[发明专利]一种气基竖炉用还原气的制备系统以及方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工和冶金生产领域，具体涉及一种气基竖炉用还原气的制备系统以及方法。

背景技术

非高炉炼铁技术是一种主要以非焦煤为燃料、不用焦炭或使用少量焦炭生产铁产品的炼铁方法。开发非高炉炼铁技术的主要目的就是要摆脱对冶金焦的依赖，扩大炼铁生产中非炼焦煤的使用比例并推进冶金能源、资源的高效循环利用。

在新疆、内蒙等缺乏焦煤而非焦煤资源丰富而且廉价的地区，大型煤制气、竖炉海绵铁联合流程具有很强的竞争力。由于缺乏天然气和富矿资源，我国迄今尚没有建设技术成熟、节能的大型气基直接还原竖炉、粉矿直接还原工业生产等炼铁前沿技术生产装置，尚缺乏成熟的大型气基直接还原竖炉炼铁生产技术的应用经验，但是目前在山西省、内蒙古和江苏省都有企业在筹建煤制气竖炉直接还原工程。

我国的能源结构为“富煤、贫油、少气”，适合发展以煤气化为气源的直接还原炼铁工艺。采用最新一代的洁净煤气化技术的大型竖炉直接还原工艺技术是目前最节能、低排放、高效率的大型化先进炼铁工艺，流程中避免了环境污染最严重的烧结和焦化工序，在能耗及排放方面联合工艺与高炉流程相比具有明显的优势，是我国钢铁工业及直接还原产业的发展方向。

传统的气基竖炉直接还原工艺以天然气为基础，使其推广应用受到了限制，只在天然气丰富的国家和地区才得以工业化应用。近年随着技术的发展，以COREX输出煤气、煤气化气和焦炉煤气等作还原气源进行直接还原铁生产的技术被提出，并逐渐成熟。尤其是以煤气化气为还原气源技术的开发，对那些缺少天然气，又不具备用焦炉煤气等为还原气源条件的地区或者钢铁企业，具有很重要的意义。

主焦煤的资源极为有限而且分布地域不均匀，仅占我国煤炭资源总量的25％左右。尽管我国是煤炭资源大国，但是随着我国钢铁产量的飞跃发展，据有关方面的预测，我国的炼焦煤资源只够使用30年。

与传统的高炉流程相比，气基竖炉直接还原/废钢电炉流程具有流程相对较短、不用炼焦煤、单套设备产量大、节能、减排CO₂效果明显的技术优势，是钢铁工业摆脱焦煤资源羁绊，降低能耗，减少CO₂排放，是无焦炼铁技术的主流。

发明内容

本发明的目的是提供一种气基竖炉用还原气的制备系统以及方法，将中低阶煤原料经过热解提质-气化得到适用于气基竖炉直接还原制备海绵铁的还原气，综合利用系统所产生的热量，不限煤种并能得到高附加值的副产物焦油，提高了系统的能源利用率及经济效益。

具体而言，本发明提供了一种气基竖炉用还原气的制备系统，所述系统包括蓄热式旋转床、气化炉、变换装置和气基竖炉。

本发明所述蓄热式旋转床的俯视图可参考图2所示，所述蓄热式旋转床采用蓄热式辐射管提高旋转床内温度，中低阶煤通过进料区的进料装置进入蓄热式旋转床内，经过加热区进行热解提质反应，反应得到气体产物和固体产物。所述气体产物从炉顶和/或炉侧的集气管出后进入冷却分离装置进行后续反应；所述固体产物经过出料区的出料装置排出炉外，通过干熄焦装置冷却降温后进入气化炉进行后续反应。

具体而言，所述蓄热式旋转床依次经过气化炉、余热回收装置以及水洗塔，与所述变换装置相连。所述蓄热式旋转床中产生的固体产物(半焦)通过出料装置排出炉外，并经干法熄焦冷却至～40℃后出料，由磨煤系统制备成90％以上粒径在5～95μm之间的煤焦粉，经二氧化碳密相输送至气化炉内完成气化反应，生成的高温合成气经余热回收装置回收热量，再经过水洗塔冷却、净化后，得到～40℃左右的常温合成气，所述常温合成气与下述还原气1混合后进入变换系统内进行变换反应。

同时，所述蓄热式旋转床还依次经过冷却分离装置、气体净化装置以及转化炉，与所述变换装置相连。所述蓄热式旋转床中产生的气体产物(荒煤气)经炉顶和/或炉侧的集气管收集后送入气体冷却装置(如：油气冷却塔)，冷却分离后得到焦油和不凝气，所述不凝气经气体净化装置(包括脱硫、除苯等工序)净化后得到净煤气(主要含有CO、H₂、CH₄等，其中CH₄含量约为20％～50％)，所述净煤气进入转化炉完成水蒸气重整反应后得到还原气1，所述还原气1与所述常温合成气混合后进入变换系统内进行变换反应。作为优选方案，所述气体净化装置可通过燃烧原料气管道与所述蓄热式旋转床相连，从而使部分未参与制备还原气的反应的净煤气为蓄热式旋转床供能；具体而言，所述净煤气部分进入转化炉反应生成还原气1，剩余部分回送至蓄热式旋转床作为燃烧原料气，用于提高蓄热式旋转床床内温度。