CN100554439C - 纯氧竖炉中利用高纯水煤气还原金属化球团的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
纯氧竖炉中利用高纯水煤气还原金属化球团的方法，过程是：A、用非焦煤自制高纯水煤气作为还原气体和冷却气体从竖炉排料辊下部送入竖炉中，对球团矿和富铁矿进行还原；B、在排料辊上方鼓入适量纯氧燃烧部分煤气；C、煤气进气压力控制在0.4-2MPa，氧气压力大于煤气压力；D、经除尘后煤气直接通过TRT，经变压吸附装置回收CO2，水蒸气经冷凝部分析出后，进入低压煤气罐；E、煤气通过排料辊后，由还原后的热态金属化球团预热；F、经煤气冷却后金属化球团进入下排料罐，根据不同用途选择不同的钝化和冷却或者保温方式供给下一环节用户。本发明工艺流程简化，尤其是扩大了氢能源的利用率，对减排二氧化碳和改善环境有较大的经济和社会效益。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种直接还原铁的生产方法，主要是利用纯氧竖炉和高纯水煤气在竖炉中还原金属化球团的方法。
(二)背景技术
目前，世界上直接生产直接还原铁的产量达到6000万吨，其中90％是利用天然气裂解后产生的CO和H2作还原剂，其典型方法是美国的Midex法，由于天然气资源的限制，而且成本太高，使竖炉直接还原在我国没有得到发展。
由于我们已经掌握用非焦煤生产高纯度水煤气的方法(见专利：200610045968.1)完全可以代替天然气裂解产生的CO和H2，使我国以非焦煤为基经气化后，通过竖炉生产直接还原铁将会取得较快发展。
经检索未发现以煤气化后生产高纯水煤气作为还原剂，对氧化球团、富矿或含碳球团进行还原，生产直接还原铁的工艺方法和设备。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种利用纯氧竖炉和高纯水煤气在竖炉中还原金属化球团的方法及设备，以达到降低铁的生产成本和工序能耗，充分利用我国储量丰富的非焦煤，减排CO2，进一步发展氢能源冶炼的目的。
采用的技术方案是：
纯氧竖炉中利用高纯水煤气还原金属化球团的方法，包括以下过程：
A、用非焦煤自制高纯水煤气作为还原气和冷却气体从竖炉排料辊下部送入竖炉中，对球团矿和富铁矿进行还原。
B、还原所需热量主要是通过在排料辊上方鼓入适量纯氧用以燃烧部分煤气，提高竖炉还原带的温度，通过控制氧气、煤气流量控制竖炉还原带温度和尾气成分、尾气温度，还原带温度控制在：1000-1250℃。
C、煤气进气压力控制在0.4-2MPa，，氧气压力大于煤气压力。
D、经除尘后煤气直接通过TRT(余压发电)，经变压吸附装置回收CO2，水蒸气经冷凝部分析出后，进入低压煤气罐，可经加压再循环利用，或用作加热和烧锅炉用。
E、煤气通过排料辊后，热态金属化球团对煤气的预热温度应大于700℃以上。
F、经煤气冷却后金属化球团进入下排料罐，根据不同用途选择不同的钝化和冷却或者保温方式供给下一环节用户。
本发明采用如下设备：
采用竖炉作还原炉，与竖炉相配置有加压煤气发生炉，煤气输出管接至竖炉下部的环形煤气送入管；与竖炉上部的炉顶气导出相连依次安装重力除尘，陶瓷管式除尘、布袋除尘、CO2变压吸附装置；在竖炉的上端配有双钟式炉顶，在竖炉的下端设置有狼牙式对辊下料机，下料机的下端连接中间罐，中间罐的下端设置装配有上密封阀和下密封阀的出料罐；与双钟式炉顶相配置有矿料槽，震动给料器、称量计和卷扬式上料机组成的上料装置。
本发明利用高纯水煤气直接还原铁的使用设备还可包括：与出料罐相配置有冷却气体控制阀、冷却洗涤器和冷却气体加压机组成的循环冷却系统和炉顶煤气余压发电系统。
本发明利用高纯水煤气替代天然气，不经裂解直接加热后作为还原剂用于生产直接还原铁的依据是：
1、高纯水煤气的主要成分含：H2---48-52％含CO----52-48％，不经裂解仅用其中的H2和CO，在900℃温度下即可对铁矿石进行还原，实际控制温度在1000-1250℃之间。
2、实际发生在竖炉内的反应是：
还原反应：
Fe2O3+H2＝2FeO+H2O
Fe2O3+CO＝2FeO+CO2
Fe3O4+4H2＝3Fe+4H2O
Fe3O4+4CO＝3Fe+4CO2
FeO+H2＝Fe+H2O
FeO+CO＝Fe+CO2
氧化反应：
2C+O2＝2CO
2H2+O2＝2H2O
析碳反应：
2CO＝CO2+C
本发明利用非焦煤加压造气，直接生产高纯水煤气，通过竖炉直接还原金属化球团工艺，利用纯氧调整温度和尾气成分，与Midrex法相比较，取消了昂贵的天然气，而且不用主焦煤，供需能耗及生产成本都有大幅度降低，工艺流程简化，尤其是扩大了氢能源的利用率，对减排二氧化碳和改善环境有较大的经济和社会效益。
(四)附图说明
图1是本发明使用设备的系统图。
附图标记说明：
1---矿料槽 2---震动给料器 3---电子秤量计 4---卷扬式上料机
5---双钟式炉顶 6---竖炉 7---狼牙式对辊下料机 8---中间罐
9---上密封阀 10---储料罐 11---下密封阀 12煤气送入管
13---煤气发生炉 14---氧气送入管 15---重力除尘器
16---陶瓷管式除尘器 17---布袋除尘器 18---二氧化碳吸附装置
19---余压发电装置
(五)具体实施方式
纯氧竖炉中利用高纯水煤气还原金属化球团的方法及设备，其要点是将球团矿或高品位富矿储存于矿料槽1中，经震动给料器2、电子秤量计3把原料加入卷扬式上料机4的料车中，由卷扬机运送至炉顶，经双钟式炉顶5将矿料加入到竖炉6中。竖炉由钢壳和耐火材料内衬构成，竖炉6下部设有经若干个喷射口连通至竖炉内的氧气送入管14，由煤气发生炉13生产出的高纯水煤气经煤气送入管12送入中间罐8下部，煤气压力控制在0.5-0.8Mpa，冷水煤气直接对热态还原铁进行冷却，同时冷水煤气被预热，预热后的水煤气进入到还原区，还原区温度控制在1000-1050℃，从氧气送入管14鼓入热态纯氧燃烧部分煤气，提供还原反应所需热量，还原后的炉气从竖炉上部导出，经重力除尘器1 5、陶瓷管式除尘器16和布袋除尘器17及二氧化碳吸附装置1 8进行净化和降温。经净化和降温的炉顶气通过管道通至余压发电装置19进行再利用。还原后的金属化球团经装配于竖炉下端的狼牙式对辊下料机7对粘接的金属化球团进行破碎，使其均匀的落在中间罐8中。置于中间罐中的产品经过上密封阀9进入储料罐10中，然后经出料罐的下密封阀11打开后泄出。
Claims (4)
1、纯氧竖炉中利用高纯水煤气还原金属化球团的方法，其特征在于包括以下过程：
A、用非焦煤自制高纯水煤气作为还原气体和冷却气体从竖炉排料辊下部送入竖炉中，对球团矿和富铁矿进行还原；
B、在排料辊上方鼓入适量纯氧用以燃烧部分煤气，提高竖炉还原带的温度，通过控制氧气、煤气流量控制竖炉还原带温度和尾气成分、尾气温度，还原带温度控制在：1000-1250℃；
C、煤气进气压力控制在0.4-2MPa，氧气压力大于煤气压力；
D、经除尘后煤气直接通过余压发电，经变压吸附装置回收CO2，水蒸气经冷凝部分析出后，进入低压煤气罐，经加压再循环利用，或用作加热和烧锅炉用；
E、煤气通过排料辊后，由还原后的热态金属化球团对煤气预热；
F、经煤气冷却后金属化球团进入下排料罐，根据不同用途选择不同的钝化和冷却或者保温方式供给下一环节用户。
2、根据权利要求1所述的纯氧竖炉中利用高纯水煤气还原金属化球团的方法，其特征在于所述的低温水煤气经还原后的热态金属团预热至700℃以上。
3、根据权利要求1所述的纯氧竖炉中利用高纯水煤气还原金属化球团的方法，其特征在于所述的竖炉内通入纯氧，通过部分燃烧煤气，使还原带保持在1000-1050℃。
4、根据权利要求1所述的纯氧竖炉中利用高纯水煤气还原金属化球团的方法，其特征在于所述的煤气进气压力最好控制在0.5-0.8Mpa。
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