[發明專利]一種利用高溫氣冷反應堆供熱生產海綿鐵的系統及方法

在審

• 申請號: 201710418983.4
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107142349A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 員曉;范志輝;劉亮;曹志成;吳道洪
• 申請（專利權）人: 江蘇省冶金設計院有限公司
• 主分類號: C21B13/02
• 分類號: C21B13/02
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司11278
• 代理人: 劉小峰

技術領域

本發明涉及冶金領域，特別涉及一種利用高溫氣冷反應堆供熱生產海綿鐵的系統及方法。

背景技術

我國是鋼鐵生產大國，2015年我國大陸粗鋼產量為8.04億噸，占全球總產量49.5％。但是鋼鐵產業結構不合理，鐵鋼比例高、電爐鋼比例小，部分特殊的鋼材品種還需進口。我國生鐵產量主要以高爐煉鐵-轉爐煉鋼的長流程為主生產的，能源資源消耗大、CO₂排放高。氣基豎爐直接還原技術作為主要的非高爐煉鐵技術在國外已得到成熟應用，具有能耗低，無需高爐煉鐵涉及到的燒結、焦化兩個高耗能、高污染工序。具有流程短、節能減排效果明顯的優勢，是改善鋼鐵產品結構，提高鋼鐵產品質量，實現清潔冶煉的重要生產技術。

與高爐等長流程相比，氣基豎爐直接還原技術可有效降低CO₂排放。但就其自身而言，該工藝中天然氣重整器所需熱量全部來源來自于天然氣及爐頂氣的燃燒，仍然產生大量的CO₂氣體排放到大氣中，帶來嚴重的環境問題。氣基豎爐主要有Midrex和HYL-Ⅲ工藝，主要采用天然氣外部重整方法制取還原氣，進而還原鐵礦石。工藝中采用外部重整器，以Ni基等貴金屬作為催化劑，催化重整甲烷制取還原氣。對于采用焦爐煤氣生產海綿鐵工藝，幾乎均是將豎爐的爐頂氣處理后與焦爐煤氣混合成原料氣，然后在外部的高溫重整器中進行轉化，使CH₄與水蒸氣、CO₂發生轉化反應生成CO和H₂。此種方法需要轉化爐，同時對H₂/CO的比值要求較為嚴格，且甲烷轉化需要如Ni基等貴重金屬催化劑，投資、運行費用較高。

核能作為一種清潔的一次能源，具有能量密度高優點。目前，在國內利用核能技術已建有多個核電站，并進入商業運營階段。核能的產生過程不向環境排放溫室氣體和其它有害廢物，是一種無排放的能源，應用于煉鐵領域，將有效的降低化石能源的消耗，減少CO₂排放。模塊式球床高溫氣冷堆作為第四代氣冷反應堆堆型之一，具有安全性好、效率高和用途廣泛，且適合小容量建造等優點，能夠提供充足的熱量。

綜上所述，目前國內外采用的天然氣/焦爐煤氣直接還原生產海綿鐵的工藝流程，均存在各自的缺陷和不足，還需進一步改進。

發明內容

基于上述問題，本發明提出了一種如下利用高溫氣冷反應堆供熱生產海綿鐵的系統，包含：

豎爐，豎爐的上部排氣口通過管道與除塵器相連；

除塵器通過管道依次與蒸氣發生器、CO₂脫除器、加濕器以及中間換熱器相連；

中間換熱器具有第一入口、第二入口、第一出口、第二出口；

第一入口與加濕器的出口相連，第一出口通過管道與豎爐的下部進氣口相連；

第二入口及第二出口分別通過管道與高溫氣冷反應堆的出口及入口相連。

根據本發明的一個實施例，中間換熱器中平行排列多個雙層換熱管。

根據本發明的一個實施例，雙層換熱管具有換熱管內壁及換熱管外壁，內外壁之間填充有液態合金，液態合金優選為鎵銦錫合金。

根據本發明的一個實施例，中間換熱器具有排氣管道，排氣管道末端部連接有氣體分析設備。

根據本發明的一個實施例，中間換熱器的底部具有高密度合金支撐結構。

根據本發明的一個實施例，高溫氣冷反應堆以氦氣作為循環冷卻劑。

根據本發明的一個實施例，中間換熱器與豎爐之間連接有噴氧提溫裝置。

根據本發明的一個實施例，氦氣由第二入口通入并由第二出口通出。

本發明還提供了一種利用上述系統生產海綿鐵的方法，包含以下步驟：

將氦氣通過高溫氣冷反應堆的入口與出口以及換熱器的第二入口與第二出口在高溫氣冷反應堆與換熱器之間循環；

將豎爐的入爐煤氣通過第一入口通入到換熱器并通過第一出口通出，入爐煤氣與氦氣在換熱器中進行熱交換并被加熱，熱交換的方式為從氣冷反應堆通出的高溫氦氣進入到中間換熱器并將熱量傳遞給中間換熱器，并由中間換熱器將熱量傳遞給入爐煤氣；

將被加熱的入爐煤氣從豎爐的下部進氣口通入；

入爐煤氣在豎爐內高溫海綿鐵的催化作用下，進行甲烷與水蒸氣的重整反應生成還原氣，并對鐵礦石進行還原得到海綿鐵。

根據本發明的一個實施例，還原過程中產生的爐頂氣由豎爐的上部排氣口排出。

根據本發明的一個實施例，入爐煤氣由焦爐煤氣、爐頂氣以及水蒸氣混合后并由加濕器補充水蒸氣后形成。