ、CSDRI、CTR、WTY-DRI等，都离不开CH4重整炉和还原气再加热工序。例如典型的MIDREX技术是经管式加热炉将还原气预加热到600℃，再在第二段还原气重整炉中将CH4裂解成（H2+CO）并将还原气加热到840～900℃，送入直接还原铁竖炉，用于生产直接还原铁。与其对应，世界上所有的煤基熔融还原铁中的铁浴炉以及熔铁浴煤制气在经历了长达40余年的研究实验后，除Hismelt熔融还原铁外，大都沉寂了。其主要原因在于：1、产气量大，达到了2000m3/t煤；2、粗煤气温度高达1200～1700℃，而且含有大量粉尘，难以利用；3、炉衬耐火材料侵蚀速度过快，达到19kg/t煤；4、能耗高于高炉炼铁，无法与高炉竞争。日本与瑞典在1982～1983年合作，对瑞典皇家工学院CIG熔融还原铁方法进行了研究。其中日方研究小组侧重研究炼铁炼钢工艺，瑞典方面侧重研究煤的气化方法。其得到的粗煤气组分为：CO67～69%，H228%～29%，CO2≤1.4，N2＜4%，以及少量硫。CIG熔融还原铁的目的产品是铁水，试验受挫后没有进展。CN101787408A公开了一种利用粗煤气显热生产直接还原铁的方法，以直接还原竖炉兼做粗煤气颗粒床高温除尘器，竖炉中的铁矿(包括铁矿煤球团、氧化铁球团矿、煤包裹铁矿粉球团)兼做移动颗粒床除尘颗粒，在对高温粗煤气除尘的过程中联产直接还原铁，同时完成了利用显热、还原铁、降温、除尘、降低还原竖炉中煤气压力5个功能。该专利将还原竖炉产出的炉顶煤气净化后用作生产化工产品的原料气或燃气，可以有效提高煤炭能源的综合利用效率。该专利将煤制气与直接还原铁竖炉分置，煤制气采用高灰熔点、软化点的煤，避免了煤气中含有低软化点的铁矿物和其它矿物，可以消除低软化点矿物造成的粘结、堵塞问题。但是，该专利中的粗煤气并不循环利用，仅利用了1次粗煤气显热，而生产直接还原铁后的炉顶煤气经过净化后作为了燃气和化工原料气，余热、余气利用并不充分。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种熔铁浴煤制气加热循环还原气生产直接还原铁的方法，以最大限度的利用熔铁浴产出粗煤气余热、余气、余压冶炼直接还原铁。本专利技术所述的熔铁浴煤制气加热循环还原气生产直接还原铁的方法是将H2含量≥80%的常温循环还原气不加热，或者预加热至400～600℃，兑入1400～1700℃的熔铁浴煤制气高温粗煤气中，得到氢碳比＞1.1、温度810～1050℃的循环还原气，通入直接还原铁竖炉中，提供热量以生产直接还原铁，并由直接还原铁竖炉炉顶产出350～500℃、压力2～7kg的炉顶气。其中，所述的常温循环还原气是由所述炉顶气余热回收降温至200～220℃，通入水蒸气进行CO低温变换，再次余热回收降温至常温，加压至3～8kg得到的H2含量≥80%的常温循环还原气。采用本专利技术上述方法不需要设置CH4重整炉，也可以不设置还原气预加热炉。而众所周知，重整炉和还原气预加热炉是MIDREX、HYL-Ⅲ、SXDRI、CTR、WTY-DRI等常规的直接还原铁工艺中的必须工艺环节。一般地，所述熔铁浴煤制气得到的1400～1700℃高温粗煤气的氢碳比≤0.4，压力为3～8kg。因此，本专利技术同样将常温循环还原气也加压至3～8kg，以保证常温循环还原气能够加入到高温粗煤气中。进一步地，本专利技术是采用废热锅炉进行所述的余热回收，将回收的余热用于生产水蒸气。进而，余热回收生产的水蒸气用于CO低温变换，同样实现了循环利用。更具体地，本专利技术是将所述常温循环还原气通过管道兑入熔铁浴煤制气高温粗煤气中进行混合，随后，再将混合后得到的循环还原气通过设在直接还原铁竖炉中下部的围管加入到直接还原铁竖炉中。循环还原气经围管送入直接还原铁竖炉后，穿过炉体内装填的氧化铁球团矿层，在加热氧化铁球团矿的同时，还原氧化铁球团矿生产出直接还原铁。其中，氧化铁球团矿在竖炉还原段的运行时间为4h～8h。氧化铁球团矿还原过程中产生炉顶气排出直接还原铁竖炉炉体成为炉顶气。炉顶气经除尘→余热回收→变换工序→脱除酸性气体→降温脱湿后，用熔铁浴煤制高温粗煤气加热成为循环还原气。熔铁浴煤制气工艺生产高温粗煤气，是将煤粉、O2和脱硫剂CaO、CaCO3用喷枪喷入熔铁浴煤制气炉中泡沫渣底层，煤粉和O2在压力作用下喷入铁水中，在铁水中瞬间反应成为含有CO、H2、H2S、COS、N2等成分的煤气，经泡沫渣层脱硫，形成高温粗煤气。产生的高温粗煤气中，CO含量65～70%，H2含量25～30%，N2含量3%、CO2≤1%、H2O≤1%、(H2S+COS)含量0.0022%。因此，熔铁浴煤制气工艺产生的高温粗煤气含硫量低，且不含煤焦油，不含CH4，不需要脱硫和重整，就可以用于直接还原铁，且煤气压力适当，可以直接对接直接还原铁竖炉。与MIDREX、HYL-Ⅲ、SXDRI、CTR、WTY-DRI等直接还原铁工艺比，可以取消加热直接还原铁还原气中的还原气加热炉，取消了天然气、焦炉煤气、一般煤气重整炉，取消了高压煤气条件下，直接还原铁竖炉的装入炉料、产出产品中间过渡室，从而大大简化了直接还原铁竖炉结构、简化了直接还原铁流程。本专利技术利用熔铁浴煤制气工艺高温粗煤气直接加热常温循环还原气形成用于加热直接还原铁的循环还原气，全部利用了粗煤气中的显热。但同时也需要考虑到，由于熔铁浴煤制气的粗煤气温度较高，不仅不能直接用于直接还原铁，也存在熔铁浴煤制气炉炉衬在高温下受FeO、Fe2O3侵蚀速度过快的问题。本专利技术解决炉衬侵蚀问题的方法是采用水冷壁或在中空耐火砖中通入常温N2，将少部分炉衬热量引出熔铁浴煤制气炉的气冷壁或水冷壁技术，降低炉衬温度以保护炉衬，延长炉衬使用寿命。气冷壁产出的高温N2同样可以用于生产水蒸气以用于CO低温变换，降温后的N2返回气冷壁循环利用。进而，熔铁浴煤制气工艺的脱硫方法是将CaO、CaCO3等碱性物质用喷枪喷入熔铁浴煤制气炉中，与煤粉灰分中的SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、FeS2等矿物质一起形成泡沫渣，初始煤气在通过泡沫渣层时，煤气中的H2S、COS与碱性氧化物渣结合，形成含S(CaS)的炉渣，液态炉渣定时从渣口排出熔铁浴煤制气炉。熔铁浴煤制气炉产出的液态炉渣经水淬产生水渣，可以用于生产铝酸盐水泥，或配CaO、SiO2生产硅酸盐水泥。本专利技术中，由直接还原铁竖炉炉顶产出的炉顶气同样需要进行常规的除尘和煤气净化处理，以脱除掉H2S、COS、CO2等酸性气体，并尽可能减少其中的饱和水蒸气。炉顶气的净化可以采用常规的化工煤气净化工艺中压降较小、净化效果好、硫可以回收利用的净化方法，或者各种直接还原铁工艺的煤气净化技术，例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.熔铁浴煤制气加热循环还原气生产直接还原铁的方法，所述方法是将H

【技术特征摘要】
1.熔铁浴煤制气加热循环还原气生产直接还原铁的方法，所述方法是将H2含量≥80%的常温循环还原气不加热，或者预加热至400～600℃，兑入1400～1700℃的熔铁浴煤制气高温粗煤气中，得到氢碳比＞1.1、温度810～1050℃的循环还原气，通入直接还原铁竖炉中，提供热量以生产直接还原铁，并由直接还原铁竖炉炉顶产出350～500℃、压力2～7kg的炉顶气；
其中，所述的常温循环还原气是由所述炉顶气余热回收降温至200～220℃，通入水蒸气进行CO低温变换，再次余热回收降温至常温，加压至3～8kg得到的H2含量≥80%的常温循环还原气。


2.根据权利要求1所述的熔铁浴煤制气加热循环还原气生产直接还原铁的方法，其特征是所述熔铁浴煤制气高温粗煤气的氢碳比≤0.4。


3.根据权利要求1所述的熔铁浴煤制气加热循环还原气生产直接还原铁的方法，其特征是所述熔铁浴煤制气高温粗煤气的压力为3～8kg。


4.根据权利要求1所述的熔铁浴煤制气加热循...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏亚杰，牛强，杜英虎，陈寿林，
申请(专利权)人：苏亚杰，牛强，
类型：发明
国别省市：山西;14