[发明专利]带气体循环的循环流化床氢气直接还原铁矿石方法和系统

说明书

本发明提供了一种带气体循环的循环流化床氢气直接还原铁矿石方法和系统，所述系统包括：原料加料子系统，用于提供铁矿石粉末；制氢子系统，用于提供氢气；空分子系统，用于分离空气中的氧气和氮气；循环流化床，通过制氢子系统提供的氢气和空分子系统提供的氮气，对铁矿石粉末进行还原反应，生成铁、矿渣和高温还原气体；气体循环子系统，收集循环流化床的高温还原气体和原料加料子系统的铁矿石粉末，通过制氢子系统提供的氢气和空分子系统提供的氧气燃烧放热，同时还利用高温还原气体，对铁矿石粉末共同进行加热，加热后的铁矿石粉末进入循环流化床，本发明实现了高效还原铁矿粉和二氧化碳零排放。

【技术领域】

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种带气体循环的循环流化床氢气直接还原铁矿石方法和系统。

【背景技术】

钢铁行业是二氧化碳的主要排放源之一，在全球范围内，钢铁工业的碳排放占总排放的5％-6％，在中国15％的二氧化碳排放是钢铁工业产生的。目前冶炼1吨铁水，排放二氧化碳1.58吨。因此，为了实现钢铁行业的碳达峰和碳中和目标，采用氢气直接还原铁矿石的工艺，是彻底解决以高炉为代表的生铁冶炼工序的高二氧化碳排放问题的有效方法。

相关的现有技术包括高炉富氢冶炼技术，通过喷吹富氢还原气实现碳减排；全氢还原竖炉技术。现有气体直接还原铁技术的还原剂国外主要以天然气催化裂解产生的还原气为主，还原气为CO和H2，其中H2最高达到体积分数为55％；国内则以煤制气为主，如煤制气+还原竖炉工艺(宝钢的B-L法)，虽然以上技术均为气体直接还原铁，但是仍然处于“碳冶金”范畴，仍然存在大量二氧化碳的排放。此外，采用循环流化床氢气直接还原铁矿石，当加热铁矿石的热量来自于氢气燃烧放热，将会造成还原气氛中水蒸气的分压较高，进而使氢气与氧化铁的反应向反方向移动，影响铁矿石的还原率。

因此，有必要研究一种带气体循环的循环流化床氢气直接还原铁矿石方法和系统来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，针对现有气体直接还原铁技术仍然无法完全解决二氧化碳排放的问题，同时解决了循环流化床反应器氢气直接还原铁的还原率低的问题，本发明提出了一种带气体循环的循环流化床氢气直接还原铁矿石方法和系统，同时实现高效还原铁矿粉和二氧化碳零排放。

一方面，本发明提供一种带气体循环的循环流化床氢气直接还原铁矿石系统，所述系统包括：

原料加料子系统，用于提供铁矿石粉末；

制氢子系统，用于提供氢气；

空分子系统，用于分离空气中的氧气和氮气；

循环流化床，通过制氢子系统提供的氢气和空分子系统提供的氮气，对铁矿石粉末进行还原反应，生成铁、矿渣和高温还原气体；

气体循环子系统，收集循环流化床的高温还原气体和原料加料子系统的铁矿石粉末，通过制氢子系统提供的氢气和空分子系统提供的氧气燃烧放热，同时通过对高温还原气体进行多次循环利用，对铁矿石粉末共同进行加热，加热后的铁矿石粉末进入循环流化床。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述循环流化床包括还原反应区、气固分离装置和返料装置，所述气固分离装置底部连通还原反应区的上方，顶部连通气体循环子系统，所述返料装置一端连接气固分离装置底部，另一端连接还原反应区底部，所述还原反应区底部同时还连通制氢子系统和空分子系统。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述气体循环子系统包括多级旋风预热器、气体预加热器、水加热器、冷凝器和除尘器，所述多级旋风预热器与气固分离装置顶部之间通过设置高温还原气体管道连通，所述高温气体还原管道还同时连通制氢子系统、空分子系统和原料加料子系统，所述多级旋风预热器同时连通循环流化床底部和气体预热器，所述水加热器一端连接气体预热器，另一端通过冷凝器连接除尘器，所述多级旋风预热器至少包括三级。