CN1109911A - 一种煤基造气竖炉法生产海绵铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种直接还原法生产海绵铁的方法，是 用煤经过破碎、筛分、烘干后在造气炉中与氧气、水蒸气、二氧化碳进行反应，得到组分为CO、H₂、CO₂的煤气，经除尘、洗涤、冷却至常温后脱除CO₂，使煤气中CO+H₂含量达到85％以上，然后升温至850—900℃与原料如块矿、氧化球团、含碳球团进行反应生产海绵铁，该方法利用煤为造气原料应用竖炉还原法生产海绵铁，可充分利用煤资源和现有还原竖炉的优势。

Description

本发明涉及一种直接还原法生产海绵铁的方法。

目前，生产海绵铁的方法可分为气基法和煤基法两大类，气基法占大多数，其中又以Midrex法和HYL-Ⅲ法为代表，其工艺技术先进，自动化程度高。但由于我国缺少天然气资源，难以得到满足该工艺要求的还原气体，因此多采用煤基法中的回转窑法，该方法虽然可以用煤生产海绵铁，但对原料铁矿石及煤种技术要求较高，工艺相对复杂，为此，根据我国的资源条件，需要采用一种用煤基法造气使用竖炉法直接还原生产海绵铁的新工艺，美国专利申请US4246024公开了一种竖炉法生产海绵铁的方法，是用煤或石油在煤气发生炉中产生煤气经过加压、加水蒸气并加热至300-600℃再进入竖炉上部的改制区中调整H₂、CO的比例，再经脱水、脱CO₂，然后加热至850-1150℃再进入还原区与矿石反应生产海绵铁，该申请对竖炉进行了较大改造：在竖炉中增加了数层隔板，同时竖炉内被分成改制区和还原区等，该方法的设备结构和造气系统均比较复杂。

本发明的目的是得到一种用煤在造气炉中产生还原气体，使用气基竖炉法在现有常规竖炉中直接还原生产海绵铁的方法。

为实现上述目的，本发明是这样实现的：

一种煤基造气竖炉法生产海绵铁的方法，是用煤经过破碎、筛分、烘干后在造气炉中与氧气、水蒸气或二氧化碳中的至少一种进行反应、得到煤气的成份（Vol%）为：H₂30-45，CO 25-35，CO₂25-35，少量CH₄，N₂，经除尘、洗涤，冷却至常温后由脱除CO₂装置使CO₂含量小于6%，CO+H₂含量大于85%，然后将煤气升温至850-900℃输入竖炉，与原料：块矿或氧化球团或二者的混合物反应生产海绵铁。

竖炉原料可以部分或全部由含碳球团代替，该含碳球团的成份为（wt%），焦粉或煤粉5-10，粘结剂2-5，其余为精矿粉。

煤气升温过程分为两步：首先用热交换器将煤气升温到350-400℃，第二步在燃烧室通氧燃烧部分煤气使煤气温度升到850-900℃。

造气原料用煤最佳选择为褐煤或烟煤。

脱除CO₂的方法为乙醇胺法或变压吸附法。

造气炉为流化床造气炉。

下面结合附图详述本发明。

附图为本发明煤基造气竖炉法生产海绵铁的工艺流程图。

参见附图，本发明得到的煤基造气竖炉法生产海绵铁的方法可分为用粉煤造气、煤气脱除CO₂精制及升温和铁矿石竖炉还原三个部分组成，下面分别进行介绍。

1.粉煤造气：

造气原料可以为无烟煤、烟煤或褐煤，但最好选用弱粘结性或不粘结性、变质程度低的褐煤和烟煤，将其破碎至0-8mm，筛分后烘干到水份小于5%，用皮带运输机运至贮煤仓中贮存，然后进入煤锁系统进行均压使其压力与造气炉中压力相同：即首先打开煤锁系统的上阀门，此时为常压，然后加入处理过的煤粉，关闭上阀门，充压至与造气炉压力相同（约0.3MPa），打开通向造气炉的阀门，煤粉即被CO₂载体从管道中输入流化床造气炉，通入氧气及水蒸气或二氧化碳中的至少一种为气化剂，发生的反应如下：

加入水蒸气和CO₂的目的，一是为了调整控制燃烧区的温度保持在1200℃左右，这是因为C与O₂反应生成CO，CO₂的反应均为放热反应，加入CO₂或H₂O与C的反应为吸热反应，以保持燃烧区温度不会过高，防止煤灰粘结，以达到煤灰干渣方式排除，二是为了调整煤气成份中CO/H₂的比例，并使造气炉床层温度控制在1050-1100℃之间，从而使煤气中不含焦油和酚类物质。而O₂，CO₂和水蒸气的具体比例则因煤质而异，经调整使造气炉出来的煤气成份为（Vol%）：H₂30-40，CO：30-35，CO₂25-35，及少量的CH₄和N₂。煤灰经灰锁系统均压后排除。

2.煤气脱除CO₂精制及升温：

从造气炉中产生的煤气温度为1000℃左右，其CO₂含量高，为脱除CO₂需将气体冷却至50℃以下。首先经热交换器1将温度降至700℃左右，接着输入热旋风除尘器除尘，排出的灰尘进入造气炉继续参与造气反应，煤气进入洗涤塔进一步降低含尘量，同时可将煤气温度降至50℃以下，灰尘排入沉淀池，降至常温的煤气输入脱CO₂装置，采用化学吸收法的乙醇胺法将煤气中的CO₂降到6%以下，得到的CO₂大部分做为气化剂送入造气炉，少量做煤粉的输送气体。

然后采用二步法将脱除CO₂的煤气升温，第一步通过热交换器2将煤气升温到400℃，第一步在煤气加热器中通氧燃烧部分煤气使煤气温度迅速升到850-900℃，以降低在400-700℃范围内CO产生如下吸C反应：

2CO→CO₂+C

得到煤气中CO+H₂含量大于85%，其中CO∶H₂为4∶1-1∶1。

3.铁矿石竖炉还原：

将上述温度和成份都达到直接还原竖炉还原气要求的煤气输入竖炉内，加入原料块矿、氧化球团、含碳球团中的一至三种，含碳球团的成份（wt%）为：焦粉或煤粉 5-10，粘结剂硼润土或硅微粉 2-5，其余为精矿粉，加入含碳球团的目的，是增加还原剂焦粉或煤粉，有利于提高金属化率，提高还原速度。将原料整粒后从炉顶加入竖炉，还原气体与原料在相向运动中进行下列基本还原反应：

最终将铁的氧化物还原成金属铁，经冷却后海绵铁从竖炉下部排出，筛除小于3mm的粉末，即成为成品海绵铁，其金属化率达到90%以上，还原竖炉上部排出的尾气经洗涤塔除尘、降温后，灰尘排入沉淀池，一部分气体作输出煤气，另一部分再经脱除CO₂后用作还原煤气。

与现有技术相比，本发明得到的煤基造气竖炉法生产海绵铁的方法用煤为造气原料，氧气、二氧化碳、水蒸气为气化剂进行反应得到还原气体，直接与工艺成熟的竖炉还原法结合，不需要对现有还原竖炉进行改造。

下面介绍本发明的实施例。

造气原料煤采用大同产烟煤，其成份（wt%）为灰份 11，挥发份 30，含硫量 0.9，固定碳 58，破碎至0-8mm，于600℃烘干炉中烘干到水份小于5%，用皮带运输机中运至贮煤仓中，经煤锁系统均压至与造气炉压力相同（0.3MPa），输入造气炉，通入氧气，二氧化碳和水蒸汽进行气化反应，产生气体成份为（Vol%）：H₂35，CO 32，CO₂30，其余为CH₄和N₂，煤气温度为1000℃，经热交换器降温至700℃，经旋风除尘器将煤气含量降至20g/m³以下，进入洗涤塔进一步除尘，同时使煤气温低于50℃，进入脱CO₂装置用乙醇胺法脱除CO₂，使CO₂含量小于5%，脱除CO₂的煤气经热交换器2升温至400℃，然后于煤气加热器中通氧燃烧升温至850℃，其煤气中CO+H₂含量为86%，通入Midrex炉中，加入比例为（wt%）氧化球团 70，含碳球团 30的原料，含碳球团成份（wt%）为：焦粉 8，硼润土 3，其余为精矿粉，经筛除-6mm的粉料，从炉顶加入竖炉，经8小时后排出的海绵铁其金属化率为91%，经筛分去除-3mm的粉末海绵铁，即得成品海绵铁。

Claims (6)

1、一种生产海绵铁的方法，是用煤经造气系统得到的还原气体从中部输入竖炉中与原料：块矿或氧化球团或二者的混合物反应生产海绵铁，其特征是：所述的还原气体的造气方法为：将煤经破碎、筛分、干燥后的造气炉中与氧气、水蒸气和CO₂中的至少一种进行反应，得到煤气的成份为(VOL%)：H₂30-40，CO30-35，CO₂23-35，少量CH₄，N₂经除尘、洗涤、冷却至常温后由脱除CO₂装置使CO₂含量降至小于6%，CO+H₂含量大于85%，然后将煤气升温至850-900℃输入竖炉。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的竖炉原料可以部分或全部由含碳球团代替，该含碳球团的成份（wt%）为：焦粉或煤粉5-10，粘结剂2-5，其余为精矿粉。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征是：煤气升温过程分为两步：首先将煤气升温至350-400℃，第二步在燃烧室通氧燃烧部分煤气使煤气温度升到850-900℃。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的造气原料煤最佳选择为褐煤或烟煤。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的脱除CO₂的方法为乙醇胺法或变压吸附法。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的造气炉为流化床造气炉。