專利名稱：一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種豎爐直接還原冶金方法及系統(tǒng)，尤其是一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的鋼鐵冶金均是是沿用傳統(tǒng)的高爐，轉(zhuǎn)爐流程。碳冶金為該工藝流程的主要特點。高爐煉鐵耗用大量焦炭，必須配以燒結(jié)，煉焦工序。焦煤在還原過程中全部轉(zhuǎn)化為二氧化碳。因此，二氧化碳高排放成為高爐，轉(zhuǎn)爐流程的最大弊病，同時在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的二惡瑛、3，4苯并芘，成為鋼鐵生產(chǎn)中的最大污染源。
鑒于此，發(fā)展非焦煉鐵是鋼鐵行業(yè)擺脫煤焦資源與枯竭、降低能耗、改善鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的重要方向。非焦煤冶金技術(shù)的發(fā)展已成為現(xiàn)代冶金技術(shù)的熱點與發(fā)展方向，從工藝上主要分為直接還原法和熔融還原法，其中，直接還原煉鐵是非焦煉鐵的主流方向。直接還原分煤基和氣基兩種，其中以天然氣為氣源的氣基豎爐直接還原法應(yīng)用最為廣泛，在能源日緊的情況下，用天然氣還原雖然有許多長處，但其價格較貴，無疑加大了生產(chǎn)成本。而且天然氣也不是什么地方都有。因此以天然氣為原料的氣基還原法的發(fā)展受到了一定的限制。煤作燃料和還原劑的直接還原方法迫切需要創(chuàng)新技術(shù)來推動發(fā)展。隨著近年來煤氣化技術(shù)的取得了重大突破，煤制氣技術(shù)的商業(yè)化實績?yōu)槊褐茪馍a(chǎn)直接還原鐵提供了現(xiàn)實的可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法及系統(tǒng)，該發(fā)明結(jié)合中國能源特征，將煤氣化與氣基直接還原豎爐工藝相結(jié)合，克服氣基直接還原法總天然氣的局限性，形成大規(guī)模生產(chǎn)，且具有低能耗、低污染等優(yōu)點。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的—種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法，包括步驟A、用粉煤制備還原氣，采取氣激冷結(jié)合水激冷的方式冷卻粗煤氣；B、通過水汽變換調(diào)整入爐氣H2/C0比值在1. 4-3. O之間；C、還原氣進(jìn)入氣基豎爐，與鐵礦石或者氧化球團反應(yīng)，生產(chǎn)出還原鐵。步驟A包括下述步驟(I)將原料煤粉碎后送入氣化爐，以氧氣和水蒸氣作為氣化劑，產(chǎn)生富含CO和H2的粗煤氣；(2)采取氣激冷結(jié)合水激冷的流程將粗煤氣的溫度降至150_280°C，氣激冷氣源來自豎爐爐頂氣；(3)將粗煤氣進(jìn)行除塵和濕洗；(4)將經(jīng)過除塵和濕洗后的氣體分成兩股第一氣體和第二氣體，其中第一氣體進(jìn)行水汽變換；所述步驟(I)中氣化爐的操作壓力為O. 2_4MPa。所述步驟(2)中，豎爐爐頂氣作為氣激冷氣源，將粗煤氣激冷到600-900°C，再進(jìn)一步通過水激冷流程將溫度降至150-280°C。。所述步驟(3)中，除塵濕洗可采取旋風(fēng)除塵和濕洗結(jié)合的方式，或者采用多級濕洗結(jié)合的方式。所述步驟B包括( I)將氣體產(chǎn)物進(jìn)行脫硫脫碳， (2)將脫硫脫碳的還原氣進(jìn)行減壓膨脹，使得還原氣氣體H2和CO的體積比調(diào)整在1. 4-3之間，且甲烷體積含量低于O. 8% ；所述步驟C中豎爐操作壓力為O. 1-0. 8MPa。所述步驟C中，還原氣進(jìn)入豎爐前通過加熱器加熱，加熱溫度為820-960°C。所述步驟C之后，還包括步驟D :出豎爐的高溫?zé)煔膺M(jìn)行廢熱回收、洗滌后，進(jìn)行脫硫脫碳得到爐頂煤氣和二氧化碳，爐頂煤氣可作為步驟C中的加熱器燃料氣，也可與凈還原氣混合，預(yù)熱后進(jìn)入豎爐與鐵礦石或者氧化球團反應(yīng)。一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的系統(tǒng)，包括氣化爐，除灰濕洗單元，水汽變換單元，脫硫脫碳單元，加熱單元，還原豎爐單元、煙氣廢熱回收單元；其中，所述氣化爐依次連接除灰濕洗單元、水汽變換單元，脫硫脫碳單元，加熱單元，還原豎爐單元，煙氣廢熱回收單元；所述除灰濕洗單元連接脫硫脫碳單元。本發(fā)明提供的技術(shù)方案，有助于擺脫傳統(tǒng)冶金對焦炭的依賴，同時能減排C02和有毒有害氣體；能克服氣基直接還原法中天然氣的局限性，可以形成大規(guī)模生產(chǎn)；粉煤氣化所產(chǎn)合成氣中CH4含量較低，能有效降低還原氣加熱過程中的析碳現(xiàn)象；低能耗、低污染、同時可實現(xiàn)化工-冶金-電力多聯(lián)產(chǎn)模式。


圖1是本發(fā)明粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的系統(tǒng)工藝流程圖
具體實施例方式為更好的說明本發(fā)明，下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
具體實施方式
一如圖1所示，該工藝流程包括1、原料煤經(jīng)粉碎后制成煤粉送入粉煤氣化爐，以氧氣和水蒸氣作為氣化劑，粉煤氣化爐設(shè)計壓力為O. 2-4MPa ；2、氣化爐燃燒室產(chǎn)生的粗煤氣經(jīng)氣激冷和水激冷后濕煤氣溫度降至150-280°C，再經(jīng)除灰和濕洗后，除去粗煤氣中夾帶的大量粉塵以及部分雜質(zhì)，獲得以CO和H2為主要組分的氣體，CO和H2的體積百分含量占干氣的80-94% ；3、濕洗后的粗煤氣分為兩股，煤氣I和煤氣2，煤氣I經(jīng)水汽變換后進(jìn)行脫硫脫碳，煤氣2不經(jīng)過水汽變換直接進(jìn)行脫硫脫碳，經(jīng)脫硫脫碳后的還原氣氣體組主要成份是CO和H2,且H2/C0比例在1. 4-3之間可調(diào)，CH4含量低于O. 8% (vol)；
4、脫硫脫碳后的還原氣壓力較高，需要對其進(jìn)行減壓處理(附注此步驟不是必需的，如果氣化爐操作壓力不高、脫硫脫碳后還原氣壓力不高，能夠?qū)崿F(xiàn)氣化與豎爐的等壓對接，則不存在減壓膨脹步驟)，5、還原氣經(jīng)加熱器后加熱到820_960°C，與預(yù)熱后的氧氣進(jìn)入豎爐，在與礦石的對流運動中，還原氣完成對礦石的還原和預(yù)熱，然后作為爐頂煙氣從爐頂排出豎爐。6、爐頂煙氣首先經(jīng)過廢熱回收、再經(jīng)過洗滌將還原過程產(chǎn)生的水蒸氣冷凝脫除同時除去灰塵，冷卻凈化后的爐頂氣部分作為馳放氣排掉，部 分作為氣化爐氣激冷氣源。
權(quán)利要求
1.一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法，其特征在于，包括步驟A、用粉煤制備還原氣，以豎爐爐頂氣作為氣激冷的冷卻氣源，并將氣化爐所產(chǎn)高溫氣體激冷到600-900°C，再采取水激冷的方式將粗煤氣溫度降至150-280°C。B、通過水汽變換調(diào)整H2/C0范圍在1.4-3之間，滿足豎爐對合成氣H2/C0的要求。C、還原氣進(jìn)入氣基豎爐，與鐵礦石或者氧化球團反應(yīng)，生產(chǎn)出還原鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法，其特征在于，步驟A包括下述步驟(1)將原料煤粉碎后送入氣化爐，以氧氣和水蒸氣作為氣化劑，產(chǎn)生富含CO和H2的粗煤氣；(2)采取氣激冷結(jié)合水激冷的流程將粗煤氣的溫度降至150-280°C，氣激冷氣源來自豎爐爐頂氣。(3)將粗煤氣進(jìn)行除塵和濕洗；(4)將經(jīng)過除塵和濕洗后的氣體分成兩股第一氣體和第二氣體，其中第一氣體進(jìn)行水汽變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法，其特征在于，所述步驟(I)中氣化爐的操作壓力為O. 2-4MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，豎爐爐頂氣作為氣激冷氣源，將粗煤氣激冷到600-90(TC，再進(jìn)一步通過水激冷流程將溫度降至150-280°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，除塵濕洗可采取旋風(fēng)除塵和濕洗結(jié)合的方式，或者采用多級濕洗結(jié)合的方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法，其特征在于，所述步驟B包括(1)將氣體產(chǎn)物進(jìn)行脫硫脫碳，(2)將脫硫脫碳的還原氣進(jìn)行減壓膨脹，使得還原氣氣體H2和CO的體積比調(diào)整在1.4-3之間，且甲燒體積含量低于O. 8%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法，其特征在于，所述步驟C中豎爐操作壓力為O. 1-0. 8MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法，其特征在于，所述步驟C中還原氣進(jìn)入豎爐前通過加熱器加熱，加熱溫度為820-960°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的任一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法，其特征在于，所述步驟C之后，還包括步驟D :出豎爐的高溫?zé)煔膺M(jìn)行廢熱回收、洗滌后，進(jìn)行脫硫脫碳得到爐頂煤氣和二氧化碳，爐頂煤氣可作為步驟C中的加熱器燃料氣，也可與凈還原氣混合，預(yù)熱后進(jìn)入豎爐與鐵礦石或者氧化球團反應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的系統(tǒng)，其特征在于，包括氣化爐，除灰濕洗單元，水汽變換單元，脫硫脫碳單元，加熱單元，還原豎爐單元、煙氣廢熱回收單元；其中，所述氣化爐依次連接除灰濕洗單元、水汽變換單元，脫硫脫碳單元，加熱單元，還原豎爐單元，煙氣廢熱回收單元；所述除灰濕洗單元連接脫硫脫碳單元。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的方法，原料煤粉碎后，以粉煤形式進(jìn)入氣化爐，與氣化劑氧氣和水蒸汽反應(yīng)，產(chǎn)生富含CO和H2的粗煤氣，氣化爐產(chǎn)生的高溫粗煤氣經(jīng)降溫后再經(jīng)過濕洗除塵得到以CO和H2為主的粗合成氣，粗合成氣通過水汽變換和凈化后被調(diào)整為作為氣基豎爐用還原劑，還原劑進(jìn)入豎爐與塊礦或球團反應(yīng)生成還原鐵。該發(fā)明使將煤氣化與氣基直接還原豎爐工藝相結(jié)合，克服氣基直接還原法總天然氣的局限性，形成大規(guī)模生產(chǎn)，且具有低能耗、低污染等優(yōu)點。
文檔編號C21B13/02GK102994678SQ20121047739
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者吳道洪, 葉明星 申請人:北京神霧環(huán)境能源科技集團股份有限公司