[發(fā)明專利]一種氫碳熔融還原煉鐵新工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210048029.8
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102586527A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設計）人: 鄭少波;孫克強;郝學賓;魏恒
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C21B11/00
• 分類號: C21B11/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發(fā)明涉及一種氫碳熔融還原煉鐵新工藝，屬非高爐煉鐵技術領域。

背景技術

傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝以焦炭為直接還原劑，耗熱量大；高爐煉鐵流程中的焦化和燒結過程排放的廢氣對環(huán)境的污染占總污染比例很高。因此，針對原料、廢氣污染和能耗等問題提出了熔融還原煉鐵工藝。而傳統(tǒng)的熔融還原工藝（COREX，HISMELT等）又以碳同時做還原劑和發(fā)熱劑，這樣就降低了能量的利用率，使能耗較高。熔融還原工藝需要使用更高效，更節(jié)能的還原劑。氫氣作為一種清潔能源已經(jīng)廣泛應用于各領域，而使用氫氣作為還原劑在熔融還原條件下的反應熱力學和動力學上都具有相當?shù)膬?yōu)勢。新的氫碳熔融還原工藝可在傳統(tǒng)碳熔融還原實現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)質的鐵水同時實現(xiàn)低能耗，低碳排放。

氫碳熔融還原工藝，由二次燃燒反應產(chǎn)生的熱量為整個熔煉過程供熱，氫氣從熔池底部通過底吹元件以一定的速率吹入熔融還原爐內，為熔煉過程提供還原劑和部分燃料。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在開發(fā)一種熔融還原煉鐵的新工藝，從而實現(xiàn)氫能的高利用率，同時可以降低煉鐵過程對使用原料（冶金焦、燒結礦等）條件的限制，降低環(huán)境污染，并通過煤氣造氣系統(tǒng)，變壓吸附系統(tǒng)除去反應生成的CO₂；煤氣中的氫氣實現(xiàn)循環(huán)利用，反應的副產(chǎn)物可以做其他用途。

本工藝是通過底吹元件控制氫氣的流量，進而控制還原熔煉過程。通過水平放置的氧煤噴槍在渣層中進行二次燃燒反應，為還原熔煉過程提供能量。向金屬熔池噴吹一定量的粒煤，部分粒煤完成向鐵水滲碳（使熔煉的溫度不需要太高），剩余的碳則可以作為還原劑。還原熔煉耗碳與耗氫的比例，由底吹氫氣和側吹氧氣的量來控制。

本發(fā)明一種氫碳熔融還原煉鐵新工藝，其特征在于具有以下過程和步驟：

a．原料的預熱，鐵礦粉的預還原；原料的預熱和預還原（a）是將鐵礦粉預熱至350℃，再進行預還原，還原溫度為800℃，成為預還原礦粉；可根據(jù)工藝需要調整鐵礦粉的預還原度；當預還原度47.5%時，終還原二次燃燒率為41%；將800℃的預還原鐵礦粉經(jīng)管道由氮氣輸送至下一步的終還原過程（b）進行進一步的熔化和還原；

b．終還原熔煉；位于渣層中的煤氧燃燒噴槍，煤和氧氣的一次燃燒及還原剩余的氫氣、一氧化碳在渣層中進行二次燃燒反應，為熔融還原過程供熱；一定粒度、成分的煤，以氮氣為載體通過粒煤槍加入金屬熔池，為鐵水滲碳和還原過程提供原料，鐵礦粉最終還原熔煉成為高品質液態(tài)鐵，同時得到1600℃的高溫煤氣。

本發(fā)明一種氫碳熔融還原煉鐵新工藝，其特征在于所述的預熱、預還原和終還原熔煉，具有如下的燃料反應和煤氣系統(tǒng)：

（1）．煤氣改制造氣過程（c），其特征在于加入定量的煤粉，將1600℃的高溫煤氣,通過煤氣造氣過程，使終還原爐煤氣（出爐煤氣包括未反應的H₂，二次燃燒生成的H₂O，CO₂，還原生成的CO）通過煤氣改制裝置，通過添加煤的方法，煤中的固定碳將部分的H₂O，CO₂轉化為H₂和CO，由于反應為吸熱反應，煤氣的溫度降為1100℃時，重力除塵后，將其通入預還原爐內對鐵礦粉進行預熱和預還原，這樣可以減輕終還原爐的負擔；煤氣造氣過程增加了出爐煤氣的還原勢(H₂和CO增加)，提高了預還原度；煤氣造氣過程（c）還包括煤氣換熱過程，1100℃的煤氣與底吹的氫氣25℃換熱，將氫氣溫度加熱至700℃，同時煤氣溫度降至850℃，可成為為預還原過程提供的改制煤氣；

（2）．水煤氣變換過程（d）將預還原爐煤氣（出爐煤氣包括未反應的H₂，二次燃燒生成的H₂O，CO₂，以及C還原生成的CO）加水冷卻，通過水煤氣平衡反應，將煤氣中剩余的CO部分轉化為H₂和CO₂，從而實現(xiàn)氫氣的循環(huán)再生。加入定量的水，將約350℃的煤氣，進行水煤氣變換反應，使煤氣冷卻至250℃以下，同時煤氣中的CO部分轉換為H₂，被轉化的CO比例約為70%。

（3）．變壓吸附過程（e），通過變壓吸附的方式，將煤氣中的CO₂分離出來，分離得到的氫氣進行循環(huán)利用。