CN103276132A - 一种双竖炉联产直接还原铁的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双竖炉联产直接还原铁的方法，包括：将含铁量高于50%的球团矿或块矿原料放入第一竖炉中，并通入含有CO和H2的气体1还原矿石原料，生成直接还原铁和炉顶气；将生成的炉顶气经过除尘降温、干燥和加热炉加热后，生成气体2；将含铁量为20%-45%的球团矿或块矿原料放入第二竖炉中，并通入气体2还原矿石原料，生成直接还原铁和气体3；该发明与现有技术相比，炉顶气处理系统简化，能源得到梯级利用，能源利用效率提高；两个竖炉冷却系统串联，系统得到简化，省去部分设备，降低投资。
Description
技术领域
本发明涉及化学化工技术领域，具体涉及一种双竖炉联产直接还原铁的方法及系统。
背景技术
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。2011年，全世界直接还原铁的年产量达7330万吨，创历史新高。我国将直接还原工艺列为钢铁工业发展的主要方向之一。
生产直接还原铁的原料，主要是赤铁矿、磁铁矿等铁含量高的矿石，以提取铁元素为主要目的；此外，部分矿种铁含量低，以回收其他元素为主，如红土镍矿以回收镍为主要目的，根据需要回收部分铁，产品为直接还原镍铁。
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。目前，世界范围内，76%的直接还原铁是通过气基法生产，以MIDREX法和HYL法为主，所占的比例分别约为79%和20%。
目前，气基法生产的直接还原铁主要采用MIDREX法和HYL法的单竖炉系统生产的。MIDREX法以天然气为原料，用炉顶气中的CO2作为转化剂进行重整制还原气。炉顶气经洗涤、压缩后，部分作为转化剂，剩余部分作为燃料。冷却气经洗涤、压缩后，返回竖炉的冷却段循环利用。HYL法与MIDREX法的主要不同点在于还原气的重整工艺和竖炉压力。HYL用蒸汽作为转化剂，竖炉压力0.5～0.7MPa，高于Midrex竖炉压力0.1～0.2MPa。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种系统简化、能源利用率高的直接还原铁方法和系统，特别是提供一种双竖炉联产直接还原铁的方法及系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种双竖炉联产直接还原铁的方法，包括：
步骤1、将含铁量高于50%的球团矿或块矿原料放入第一竖炉中，并通入含有CO和H2的气体1还原矿石原料，生成直接还原铁和炉顶气；
步骤2、将生成的炉顶气经过降温除尘、除水和加热炉加热后，生成气体2；
步骤3、将含铁量为20%-45%的球团矿或块矿原料放入第二竖炉中，并通入气体2还原矿石原料，生成直接还原铁和气体3。
还包括步骤4：将冷却气通入第一竖炉冷却直接还原铁，排出的气体经除尘降温，进入第二竖炉冷却直接还原铁，排出的气体经除尘降温、压缩至0.5-0.9Mpa后，再进入第一竖炉循环冷却使用。
所述步骤1中，气体1中CO和H2的体积含量大于85%，压力为0.4-0.8MPa。
所述步骤3中，气体2中CO和H2的体积含量为60-75%，压力为0.2-0.6MPa。
所述气体3分成两部分，一部分用于所述步骤2中加热炉的燃料，另一部分用于制备气体1的燃料或转化剂。
其中所述步骤2中加热炉产生的烟气用于预热除尘降温后的炉顶气。
利用上述双竖炉联产直接还原铁的方法所用的系统，包括第一竖炉1、洗涤塔2、加热炉3、第二竖炉4、洗涤塔5，其中所述第一竖炉1炉顶气出口依次与洗涤塔2、加热炉3、第二竖炉4、洗涤塔5连接，所述洗涤塔5与所述加热炉3连接。
还可包括洗涤塔6、洗涤塔7、压缩机8，其中所述第一竖炉1的冷却气出口依次与洗涤塔6、第二竖炉4的冷却气入口、洗涤塔7、压缩机8连接，所述压缩机8与第一竖炉1的冷却气入口连接。
应用本发明的有益效果：
（1）能源梯级利用，能源利用效率提高：第一竖炉的压力高、第二竖炉的压力低，第一竖炉的炉顶气和冷却气无需压缩升压即可直接通入第二竖炉；第二竖炉的原料中铁和其他回收元素含量低，对还原气中CO和H2含量要求低，第一竖炉的炉顶气洗涤除水后，CO和H2含量仍能满足第二竖炉的要求，因此，第二竖炉无需额外的制气系统制备还原气。
（2）可同时处理多种矿种。比如在第一竖炉中处理普通铁精矿、钒钛磁铁精矿等含铁量较高的矿石，而在第二竖炉中处理红土镍矿、难选矿等含铁量较低的矿石。
（3）炉顶气系统简化：两个竖炉联产，第一竖炉的炉顶气洗涤、加热后，直接送入第二竖炉作为还原气使用，无需压缩、脱除CO2。
（4）冷却系统简化：两个竖炉联产，各自的冷却系统可串联、简化，第一竖炉的冷却气只需洗涤除尘、无需压缩升压，即可作为冷却气通入第二竖炉的冷却段。
附图说明
图1为本发明一种双竖炉联产直接还原铁的工艺流程图
1、第一竖炉 2、洗涤塔 3、加热炉 4、第二竖炉
5、洗涤塔 6、洗涤塔 7、洗涤塔 8、压缩机
具体实施方式
为更好的说明本发明，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
如图1所示，该系统的工艺步骤包括：
（1）由以天然气为原料、第二竖炉的部分炉顶气为转化剂制备得到的气体1，其中CO和H2的体积含量为88%；
（2）将钒钛磁铁精矿制成的球团放入第一竖炉，并通入制备的气体1，发生还原反应，竖炉内温度为870℃，压力为0.45MPa，生成炉顶气和直接还原铁；
（3）反应后的炉顶气，经过洗涤塔降温除尘、除水、加热炉加热后，生成的气体2作为还原气，通入第二竖炉；
（4）将红土镍矿制备的球团放入第二竖炉，与气体2发生还原反应，第二竖炉内温度为850℃，压力为0.25MPa，其中气体2中CO和H2的体积含量为64%，生成炉顶气和直接还原铁；
（5）除作为转化剂的部分炉顶气外，第二竖炉炉顶气的剩余部分作为加热炉的燃料，燃烧产生的烟气用于预热经第一竖炉排出的水洗后的炉顶气；
（6）第一竖炉和第二竖炉的底部设置有冷却系统，主要由两个洗涤塔和一个压缩机组成。将冷却气通入第一竖炉冷却直接还原铁，排出的气体经洗涤塔除尘降温，进入第二竖炉冷却直接还原铁，排出的气体经洗涤塔除尘降温，压缩机压缩至0.50Mpa后，再进入第一竖炉循环冷却使用。
实施例二
如图1所示，该系统的工艺步骤包括：
（1）由以天然气为原料、水蒸气作为转化剂制备得到气体1，其中CO和H2的体积含量为90%；
（2）将钒钛磁铁精矿制成的球团放入第一通入竖炉，并通入制备的气体1，发生还原反应，竖炉内温度为880℃，压力为0.65MPa，生成炉顶气和直接还原铁；
（3）第一竖炉的炉顶气经洗涤塔降温除尘，除水干燥，加热炉加热后，生成的气体2作为还原气通入第二竖炉；
（4）第二竖炉内放入由红土镍矿制备的球团，与通入的气体2发生还原反应，竖炉内温度为860℃，压力为0.45MPa，其中气体2中CO和H2的体积含量为68%，生成炉顶气和直接还原铁；
（5）第二竖炉生成的炉顶气，部分作为加热炉的燃料，剩余部分作为气体1制备过程中重整炉的燃料，而加热炉燃烧产生的烟气用于预热经第一竖炉排出的水洗后的炉顶气。
（6）第一竖炉和第二竖炉的底部设置有冷却系统，主要由两个洗涤塔和一个压缩机组成。将冷却气通入第一竖炉冷却直接还原铁，排出的气体经洗涤塔除尘降温，进入第二竖炉冷却直接还原铁，排出的气体经洗涤塔除尘降温，压缩机压缩至0.70Mpa后，再进入第一竖炉循环冷却使用。
本发明与现有技术相比，炉顶气处理系统简化，能源得到梯级利用，能源利用效率提高；两个竖炉冷却系统串联，系统得到简化，省去部分设备，降低投资。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种双竖炉联产直接还原铁的方法，其特征在于，包括：
步骤1、将含铁量高于50%的球团矿或块矿原料放入第一竖炉中，并通入含有CO和H2的气体1还原矿石原料，生成直接还原铁和炉顶气；
步骤2、将生成的炉顶气经过降温除尘、除水和加热炉加热后，生成气体2；
步骤3、将含铁量为20%-45%的球团矿或块矿原料放入第二竖炉中，并通入气体2还原矿石原料，生成直接还原铁和气体3。
2.根据权利要求1所述的一种双竖炉联产直接还原铁的方法，其特征在于，还包括步骤4：将冷却气通入第一竖炉冷却直接还原铁，排出的气体经除尘降温，进入第二竖炉冷却直接还原铁，排出的气体经除尘降温，压缩至0.5-0.9Mpa后，再进入第一竖炉循环冷却使用。
3.根据权利要求1所述的一种双竖炉联产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤1中，气体1中CO和H2的体积含量大于85%，压力为0.4-0.8MPa。
4.根据权利要求1所述的一种双竖炉联产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤3中，气体2中CO和H2的体积含量为60-75%，压力为0.2-0.6MPa。
5.根据权利要求1所述的一种双竖炉联产直接还原铁的方法，其特征在于，所述气体3分成两部分，一部分用于所述步骤2中加热炉的燃料，另一部分用于制备气体1的燃料或转化剂。
6.根据权利要求1所述的一种双竖炉联产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤2中加热炉产生的烟气用于预热除尘降温后的炉顶气。
7.利用权利要求1所述的双竖炉联产直接还原铁的方法所用的系统，其特征在于，包括第一竖炉（1）、洗涤塔（2）、加热炉（3）、第二竖炉（4）、洗涤塔（5），其中所述第一竖炉（1）炉顶气出口依次与洗涤塔（2）、加热炉（3）、第二竖炉（4）、洗涤塔（5）连接，所述洗涤塔（5）与所述加热炉（3）连接。
8.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括洗涤塔（6）、洗涤塔（7）、压缩机（8），其中所述第一竖炉（1）的冷却气出口依次与洗涤塔（6）、第二竖炉（4）的冷却气入口、洗涤塔（7）、压缩机（8）连接，所述压缩机（8）与第一竖炉（1）的冷却气入口连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Address after: 102200 Beijing city Changping District Machi Town Road No. 18 cattle group Shenwu science and Technology Research Institute of Limited by Share Ltd Intellectual Property Department Patentee after: Shenwu Technology Group Co.,Ltd. Address before: 102200 Beijing city Changping District Machi Town cow Road No. 18 Patentee before: BEIJING SHENWU ENVIRONMENT AND ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
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| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 102200 Beijing City, Changping District science and Technology Park Chang Huai Lu No. 155 Patentee after: Shenwu Technology Group Co.,Ltd. Address before: 102200 Beijing city Changping District Machi Town Road No. 18 cattle group Shenwu science and Technology Research Institute of Limited by Share Ltd Intellectual Property Department Patentee before: Shenwu Technology Group Co.,Ltd. |
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Denomination of invention: Method and system for co-producing direct reduction iron by using double shaft furnaces Effective date of registration: 20180330 Granted publication date: 20150701 Pledgee: Tianfeng Securities Co.,Ltd. Pledgor: Shenwu Technology Group Co.,Ltd. Registration number: 2018990000247 |
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Effective date of registration: 20190121 Granted publication date: 20150701 |
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Date of cancellation: 20220921 Granted publication date: 20150701 |
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Effective date of registration: 20220921 Granted publication date: 20150701 |
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