CN104152165B - 煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原工艺及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原工艺及系统，利用热解产生的煤气作为冶金还原的主还原气体，热解产生的半焦在还原炉内的高温条件下进一步发生热解,产生的富氢热解气补充还原气体，产生的高温半焦作为炭质还原剂，始终保持过量的还原剂，始终保持浓厚的还原气氛，改变以往冶金还原工艺受炭铁比的限制和还原原料品位的限制，并利用冶金还原的乏气作为热解和冶金的热源，实现煤气的高效利用。本发明不受原料品位限制，可以大规模用于高品位矿、低品位矿和尾矿资源的开发。

Description

煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原工艺及系统

技术领域

本发明涉及煤化工技术领域，具体涉及一种煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原工艺及系统。

背景技术

中国煤炭储量占全球煤炭资源的12％，我国低阶煤蕴藏量占煤炭储量的50％左右，产量占目前总量的30％。按中国煤的形成时代看，以侏罗纪煤储量最大，约占全国已探明保有储量的45％左右，由这一时代形成的煤除极少数无烟煤以外，其余大多数为褐煤、长焰煤、不粘煤和弱粘煤等低阶煤。在地域分布上，储量大部分集中在内蒙古、陕西、新疆、甘肃、山西、宁夏六个省（区），而这些地区是我国水资源严重匮乏的地方，一定程度上制约了利用这些低阶煤进行加工提质工业的发展。

低阶煤由于高水分，高挥发份，低热值，且极易自燃的特点，从而不适于长期储存和长距离运输，长期被视作一种劣质煤炭资源，目前仅用做坑口电厂燃料和坑口气化原料，限制了低阶煤资源的合理开发利用。如何高效转化利用低阶煤就成了煤炭利用的一个重要问题。

同时我国是钢铁生产大国，因而也是废钢利用大国。目前废钢供应量远远满足不了钢铁生产的需要。虽然我国铁矿资源储量比较丰富，但其品位低，而以往工艺要求以高品位铁矿为原料，因此我国丰富的低品位铁矿资源不适合作现有的高炉炼铁的原料，我国需要长期依赖进口还原金属来满足国内的需求。为了改变我国长期依赖进口还原金属的局面，适时发展利用低品位铁矿炼铁的技术是必要的。而当今炼铁技术的趋势是由高炉间接还原炼铁技术转向直接还原炼铁技术，因此发展直接还原炼铁技术来开发低品位铁矿更是必要的。

我国的低品位氧化矿物资源在富煤地区周边大量存在，且煤又是冶金还原领域所需的还原剂的主要来源，因此，利用煤热解技术耦合直接还原冶金技术来开发富煤地区周边存在的低品位氧化物矿将是发展低阶煤利用的最佳方案。这种方案不仅解决了低阶煤的高附加值利用问题，同时又解决了我国丰富的低品位氧化物矿的开发利用问题。

目前，煤热解耦合冶金还原的技术较多。如公开号为CN103451332A的发明，该发明公开了一种利用小粒径烟煤进行高炉炼铁的系统及方法，该系统包括热解炉，热解炉半焦出口与破碎机入口连通，破碎机出口与振筛机入口连通，振筛机的细焦粉出口与高炉喷粉入口相连通，振筛机的大颗粒半焦出口与成型器入口相连通，成型器出口与烧结炉入口相连通，烧结炉出口与高炉的烧结矿入口相连通，高炉的烟气出口分为两路，一路与热解炉气体入口连通，另一路与热解炉烟气出口连通；解决煤炭开采产生的大量小粒径煤的利用问题；缓解喷吹用煤资源紧缺的问题，为煤热解半焦的利用提供了一条路径；将半焦粉末与铁矿石粉末混合成型并烧结使用，使资源得到充分利用；高炉炼铁的烟气用于烟煤的热解，回收烟气中的热量，减少能耗，提高利用效率。

公开号为CN103710037的发明，该发明提供了一种低阶煤流化床提质利用系统及方法。该发明是将低阶煤的洗选系统、热解系统和炼铁系统耦合起来。低阶煤首先进行洗选处理，在排矸的同时完成了煤炭的粒度分级。对不同粒径的煤粉，用于焦化系统制取焦炭，并参与中低温热解制取半焦。热解得到的半焦分别用于烧结用煤和喷吹配煤，热解副产品煤气送入热风炉供应燃烧，其中烧结和焦化工艺系统产生的余热被回收用于洗选系统和热解系统，最终烧结矿、热风、喷吹煤和焦炭送入高炉进行炼铁。该发明实现了低阶煤分选、分级、干燥和热解，低阶煤的提质利用替代了部分高阶煤，可有效降低吨铁成本，并可减缓钢铁工业对高阶煤需求的压力。

上述提供方案的缺点是：

1、这些技术都是利用粒煤热解产生的焦粉作为炼铁高炉的喷吹煤，炼铁技术采用的是传统的高炉间接还原金属矿石，得到的是含碳量较高的生铁，这种生铁作为炼钢原料，还需经过复杂处理工序才可使用，生产成本较高；

2、都是利用高炉出口烟气作为热解的热源，热解过程中产生的热解气被烟气稀释，产生的混合气热值低，有效组分含量低，可利用价值低；

3、都需要高品位的铁矿资源为原料，无法充分利用低品位氧化物矿。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原工艺，实现煤热解技术与直接还原冶金技术的耦合，制作含碳量较低的还原金属产品。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原工艺，包括如下步骤：

a、将原煤经过原煤预热分级系统分成末煤和粒煤；

b、将末煤送入末煤热解炉热解，粒煤送入粒煤预热解炉中预热解；

c、末煤热解产生的末煤热解煤气作为粒煤预热解的热源送入粒煤预热解炉中，末煤热解产生的高温半焦粉与粒煤预热解后的预热解粒煤混合后进入粒煤热解炉热解；

d、粒煤热解产生的粒煤热解煤气作为粒煤预热解的热源送入粒煤预热解炉中，粒煤热解产生的热半焦分成两部分，一部分冷却后得到半焦产品，另一部分作为还原剂送入还原炉中；

e、粒煤在粒煤预热解炉内形成的滤料层对末煤热解煤气和粒煤热解煤气进行过滤，对过滤后的热解煤气进行精细除尘和冷却回收焦油产品后，得到洁净煤气；

f、洁净煤气分成两部分，一部分作为循环载气送入冶金还原段的冷却炉中，另一部分作为还原剂先送入煤气加热炉内加热，然后送入还原炉中；

所述冶金还原包括如下步骤：

1）将冶金原料送入加热炉中加热；

2）加热后的冶金原料与来自煤热解段产生的热半焦以及来自煤气加热炉产生的高温煤气混合后进入还原炉中，发生还原反应，热半焦在还原炉内的高温条件下进一步发生热解产生的富氢热解气补充还原气体，产生的高温半焦作为炭质还原剂，始终保持过量的还原剂；

3）还原反应产生的高温还原金属送入冷却炉中与来自煤热解段产生的循环载气进行一次换热，换热后的还原金属进行冷却作为产品输出；

4）一次换热后的循环载气与还原反应产生的冶金乏气进行二次换热；

5）换热后的冶金乏气分成两部分，作为燃料分别送入煤气加热炉和热风炉中；

6）二次换热后的循环载气与冶金原料加热产生的高温废烟气和煤气加热炉产生的高温烟气的混合烟气进行三次换热；

7）换热后的混合烟气作为热源送入原煤预热分级系统中；

8）三次换热后的循环载气作为热源送入末煤热解炉中。

本发明采用原煤预热分级系统将原煤分成粒径范围不同的末煤和粒煤，利用自身工艺产生的煤气经煤气加热炉间接加热后变成高温煤气，作为末煤热解的热源，而末煤热解后产生的高温末煤热解煤气作为粒煤预热解的热源，末煤热解产生的高温半焦粉、精细除尘器的除尘粉与预热解粒煤混合，进入粒煤热解炉热解，粒煤热解产生的高温热解煤气也送入粒煤预热解炉提供热源，上述工艺充分利用了物料和气体的余热，达到原煤分级均匀热解，提高热解煤气产率和焦油回收率的目的，并节约了大量能源，生产成本降低。利用热解产生的部分煤气和部分热半焦作为冶金还原的还原剂，还原剂成本低，生产过程中，可以加大还原剂的投入量，从而冲破了以往工艺受焦比的限制。热半焦在还原炉内的高温环境中进一步发生热解产生的富氢热解气补充还原煤气，始终保持足够的还原剂，保持浓厚的还原气氛。

利用粒煤在粒煤预热解炉内形成的滤料层对送入粒煤预热解炉的高温热解煤气进行除尘、初步降温，为后续的热解煤气精除尘和终冷降低负担，达到降低系统回收的焦油的含尘量，提高焦油品质的目的，同时利用待预热的粒煤回收高温热解煤气的热量，达到热量的回收利用。

煤热解段来的冷的洁净煤气分别与还原炉出来的高温还原金属、冶金乏气以及加热炉和煤气加热炉出来的高温烟气换热，三次换热形成高温循环煤气作为热源送入末煤热解炉热解末煤，高温烟气用作原煤预热分级系统的热源，利用冶金乏气作为煤气加热炉以及热风炉的燃料，实现了煤气的循环闭合，整个工艺能量利用效率高。

进一步地，所述原煤预热分级系统产生的低温干燥气经除尘、脱硫后分成两部分，一部分作为尾气直接排空，另一部分循环调节来自冶金还原段的高温混合烟气的温度，将进入预热分级系统的热源调节至300℃左右。冶金还原段的高温混合烟气的温度较高，需要采用部分尾气进行混合降温调节，使得预热效果更好。

进一步地，所述步骤e中热解煤气精细除尘后的除尘粉与末煤热解产生的高温半焦粉以及粒煤预热解后的预热解粒煤混合后进入粒煤热解炉热解，有效节约了能源和物料。

优选地，所述三次换热后的循环载气温度为650～750℃，能对末煤快速流化加热，完成闪速热解。

利用高温煤气对末煤进行流化闪速热解，减少中间热解反应步骤，减少热解析出物在高温区的停留时间，避免析出物的二次热解，提高热解煤气和焦油的产率。

本发明还提供一种用于上述权利要求中所述工艺的煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原系统，包括：

原煤预热分级系统、粒煤预热解炉、粒煤热解炉、末煤热解炉、热解气处理系统和冶金还原系统，其中冶金还原系统包括加热炉、还原炉、冷却炉、冷却输出装置、高温冶金乏气换热器、煤气加热炉、热风炉和高温烟气换热器；所述原煤预热分级系统的出料口分别与粒煤预热解炉和末煤热解炉的入料口相连；所述粒煤预热解炉的热解煤气出口与热解气处理系统的进口相连，粒煤预热解炉的物料出口与粒煤热解炉入口相连；所述末煤热解炉的热解煤气出口与粒煤预热解炉的热源入口相连，末煤热解炉的物料出口与粒煤热解炉入口相连；所述粒煤热解炉的热解煤气出口与粒煤预热解炉的热源入口相连，粒煤热解炉的半焦出口分成两路，一路输出半焦产品，另一路与还原炉的入料口相连；所述热解气处理系统包括管路相连的精细除尘器和煤气冷却装置，所述粒煤预热解炉的热解煤气出口与该精细除尘器的进口相连，所述煤气冷却装置的煤气出口分别与冷却炉的煤气入口以及煤气加热炉的煤气入口相连，煤气冷却装置的物料出口输出焦油产品，所述精细除尘器的除尘粉出口与粒煤热解炉的物料入口相连；所述加热炉开设有冶金原料入口，加热炉的烟气出口与高温烟气换热器的烟气入口相连，加热炉的出料口与还原炉的入料口相连；所述还原炉的乏气出口与高温冶金乏气换热器的乏气入口相连，还原炉的出料口与冷却炉的入料口相连；所述冷却炉的煤气出口与高温冶金乏气换热器的煤气入口相连，冷却炉的出料口与冷却输出装置的入口相连；所述冷却输出装置的出口直接输出还原金属产品；所述高温冶金乏气换热器的煤气出口与高温烟气换热器的煤气入口相连，高温冶金乏气换热器的乏气出口分成两路，一路与煤气加热炉的燃料入口相连，另一路与热风炉的燃料入口相连；所述煤气加热炉的煤气出口与还原炉的入料口相连，煤气加热炉的烟气出口与高温烟气换热器的烟气入口相连；所述热风炉的烟气出口与加热炉的热源入口相连；所述高温烟气换热器的煤气出口与末煤热解炉的热源入口相连，高温烟气换热器的烟气出口与原煤预热分级系统的热源入口相连。

进一步地，所述原煤预热分级系统还包括有除尘器和脱硫装置，原煤预热分级系统的低温干燥气出口与除尘器的入口相连，除尘器的出口与脱硫装置入口连接，除尘器的尘粉出口与末煤热解炉的物料入口相连，脱硫装置的出口分成两路，一路直接与大气连通，另一路与原煤预热分级系统的热源入口相连。

由以上技术方案可知，本发明采用煤热解段耦合冶金还原段，利用热解产生的煤气作为冶金还原的主还原气体，热解产生的半焦在还原炉内的高温条件下进一步发生热解,产生的富氢热解气补充还原气体，产生的高温半焦作为炭质还原剂，始终保持过量的还原剂，始终保持浓厚的还原气氛，改变以往冶金还原工艺受炭铁比的限制和还原原料品位的限制，并利用冶金还原的乏气作为热解和冶金的热源，实现煤气的高效利用。本发明不受原料品位限制，可以大规模用于高品位矿、低品位矿和尾矿资源的开发。

采用气体热载体和固体热载体相结合的方式，对原煤全粒径分级均匀热解，利用三次换热后的洁净煤气作为气体热载体，对末煤进行快速闪蒸热解，并利用末煤和粒煤热解产生的高温热解煤气为粒煤预热解提供热源；利用粒煤在预热解炉内形成的滤料层对进入炉内的高温热解煤气进行滤料除尘，除尘效率高，同时克服了高含尘的热解煤气因冷凝析出的焦油与煤粉形成粘性物造成精细除尘器堵塞的缺点；利用待预热的粒煤吸收高温热解煤气的部分显热，实现了热量的回收，同时降低了热解煤气的温度，减轻了后续热解气处理系统冷却降温的负担。

附图说明

图1为本发明煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原工艺流程图；

图2为图1中冶金还原段的流程图；

图3为本发明煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原系统示意图；

图4为图3中冶金还原系统的示意图。

图中：100、原煤预热分级系统，110、除尘器，120、脱硫装置，101、原煤，102、低温干燥气，103、粒煤，104、末煤，111、干燥尾气，112、尘粉，121、尾气,122、调节尾气；

200、粒煤预热解炉，201、热解煤气，202、预热解粒煤；

300、粒煤热解炉，301、粒煤热解煤气，302、热半焦，303、半焦产品，304、半焦还原剂；

400、末煤热解炉，401、末煤热解煤气，402、高温半焦粉；

500、热解气处理系统，510、精细除尘器，520、煤气冷却装置，511、除尘粉，512、精除尘热解气，521、焦油产品，522、洁净煤气，523、循环载气，524、煤气还原剂；

600、冶金还原系统，610、加热炉，620、还原炉，630、冷却炉，640、冷却输出装置，650、高温冶金乏气换热器，660、煤气加热炉，670、热风炉，680、高温烟气换热器，601、冶金原料，611、高温废烟气，612、加热原料，621、冶金乏气，622、高温还原金属，631、一次换热循环载气，632、换热循环铁，641、还原金属产品，651、二次换热循环载气，652、换热冶金乏气，653、煤气加热炉燃料，654、热风炉燃料，661、高温煤气，662、煤气加热炉高温烟气，671、热风炉高温烟气，681、三次换热循环载气，682、混合烟气。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

如图3和4所示，本发明煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原系统包括：原煤预热分级系统100、粒煤预热解炉200、粒煤热解炉300、末煤热解炉400、热解气处理系统500和冶金还原系统600。所述原煤预热分级系统还包括除尘器110和脱硫装置120，所述热解气处理系统500包括精细除尘器510和煤气冷却装置520，所述冶金还原系统包括加热炉610、还原炉620、冷却炉630、冷却输出装置640、高温冶金乏气换热器650、煤气加热炉660、热风炉670、高温烟气换热器680。

如图3所示，所述原煤预热分级系统100以原煤为原料，设有末煤、粒煤和低温干燥气的三个出口，其中末煤的出口与末煤热解炉入料口相连，粒煤的出口与粒煤预热解炉入料口相连，低温干燥气的出口与除尘器的入口相连，所述除尘器的出口与脱硫装置的入口相连，除尘器的尘粉出口与末煤热解炉的物料入口相连，所述脱硫装置的出口分成两路，一路与大气连通，另一路与原煤预热分级系统的热源入口相连。

所述末煤热解炉400的热源由冶金还原段三次换热后的循环载气提供，末煤热解炉设有末煤热解煤气出口和高温半焦粉出口，末煤热解煤气出口与粒煤预热解炉的热源入口相连，高温半焦粉出口与粒煤热解炉的入口相连。

所述粒煤预热解炉200设有热解煤气出口和预热解粒煤出口，其中热解煤气出口与精细除尘器的热解气入口相连，预热解粒煤出口与粒煤热解炉的入口相连。

所述粒煤热解炉300设有粒煤热解煤气出口和热半焦出口，其中粒煤热解煤气出口与粒煤预热解炉的热源入口相连，热半焦出口分成两路，一路与冶金还原系统中的还原炉入料口相连，另一路作为半焦产品输出。

所述精细除尘器510的除尘粉出口与粒煤热解炉的入口相连，精细除尘器的热解气出口与煤气冷却装置的入口相连，煤气冷却装置520的物料出口作为焦油产品输出，煤气冷却装置的洁净煤气出口分成两路，一路与冷却炉的煤气入口相连，另一路与煤气加热炉的煤气入口相连。

如图4所示，所述加热炉610的热源由热风炉输送的高温烟气提供，加热炉开设有原料入口，加热炉的烟气出口与高温烟气换热器的烟气入口相连，加热炉的出料口与还原炉的入料口相连。

所述还原炉620的乏气出口与高温冶金乏气换热器的乏气入口相连，还原炉的出料口与冷却炉的入料口相连，为了降低煤气的含尘量，在还原炉的乏气出口与高温冶金乏气换热器的乏气入口之间加设有一级和二级除尘器，该一、二级除尘器的除尘粉出口直接送入冷却炉中。

所述冷却炉630的煤气出口与高温冶金乏气换热器的煤气入口相连，冷却炉的出料口与冷却输出装置的入口相连，冷却炉的煤气出口与高温冶金乏气换热器的煤气入口之间同样设置有两级除尘器。

所述冷却输出装置640包括磁选机和冷压机，分别输出废渣、半焦粉和还原金属产品。

所述高温冶金乏气换热器650的煤气出口与高温烟气换热器的煤气入口相连，高温冶金乏气换热器的乏气出口分成两路，一路与煤气加热炉的燃料入口相连，另一路与热风炉的燃料入口相连。

所述煤气加热炉660的煤气出口与还原炉的入料口相连，煤气加热炉的烟气出口与高温烟气换热器的烟气入口相连。

所述热风炉670的烟气出口与加热炉的热源入口相连。

所述高温烟气换热器680的煤气出口与末煤热解炉的热源入口相连，高温烟气换热器的烟气出口与原煤预热分级系统的热源入口相连。

参照图1，对本发明的煤热解段流程描述如下：

利用原煤预热分级系统100将原煤101分成小于等于5mm的末煤104和5～50mm的粒煤103，原煤预热分级系统进行预热干燥产生的低温干燥气102经除尘器110除尘后的干燥尾气111送至脱硫装置120中，脱硫处理后形成的尾气121分成两部分，一部分直接排空，另一部分作为调节尾气与来自冶金还原段的500～600℃混合废烟气682混合，将混合废烟气温度调节至300℃左右，作为原煤预热分级系统的热源，所述除尘器110的尘粉112与末煤104混合后进入末煤热解炉400,所述粒煤103进入粒煤预热解炉200。

所述末煤热解炉利用来自冶金还原段的650～750℃三次换热循环载气681对末煤快速流化加热，闪速热解，热解形成的500～650℃的末煤热解煤气401进入粒煤预热解炉200，对粒煤103进行预热解，同时粒煤在预热解炉内形成的滤料层对末煤热解煤气进行过滤，将热解气中≥20μm的粉尘捕集下来，经粒煤滤料层过滤除尘后约200℃的热解煤气201送入热解气处理系统500进行精细除尘、冷却回收得到焦油产品521。末煤热解炉内产生的550～500℃的高温半焦粉402与粒煤预热解炉内产生的约400℃的预热解粒煤202及精细除尘器收集的除尘粉511一起进入粒煤热解炉300中混合，在粒煤热解炉内，高温半焦粉将热量传递给预热解粒煤，使粒煤温度升高至500～550℃，实现粒煤的热解，热解产生的500～550℃粒煤热解煤气301也送入粒煤预热解炉内作为热源，预热解炉内的粒煤滤料层同样对其进行过滤、冷却并送入热解气处理系统中处理。粒煤热解炉300发生热解后产生的热半焦302分成两部分，一部分作为半焦产品303输出，另一部分作为半焦还原剂送入冶金还原系统中。

热解气处理系统500中先对热解煤气201进行精细除尘，精细除尘后的精除尘热解气512送入煤气冷却装置520中，回收除尽焦油后，输出低温洁净煤气522，该洁净煤气分成两部分，一部分作为循环载气523送入冶金还原段的冷却炉630中，另一部分作为煤气还原剂524通过煤气加热炉加热后送入还原炉620中。

参照图2，本发明冶金还原段流程描述如下：

将冶金原料601送入加热炉610中，本实施例中冶金原料采用铁矿粉等低品位矿，得出的还原金属产品为还原铁,利用来自热风炉670的1300℃左右热风炉高温烟气671，将矿粉加热至1100℃左右，加热矿粉产生的1100℃左右高温废烟气作为热源送入高温烟气换热器680中。

加热后的加热原料612与来自煤热解段的半焦还原剂304以及来自煤气加热炉加热后的900～1000℃高温煤气661混合，然后进入还原炉内发生还原反应，反应温度控制在900℃左右。喷入的半焦还原剂在900～1000℃的温度条件下进一步发生热解，产生大量的富氢热解气参与还原反应，由半焦还原剂热解后得到的炭质物也参与还原反应，即始终保持足够的还原剂，保持冶炼炉内的还原气氛。

还原炉内还原反应产生的高温还原金属622与来自煤热解段的20℃左右的循环载气523在冷却炉中换热，冷却后的换热还原金属632经冷却输出装置640进一步降温至50℃以下后，作为还原金属产品641输出，所述还原金属冷却输出装置中包括磁选和冷压工序。还原炉内还原反应产生冶金乏气621经过两次除尘后作为热源送入高温冶金乏气换热器650中。

循环载气523经冷却炉第一次换热后形成200～300℃的一次换热循环载气631，经过两次除尘后送入高温冶金乏气换热器650中，与900℃左右冶金乏气621进行第二次换热形成450～550℃的二次换热循环载气651，冶金乏气换热后形成换热冶金乏气652，在风机的输送下分成两部分，一部分作为煤气加热炉燃料653送入煤气加热炉660中，另一部分作为热风炉燃料654送入热风炉中，其中热风炉产生的热风炉高温烟气671作为热源送入加热炉中，所述煤气加热炉产生的煤气加热炉高温烟气662与加热炉产生的高温废烟气611混合作为热源送入高温烟气换热器680中。

所述二次换热循环载气651与煤气加热炉高温烟气662以及高温废烟气611进行第三次换热，形成650～750℃的三次换热循环载气681，然后送入末煤热解炉，作为末煤热解热源。换热后的混合烟气682温度降低至500~600℃，然后与来自脱硫装置的调节尾气122混合，将温度调节至300℃左右，作为原煤预热分级系统的热源，预热原煤。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原工艺，其特征在于，包括如下步骤：

a、将原煤经过原煤预热分级系统分成末煤和粒煤；

b、将末煤送入末煤热解炉热解，粒煤送入粒煤预热解炉中预热解；

c、末煤热解产生的末煤热解煤气作为粒煤预热解的热源送入粒煤预热解炉中，末煤热解产生的高温半焦粉与粒煤预热解后的预热解粒煤混合后进入粒煤热解炉热解；

d、粒煤热解产生的粒煤热解煤气作为粒煤预热解的热源送入粒煤预热解炉中，粒煤热解产生的热半焦分成两部分，一部分冷却后得到半焦产品，另一部分作为还原剂送入还原炉中；

e、粒煤在粒煤预热解炉内形成的滤料层对末煤热解煤气和粒煤热解煤气进行过滤，对过滤后的热解煤气进行精细除尘和冷却回收焦油产品后，得到洁净煤气；

f、洁净煤气分成两部分，一部分作为循环载气送入冶金还原段的冷却炉中，另一部分作为还原剂先送入煤气加热炉内加热，然后送入还原炉中；

所述冶金还原包括如下步骤：

1）将冶金原料送入加热炉中加热；

2）加热后的冶金原料与来自煤热解段产生的热半焦以及来自煤气加热炉产生的高温煤气混合后进入还原炉中，发生还原反应，热半焦在还原炉内的高温条件下进一步发生热解产生的富氢热解气补充还原气体，产生的高温半焦作为炭质还原剂，始终保持过量的还原剂；

3）还原反应产生的高温还原金属送入冷却炉中与来自煤热解段产生的循环载气进行一次换热，换热后的还原金属进行冷却作为产品输出；

4）一次换热后的循环载气与还原反应产生的冶金乏气进行二次换热；

5）换热后的冶金乏气分成两部分，作为燃料分别送入煤气加热炉和热风炉中，利用热风炉产生热源为加热炉加热；

6）二次换热后的循环载气与冶金原料加热产生的高温废烟气和煤气加热炉产生的高温烟气的混合烟气进行三次换热；

7）换热后的混合烟气作为热源送入原煤预热分级系统中；

8）三次换热后的循环载气作为热源送入末煤热解炉中。

2.根据权利要求1所述的煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原工艺，其特征在于，所述原煤预热分级系统产生的低温干燥气经除尘、脱硫后分成两部分，一部分作为尾气直接排空，另一部分循环调节来自冶金还原段的高温混合烟气的温度，将进入预热分级系统的热源调节至300℃。

3.根据权利要求1所述的煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原工艺，其特征在于，所述步骤e中热解煤气精细除尘后的除尘粉与末煤热解产生的高温半焦粉以及粒煤预热解后的预热解粒煤混合后进入粒煤热解炉热解。

4.根据权利要求1所述的煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原工艺，其特征在于，所述三次换热后的循环载气温度为650～750℃，能对末煤快速流化加热，完成闪速热解。

5.一种用于权利要求1所述工艺的煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原系统，其特征在于，包括：

原煤预热分级系统(100)、粒煤预热解炉(200)、粒煤热解炉(300)、末煤热解炉(400)、热解气处理系统(500)和冶金还原系统(600)，其中冶金还原系统包括加热炉(610)、还原炉(620)、冷却炉(630)、冷却输出装置(640)、高温冶金乏气换热器(650)、煤气加热炉(660)、热风炉(670)和高温烟气换热器(680)；

所述原煤预热分级系统(100)的出料口分别与粒煤预热解炉和末煤热解炉的入料口相连；

所述粒煤预热解炉(200)的热解煤气出口与热解气处理系统的进口相连，粒煤预热解炉的物料出口与粒煤热解炉入口相连；

所述末煤热解炉(400)的热解煤气出口与粒煤预热解炉的热源入口相连，末煤热解炉的物料出口与粒煤热解炉入口相连；

所述粒煤热解炉(300)的热解煤气出口与粒煤预热解炉的热源入口相连，粒煤热解炉的半焦出口分成两路，一路输出半焦产品，另一路与还原炉的入料口相连；

所述热解气处理系统(500)包括管路相连的精细除尘器(510)和煤气冷却装置(520)，所述粒煤预热解炉的热解煤气出口与该精细除尘器的进口相连，所述煤气冷却装置的煤气出口分别与冷却炉的煤气入口以及煤气加热炉的煤气入口相连，煤气冷却装置的物料出口输出焦油产品，所述精细除尘器的除尘粉出口与粒煤热解炉的物料入口相连；

所述加热炉(610)开设有冶金原料入口，加热炉的烟气出口与高温烟气换热器的烟气入口相连，加热炉的出料口与还原炉的入料口相连；

所述还原炉(620)的乏气出口与高温冶金乏气换热器的乏气入口相连，还原炉的出料口与冷却炉的入料口相连；

所述冷却炉(630)的煤气出口与高温冶金乏气换热器的煤气入口相连，冷却炉的出料口与冷却输出装置的入口相连；

所述冷却输出装置(640)的出口直接输出还原金属产品；

所述高温冶金乏气换热器(650)的煤气出口与高温烟气换热器的煤气入口相连，高温冶金乏气换热器的乏气出口分成两路，一路与煤气加热炉的燃料入口相连，另一路与热风炉的燃料入口相连；

所述煤气加热炉(660)的煤气出口与还原炉的入料口相连，煤气加热炉的烟气出口与高温烟气换热器的烟气入口相连；

所述热风炉(670)的烟气出口与加热炉的热源入口相连；

所述高温烟气换热器(680)的煤气出口与末煤热解炉的热源入口相连，高温烟气换热器的烟气出口与原煤预热分级系统的热源入口相连。

6.根据权利要求5所述的煤气循环煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原系统，其特征在于，所述原煤预热分级系统(100)还包括有除尘器(110)和脱硫装置(120)，原煤预热分级系统的低温干燥气出口与除尘器的入口相连，除尘器的出口与脱硫装置入口连接，除尘器的尘粉出口与末煤热解炉的物料入口相连，脱硫装置的出口分成两路，一路直接与大气连通，另一路与原煤预热分级系统的热源入口相连。