[发明专利]一种氢碳熔融还原炼铁新工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种氢碳熔融还原炼铁新工艺，属非高炉炼铁技术领域。

背景技术

传统的高炉炼铁工艺以焦炭为直接还原剂，耗热量大；高炉炼铁流程中的焦化和烧结过程排放的废气对环境的污染占总污染比例很高。因此，针对原料、废气污染和能耗等问题提出了熔融还原炼铁工艺。而传统的熔融还原工艺（COREX，HISMELT等）又以碳同时做还原剂和发热剂，这样就降低了能量的利用率，使能耗较高。熔融还原工艺需要使用更高效，更节能的还原剂。氢气作为一种清洁能源已经广泛应用于各领域，而使用氢气作为还原剂在熔融还原条件下的反应热力学和动力学上都具有相当的优势。新的氢碳熔融还原工艺可在传统碳熔融还原实现生产优质的铁水同时实现低能耗，低碳排放。

氢碳熔融还原工艺，由二次燃烧反应产生的热量为整个熔炼过程供热，氢气从熔池底部通过底吹元件以一定的速率吹入熔融还原炉内，为熔炼过程提供还原剂和部分燃料。

发明内容

本发明旨在开发一种熔融还原炼铁的新工艺，从而实现氢能的高利用率，同时可以降低炼铁过程对使用原料（冶金焦、烧结矿等）条件的限制，降低环境污染，并通过煤气造气系统，变压吸附系统除去反应生成的CO₂；煤气中的氢气实现循环利用，反应的副产物可以做其他用途。

本工艺是通过底吹元件控制氢气的流量，进而控制还原熔炼过程。通过水平放置的氧煤喷枪在渣层中进行二次燃烧反应，为还原熔炼过程提供能量。向金属熔池喷吹一定量的粒煤，部分粒煤完成向铁水渗碳（使熔炼的温度不需要太高），剩余的碳则可以作为还原剂。还原熔炼耗碳与耗氢的比例，由底吹氢气和侧吹氧气的量来控制。

本发明一种氢碳熔融还原炼铁新工艺，其特征在于具有以下过程和步骤：

a．原料的预热，铁矿粉的预还原；原料的预热和预还原（a）是将铁矿粉预热至350℃，再进行预还原，还原温度为800℃，成为预还原矿粉；可根据工艺需要调整铁矿粉的预还原度；当预还原度47.5%时，终还原二次燃烧率为41%；将800℃的预还原铁矿粉经管道由氮气输送至下一步的终还原过程（b）进行进一步的熔化和还原；

b．终还原熔炼；位于渣层中的煤氧燃烧喷枪，煤和氧气的一次燃烧及还原剩余的氢气、一氧化碳在渣层中进行二次燃烧反应，为熔融还原过程供热；一定粒度、成分的煤，以氮气为载体通过粒煤枪加入金属熔池，为铁水渗碳和还原过程提供原料，铁矿粉最终还原熔炼成为高品质液态铁，同时得到1600℃的高温煤气。

本发明一种氢碳熔融还原炼铁新工艺，其特征在于所述的预热、预还原和终还原熔炼，具有如下的燃料反应和煤气系统：

（1）．煤气改制造气过程（c），其特征在于加入定量的煤粉，将1600℃的高温煤气,通过煤气造气过程，使终还原炉煤气（出炉煤气包括未反应的H₂，二次燃烧生成的H₂O，CO₂，还原生成的CO）通过煤气改制装置，通过添加煤的方法，煤中的固定碳将部分的H₂O，CO₂转化为H₂和CO，由于反应为吸热反应，煤气的温度降为1100℃时，重力除尘后，将其通入预还原炉内对铁矿粉进行预热和预还原，这样可以减轻终还原炉的负担；煤气造气过程增加了出炉煤气的还原势(H₂和CO增加)，提高了预还原度；煤气造气过程（c）还包括煤气换热过程，1100℃的煤气与底吹的氢气25℃换热，将氢气温度加热至700℃，同时煤气温度降至850℃，可成为为预还原过程提供的改制煤气；

（2）．水煤气变换过程（d）将预还原炉煤气（出炉煤气包括未反应的H₂，二次燃烧生成的H₂O，CO₂，以及C还原生成的CO）加水冷却，通过水煤气平衡反应，将煤气中剩余的CO部分转化为H₂和CO₂，从而实现氢气的循环再生。加入定量的水，将约350℃的煤气，进行水煤气变换反应，使煤气冷却至250℃以下，同时煤气中的CO部分转换为H₂，被转化的CO比例约为70%。

（3）．变压吸附过程（e），通过变压吸附的方式，将煤气中的CO₂分离出来，分离得到的氢气进行循环利用。