[发明专利]一种生产直接还原铁的煤气处理方法及系统

说明书

本发明涉及一种生产直接还原铁的煤气处理方法及系统，属于冶金技术领域，以H₂和富甲烷气为原料气来生产直接还原铁，对竖炉上部炉顶煤气产生的CO₂，采用CO₂分离措施后，利用逆水煤气变换反应，用H₂把CO₂还原成CO后作为还原气体再次循环回竖炉。因此，整个竖炉反应过程中，原料气使用了富甲烷气以及补充的原料氢气，实现了将生产过程中产生的CO₂做到了最大化的回收利用，同时减少了原料气富甲烷气的消耗。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种生产直接还原铁的煤气处理方法及系统。

背景技术

直接还原炼铁是一种使用气体或固体还原剂，在铁矿石软化温度以下，不熔化即将铁矿石中氧化铁直接还原为铁的生产工艺；生产的产品为直接还原铁，也称为海绵铁(DRI)，具有成分稳定、有害杂质低、粒度均匀等诸多优点，是电炉炼纯净钢、优质钢不可缺少的杂质稀释剂，也是转炉炼钢最好的冷却剂。采用气基竖炉生产直接还原炼铁工艺具有流程短、不用炼焦煤、节能减排效果明显的技术优势，是实现低碳绿色冶炼的重要发展方向。

目前，国内针对气基竖炉直接还原工艺提出了相应的技术路线，主要有以下几类：

1)利用富烃类气体和富含CO₂的炉顶煤气在重整炉中加热至900℃左右，同时在催化剂的作用下，CO₂+CH₄反应生成CO+H₂还原气，供气基竖炉生产使用。

2)利用富烃类气体和净化脱碳后的竖炉炉顶气一起，在高温加热炉中加热至950℃左右后再喷氧继续提温至1050℃，1050℃左右的高温富富烃类气体进入竖炉还原铁矿石。其反应原理是利用在高温热态铁的催化作用下，CH₄反应生成CO+H₂还原气，供气基竖炉生产使用。

3)利用富烃类气体和净化脱碳后的竖炉炉顶气一起，在纯氧转化炉中加热到850℃左右进入竖炉还原铁矿石。其反应原理是在富烃类气体中喷吹纯氧，在缺氧的状态下，CH₄与O₂反应，生成CO+H₂还原气，供气基竖炉生产使用。

但是，上述针对气基竖炉直接还原工艺的技术路线，富烃类气体消耗量大，CO₂利用率低的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生产直接还原铁的煤气处理方法及系统，以提高CO₂的回收利用，减少原料气富甲烷气的消耗。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种生产直接还原铁的煤气处理方法，包括以下步骤：从竖炉顶部排出的炉顶煤气经除尘换热后，部分进入脱碳分离系统，部分作为燃料气，部分作为外排气送往全厂管网；将经过脱碳后形成的CO₂气体与氢气混合进行逆水煤气变换反应以生成以H₂、CO、CO2和H₂O为主要成分的初级高温还原气；将经过脱碳后形成的脱碳气加压、换热以形成中温脱碳气，部分中温脱碳气与经过预热的富甲烷气混合后进入转化炉与通入转化炉的氧气反应生成以CO和H₂为主要成分的二级高温还原气；另一部分中温脱碳气与初级高温还原气、二级高温还原气和经过预热的氢气混合后形成以CO和H₂为主要成分且温度与还原铁矿石匹配的三级高温还原气，三级高温还原气从竖炉中部或底部进入竖炉以供竖炉生产直接还原铁使用。

可选地，脱碳后形成的CO2气体经过加压后与氢气按H2与CO2摩尔比例为1～3混合形成混合气，混合气经管式加热炉预热至400℃～500℃后进入逆水煤气变换反应，生成以H2、CO、CO₂和H2O为主要成分的初级高温还原性气体，混合气预热的燃料气为经除尘换热后的炉顶煤气。