CN102994678B - 一种粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，原料煤粉碎后，以粉煤形式进入气化炉，与气化剂氧气和水蒸汽反应，产生富含CO和H2的粗煤气，气化炉产生的高温粗煤气经降温后再经过湿洗除尘得到以CO和H2为主的粗合成气，粗合成气通过水汽变换和净化后被调整为作为气基竖炉用还原剂，还原剂进入竖炉与块矿或球团反应生成还原铁。该发明使将煤气化与气基直接还原竖炉工艺相结合，克服气基直接还原法总天然气的局限性，形成大规模生产，且具有低能耗、低污染等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种竖炉直接还原冶金方法及系统，尤其是一种粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法及系统。
背景技术
传统的钢铁冶金均是是沿用传统的高炉，转炉流程。碳冶金为该工艺流程的主要特点。高炉炼铁耗用大量焦炭，必须配以烧结，炼焦工序。焦煤在还原过程中全部转化为二氧化碳。因此，二氧化碳高排放成为高炉，转炉流程的最大弊病，同时在生产过程中产生大量的二恶瑛、3,4苯并芘，成为钢铁生产中的最大污染源。
鉴于此，发展非焦炼铁是钢铁行业摆脱煤焦资源与枯竭、降低能耗、改善钢铁产品结构、提高钢铁产品质量的重要方向。非焦煤冶金技术的发展已成为现代冶金技术的热点与发展方向，从工艺上主要分为直接还原法和熔融还原法，其中，直接还原炼铁是非焦炼铁的主流方向。直接还原分煤基和气基两种，其中以天然气为气源的气基竖炉直接还原法应用最为广泛，在能源日紧的情况下，用天然气还原虽然有许多长处，但其价格较贵，无疑加大了生产成本。而且天然气也不是什么地方都有。因此以天然气为原料的气基还原法的发展受到了一定的限制。
煤作燃料和还原剂的直接还原方法迫切需要创新技术来推动发展。随着近年来煤气化技术的取得了重大突破，煤制气技术的商业化实绩为煤制气生产直接还原铁提供了现实的可能。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法及系统，该发明结合中国能源特征，将煤气化与气基直接还原竖炉工艺相结合，克服气基直接还原法总天然气的局限性，形成大规模生产，且具有低能耗、低污染等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，包括步骤：
A、用粉煤制备还原气，采取气激冷结合水激冷的方式冷却粗煤气；
B、通过水汽变换调整入炉气H2/CO比值在1.4-3.0之间；
C、还原气进入气基竖炉，与铁矿石或者氧化球团反应，生产出还原铁。
步骤A包括下述步骤：
（1）将原料煤粉碎后送入气化炉，以氧气和水蒸气作为气化剂，产生富含CO和H2的粗煤气；
（2）采取气激冷结合水激冷的流程将粗煤气的温度降至150-280℃，气激冷气源来自竖炉炉顶气；
（3）将粗煤气进行除尘和湿洗；
（4）将经过除尘和湿洗后的气体分成两股：第一气体和第二气体，其中第一气体进行水汽变换；
所述步骤（1）中气化炉的操作压力为0.2-4MPa。
所述步骤（2）中，竖炉炉顶气作为气激冷气源，将粗煤气激冷到600-900℃，再进一步通过水激冷流程将温度降至150-280℃。。
所述步骤（3）中，除尘湿洗可采取旋风除尘和湿洗结合的方式，或者采用多级湿洗结合的方式。
所述步骤B包括:
（1）将气体产物进行脱硫脱碳，
（2）将脱硫脱碳的还原气进行减压膨胀，使得还原气气体H2和CO的体积比调整在1.4-3之间，且甲烷体积含量低于0.8%；
所述步骤C中竖炉操作压力为0.1-0.8MPa。
所述步骤C中，还原气进入竖炉前通过加热器加热，加热温度为820-960℃。
所述步骤C之后，还包括步骤D：出竖炉的高温烟气进行废热回收、洗涤后，进行脱硫脱碳得到炉顶煤气和二氧化碳，炉顶煤气可作为步骤C中的加热器燃料气，也可与净还原气混合，预热后进入竖炉与铁矿石或者氧化球团反应。
一种根据权利要求1所述的粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的系统，包括气化炉，除灰湿洗单元，水汽变换单元，脱硫脱碳单元，加热单元，还原竖炉单元、烟气废热回收单元；其中，所述气化炉依次连接除灰湿洗单元、水汽变换单元，脱硫脱碳单元，加热单元，还原竖炉单元，烟气废热回收单元；所述除灰湿洗单元连接脱硫脱碳单元。
本发明提供的技术方案，有助于摆脱传统冶金对焦炭的依赖，同时能减排CO2和有毒有害气体；能克服气基直接还原法中天然气的局限性，可以形成大规模生产；粉煤气化所产合成气中CH4含量较低，能有效降低还原气加热过程中的析碳现象；低能耗、低污染、同时可实现化工-冶金-电力多联产模式。
附图说明
图1是本发明粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的系统工艺流程图
具体实施方式
为更好的说明本发明，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
（一）具体实施方式一如图1所示，该工艺流程包括：
1、原料煤经粉碎后制成煤粉送入粉煤气化炉，以氧气和水蒸气作为气化剂，粉煤气化炉设计压力为0.2-4MPa；
2、气化炉燃烧室产生的粗煤气经气激冷和水激冷后湿煤气温度降至150-280℃，再经除灰和湿洗后，除去粗煤气中夹带的大量粉尘以及部分杂质，获得以CO和H2为主要组分的气体，CO和H2的体积百分含量占干气的80-94%；
3、湿洗后的粗煤气分为两股，煤气1和煤气2，煤气1经水汽变换后进行脱硫脱碳，煤气2不经过水汽变换直接进行脱硫脱碳，经脱硫脱碳后的还原气气体组主要成份是CO和H2，且H2/CO比例在1.4-3之间可调，CH4含量低于0.8%（vol）；
4、脱硫脱碳后的还原气压力较高，需要对其进行减压处理（附注：此步骤不是必需的，如果气化炉操作压力不高、脱硫脱碳后还原气压力不高，能够实现气化与竖炉的等压对接，则不存在减压膨胀步骤），
5、还原气经加热器后加热到820-960℃，与预热后的氧气进入竖炉，在与矿石的对流运动中，还原气完成对矿石的还原和预热，然后作为炉顶烟气从炉顶排出竖炉。
6、炉顶烟气首先经过废热回收、再经过洗涤将还原过程产生的水蒸气冷凝脱除同时除去灰尘，冷却净化后的炉顶气部分作为驰放气排掉，部分作为气化炉气激冷气源。
Claims (10)
1.一种粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，其特征在于，包括步骤：
A、用粉煤制备还原气，以竖炉炉顶气作为气激冷的冷却气源，并将气化炉所产高温气体激冷到600-900℃，再采取水激冷的方式将粗煤气温度降至150-280℃；
B、通过水汽变换调整H2/CO范围在1.4-3之间，满足竖炉对合成气H2/CO的要求；
C、还原气进入气基竖炉，与铁矿石或者氧化球团反应，生产出还原铁。
2.根据权利要求1所述的粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，其特征在于，步骤A包括下述步骤：
(1)将原料煤粉碎后送入气化炉，以氧气和水蒸气作为气化剂，产生富含CO和H2的粗煤气；
(2)采取气激冷结合水激冷的流程将粗煤气的温度降至150-280℃，气激冷气源来自竖炉炉顶气；
(3)将粗煤气进行除尘和湿洗；
(4)将经过除尘和湿洗后的气体分成两股：第一气体和第二气体，其中第一气体进行水汽变换。
3.根据权利要求2所述的粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，其特征在于，所述步骤(1)中气化炉的操作压力为0.2-4MPa。
4.根据权利要求2所述的粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，竖炉炉顶气作为气激冷气源，将粗煤气激冷到600-900℃，再进一步通过水激冷流程将温度降至150-280℃。
5.根据权利要求2所述的粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，除尘湿洗可采取旋风除尘和湿洗结合的方式，或者采用多级湿洗结合的方式。
6.根据权利要求1所述的粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，其特征在于，所述步骤B包括:
(1)将气体产物进行脱硫脱碳，
(2)将脱硫脱碳的还原气进行减压膨胀，使得还原气气体H2和CO的体积比调整在1.4-3之间，且甲烷体积含量低于0.8％。
7.根据权利要求1所述的粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，其特征在于，所述步骤C中竖炉操作压力为0.1-0.8MPa。
8.根据权利要求1所述的粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，其特征在于，所述步骤C中还原气进入竖炉前通过加热器加热，加热温度为820-960℃。
9.根据权利要求8所述的粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，其特征在于，所述步骤C之后，还包括步骤D：出竖炉的高温烟气进行废热回收、洗涤后，进行脱硫脱碳得到炉顶煤气和二氧化碳，炉顶煤气可作为步骤C中的加热器燃料气，也可与净还原气混合，预热后进入竖炉与铁矿石或者氧化球团反应。
10.根据权利要求1所述的一种粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法的系统，其特征在于，包括气化炉，除灰湿洗单元，水汽变换单元，脱硫脱碳单元，加热单元，还原竖炉单元、烟气废热回收单元；其中，所述气化炉依次连接除灰湿洗单元、水汽变换单元，脱硫脱碳单元，加热单元，还原竖炉单元，烟气废热回收单元；所述除灰湿洗单元连接脱硫脱碳单元。
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