CN102010924B - 一种用煤生产直接还原铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用煤生产直接还原铁的方法，采用以CO为主还原煤气生产直接还原铁的工艺流程，还原煤气通入还原竖炉中与含铁原料进行还原反应产生直接还原铁，从还原竖炉排出的炉顶煤气采用还原反应将炉顶煤气中较多的CO2改质成CO，然后与还原煤气混合后，再进入还原竖炉中进行反应。本发明利用碳基填充床将还原竖炉顶煤气进行改质，改质后的煤气成分可满足还原竖炉对还原气的要求，该工艺路线的燃料为煤，系统排出的为CO2气体，可充分利用煤能源，达到理论的单耗最低值。而且采用碳基填充床进行煤气改质，可通过加入水蒸气的方法对还原煤气进行富氢，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产还原铁的方法。
背景技术
直接还原炼铁是一种使用煤、气体或液体燃料为能源和还原剂，在铁矿石软化温度以下，不熔化即将铁矿石中氧化铁还原获得固态直接还原铁的生产工艺。目前投入大规模工业应用的直接还原生产工艺主要有竖炉法、流态化法、回转窑法及反应罐法4种，其中竖炉法为主要的生产工艺，2007年世界上竖炉法生产的直接还原铁约占77.6％，典型代表是Midrex法和HYL/Energiron法。世界上竖炉生产直接还原铁工艺大都采用天燃气为原料，经催化裂化后制取高温还原气体，用于进行含铁原料的还原反应。根据我国资源特点，煤基直接还原法生产直接还原铁具有经济效益。我国冶金工作者为此进行了大量的研究，从还原气的来源、含铁原料的成份等角度提出了各种工艺路线，但对于炉顶煤气的利用都采用变压吸附脱CO2后循环利用或仅作为燃料的技术路线。若采用变压吸附脱CO2后循环利用的技术路线需将炉顶煤气进行降温处理，进入循环气路时再需吸热升温，因此增加能耗，同时变压吸附装置设备昂贵，占地面积大。而仅作为燃料烧掉是钢铁厂所不希望的。
本发明采用碳基填充床将炉顶煤气进行改质后与新鲜煤气一起进入竖炉进行含铁原料的还原反应。
发明内容
本发明的目的提供一种耗能低的用煤生产直接还原铁的方法。
为了实现上述目的，采用以下技术方案：采用以CO为主还原煤气生产直接还原铁的工艺流程中，还原煤气通入还原竖炉中与含铁原料进行还原反应产生直接还原铁，从还原竖炉排出的炉顶煤气采用还原反应将炉顶煤气中较多的CO2改质成CO，然后与还原煤气混合后，再进入还原竖炉中进行反应。
作为进一步的优化，为了提高H2含量，实现富氢还原，所述进行改质的炉顶煤气中可以通过控制水蒸气的加入量控制改制后煤气中的H2含量。
所述还原反应的装置为碳基填充床。
作为进一步的优化，为了对节省燃料，方便工业流程，所述从还原竖炉排出的炉顶煤气中有一部分作为碳基填充床的燃料气，经过燃烧后，产生的废气进入换热装置中与对参与还原反应的炉顶煤气进行加热。
所述还原煤气中由氧煤制气反应装置产生，还原煤气中以CO还原气体为主，其中CO+H2含量满足竖炉对还原煤气的要求。
所述氧煤制气反应装置产生的还原煤气在进行加热前，还经过了除尘和脱硫步骤。
本发明中直接还原铁工艺流程的原料为含铁原料、煤、氧气和空气，工艺系统排出的为直接还原铁、CO2和H2O，因此煤气利用率达到100％。
Fe2O3+2.54C+1.04O2=2Fe+2.54CO2 ΔH 0=－188.2 kJ /mol (1)
Fe2O3(s, 298K)→Fe2O3(s, 1135K) ΔH 1= 123.0 kJ /mol
2.54C(s, 298K)→2.54C (s,1123K) ΔH 2= 35.1 kJ /mol
1.04O2(g, 298K)→1.04O2(g, 1123K) ΔH 3= 27.8 kJ /mol
∑ΔH i = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH 3 = 185.9 kJ /mol (2)
由上式可知理论最低耗碳量272 kg/t Fe。另外，通过碳基填充床的可实现煤气的富氢改质，提高还原煤气中的H2含量，提高生产效率。
本发明利用碳基填充床将还原竖炉顶煤气进行改质，改质后的煤气成分可满足还原竖炉对还原气的要求，该工艺路线的燃料为煤，系统排出的为CO2气体，可充分利用煤能源，达到理论的单耗最低值。而且采用碳基填充床进行煤气改质，可通过加入水蒸气的方法对还原煤气进行富氢，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例1的工艺流程图；
图2为本发明实施例2的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1，如图1所示，选择成熟的氧煤制气反应装置1，制取以CO为主的还原煤气，煤气中CO+H2含量满足竖炉对还原煤气要求，经第一除尘器2除尘后进入还原竖炉6的围管5。根据情况还可以在煤气进入围管5前设置脱硫装置3和加热装置4，使得煤气满足系统要求。还原煤气由还原竖炉6的围管5沿圆周均匀进入还原竖炉6。含铁原料从顶部加入还原竖炉6，被逆流的高温还原气体加热并还原后得到热态的DRI（直接还原铁），继续下行至竖炉冷却段7后被由气体加压机10鼓入的冷却气冷却后经竖炉排料装置8排出DRI产品，冷却气经DRT加热后，又被冷却洗涤器9冷却，然后再次对DRT冷却，如此反复。
由还原竖炉6上部排出的炉顶煤气经除尘器11除尘后分成两路，其中一路与空气混合作为燃料气为碳基填充床提供热量，燃烧的尾气进入换热装置14后，由烟囱18排出。空气经加压机15进入换热装置14进行加热，然后与炉顶煤气混合，这样可以充分的利用燃烧尾气的热量，节省能源。
另一路经气体经加压机12加压后进入换热装置14升温后，通过碳基填充床13的围管17沿圆周均匀进入第一级碳基填充床13进行煤气改质，再进入第二级碳基填充床13`后经上部排出与氧煤制气反应装置1得到的还原气混合后作为还原气体再进入还原竖炉6进行反应。煤进入碳基填充床13后，与逆流而上的待改质煤气反应，最后的煤灰由下部的螺旋排料系统16排出。
实施例2，如图2所示，实施例2与实施例1的区别在于减少炉顶煤气参与煤气改质的比例，在待改质煤气进入换热装置14之前加入水蒸气，对煤气进行富氢改质。
本发明中的炉顶煤气无需降温，可直接进入碳基填充床进行改制，减少能耗。整个工艺过程中的燃料为煤，而系统排出的为CO2气体，充分利用了煤的能源，达到单耗的最低值。
Claims (4)
1.一种用煤生产直接还原铁的方法，其特征在于：采用以CO为主还原煤气生产直接还原铁的工艺流程中，还原煤气通入还原竖炉中与含铁原料进行还原反应产生直接还原铁，从还原竖炉排出的炉顶煤气采用还原反应将炉顶煤气中较多的CO2改质成CO，然后与还原煤气混合后，再进入还原竖炉中进行反应，其中所述还原反应的装置为碳基填充床；
由还原竖炉上部排出的炉顶煤气经除尘器除尘后分成两路，其中一路与空气混合作为燃料气为碳基填充床提供热量，燃烧的尾气进入换热装置后，由烟囱排出；
另一路气体经加压机加压后进入换热装置升温，通过碳基填充床的围管沿圆周均匀进入第一级碳基填充床进行煤气改质，再进入第二级碳基填充床后经上部排出与氧煤制气反应装置得到的还原气混合后作为还原气体再进入还原竖炉进行反应。
2.如权利要求1所述的用煤生产直接还原铁的方法，其特征在于：所述进行改质的炉顶煤气中通过控制水蒸气的加入量控制改质后煤气中的H2含量，实现富氢还原。
3.如权利要求2所述的用煤生产直接还原铁的方法，其特征在于：所述氧煤制气反应装置产生的还原煤气中以CO还原气体为主，其中CO+H2含量满足竖炉对还原煤气的要求。
4.如权利要求3所述的用煤生产直接还原铁的方法，其特征在于：所述氧煤制气反应装置产生的还原煤气在进行加热前，还经过了除尘和脱硫步骤。
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