[发明专利]一种穿流式多段炉反应器及其反应方法

说明书

本发明提供了一种穿流式多段炉反应器及其反应方法，其中穿流式多段炉反应器包括：壳体以及沿所述壳体轴向间隔设置的多个物料盘，所述物料盘上连接有用于落料的落料管；所述物料盘的上部均设置有搅拌臂，所述搅拌臂上连接有用于对所述物料盘上的颗粒铁氧化物进行均匀布料的刮板；每个所述物料盘上均布有多个气孔，用于使均布在所述物料盘上的颗粒铁氧化物与还原气充分接触。通过在物料盘上均布的多个气孔实现了对还原气的均匀分布，能够使还原气由下向上逐层流出，并能够与均布在物料盘上的颗粒铁氧化物充分接触，有效增大了颗粒铁氧化物与还原气的接触面积，能够更加充分完全地进行反应。

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种穿流式多段炉反应器及其反应方法。

背景技术

目前全球钢铁冶炼行业，炼铁的技术有多种，包括高炉炼铁技术和非高炉炼铁技术，非高炉炼铁技术又分直接还原和熔融还原，直接还原又分气基还原和煤基还原。其中高炉炼铁技术生产规模和使用量最大，在高炉炼铁过程中炼焦和烧结过程中会排放大量的粉尘、二氧化碳和其它气体，给环境带来了很大的压力。

非高炉炼铁技术中，气基还原工艺使用还原气将铁矿石中的氧化铁还原为金属化球团，比传统的碳还原法炼铁效率更高，不需要炼焦和烧结，生产过程更清洁。

目前气基还原技术以Midrex气基竖炉技术和HYL气基竖炉技术为主，使用气基竖炉需要先把铁矿和粘结剂混合、焙烧获得氧化球团，然后使用还原气高温下进行还原，还原气主要来自于天然气经过水蒸气变换或重整得到的合成气、煤气化得到的合成气或焦炭行业的焦炉尾气等。Midrex气基竖炉中还原气在850-950℃下进入竖炉，反应压力在0.5MPa左右，能获得金属化率92-93％的金属化球团；HYL气基竖炉的还原气需要预热至900-960℃，反应压力在0.4-0.6MPa，H₂/CO为5.6-5.9，可获得平均金属化率在91-95％的金属化球团。

除了竖炉技术以外，气基还原技术还有流化床技术，其中最具代表性的是FINMET技术和H-IRON技术。FINMET是流化床直接还原的代表性技术，也是目前唯一在生产的流化床直接还原流程，由奥钢联与委内瑞拉FIORe公司联合开发，其主要流程是采用四级串联的流化床，最终得到93％左右金属化率的产品，并将产品热压块得到最终产品。H-IRON技术是一种高压低温流化还原技术，该技术由Hydro carbon Research Inc和Bethlehom SteelConp联合开发，还原气中含96％的氢气，采用包含三段床层的流化床，矿粉在还原床内共停留45h，操作气速使床层操作在鼓泡床的范围，在各段分别获得47％(第一段)、87％(第二段)、98％(第三段)的还原度，H₂单程转化率为5％左右，间断操作，本技术由于经济效益问题已无商业装置运行。

目前直接还原技术基本大部分都采用竖炉技术，少量采用煤基直接还原技术，以产出高金属化率的金属球团，或将球团热压成块作为产品。以铁粉为产品的流化床技术由于铁矿粉停留时间长、还原气利用效率低、产品金属化率低、高温下铁颗粒之间相互粘结影响流态化、装置运行不平稳，经济效益差等原因，仅有极少数工厂还在运行。

随着我国天然气资源的大力开发，以及太阳能发电、电解制氢等新能源技术和产业的快速发展，使用天然气或氢气进行冶炼钢铁在成本上越来越可行，并有利于减小二氧化碳排放。

多段炉是一种带有耙式机械搅拌的多层立式炉，具有结构简单而且坚固耐用、操作费用低的优点，常在活性炭高温再生，污泥热解等需要对物料进行高温处理的过程中使用，实际运行中常需要喷燃料进行炉温的控制，并可以分段进行温度控制，通过在炉内加耐火砖等手段，炉内操作温度可达上千度。