CN1118009A - 煤基熔融床造气竖炉法生产海绵铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种煤基熔融床造气生产海绵铁的方法，是将破碎至-50mm的煤与白云石等熔剂，调整炉渣碱度为0.95～1.05，于熔融床气化炉中通入压力为0.25～0.4MPa的氧气与水蒸气的混合气体为气化剂，在1550～1750℃反应，得到CO+H2含量占90～95％的煤气，经降温、除尘通入还原竖炉与块矿、球团矿反应即可得到海绵铁，该方法得到的煤气中CO2含量低，煤气温度高，不需脱除CO2、升温，即可一步得到所需成分的高质量煤气，可节约能源，缩短生产流程，降低成本。

Description

煤基熔融床造气竖炉法生产海绵铁的方法
本发明涉及一种直接还原法生产海绵铁的方法。
目前，煤基生产海绵铁的技术有二类，同类是不经造气，直接将块煤、矿石和石灰石一起混匀装入回转窑或K-M直接还原装置生产海绵铁，另一类是采用粉煤作原料，以O2、CO2和水蒸汽为气化剂在流化床造气炉中造气的方法，例如中国专利申请95102169.9(申请日950311)提出了“一种煤基造气竖炉还原法生产海绵铁的方法”但该方法得到的气体中CO2占25～35VOL％，需经脱除CO2处理，同时由于流化床造气要求固体排渣，其反应温度为1100～1250℃，得到的煤气经洗涤、除尘后还需升温才可达到850℃通入竖炉。国外还有使用使用喷流床气化炉做为造气炉产生煤气，其煤气产品一般为化工产品或发电等用途，其炉内温度达2000℃以上，压力为3MPa，耐火材料不易解决，成本较高。
本发明的目的是得到一种煤基造气竖炉法生产海绵铁的方法，可从造气炉中一次发生所需成份的煤气，不必经过脱除CO2和升温，经降温，除尘后即可通入还原竖炉使用。
为实现上述目的，本发明是这样实现的：
一种煤基熔融床造气竖炉法生产海绵铁的方法，造气的方法为：将破碎至50mm以下的原料煤和钙、镁的氧化物或碳酸盐为熔剂，调整炉渣碱度为0.95～1.05，通入压力为0.25～0.4MPa的氧气和水蒸汽的混合气体为气化剂，在熔融床气化炉中于1550～1750℃反应，得到CO+H2含量占90～95％，还有少量CO2、H2、N2、H2S的煤气，经降温，除尘即可通入还原竖炉与块矿、球团矿反应得到海绵铁。
所述的熔剂为白云石、石灰石或生石灰。
所述的熔剂还包括高炉炉渣。
当得到煤气中H2S含量大于0.1vol％时进行脱硫处理。
气化剂中氧气和水蒸汽的重量比为1∶1～0.7。
得到的煤气中H2占30～40％，CO占52～62％。
下面结合附图对本发明进行详述。
图1为本发明生产方法的流程图。
图2为熔融床气化炉造气示意图。
为了得到CO+H2含量达90％以上，且温度达到1100℃以上的煤气，本发明采用燃烧区温度高，液态排渣的熔融床气化炉造气，其工艺过程为：参见图1、2，造气的原料可用各种煤，但最好选用不粘结性和弱粘结性，变质程度低，活性好的褐煤或烟煤，经破碎，筛分得到粒度为0～50mm的原料煤，进行干燥处理使煤的湿度为4～5％，以利于输出煤气成分和温度的稳定，再运至贮煤仓中经煤锁系统送到熔融床气化炉上部，靠重力坠入流化区和固定床，熔剂与煤一起装入炉内，熔剂为白云石、石灰石或生石灰，调节炉渣物化性能，参与造渣，调整碱度CaO+MgO/SiO+AL2O3＝0.95～1.05，其中CaO/SiO2＝1.05～1.25，如渣的流动性不好，还可加入高炉渣，以形成熔化温度低，流动性好，能及时从渣口排出的炉渣。熔融床气化炉采用氧气和水蒸汽为气化剂，压力为0.25～0.4MPa，气化剂中氧气与水蒸汽的重量比为1∶1～0.7，调节水蒸汽的含量可控制风口燃烧区的温度，氧气和水蒸汽从风口鼓入炉内，与固定床的半焦或焦碳进行燃烧反应，风口燃烧区的温度达到1550～1750℃左右，(以保证液态排渣)，可通过调节燃烧强度来控制，燃烧产生的高温煤气穿过固定床上升，和从炉顶装入的煤形成逆向流动，煤与高温煤气接触脱水、脱挥发份，落入下部形成半焦固定床。煤气流进上部的干燥稳定区，夹带的煤粉或焦粉在此沉积，可使飞散损失减少，炉顶输出煤气温度在1100℃以上，炉煤气温度可通过调节加煤速度和半焦固定床的高度来控制。在熔融床气化炉中原料煤和气化剂发生如下反应：
(放热反应)    (1)
  (放热反应)    (2)
        (吸热反应)    (3)
     (吸热反应)    (4)
  (放热反应)    (5)
(放热反应)    (6)
        (放热反应)    (7)
其中，反应(1)在温度低于1200℃时进行，反应(2)在温度高于1300℃进行，反应(3)、(4)也须在较高温度下进行，而且(4)的反应速率比(3)快，反应(5)在温度较低时易于发生，转化率很高，它会影响煤气中H2/CO比值，反应(6)和(7)称为甲烷反应，只是在低温和高压下才易发生。因此；得到的煤气中CO2含量较低。
在气化过程的还原性条件下，煤中所含的硫元素大部转化为H2S，少量转化为COS。
CH4为做为碳氢化合物分解程度的显示物。CH4低，可保证煤气中不会含有大量碳氢化合物，当温度超过1000℃时，焦油、苯等高分子碳氢化合物分解成CO、CO2、H2、N2、H2S和COS，可避免产生焦油堵塞管道。综上所述，本发明得到的煤气的成份(vol)为：(CO＋H2)占90～95％，其中H2占30～40％，CO占52～62％，CO22～3％，CH4约1％，还有少量N2、H2S等。煤气温度为1100℃，经热交换器降温至900℃，输入热旋风除尘器除尘后，含尘量≤20g/Nm2时，即可通入还原竖炉。如H2S≥0.1vol％，则需进行脱硫处理。落入除尘器下部的含碳粉尘，返回气化炉重新参加造气，以提高碳的气化率。
将上述温度和成份都达到还原竖炉还原气要求的煤气从竖炉中输入，原料块矿、球团矿筛除小于6mm粉料后，从炉顶装入，还原气体与炉料在相向运动过程中进行以下还原反应和渗碳反应：
   (放热反应)    (8)
 (放热反应)    (9)
         (吸热反应)   (10)
       (吸热反应)   (11)
FeO＋CO＝Fe＋CO2                (放热反应)   (12)
              (吸热反应)   (13)
                    (14)
                         (15)将铁的氧化物最终还原成金属铁，并按照(14)、(15)金属铁渗碳，使得到的海绵铁含有1～2.5％的碳，所以有部分海绵铁以渗碳体(Fe3C)形式存在。经冷却后海绵铁从竖炉下部排出，筛除小于3mm粉末；即得成品海绵铁。
与现有技术相比，本发明使用熔融床造气炉造气，发生出温度达到1100℃，CO＋H2含量超过90％的高质量煤气，不需经脱除CO2和升温过程，可节约能源，缩短生产流程，降低机械投资和生产成本，还原TFe≥60％的块矿或球团矿，得到的海绵铁金属化率可达90％以上。
下面介绍本发明的实施例。
使用一直径1米，高5米的熔融床气化炉，用内蒙种府煤作原料，熔剂为船山石灰石，调碱度CaO＋MgO/SiO2＋AL2O3＝0.98，CaO/SiO2＝1.10，通入99.5％O2的纯氧和水蒸汽为气化剂，氧气和水蒸汽的重量比为1∶08，压力0.3MPa，每小时发生煤气2150Nm3，其成份(VOL)为：CO61.2％，H234.1％，CO22.9％，CH40.8％，其作为N2、H2S等，煤气温度1130℃，将该气体经热交换器降温，热旋风除尘器除尘后，作为还原煤气输入还原竖炉时；其温度为880℃；还原竖炉采用的炉料结构为：30％；纽曼块矿和70％巴西球团矿，经8小时还原，得到的海绵铁金属化率达92.5％。

Claims (6)

1.一种煤基熔融床造气竖炉法生产海绵铁的方法；是将得到的煤气输入还原竖炉与块矿、球团矿反应得到海绵铁，其特征是：造气的方法为：将破碎至50mm以下的原料煤和钙、镁的氧化物或碳酸盐为熔剂，调整炉渣碱度为0.95～1.05，通入压力为0.25～0.4MPa的氧气和水蒸汽的混合气体为气化剂，在熔融床气化炉中于1550～1750℃反应，得到CO＋H2含量占90～95％，还有少量CO2、H2、N2、H2S的煤气，经降温除尘即可通入还原竖炉。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的熔剂为白云石、石灰石或生石灰。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的熔剂还包括高炉炉渣。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：当得到的煤气中H2S含量大于0.1vol％时，进行脱硫处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的气化剂中氧气中和水蒸汽的重量比为1∶1～0.7。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：得到煤气中H2占30～40％，CO占52～62％。
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