[实用新型]富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统

说明书

本实用新型属于冶炼技术领域，公开了一种富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统和工艺方法，它以天然气制乙炔副产的合成气为原料制备海绵铁，其中原料气经两路送入还原反应炉，一路被加热直接参与反应，一路用于反应产物换热降温；还原反应炉顶尾气经过换热降温、除尘和脱水后进行压缩增压，进入脱碳装置脱除二氧化碳得到循环合成气，循环合成气返回原料气管路中作为还原反应气体一部分经过与还原反应炉顶尾气换热，一部分直接通入还原反应炉底部，进行还原反应的同时回收产品海绵铁的热量，脱碳过程形成的CO₂用于还原反应炉密封气。该系统和工艺充分回收热量，能量利用率高，装置能耗低，且不需额外消耗惰性密封气体，是一种绿色环保的循环工艺。

技术领域

本实用新型总体地涉及冶炼技术领域，具体地涉及一种富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统和工艺方法。

背景技术

钢铁工业是国民经济的基础产业，也是我国能源资源消耗和污染排放的重点行业。为加快钢铁工业结构调整和产业升级，转变钢铁工业发展方式，促进节约、清洁和可持续发展，是钢铁工业未来的发展方向。

直接还原工艺作为典型的非高炉炼铁工艺，是实现钢铁生产短流程，即废钢/海绵铁流程的重要环节。现今世界上直接还原铁量的90％以上是采用气基法生产的。代表工艺为Midrex竖炉法、HYL反应罐法。Midrex竖炉法以天然气为原料气，用炉顶气作为转化剂，经重整制成高品质的还原气。在重整炉内，天然气与一部分炉顶气中的CO₂和H₂O在镍催化剂的作用下发生重整反应，得到还原气送入竖炉进行还原铁反应。竖炉的炉顶气部分作为转化剂使用，部分作为重整炉的燃料。

炼铁工艺是高温反应，所得产物带有反应中的高温，因此从反应炉底部得到的产品温度高，需要进行降温冷却，消耗大量的制冷剂，增加能耗。另外，铁矿石炼铁反应中，因为典型的还原反应，需要对炉体进料和和出料口进行密封，以保证反应在还原气氛中进行，目前这种密封多采用另外加用惰性气体的方式，其带来的弊端是可能引入气体杂质，同时增加工业成本。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统和工艺方法，解决以天然气制乙炔得到的富氢合成气副产品为制铁还原气时，工艺过程中产品高温导致的热量浪费和废气利用问题。

本实用新型以天然气制乙炔的副产品-富氢合成气为制铁的还原气源，本实用新型中提及的富氢合成气是指，组成为H₂：CO体积比大于2:1，且 H₂与CO含量之和占副产总体积的85％以上，即本实用新型中提供了以此为原料的还原生产海绵铁的系统和方法。

另外，本实用新型中提及的原料合成气是指经富氢合成气源排出的用于制铁反应的气体，循环合成气是指还原反应炉炉顶气经处理后形成的含有 H₂和CO的可用于制铁反应的气体。

本实用新型一方面提供了富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统，包括：富氢合成气源、加热炉、还原反应炉、换热器、除尘器、脱碳装置；所述富氢合成气源与还原反应炉之间有两路气体连通通路，均用于将富氢合成气源中的气体经管路送入还原反应炉，其中第一气体通路与还原反应炉的中部连通，气体通路上设置有加热炉，并且加热炉前端的第一气体通路经过换热器内部；第二气体通路与还原反应炉的底部连通；所述还原反应炉为铁矿石与富氢合成气进行密封反应的反应器，它包括底部出料口和顶部排气口；所述顶部排气口连接除尘器的进口，连接通路经过换热器内部，除尘器的出口连接脱碳装置的进口；所述脱碳装置的第一出口连接至富氢合成气源的出口，第二出口分别连接还原反应炉的顶部排气口和底部出料口；所述换热器用于还原反应炉炉顶尾气与加热炉前端的第一气体通路气体进行热量交换。

进一步的，本实用新型包括压缩机；所述压缩机的数量为1个或1个以上，用于对管路中的气体进行压缩升压。