CN102605133A - 一种利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法 - Google Patents

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李佳楣
郭敏
彭华国
张涛
倪晓明
金明芳
宋华
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Abstract

本发明公开了一种利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法，关键在于：经过净化、加压的焦炉煤气和经除尘、降温、加压后的竖炉炉顶气一起，进入煤气加热装置进行加热，再进入低压竖炉还原铁矿石，生产海绵铁。本发明利用低压竖炉(0.1～0.2MPa)炉内还原出的新鲜海绵铁对CH4与CO2、H2O发生转化反应的催化作用，以及海绵铁和CH4的渗碳反应，使焦炉煤气中的CH4在竖炉内转化改质，生成CO和H2，补充还原反应损失的还原气。采用低压竖炉可以避免高压竖炉的高压设备、高压密封等问题，同时，可放宽对H2和CO的限制，使工艺的投资、运行和灵活性获得较大的改善。

Description

一种利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法
技术领域
本发明涉及一种使用直接还原法冶炼海绵铁的方法。
技术背景
钢铁工业是国民经济的基础产业，也是我国能源资源消耗和污染排放的重点行业。为加快钢铁工业结构调整和产业升级，转变钢铁工业发展方式，促进节约、清洁和可持续发展，国家在《钢铁产业调整和振兴规划》中提出将“加强非高炉冶炼-炼钢、精炼-直接轧制全新流程清洁工艺技术研发和试验”等作为推进全行业节能减排的重点任务，全面推行清洁生产。
直接还原工艺作为典型的非高炉炼铁工艺，是实现钢铁生产短流程，即废钢/海绵铁(DRI)－电炉流程的重要环节。世界上主流的气基竖炉直接还原工艺是基于天然气为原料气开发的，我国的资源特点是多煤少天然气，因此，发展具有自主知识产权的，利用煤制气、焦炉煤气、煤层气及合成煤气加大型化竖炉的直接还原工艺是我国直接还原技术发展的主流方向。
对于焦炉煤气生产海绵铁，国外仅HYL公司提出利用焦炉煤气进高压竖炉(>0.6MPa(G))的HYL-ZR的工艺流程。但HYL-ZR工艺采用高压竖炉，存在高压设备和高压密封等问题，同时其对H2和CO比例要求较为严格，通常要求>4，需要对高压竖炉炉顶煤气进行脱碳，竖炉操作压力过高，同时由于重整和渗碳反应均为压力增加的反应，从平衡角度来讲，并不利于焦炉煤气中CH4的重整和渗碳反应， 
对于焦炉煤气生产海绵铁的方法，也有采用将竖炉炉顶气和焦炉煤气原料气混合后在高温转化炉中进行转化使CH4与H2O、CO2发生转化反应生成CO+H2的方式进行，此种方法需要转化炉，同时对H2和CO的比值要求较为严格，且甲烷转化需要如Ni基等贵重金属催化剂，投资、运行费用较高。 
发明内容
 本发明的目的是提供一种利用低压竖炉生产的海绵铁的利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法。
为了实现上述目的，采用以下技术方案：
一种利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法，其特征在于：经过净化、加压的焦炉煤气和经除尘、降温、加压后的竖炉炉顶气一起，进入煤气加热装置进行加热，再进入低压竖炉还原铁矿石，生产海绵铁。
所述的焦炉煤气为天然气。
所述的竖炉为操作压力0.1～0.2MPa的低压竖炉。
所述的煤气加热的步骤为先由管式炉加热煤气至950℃后，再采用喷氧部分氧化的方式加热煤气至980～1000℃。
所述的煤气加热装置为热风炉，将煤气加热至980～1000℃。
所述的竖炉炉顶气温度为420～470℃，经热管换热器换热降温至150℃，同时副产1.3MPa、200℃的低压蒸汽，然后进入后续除尘、降温工序。
所述的除尘和降温步骤采用湿法洗涤除尘方法进行处理。
所述的除尘和降温步骤采用干法布袋除尘+冷却喷淋的方法进行处理。 
本发明的有益效果： 
1) 利用低压竖炉(0.1～0.2MPa)炉内还原出的新鲜海绵铁对CH4与CO2、H2O发生转化反应的催化作用，以及海绵铁和CH4的渗碳反应，使焦炉煤气中的CH4在竖炉内转化改质，生成CO和H2，补充还原反应损失的还原气。采用低压竖炉可以避免高压竖炉的高压设备、高压密封等问题，同时，可放宽对H2和CO的限制，使工艺的投资、运行和灵活性获得较大的改善。另外，低压有利于CH4在低压竖炉内的转化反应和渗碳反应，且采用CH4在低压竖炉内转化改质生产CO和H2的方式，避免了外部转化炉的投资和Ni基等贵重金属催化剂的消耗费用。
2) 对净化降温后的竖炉炉顶气不进行脱碳和加湿，直接和原料焦炉煤气混合后回用，利用炉顶气中的CO2和H2O作为后续工序的氧化剂，使工艺流程大大简化，减少了工艺的投资和运行成本。另外，利用炉顶气中的CO2作为氧化剂，可减少CO2的排放，可降低CO2的排放，充分回收竖炉炉顶煤气的热能，以降低运行成本，符合低碳经济的发展方向。
附图说明
    图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图1和具体实施例对本发明做进一步的说明。
1、经过净化、加压的焦炉煤气原料气和后续经除尘、降温、加压后的竖炉炉顶气混合后，进入煤气加热装置中。
煤气加热可采用两步法，先采用管式炉加热的方式加热到950℃后，再采用管道内部分喷氧的方式提温到980～1000℃后，进入低压竖炉；
也可采用热风炉加热的方式直接加热到980～1000℃后，进入低压竖炉。加热的燃料气采用竖炉炉顶输出煤气，如有条件，也可采用外部低热值煤气如高炉煤气等。
2、低压竖炉的操作压力为0.1～0.2MPa，加热后的煤气，在竖炉里将铁矿石还原成海绵铁的同时，煤气中的部分CH4与CO2、H2O以及Fe发生转化改质反应和渗碳反应，生产CO+H2以补充损失的还原气。
3、低压竖炉反应后的炉顶气温度较高(约450℃)，经热旋风除尘器粗除尘后，进入热管换热器回收煤气热能，产生1.3MPa、200℃的低压蒸汽，同时将煤气温度降至150℃后，进入后续除尘、降温系统进行除尘降温。除尘、降温可采用湿法洗涤除尘的方式，也可采用布袋除尘和冷却喷淋的形式。
4、经除尘降温后的净煤气，一部分煤气输出，剩余煤气经过加压后，与补充的焦炉煤气原料气一起，进入步骤1的煤气加热工序。
本发明中所涉及到的煤气成分百分比，除特别说明外，均为湿煤气成分百分比。

Claims (8)

1.一种利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法，其特征在于：经过净化、加压的焦炉煤气和经除尘、降温、加压后的竖炉炉顶气一起，进入煤气加热装置进行加热，再进入低压竖炉还原铁矿石，生产海绵铁。
2.权利要求1所述的利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法，其特征在于：所述的焦炉煤气为天然气。
3.权利要求2所述的利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法，其特征在于：所述的竖炉为操作压力0.1～0.2MPa的低压竖炉。
4.权利要求3所述的利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法，其特征在于：所述的煤气加热的步骤为先由管式炉加热煤气至950℃后，再采用喷氧部分氧化的方式加热煤气至980～1000℃。
5.权利要求3所述的利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法，其特征在于：所述的煤气加热装置为热风炉，将煤气加热至980～1000℃。
6.权利要求4或5所述的利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法，其特征在于：所述的竖炉炉顶气温度为420～470℃，经热管换热器换热降温至150℃，同时副产1.3MPa、200℃的低压蒸汽，然后进入后续除尘、降温工序。
7.权利要求6所述的利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法，其特征在于：所述的除尘和降温步骤采用湿法洗涤除尘方法进行处理。
8.权利要求6所述的利用焦炉煤气生产海绵铁的直接还原方法，其特征在于：所述的除尘和降温步骤采用干法布袋除尘+冷却喷淋的方法进行处理。
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