[發明專利]一種Lurgi氣化氣體經雙重整轉化生產直接還原鐵的系統及方法

在審

• 申請號: 201710565880.0
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107151721A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 魯慶;張沖;劉慶敬;范晉峰
• 申請（專利權）人: 北京中晉中石冶金化工技術有限公司
• 主分類號: C21B13/02
• 分類號: C21B13/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發明屬于直接還原鐵生產技術領域，涉及一種Lurgi氣化氣體經雙重整轉化生產直接還原鐵的系統及方法，尤其涉及一種以Lurgi氣化爐產生的煤制氣與Midrex/PERED氣基還原單元結合生產直接還原鐵的系統及其處理方法。

背景技術

直接還原鐵(DRI)是指在低于熔化溫度之下將鐵礦石還原成海綿鐵的過程。與傳統高爐煉鐵方法相比，取消了煉焦、燒結等工序，具有流程短、污染小、消耗少、不受優質煉焦煤短缺影響等優點。同時直接還原鐵中硫、磷、硅等有害雜質含量低，有利于電爐冶煉優質純凈鋼種。

自1936年Midrex技術公司開始氣基豎爐技術的研究，直接還原鐵技術發展已有80多年歷史。國外商業化的直接還原鐵工藝有Midrex，HyL，PERED等。國外直接還原鐵的生產主要以天然氣和鐵精粉制備的球團礦為原料，基于天然氣直接還原鐵技術主在豎爐中還原鐵礦生產直接還原鐵。

中國是天然氣資源匱乏的國家，從對中國目前及未來天然氣的產量、消費量預測分析來看，使用天然氣作為氣基直接還原鐵工藝氣主要原料，困難較多，成本較高，從經濟性考慮幾乎沒有可行性。在中國，尋找可以替代天然氣的廉價氣源用于直接還原鐵生產，對攻克氣基直接還原鐵技術難關具有重要意義。

基于中國富煤少氣的國情，煤化工在中國發展歷史悠久，幾乎世界上所有的煤制氣工藝在中國均有實踐嘗試，煤制氣工藝相對成熟。采用劣質非焦煤生產煤制氣用于直接還原鐵，大大降低了氣源成本，為氣基豎爐技術在中國得到應用提供契機。目前，煤氣化技術主要分為固定床、流化床、氣流床三種。固定床分為常壓氣化(如UGI爐，該技術由于污染嚴重已趨于淘汰)和加壓氣化(如固態排渣的Lurgi爐和液態排渣的BGL爐)。

表1列出了Lurgi氣化技術的典型煤氣組成。與流化床或氣流床技術相比，固定床加壓技術可以適用于粒度范圍5mm～50mm塊煤，不需要復雜的磨煤或備煤工藝。

表1固定床煤氣化工藝典型氣體組成

US 4205830和US 4225340均公開了一種利用煤制氣生產直接還原鐵的方法和裝置，將煤、氧氣和水蒸汽在煤氣化爐中進行反應，還原氣通入豎爐，爐頂氣一部分用作燃料，一部分循環脫除CO₂后再加熱與煤制氣混合進入豎爐。煤氣化爐中加入石灰(CaO)用于脫除硫化物。該專利給出的氣體成分中CH₄含量在0.3％以下，顯然對處理固定床煤氣化產生的高CH₄含量(8％左右)的煤制氣不太適用；且在煤氣化裝置加入CaO，并不能達到理想的脫硫效果，難以滿足當下氣體排放要求。

CN 203034041U公開了一種利用粉煤氣化制氣及氣基豎爐直接還原冶金的系統，給出了煤氣化、濕洗、水氣變換、脫硫脫碳到還原豎爐的基本流程，但是該專利并未給出實施細節，僅具有理論參考價值；且該專利并未考慮還原后爐頂氣的循環使用，對于反應后還有大量CO/H₂的爐頂氣直接作為煙氣處理顯然是不合適的。

CN 1141402C公開了一種利用水煤漿加壓氣化生產海綿鐵的裝置。該專利選用德士古爐，通過氣體變換、NHD凈化、通過兩個并聯加熱爐加熱后連通至豎爐。該方法能夠應用于高硫含量煤種，并對硫磺進行回收。然而德士古爐相對于固定床煤氣化爐投資高，氣化壓力高；且直接采用氣體經加熱爐加熱后進豎爐的方式，容易發生CO氣化滲碳反應，損傷爐管造成不良后果。

綜上，我國富煤少氣的國情使得我國發展用煤制氣生產直接還原鐵的技術勢在必行。選擇合適的煤氣化技術、煤氣轉化技術、煤氣凈化技術、還原豎爐技術，并且將上述技術進行更好的集成是亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在于提供了一種Lurgi氣化氣體經雙重整轉化生產直接還原鐵的系統及其處理方法。本發明通過以固定床加壓氣化爐(Lurgi氣化爐)與重整轉化單元以及氣基還原豎爐組合，可以實現煤氣化技術、煤氣轉化技術、煤氣凈化技術和還原豎爐技術的有效集成，提高了直接還原冶金系統中物料和能源的利用效率。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種Lurgi氣化氣體經雙重整轉化生產直接還原鐵的系統，所述系統包括依次連接的Lurgi氣化單元、除塵洗滌單元、脫硫脫碳單元、重整轉化單元和氣基還原單元。