CN206721247U - 制备海绵铁的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备海绵铁的系统，该系统包括：热解装置，所述热解装置具有低阶煤入口、热解油气出口和半焦出口；气基竖炉，所述气基竖炉具有铁矿石入口、还原气入口、炉顶气出口和海绵铁出口，所述还原气入口与所述热解油气出口相连；气化装置，所述气化装置具有半焦入口、低阶煤进口、气化剂入口和煤制气出口，所述半焦入口与所述半焦出口相连，所述煤制气出口与所述热解装置相连。该系统可充分利用价格低廉的低阶煤生产还原铁矿石用的还原气，得到金属化率不低于90％的海绵铁，同时可显著降低整个系统的能耗，提高系统的经济性。

Description

制备海绵铁的系统

技术领域

本实用新型属于直接还原炼铁技术领域，具体而言，本实用新型涉及制备海绵铁的系统。

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。2015年，全世界直接还原铁的年产量达7520万吨，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。其中气基法具有能耗低、污染小、产品质量稳定等特点。目前世界范围内，76％的直接还原铁是通过气基法生产，主要以天然气为制气原料以制备高品质的还原气，还原气中一氧化碳和氢气的总含量大于85％。目前这类工艺工业化生产装置主要集中在中东、南美等天然气储量丰富、价格低廉的地区，而对于天然气比较稀缺、价格昂贵的地区，则无法采用该工艺技术进行建设生产以获得良好的经济效益。中国的能源禀赋特点是“富煤少气缺油”，难以采用天然气重整—气基竖炉直接还原工艺。

因此，现有制备海绵铁的技术有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种制备海绵铁的系统。该系统可充分利用价格低廉的低阶煤生产还原铁矿石用的还原气，得到金属化率不低于90％的海绵铁，同时可显著降低整个系统的能耗，提高系统的经济性。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种制备海绵体的系统，根据本实用新型的实施例，该系统包括：

热解装置，所述热解装置具有低阶煤入口、热解油气出口和半焦出口；

气基竖炉，所述气基竖炉具有铁矿石入口、还原气入口、炉顶气出口和海绵铁出口，所述还原气入口与所述热解油气出口相连；

气化装置，所述气化装置具有半焦入口、低阶煤进口、气化剂入口和煤制气出口，所述半焦入口与所述半焦出口相连，所述煤制气出口与所述热解装置相连。

根据本实用新型实施例的制备海绵铁的系统通过将低阶煤热解产生的热解油气供给至气基竖炉中作为还原气使用，可充分高效地利用热解油气的显热，从而提高工艺的能源利用率，同时可显著降低系统的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁；与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，另外本申请中通过将热解所得的半焦气化生产煤制气，所得的煤制气可供给至热解装置作为燃料使用，进一步提高了整个系统的经济性。

另外，根据本实用新型上述实施例的制备海绵铁的系统还可以具有如下附加的技术特征：

任选的，上述制备海绵铁的系统进一步包括：炉顶气净化单元，所述炉顶气净化单元具有炉顶气入口、热解油出口、燃料出口和净化炉顶气出口，所述炉顶气入口与所述炉顶气出口相连，所述燃料出口与所述热解装置相连；加热装置，所述加热装置具有燃料入口、净化炉顶气入口和预热后净化炉顶气出口，所述燃料入口分别与所述燃料出口和所述煤制气出口相连，所述净化炉顶气入口与所述净化炉顶气出口相连，所述预热后净化炉顶气出口与所述还原气入口相连。由此，有利于提高海绵铁的品质，同时可进一步降低整个系统的能耗，提高整个系统的经济性。

任选的，所述炉顶气净化单元包括依次相连的洗涤净化装置、加压装置和脱硫脱碳塔。由此，可进一步提高海绵体的品质。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的制备海绵铁的系统结构示意图；

图2是根据本实用新型再一个实施例的制备海绵铁的系统结构示意图；

图3是根据本实用新型一个实施例的制备海绵铁的系统制备海绵铁的方法流程示意图；

图4是根据本实用新型再一个实施例的制备海绵铁的系统制备海绵铁的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种制备海绵体的系统，根据本实用新型的实施例，参考图1，该系统包括：热解装置100、气基竖炉200和气化装置300。

根据本实用新型的实施例，热解装置100具有低阶煤入口101、热解油气出口102和半焦出口103，且适于将低阶煤进行热解处理，以便得到热解油气和半焦。具体的，将价格低廉的且粒径小于3mm的低阶煤从热解装置的顶部供给至热解装置中，进行热解，得到温度为700-900摄氏度的热解油气和半焦，所得的热解油气从热解装置的中下部排出。需要说明的是，低阶煤的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为长焰煤、褐煤中的至少之一。热解装置也不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为热解炉，优选蓄热室辐射管热解炉。发明人发现，通过采用低阶煤生产热解油气来作为还原铁矿石的还原气，可以显著降低海绵铁的生产成本，并且与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，可使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，同时可显著降低工艺的成本。

根据本实用新型的实施例，气基竖炉200具有铁矿石入口201、还原气入口202、炉顶气出口203和海绵铁出口204，还原气入口202与热解油气出口102相连，且适于将热解油气和铁矿石进行还原处理，以便得到炉顶气和海绵铁。具体的，将热解装置所得热解油气从气基竖炉的中部作为还原气送至气基竖炉，铁矿石从气基竖炉的顶部送入，还原气与铁矿石接触，热解油气中的还原气体与铁矿石发生还原反应，而其中的热解油挥发从竖炉顶部排出，得到温度为350-400摄氏度的炉顶气和金属化率不小于90％的海绵铁。需要说明的是，铁矿石的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为钒钛矿氧化球团、铁精矿氧化球团。发明人发现，热解装置所得的热解油气无需经水洗脱水冷却，也无需使用大量昂贵的重整催化剂，且对还原气的硫含量无严格限制，可直接将其送至气基竖炉作为还原气还原铁矿石，可充分高效地利用热解油气的显热、提高工艺的能源利用率，同时可显著降低系统的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁。

根据本实用新型的实施例，气化装置300具有半焦入口301、低阶煤进口302、气化剂入口303和煤制气出口304，半焦入口301与半焦出口103相连，煤制气出口304与热解装置100相连，且适于将低阶煤和半焦、气化剂进行气化处理，以便得到煤制气，并将得到的煤制气的一部分供给至热解装置中的蓄热室辐射管中作为燃料使用。具体的，热解装置所得的半焦与低阶煤按一定比例进行混合，并在气化剂的作用下于气化装置内生产煤制气，且所得的煤制气可供给至上述热解装置作为燃料使用，由此，可显著降低整个系统的能耗，同时，可达到充分利用低阶煤的作用。

根据本实用新型的一个实施例，半焦与低阶煤的混合质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，半焦与低阶煤的混合质量比例可以为(0.7-0.9)：(0.1-0.3)。发明人发现，若半焦与低阶煤的混合质量比过高，易导致气化效率降低、增加能耗；而若半焦与低阶煤的混合质量比过低，则半焦富余，无法得到充分利用。由此，采用本实用新型提出的半焦与低阶煤的混合质量比可显著提高气化效率，同时实现半焦的充分利用，增加整个工艺的经济性。

根据本实用新型实施例的制备海绵铁的系统通过将低阶煤热解产生的热解油气供给至气基竖炉中作为还原气使用，可充分高效地利用热解油气的显热，从而提高工艺的能源利用率，同时可显著降低系统的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁；与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，另外本申请中通过将热解所得的半焦气化生产煤制气，所得的煤制气可供给至热解装置作为燃料使用，进一步提高了整个系统的经济性。

根据本实用新型的实施例，参考图2，上述制备海绵铁的系统进一步包括：炉顶气净化单元400和加热装置500。

根据本实用新型的实施例，炉顶气净化单元400具有炉顶气入口401、热解油出口402、燃料出口403和净化炉顶气出口404，炉顶气入口401与炉顶气出口203相连，燃料出口403与热解装置100相连，且适于将炉顶气进行净化处理，以便得到热解油、燃料和净化炉顶气。具体的，将炉顶气供给至炉顶气净化单元进行净化处理，得到的燃料的一部分供给至上述热解装置作为燃料使用，而所得的净化炉顶气可作为气基竖炉的还原气使用。发明人发现，通过将炉顶气进行净化处理，可充分利用炉顶气的价值，由此，可进一步降低整个系统的能耗，提高整个工艺的经济性。

根据本实用新型的一个实施例，炉顶气净化单元可以包括依次相连的洗涤净化装置、加压装置和脱硫脱碳塔。具体的，炉顶气先经洗涤净化装置进行洗涤净化，分离出热解油和洗涤净化炉顶气，然后将少部分洗涤净化炉顶气作为燃料供给至热解装置作为燃料使用，剩余大部分洗涤净化炉顶气经加压装置加压，然后送至脱硫脱碳塔进行脱硫脱碳处理，得到净化炉顶气。由此，可进一步提高净化炉顶气的还原性。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对洗涤净化、加压和脱硫脱碳过程的具体操作条件进行选择。

根据本实用新型的实施例，加热装置500具有燃料入口501、净化炉顶气入口502和预热后净化炉顶气出口503，燃料入口501分别与燃料出口403和煤制气出口304相连，净化炉顶气入口502与净化炉顶气出口404相连，预热后净化炉顶气出口503与还原气入口202相连，且适于将另一部分煤制气和另一部分燃料为热源对净化炉顶气进行加热，得到预热后净化炉顶气，并将预热后净化炉顶气供给至气基竖炉中作为还原气使用。发明人发现，因炉顶气从气基竖炉排放之时的温度就只有350-400摄氏度，经过净化处理后温度变的更低，为了降低气基竖炉的能耗，故在净化炉顶气送至气基竖炉之前对净化炉顶气进行加热处理。加热炉所需的燃料一部分来自气化炉所得的煤制气，一部分来自炉顶气净化单元所得的燃料，且气化炉得到的煤制气和炉顶气净化单元得到的燃料可混合得到热值不小于1300kcal/Nm³的燃料，由此，进一步提高了整个工艺的经济性。

如上所述，根据本实用新型实施例的制备海绵铁的系统可具有选自下列的优点至少之一：

根据本实用新型实施例的制备海绵铁的系统，热解装置生产的700-900摄氏度的高温热解油气的显热得到充分利用，整个系统的能量利用效率高，气基竖炉生成能耗能降低0.1-0.3Gcal/DRI，同时整个系统无需建设复杂的洗涤冷却净化、脱硫等装置，降低成本；

根据本实用新型实施例的制备海绵铁的系统，热解油气可只需经简单的加热后直接热送至气基竖炉，无需使用大量昂贵的重整催化剂，系统得到简化，维护成本低；

根据本实用新型实施例的制备海绵铁的系统，无需使用大量的天然气，而使用价格低廉的低阶煤做原料生产还原气，使得天然气稀缺地区建设气基竖炉生产线以生产优质直接还原铁成为可能，而且产品成本显著降低；

为了方便理解，下面参考图3-4，对采用本实用新型上述制备海绵铁的系统制备海绵铁的方法进行详细描述，根据本实用新型的实施例，参考图3，该方法包括：

S100：将低阶煤供给至热解装置中进行热解处理

该步骤中，将低阶煤供给至热解装置中进行热解处理，以便得到热解油气和半焦。具体的，将价格低廉的且粒径小于3mm的低阶煤从热解装置的顶部供给至热解装置中，进行热解，得到温度为700-900摄氏度的热解油气和半焦，所得的热解油气从热解装置的中下部排出。需要说明的是，低阶煤的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为长焰煤、褐煤中的至少之一。热解装置也不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为热解炉，优选蓄热室辐射管热解炉。发明人发现，通过采用低阶煤生产热解油气来作为还原铁矿石的还原气，可以显著降低海绵铁的生产成本，并且与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，可使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，同时可显著降低工艺的成本。

S200：将热解油气和铁矿石供给至气基竖炉中进行还原处理

该步骤中，将热解油气和铁矿石供给至气基竖炉中进行还原处理，以便得到炉顶气和海绵铁。具体的，将热解装置所得热解油气从气基竖炉的中部作为还原气送至气基竖炉，铁矿石从气基竖炉的顶部送入，还原气与铁矿石接触，热解油气中的还原气体与铁矿石发生还原反应，而其中的热解油挥发从竖炉顶部排出，得到温度为350-400摄氏度的炉顶气和金属化率不小于90％的海绵铁。需要说明的是，铁矿石的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为钒钛矿氧化球团、铁精矿氧化球团。发明人发现，热解装置所得的热解油气无需经水洗脱水冷却，也无需使用大量昂贵的重整催化剂，且对还原气的硫含量无严格限制，可直接将其送至气基竖炉作为还原气还原铁矿石，可充分高效地利用热解油气的显热、提高工艺的能源利用率，同时可显著降低系统的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁。

S300：将低阶煤和半焦、气化剂供给至气化装置中进行气化处理

该步骤中，将低阶煤和半焦、气化剂供给至气化装置中进行气化处理，以便得到煤制气，并将所得煤制气的一部分供给至所述热解装置中的蓄热室辐射管中作为燃料使用。具体的，热解装置所得的半焦与低阶煤按一定比例进行混合，并在气化剂的作用下于气化装置内生产煤制气，且所得的煤制气可供给至上述热解装置作为燃料使用，由此，可显著降低整个系统的能耗，同时，可达到充分利用低阶煤的作用。

根据本实用新型的一个实施例，半焦与低阶煤的混合质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的一个具体实施例，半焦与低阶煤的混合质量比例可以为(0.7-0.9)：(0.1-0.3)。发明人发现，若半焦与低阶煤的混合质量比过高，易导致气化效率降低、增加能耗；而若半焦与低阶煤的混合质量比过低，则半焦富余，无法得到充分利用。由此，采用本实用新型提出的半焦与低阶煤的混合质量比可显著提高气化效率，同时实现半焦的充分利用，增加整个工艺的经济性。

根据本实用新型实施例的制备海绵铁的系统制备海绵铁的方法通过将低阶煤热解产生的热解油气供给至气基竖炉中作为还原气使用，可充分高效地利用热解油气的显热，从而提高工艺的能源利用率，同时可显著降低系统的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁；与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，另外本申请中通过将热解所得的半焦气化生产煤制气，所得的煤制气可供给至热解装置作为燃料使用，进一步提高了整个系统的经济性。

根据本实用新型的实施例，参考图4，上述制备海绵铁的系统制备海绵铁的方法进一步包括：

S400：将炉顶气供给至炉顶气净化单元中进行净化处理

该步骤中，将炉顶气供给至炉顶气净化单元中进行净化处理，以便得到热解油、燃料和净化炉顶气。具体的，将炉顶气供给至炉顶气净化单元进行净化处理，得到的燃料的一部分可供给至上述热解装置作为燃料使用，而所得的净化炉顶气可作为气基竖炉的还原气使用。发明人发现，通过将炉顶气进行净化处理，可充分利用炉顶气的价值，由此，可进一步降低整个系统的能耗，提高整个工艺的经济性。

根据本实用新型的一个实施例，炉顶气净化处理可以包括依次相连的洗涤净化处理、加压处理和脱硫脱碳处理。具体的，炉顶气先经洗涤净化装置进行洗涤净化，分离出热解油和洗涤净化炉顶气，然后将少部分洗涤净化炉顶气作为燃料供给至热解装置作为燃料使用，剩余大部分洗涤净化炉顶气经加压装置加压，然后送至脱硫脱碳塔进行脱硫脱碳处理，得到净化炉顶气。由此，可进一步提高净化炉顶气的还原性。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对洗涤净化、加压和脱硫脱碳过程的具体操作条件进行选择。

S500：将另一部分煤制气、另一部分燃料和净化炉顶气供给至加热装置中以便对净化炉顶气进行加热

该步骤中，将另一部分煤制气、另一部分燃料和净化炉顶气供给至加热装置中以便对净化炉顶气进行加热，得到预热后净化炉顶气，并将预热后净化炉顶气供给至气基竖炉中作为还原气使用。发明人发现，因炉顶气从气基竖炉排放之时的温度就只有350-400摄氏度，经过净化处理后温度变的更低，为了降低气基竖炉的能耗，故在净化炉顶气送至气基竖炉之前对净化炉顶气进行加热处理。加热炉所需的燃料一部分来自气化炉所得的煤制气，一部分来自炉顶气净化单元所得的燃料，且气化炉得到的煤制气和炉顶气净化单元得到的燃料可混合得到热值不小于1300kcal/Nm³的燃料，由此，进一步提高了整个工艺的经济性。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。

实施例1

将粒度小于3mm的长焰煤从热解炉顶部投入，在950摄氏度的温度下热解，生成热解油气与半焦，从热解炉中下部排出约870摄氏度的热解油气，并从气基竖炉中部送入与从顶部送入的全铁67wt％的铁精矿氧化球团发生还原反应，形成约380摄氏度的炉顶气从气基竖炉炉顶排出炉外，同时得到金属化率为91％的海绵铁。炉顶气经洗涤净化装置进行除尘脱水处理，回收热解油，并将10vt％洗涤净化炉顶气作为驰放气，剩余90vt％经加压、脱硫脱碳、加热炉加热等处理后生成温度约920摄氏度的预热后净化炉顶气，并将上述预热后净化炉顶气作为气基竖炉的还原气供给至气基竖炉中。热解炉产生的半焦与一定比例的长焰煤混合，二者比例为0.7：0.3，投入以空气为气化剂的气化炉生产煤制气，再与洗涤净化炉顶气混合成热值约1300kcal/Nm³的混合气，作为系统内热解炉与加热炉的燃料。

实施例2

将粒度小于3mm的褐煤从热解炉顶部投入，在880摄氏度的温度下热解，生成热解油气与半焦，从热解炉中下部排出约850摄氏度的热解油气，并从气基竖炉中部送入与从顶部送入的全铁58wt％的钒钛矿氧化球团发生还原反应，形成约380摄氏度的炉顶气从气基竖炉炉顶排出炉外，同时得到金属化率为90％的海绵铁。炉顶气经洗涤净化装置进行除尘脱水处理，回收热解油，并将15vt％洗涤净化炉顶气作为驰放气，剩余85vt％经加压、脱硫脱碳、加热炉加热等处理后生成温度约950摄氏度的预热后净化炉顶气，并将上述预热后净化炉顶气作为气基竖炉的还原气供给至气基竖炉中。热解炉产生的半焦与一定比例的长焰煤混合，二者比例为0.9：0.1，投入以空气为气化剂的气化炉生产煤制气，再与洗涤净化炉顶气混合成热值约1350kcal/Nm³的混合气，作为系统内热解炉与加热炉的燃料。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种制备海绵铁的系统，其特征在于，包括：

热解装置，所述热解装置具有低阶煤入口、热解油气出口和半焦出口；

气基竖炉，所述气基竖炉具有铁矿石入口、还原气入口、炉顶气出口和海绵铁出口，所述还原气入口与所述热解油气出口相连；

气化装置，所述气化装置具有半焦入口、低阶煤进口、气化剂入口和煤制气出口，所述半焦入口与所述半焦出口相连，所述煤制气出口与所述热解装置相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：

炉顶气净化单元，所述炉顶气净化单元具有炉顶气入口、热解油出口、燃料出口和净化炉顶气出口，所述炉顶气入口与所述炉顶气出口相连，所述燃料出口与所述热解装置相连；

加热装置，所述加热装置具有燃料入口、净化炉顶气入口和预热后净化炉顶气出口，所述燃料入口分别与所述燃料出口和所述煤制气出口相连，所述净化炉顶气入口与所述净化炉顶气出口相连，所述预热后净化炉顶气出口与所述还原气入口相连。

3.根据权利要求2所述的系统，所述炉顶气净化单元包括依次相连的洗涤净化装置、加压装置和脱硫脱碳塔。