一種氣基豎爐用還原氣的制備系統(tǒng)的制作方法

本實用新型涉及化工和冶金生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種氣基豎爐用還原氣的制備系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

非高爐煉鐵技術(shù)是一種主要以非焦煤為燃料、不用焦炭或使用少量焦炭生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的煉鐵方法。開發(fā)非高爐煉鐵技術(shù)的主要目的就是要擺脫對冶金焦的依賴，擴(kuò)大煉鐵生產(chǎn)中非煉焦煤的使用比例并推進(jìn)冶金能源、資源的高效循環(huán)利用。

在新疆、內(nèi)蒙等缺乏焦煤而非焦煤資源豐富而且廉價的地區(qū)，大型煤制氣、豎爐海綿鐵聯(lián)合流程具有很強(qiáng)的競爭力。由于缺乏天然氣和富礦資源，我國迄今尚沒有建設(shè)技術(shù)成熟、節(jié)能的大型氣基直接還原豎爐、粉礦直接還原工業(yè)生產(chǎn)等煉鐵前沿技術(shù)生產(chǎn)裝置，尚缺乏成熟的大型氣基直接還原豎爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗，但是目前在山西省、內(nèi)蒙古和江蘇省都有企業(yè)在籌建煤制氣豎爐直接還原工程。

我國的能源結(jié)構(gòu)為“富煤、貧油、少氣”，適合發(fā)展以煤氣化為氣源的直接還原煉鐵工藝。采用最新一代的潔凈煤氣化技術(shù)的大型豎爐直接還原工藝技術(shù)是目前最節(jié)能、低排放、高效率的大型化先進(jìn)煉鐵工藝，流程中避免了環(huán)境污染最嚴(yán)重的燒結(jié)和焦化工序，在能耗及排放方面聯(lián)合工藝與高爐流程相比具有明顯的優(yōu)勢，是我國鋼鐵工業(yè)及直接還原產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

傳統(tǒng)的氣基豎爐直接還原工藝以天然氣為基礎(chǔ)，使其推廣應(yīng)用受到了限制，只在天然氣豐富的國家和地區(qū)才得以工業(yè)化應(yīng)用。近年隨著技術(shù)的發(fā)展，以COREX輸出煤氣、煤氣化氣和焦?fàn)t煤氣等作還原氣源進(jìn)行直接還原鐵生產(chǎn)的技術(shù)被提出，并逐漸成熟。尤其是以煤氣化氣為還原氣源技術(shù)的開發(fā)，對那些缺少天然氣，又不具備用焦?fàn)t煤氣等為還原氣源條件的地區(qū)或者鋼鐵企業(yè)，具有很重要的意義。

主焦煤的資源極為有限而且分布地域不均勻，僅占我國煤炭資源總量的25％左右。盡管我國是煤炭資源大國，但是隨著我國鋼鐵產(chǎn)量的飛躍發(fā)展，據(jù)有關(guān)方面的預(yù)測，我國的煉焦煤資源只夠使用30年。

與傳統(tǒng)的高爐流程相比，氣基豎爐直接還原/廢鋼電爐流程具有流程相對較短、不用煉焦煤、單套設(shè)備產(chǎn)量大、節(jié)能、減排CO₂效果明顯的技術(shù)優(yōu)勢，是鋼鐵工業(yè)擺脫焦煤資源羈絆，降低能耗，減少CO₂排放，是無焦煉鐵技術(shù)的主流。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種氣基豎爐用還原氣的制備系統(tǒng)以及方法，將中低階煤原料經(jīng)過熱解提質(zhì)-氣化得到適用于氣基豎爐直接還原制備海綿鐵的還原氣，綜合利用系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量，不限煤種并能得到高附加值的副產(chǎn)物焦油，提高了系統(tǒng)的能源利用率及經(jīng)濟(jì)效益。

具體而言，本實用新型提供了一種氣基豎爐用還原氣的制備系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括蓄熱式旋轉(zhuǎn)床、氣化爐、變換裝置和氣基豎爐。

本實用新型所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床的俯視圖可參考圖2所示，所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床采用蓄熱式輻射管提高旋轉(zhuǎn)床內(nèi)溫度，中低階煤通過進(jìn)料區(qū)的進(jìn)料裝置進(jìn)入蓄熱式旋轉(zhuǎn)床內(nèi)，經(jīng)過加熱區(qū)進(jìn)行熱解提質(zhì)反應(yīng)，反應(yīng)得到氣體產(chǎn)物和固體產(chǎn)物。所述氣體產(chǎn)物從爐頂和/或爐側(cè)的集氣管出后進(jìn)入冷卻分離裝置進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)；所述固體產(chǎn)物經(jīng)過出料區(qū)的出料裝置排出爐外，通過干熄焦裝置冷卻降溫后進(jìn)入氣化爐進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)。

具體而言，所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床依次經(jīng)過氣化爐、余熱回收裝置以及水洗塔，與所述變換裝置相連。所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床中產(chǎn)生的固體產(chǎn)物(半焦)通過出料裝置排出爐外，并經(jīng)干法熄焦冷卻至～40℃后出料，由磨煤系統(tǒng)制備成90％以上粒徑在5～95μm之間的煤焦粉，經(jīng)二氧化碳密相輸送至氣化爐內(nèi)完成氣化反應(yīng)，生成的高溫合成氣經(jīng)余熱回收裝置回收熱量，再經(jīng)過水洗塔冷卻、凈化后，得到～40℃左右的常溫合成氣，所述常溫合成氣與下述還原氣1混合后進(jìn)入變換系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行變換反應(yīng)。

同時，所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床還依次經(jīng)過冷卻分離裝置、氣體凈化裝置以及轉(zhuǎn)化爐，與所述變換裝置相連。所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床中產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物(荒煤氣)經(jīng)爐頂和/或爐側(cè)的集氣管收集后送入氣體冷卻裝置(如：油氣冷卻塔)，冷卻分離后得到焦油和不凝氣，所述不凝氣經(jīng)氣體凈化裝置(包括脫硫、除苯等工序)凈化后得到凈煤氣(主要含有CO、H₂、CH₄等，其中CH₄含量約為20％～50％)，所述凈煤氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐完成水蒸氣重整反應(yīng)后得到還原氣1，所述還原氣1與所述常溫合成氣混合后進(jìn)入變換系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行變換反應(yīng)。作為優(yōu)選方案，所述氣體凈化裝置可通過燃燒原料氣管道與所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床相連，從而使部分未參與制備還原氣的反應(yīng)的凈煤氣為蓄熱式旋轉(zhuǎn)床供能；具體而言，所述凈煤氣部分進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐反應(yīng)生成還原氣1，剩余部分回送至蓄熱式旋轉(zhuǎn)床作為燃燒原料氣，用于提高蓄熱式旋轉(zhuǎn)床床內(nèi)溫度。

所述變換裝置經(jīng)過所述余熱回收裝置與氣基豎爐相連，使經(jīng)變換反應(yīng)后的還原氣2通過所述余熱回收裝置被加熱至合適溫度后，直接送入氣基豎爐內(nèi)完成還原反應(yīng)；具體而言，所述余熱回收裝置通過回收高溫合成氣中的高溫?zé)崃浚缓罄眠@部分高熱加熱還原氣2至780～950℃后，送入氣基豎爐，將球團(tuán)礦還原成為目標(biāo)產(chǎn)物海綿鐵。所述蓄熱體回收裝置為兩套或者更多，交替使用，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

本實用新型所述的氣化爐優(yōu)選為可產(chǎn)生飽和水蒸汽的水夾套式水冷壁氣流床氣化爐，其結(jié)構(gòu)可參考圖3所示。所述氣化爐內(nèi)使用氣化劑；所述氣化劑為純氧或富氧空氣和過熱蒸汽，氣化劑通過上述頂置燒嘴的氣化劑通道送入氣化爐燃燒室內(nèi)，氣化劑純氧或富氧空氣和過熱蒸汽可混合均勻后通過燒嘴的同一通道送入，也可分別通過燒嘴的兩個通道送入。所述氣化爐中使用冷卻水(飽和水)，所述冷卻水(飽和水)從汽包而來，所述飽和水通過熱水循環(huán)泵在水夾套與汽包之間循環(huán)利用，并及時補(bǔ)充新鮮水至汽包，以保證水夾套-汽包系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

所述氣化爐中，冷卻水(飽和水)從水夾套下方進(jìn)入，從水夾套上方出，然后送入汽包，產(chǎn)生飽和蒸汽。作為優(yōu)選方案，所述氣化爐可通過水蒸汽管道與所述轉(zhuǎn)化爐相連，使上述過程中產(chǎn)生的飽和蒸汽送入轉(zhuǎn)化爐與凈煤氣中的CH₄發(fā)生重整反應(yīng)生成CO和H₂。

本實用新型同時提供了采用所述系統(tǒng)制備氣基豎爐還原氣的方法；所述方法包括以下步驟：

(1)將原料煤破碎后輸入蓄熱式旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行加熱提質(zhì)，得到固體產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物；所述原料煤優(yōu)選為中低階煤，更優(yōu)選為褐煤或/和長焰煤；

(2)所述固體產(chǎn)物粉碎后送入氣化爐進(jìn)行氣化反應(yīng)制得高溫合成氣，經(jīng)余熱回收、水洗降溫后得常溫合成氣；

同時，所述氣體產(chǎn)物經(jīng)冷卻后分離，得焦油和不凝氣；所述不凝氣凈化后得凈煤氣；

(3)所述凈煤氣與飽和蒸汽在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)發(fā)生甲烷-水蒸汽重整反應(yīng)得到還原氣1，再與步驟(2)所得常溫合成氣混合后進(jìn)行變換反應(yīng)得到H₂/CO＞0.7的還原氣2，加熱后直接送入氣基豎爐內(nèi)，即可。

本實用新型原料煤優(yōu)選為中低階煤，如褐煤或/和長焰煤。

本實用新型所述方法中，所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床采用蓄熱式輻射管控制旋轉(zhuǎn)床內(nèi)溫度，被預(yù)熱至500～700℃。

為了確保反應(yīng)的順利進(jìn)行并得到所需產(chǎn)物，所述氣化爐內(nèi)的溫度控制在1100～1400℃。

所述高溫合成氣通過余熱回收裝置回收余熱，降溫至200～300℃，再進(jìn)入水洗塔冷卻至40℃以下。

所述步驟(3)中，還原氣2被余熱回收裝置加熱至780～950℃后，后直接送入氣基豎爐內(nèi)，即可。

為了實現(xiàn)能量的充分利用，本實用新型優(yōu)選步驟(2)所得凈煤氣中，部分參與步驟(3)所述反應(yīng)，剩余部分作為蓄熱式旋轉(zhuǎn)床輻射管燃燒的燃料，為蓄熱式旋轉(zhuǎn)床供能。

為了實現(xiàn)能量的充分利用，本實用新型優(yōu)選將氣化爐內(nèi)產(chǎn)生的飽和水蒸汽通入轉(zhuǎn)化爐中，與凈煤氣進(jìn)行甲烷-水蒸汽重整反應(yīng)。

具體而言，原料煤破碎后通過進(jìn)料裝置送入蓄熱式旋轉(zhuǎn)床，所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床提前被加熱至500～700℃，原料煤被加熱提質(zhì)，得到固體產(chǎn)物半焦和氣體產(chǎn)物荒煤氣。

氣體產(chǎn)物荒煤氣經(jīng)爐頂和/或爐側(cè)的集氣管收集后送入油氣冷卻塔，冷卻分離后得到焦油和不凝氣。所得焦油經(jīng)進(jìn)一步加工可制得輕質(zhì)汽柴油。所得不凝氣經(jīng)進(jìn)一步凈化，包括脫硫、除苯等工序，得到凈煤氣，所述凈煤氣一部分回送至蓄熱式旋轉(zhuǎn)床作為燃燒原料氣，用于提高蓄熱式旋轉(zhuǎn)床床內(nèi)溫度；另一部分送入轉(zhuǎn)化爐，與水蒸氣發(fā)生重整反應(yīng)得到還原氣1，然后與半焦氣化所得的合成氣混合，處理后用作還原氣2。

固體產(chǎn)物半焦通過出料裝置排出爐外，并經(jīng)干法熄焦冷卻至～40℃后出料。所得成品半焦由磨煤系統(tǒng)制備成90％以上粒徑在5～95μm之間的煤焦粉，然后經(jīng)惰性氣體(氮?dú)饣蚨趸?密相輸送送入所述氣流床氣化爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成的高溫合成氣經(jīng)余熱回收裝置、水洗塔冷卻、凈化后，與上述轉(zhuǎn)化爐出來的還原氣1混合，經(jīng)變換處理后，得到的還原氣2中H₂/CO比例為0.5～4.0，優(yōu)選為＞0.7，適用于氣基豎爐直接還原鐵礦制備海綿鐵。

原料由密相輸送泵送至氣化爐爐頂，通過頂置燒嘴與氣化劑通過不同的通道同時噴入氣化爐燃燒室內(nèi)完成氣化反應(yīng)，爐內(nèi)溫度1100～1400℃。高溫合成氣通過余熱回收裝置回收余熱，將高溫合成氣溫度降低至200～300℃，然后送入水洗塔冷卻至～40℃左右的常溫合成氣。所述常溫合成氣與上述轉(zhuǎn)化爐出來的還原氣1混合后送入變換工序，經(jīng)過水汽變換反應(yīng)后得到H₂/CO＝0.5～4.0，優(yōu)選為H₂/CO＞0.7的還原氣2。所述灰渣進(jìn)入燃燒室下方的分離室，通過分離室中的水封初步冷卻高溫灰渣，然后進(jìn)入渣鎖斗進(jìn)一步冷卻后排出爐外。

本實用新型提供的技術(shù)方案具有以下顯著優(yōu)勢：

(1)本實用新型所提供的系統(tǒng)主要處理中低階煤，中低階煤具有揮發(fā)分高、含水量大等特點(diǎn)，無法直接進(jìn)入氣流床進(jìn)行氣化反應(yīng)。本實用新型提供的方法，對入爐煤種無要求，而且除可以得到高效潔凈的合成氣外，還可以有效回收中低階煤產(chǎn)生的高附加值焦油，焦油經(jīng)進(jìn)一步加工可制得輕質(zhì)汽柴油；

(2)本實用新型所提供的系統(tǒng)是采用中低階煤熱解-氣化制備氣基豎爐直接還原鐵用還原氣，煤種適應(yīng)性強(qiáng)，以球團(tuán)礦為主要的鐵質(zhì)原料；

(3)本實用新型所提供的系統(tǒng)回收利用半焦氣化過程中產(chǎn)生的熱量加熱還原氣，同時，利用氣化過程中副產(chǎn)的飽和蒸汽完成甲烷蒸汽重整反應(yīng)，綜合利用系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量，提高了系統(tǒng)的能源利用率及經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為實施例1提供的氣基豎爐還原氣的制備系統(tǒng)示意圖；圖中：1、蓄熱式旋轉(zhuǎn)床；2、氣化爐；3、余熱回收裝置；4、水洗塔；5、冷卻分離裝置；6、氣體凈化裝置；7、轉(zhuǎn)化爐；8、變換裝置；9、氣基豎爐；

圖2為實施例1提供的蓄熱式旋轉(zhuǎn)床俯視圖；

圖3為實施例1提供的氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

實施例1

本實施例提供了一種氣基豎爐還原氣的制備系統(tǒng)，如圖1所示，包括蓄熱式旋轉(zhuǎn)床1(其俯視圖如圖2所示)和變換裝置8；

所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床依次經(jīng)過氣化爐2、余熱回收裝置3以及水洗塔4，與所述變換裝置8相連；所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床還依次經(jīng)過冷卻分離裝置5、氣體凈化裝置6以及轉(zhuǎn)化爐7，與所述變換裝置8相連；

所述氣化爐2為水夾套式水冷壁氣流床氣化爐，其結(jié)構(gòu)如圖3所示汽；所述氣化爐2通過水蒸汽管道與所述轉(zhuǎn)化爐7相連；

所述氣體凈化裝置6通過燃燒原料氣管道與所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床1相連；

所述余熱回收裝置3由兩組交替使用的蓄熱體回收裝置組成；所述變換裝置8經(jīng)過所述余熱回收裝置3與氣基豎爐9相連。

實施例2

本實施例提供了一種利用實施例1所述系統(tǒng)制備氣基豎爐還原氣的方法，具體為：

原料褐煤破碎后通過進(jìn)料裝置送入蓄熱式旋轉(zhuǎn)床，所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床提前被加熱至500～700℃，原料煤被加熱提質(zhì)，得到固體產(chǎn)物半焦和氣體產(chǎn)物荒煤氣。氣體產(chǎn)物荒煤氣經(jīng)爐頂和/或爐側(cè)的集氣管收集后送入油氣冷卻塔，冷卻分離后得到焦油和不凝氣，不凝氣經(jīng)脫硫、除苯等工序凈化后得到凈煤氣，所述凈煤氣一部分回送至蓄熱式旋轉(zhuǎn)床作為燃燒原料氣，用于提高蓄熱式旋轉(zhuǎn)床床內(nèi)溫度；另一部分經(jīng)轉(zhuǎn)化爐完成水蒸氣重整反應(yīng)后得到還原氣1，然后與半焦氣化所得的合成氣混合，處理后用作還原氣2。

固體產(chǎn)物半焦通過出料裝置排出爐外，并經(jīng)干法熄焦冷卻至～40℃后出料。所得成品半焦由磨煤系統(tǒng)制備成90％以上粒徑在5～95μm之間的煤焦粉，經(jīng)二氧化碳密相輸送至氣流床氣化爐內(nèi)完成氣化反應(yīng)，生成的高溫合成氣經(jīng)余熱回收裝置、水洗塔冷卻、凈化后，得到～40℃左右的常溫合成氣。該合成氣與上述轉(zhuǎn)化爐出來的還原氣1混合后進(jìn)入水汽變換工序，將混合氣中的H₂/CO比例為調(diào)整為1.5，得到適用于氣基豎爐直接還原的還原氣2。該還原氣2通過前述余熱回收裝置，被加熱至850℃左右后直接送入氣基豎爐內(nèi)完成直接還原反應(yīng)得到海綿鐵。

實施例3

本實施例提供了一種利用實施例1所述系統(tǒng)制備氣基豎爐還原氣的方法，具體為：

原料長焰煤破碎后通過進(jìn)料裝置送入蓄熱式旋轉(zhuǎn)床，所述蓄熱式旋轉(zhuǎn)床提前被加熱至500～700℃，原料煤被加熱提質(zhì)，得到固體產(chǎn)物半焦和氣體產(chǎn)物荒煤氣。氣體產(chǎn)物荒煤氣經(jīng)爐頂和/或爐側(cè)的集氣管收集后送入油氣冷卻塔，冷卻分離后得到焦油和不凝氣，不凝氣經(jīng)脫硫、除苯等工序凈化后得到凈煤氣，所述凈煤氣一部分回送至蓄熱式旋轉(zhuǎn)床作為燃燒原料氣，用于提高蓄熱式旋轉(zhuǎn)床床內(nèi)溫度；另一部分經(jīng)轉(zhuǎn)化爐完成水蒸氣重整反應(yīng)后得到還原氣1，然后與半焦氣化所得的合成氣混合，處理后用作還原氣2。

固體產(chǎn)物半焦通過出料裝置排出爐外，并經(jīng)干法熄焦冷卻至～40℃后出料。所得成品半焦由磨煤系統(tǒng)制備成90％以上粒徑在5～95μm之間的煤焦粉，經(jīng)二氧化碳密相輸送至氣流床氣化爐內(nèi)完成氣化反應(yīng)，生成的高溫合成氣經(jīng)余熱回收裝置、水洗塔冷卻、凈化后，得到～40℃左右的常溫合成氣。該合成氣與上述轉(zhuǎn)化爐出來的還原氣1混合后進(jìn)入水汽變換工序，將混合氣中的H₂/CO比例為調(diào)整為2.0，得到適用于氣基豎爐直接還原的還原氣2。該還原氣2通過前述余熱回收裝置，被加熱至900℃左右后直接送入氣基豎爐內(nèi)完成直接還原反應(yīng)得到海綿鐵。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明、具體實施方式及試驗，對本實用新型作了詳盡的描述，但在本實用新型基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實用新型精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本實用新型要求保護(hù)的范圍。