CN101638702A - 一种煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法，尤其是一种利用煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气中CO2回用的方法。处理过程如下：直接还原装置的出口煤气经过直接还原装置出口煤气处理系统处理后，进入二氧化碳分离系统进行脱碳处理得到富CO2解吸气和富CO+H2脱碳气，其中富CO2解吸气经富CO2解吸气处理系统进行处理后，返送回煤气制备系统内，或作为直接还原铁、高碳载体或粉尘的输送载体返送回煤气制备系统内。该方法达到了减排CO2的目的，同时可降低还原单位质量铁矿石所需消耗的用煤量，节约了成本。

Description

一种煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法
技术领域
本发明涉及一种煤气做还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法，尤其涉及一种利用煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气中CO2回用的方法。
背景技术
中国煤炭资源丰富，相对高炉工艺来说，采用非炼焦煤制得的煤气作还原气的直接还原工艺可省去炼焦、烧结等工序的投资，废气(特别是CO2)、废物排放较少，且制气用煤成本较焦碳大为降低。直接还原工艺系统通常包括煤气制备系统、煤气处理系统和直接还原装置。利用高碳载体在煤气制备系统里产生的还原煤气，制得的煤气进入煤气处理系统进行处理，经过处理后的煤气进入直接还原装置生产直接还原铁。
目前国内外利用煤气作还原气的直接还原工艺主要有以下几类：(1)西门子奥钢联SVAI公司COREX工艺，其利用熔融气化炉产生的还原气进入竖炉预还原铁矿石；(2)宝钢公司和山东鲁化公司提出的利用水煤浆和氧反应生成的还原气进行处理加工，最后得到H2∶CO＝0.73～8.5的还原气进入竖炉还原铁矿石；(3)中冶赛迪工程技术股份有限公司提出了一系列利用煤气作还原气的直接还原工艺，包括利用粉煤气化产生的还原气进入竖炉生产直接还原铁，以及利用熔炼气化炉生产铁水的同时产生的还原气进入竖炉生产直接还原铁。
上述(1)、(2)类工艺均未考虑如何对CO2进行回用；(3)中冶赛迪工程技术股份有限公司针对煤气作还原气的竖炉还原工艺提出将CO2提纯加压后作为煤粉输送介质的回用方法，但该工艺复杂，且CO2提纯工序运行成本过高。
综上所述，目前国内外利用煤气作还原气的直接还原工艺对CO2回用的考虑极少，即使考虑也是投资及运行成本高昂。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本的、可循环利用部分CO2的煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：一种煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法，其特征在于：直接还原装置的出口煤气经过直接还原装置出口煤气处理系统处理后，进入二氧化碳分离系统进行脱碳处理得到富CO2解吸气和富CO+H2脱碳气，其中富CO2解吸气经富CO2解吸气处理系统进行处理后，返送回煤气制备系统内，或作为直接还原铁、高碳载体或粉尘的输送载体返送回煤气制备系统内。
所述富CO2解吸气，在所述的富CO2解吸气处理系统进行相应的压力和/或温度变换以满足煤气制备系统入口的压力和温度要求，再直接返送回煤气制备系统内，或作为直接还原铁、高碳载体或粉尘的输送载体返送回煤气制备系统内。
经过直接还原装置出口煤气处理系统处理的煤气，部分进入二氧化碳分离系统进行脱碳处理，或全部进入二氧化碳分离系统进行脱碳处理。
所述富CO2解吸气，全部经所述的富CO2解吸气处理系统进行处理后进入煤气制备系统，或者部分经富CO2解吸气处理系统进行处理后进入煤气制备系统。
所述直接还原装置出口煤气处理系统中的煤气处理包括：除尘和/或降温和/或压力变换。
所述富CO2解吸气，在富CO2解吸气处理系统中，可以先经过提纯、脱除杂质或掺混其它煤气后，再进行压力和/或温度变换。
煤气处理系统包括煤气热量交换装置、煤气除尘装置、煤气脱硫装置、煤气余压回收装置和煤气加热装置；所述富CO+H2脱碳气回流至煤气处理系统中的加热装置前与经过处理的煤气混合加热后，进入直接还原装置。
从上述分析可知，利用本次发明的流程，可以回用部分煤气作还原气的直接还原工艺中产生的CO2，在减排CO2的同时，达到节省耗煤量的目的。
本发明的流程是对煤气作还原气的直接还原工艺中的CO2进行回用，以达到减排和省煤的目的，从上述技术方案可知，本发明具有如下的有益效果：
1)回用直接还原装置出口煤气中的CO2进入煤气制备系统参与反应生成还原气CO，减少了CO2排量，在直接还原装置产量不变的情况下，可以循环利用部分直接还原装置排放的CO2，对钢铁行业CO2减排具有十分重大的意义。
2)回用直接还原装置出口煤气中的CO2进入煤气制备系统参与反应生成还原气CO，可以调节煤气制备系统的煤气温度(CO2+C＝2CO是吸热反应)，且可以在还原气产量不变的情况下节省一部分煤，具有经济节能的特点。另外，本回用方法采用的设备简单，运行成本低。
3)利用富CO2的解吸气作为直接还原铁、煤粉或粉尘气力输送介质，可以省去作气力输送介质的N2用量；另外，用解吸气作为气力输送介质可显著降低煤气制备系统出口煤气中的惰性气体(主要是N2)的含量，对提升整个工艺还原气的品质具有重要的意义。
附图说明
附图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但本发明不仅局限于此。
如附图1所示：从煤气的制备到出口煤气的回用，整个流程包括6个工艺系统，分别是：1)煤气制备系统；2)煤气处理系统；3)直接还原装置；4)直接还原装置煤气处理系统；5)二氧化碳分离系统；6)富CO2解吸气处理系统。通过输送管道和输送装置将上述6个工艺系统连接在一起，达到煤气作还原气的直接还原工艺及还原工艺CO2回用的目的。本发明所涉及到的煤气成分百分比，除特别说明外，均为干煤气成分体积百分比。
1)煤气制备系统：煤、纯氧、水或水蒸气以及从直接还原装置出口煤气中解吸出来的富CO2解吸气在煤气制备系统内发生反应，生成CO+H2≥80％的还原煤气，还原煤气温度在1000～1700℃内，压力为0.4～8.5Mpa，煤气制备系统出口煤气状态点如附图所示的1点。煤气制备系统可以是高温高压气流床、熔融直接还原铁的熔炼气化炉等；直接还原装置可以是竖炉、流化床、回转窑、转底炉等。其中煤气制备系统产生的还原煤气是由高碳载体与O2、或O2+H2O、或O2+H2O+CO2，或O2+CO2在高温高压气流床或流化床中反应得到的富CO+H2还原气，或者由高碳载体与O2+直接还原铁、或O2+直接还原铁+铁矿石在熔融气化炉中生成铁水的同时产生的富CO+H2还原气。当然也可以按照其他的制备方法产生还原气。
2)煤气处理系统：煤气制备系统的出口煤气在煤气处理系统中经粗除尘器后进入煤气热量交换装置(如余热锅炉)降温到煤气除尘装置(如干法除尘装置)所需的温度，干法除尘采用干式布袋除尘器，经干式布袋除尘后的煤气含尘量≤5mg/m3；除尘后的煤气通过煤气除脱硫装置，采用湿法除硫脱去煤气中的H2S和COS后，通过煤气热量交换装置复热到一定温度(245℃)后进入煤气余压回收装置(TRT)进行压力回收，将压力降到比直接还原装置入口煤气压力略高。
3)直接还原装置：经过上述2)中处理后的煤气制备系统出口煤气与经二氧化碳分离系统后的富CO+H2脱碳气混合，混合后的煤气CO+H2≥85％(湿煤气)，混合后的煤气进直接还原装置前需加热，加热方式可以为热风炉加热，也可以为管式炉+燃烧炉的二步加热法，加热到850℃后进入直接还原装置与铁矿石(块矿和球团矿)反应生成金属化率≥92％的直接还原铁。其中直接还原装置可以是竖炉、流化床、回转窑、转底炉、或者类似的可以利用还原煤气将铁矿石直接还原成直接还原铁的装置，其状态点如附图2点所示。
4)直接还原装置出口煤气处理系统：直接还原装置出口煤气(3点)在直接还原装置出口煤气处理系统里的流程如下：首先经过粗除尘器后进入煤气热量交换装置(如热管换热器)降温到煤气干法除尘装置所需的温度，干法除尘采用干式布袋除尘器，经干式布袋除尘后的煤气含尘量≤5mg/m3；除尘后的煤气经过煤气压力变换装置变换压力，变换后的煤气压力需在二氧化碳分离系统的入口压力要求范围内，且满足经二氧化碳分离系统脱碳后的脱碳气压力略高于直接还原装置入口煤气压力；经过煤气压力变换装置后的煤气根据煤气温度情况，需要时降温到二氧化碳分离系统的入口温度要求范围内。其状态点如附图4点所示。
5)二氧化碳分离系统：经直接还原装置出口煤气处理系统后的煤气一部分进行输出，另一部分进入二氧化碳分离系统进行脱碳，脱碳后的富CO+H2脱碳气(5点)回流至直接还原装置前，具体流程如上述3)所述；
6)富CO2解吸气处理系统：脱碳后的富CO2解吸气(6点)经富CO2解吸气处理系统压力和\或温度变换以满足煤气制备系统的入口压力和温度要求后(7点)，作为直接还原铁、煤粉或粉尘的气力输送介质返送回煤气制备系统，也可直接输入到煤气制备系统内，利用高温下CO2+C＝2CO的反应回用一部分CO2中的C元素。当然如果需要的话，脱碳后的富CO2解吸气在富CO2解吸气处理系统中进行处理的过程可以先经过提纯、脱除杂质或掺混其它煤气等类似的初步处理后，再进行压力及温度变换。这都落入本发明的保护范围。
本发明中所经过的相关处理装置均为现有的常规技术，因此在本发明中不再详述。

Claims (9)

1、一种煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法，其特征在于：直接还原装置的出口煤气经过直接还原装置出口煤气处理系统处理后，进入二氧化碳分离系统进行脱碳处理得到富CO2解吸气和富CO+H2脱碳气，其中富CO2解吸气经富CO2解吸气处理系统进行处理后，返送回煤气制备系统内，或作为直接还原铁、高碳载体或粉尘的输送载体返送回煤气制备系统内。
2、如权利要求1所述的煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法，其特征在于：所述富CO2解吸气，在所述的富CO2解吸气处理系统进行相应的压力和/或温度变换以满足煤气制备系统入口的压力和温度要求，再直接返送回煤气制备系统内，或作为直接还原铁、高碳载体或粉尘的输送载体返送回煤气制备系统内。
3、如权利要求1所述的煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法，其特征在于：经过直接还原装置出口煤气处理系统处理的煤气，部分进入二氧化碳分离系统进行脱碳处理，或全部进入二氧化碳分离系统进行脱碳处理。
4、如权利要求1所述的煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法，其特征在于：所述富CO2解吸气，全部经所述的富CO2解吸气处理系统进行处理后进入煤气制备系统，或者部分经富CO2解吸气处理系统进行处理后进入煤气制备系统。
5、如权利要求1所述的煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法，其特征在于：所述直接还原装置出口煤气处理系统中的煤气处理包括：除尘和/或降温和/或压力变换。
6、如权利要求2所述的煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法，其特征在于：所述富CO2解吸气，在富CO2解吸气处理系统中，先经过提纯、脱除杂质或掺混其它煤气后，再进行压力和/或温度变换。
7、如权利要求1所述的煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法，其特征在于：所述的煤气制备系统产生的还原煤气是由高碳载体+O2、高碳载体+O2+H2O、高碳载体+O2+H2O+CO2或高碳载体+O2+CO2在高温高压气流床或流化床中反应得到的富CO+H2还原气。
8、如权利要求1所述的煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法，其特征在于：所述的煤气制备系统产生的还原煤气是由高碳载体与O2+直接还原铁、或高碳载体+O2+直接还原铁+铁矿石在熔融气化炉中生成铁水的同时产生的富CO+H2还原气。
9、如权利要求1所述的煤气作还原气的直接还原工艺出口煤气的回用方法，其特征在于：所述的直接还原装置为竖炉、流化床、回转窑或转底炉。
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