[發明專利]一種煤熱解、熱解氣加熱與釩鈦礦還原耦合的系統和方法

在審

• 申請號: 201710607523.6
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107267701A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 鄧君;曹志成;馮魯興;范志輝;韓志彪;唐敬坤;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: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙)11446
• 代理人: 項榮,鮑曉芳

技術領域

本發明涉及化工冶金技術領域，具體為一種煤熱解、陶瓷輻射管加熱與釩鈦礦還原工藝耦合的系統和方法。

背景技術

傳統高爐流程或非高爐煤基直接還原流程冶煉釩鈦礦時，由于只回收鐵和釩，爐渣中鈦品位太低暫無經濟合理的回收價值，導致了鈦資源的大量流失。

由于氣基直接還原法具有高效率、低污染、無煉焦煤依賴性的特點，其成為了逐漸取代傳統高爐煉鐵技術的新工藝，在世界范圍內得到了廣泛應用。目前的直接還原工藝主要以天然氣為還原劑，還原劑裂解加熱爐(石化爐)則是難以超過900℃的石化爐。但我國石油、天然氣資源相對匱乏，我國以煤為主的一次能源結構在今后相當長的時間內都不會改變。熱解是煤熱加工的基礎過程，其特性對煤的進一步轉化具有較大的影響。通過熱解，可以從煤中獲得還原鐵礦石的還原煤氣以及為電爐煉鋼提供優質的還原劑半焦。

與普通氧化球團礦相比，釩鈦礦經造球、氧化焙燒后的釩鈦氧化球團礦中的主要物相是赤鐵礦、鐵板鈦礦。其還原過程中分別得到浮士體和含鎂鈦鐵晶石，含鎂鈦鐵晶石又依次還原成含鎂鈦鐵礦和含鐵的鎂黑鈦石。由于自由的浮士體、含鎂鈦鐵晶石，含鎂鈦鐵晶石、鎂鈦鐵礦和含鐵的鎂黑鈦石還原難度依次增大，導致釩鈦礦(氧化球團)直接還原需要更高的溫度條件，勢必要求還原劑加熱爐異于現有的氣體還原劑加熱爐。

現有技術公開了一種鐵礦煤球團自產還原氣生產直接還原鐵的方法，全部以鐵礦煤球團中的煤作為還原劑，以鐵礦煤球團中煤自身熱解產生的氣體作為自產還原氣，以低熱值煤氣作為加熱還原氣體的燃料，形成自產還原氣的循環生產與使用，在高溫還原氣體的氛圍下將鐵礦石還原生產直接還原鐵。但該法中，鐵礦煤球團強度依靠<618℃煤熱解產生的液態內粘物質起粘結作用，當球團下降到豎爐高溫還原段，溫度>618℃，煤熱解產生液態粘結物(煤熱解有機物)氣化逸出，球團強度降低，導致球團粉化粘結，影響爐內透氣性，產生懸料，設備作業率低。

現有技術還提出了一種煤制氣直接還原一步法制取純凈鋼的方法，使用低煤階煤作為還原鐵球團或塊礦的能源和還原劑，按照下述方法制取純凈鋼：a)將低煤階煤在煤熱解爐中進行熱解，以獲取海綿狀固定碳，并副產熱解煤氣和焦油；b)向氣化爐內的海綿狀固定碳中通入水蒸氣，在800～1100℃下進行氣化反應，制取還原氣；c)控制還原豎爐還原段溫度為700～1000℃，使鐵球團或塊礦通過還原豎爐并在還原段停留足夠的還原時間，以便與通入還原豎爐中的還原氣進行選擇性氣基直接還原，得到被還原的鐵與未被還原的其他氧化物混合的還原產物。但該法煤熱解爐規模與直接還原鐵系統未能進行優化配置，部分還原氣來源于熱解半焦的氣化，增加氣化爐和蒸汽鍋爐投資，流程長、投資大、能耗高。

現有技術還提到一種用豎爐還原-電爐熔分綜合利用釩鈦磁鐵礦的方法：將氧化球團置于900～1200℃的氣基豎爐內還原4～6小時，還原氣壓力為0.2～0.3MPa，還原氣中H₂+CO≥90％，H₂與CO摩爾比為1～3。但該法過高的溫度導致球團粘結，影響爐況順行，且必須將獲得的熱還原氣冷卻后加壓，既增加壓縮機的投資又造成了能源消耗和浪費。

發明內容

面臨上述技術問題，本發明旨在提出一種煤熱解、陶瓷輻射管加熱與釩鈦礦還原工藝耦合的系統，該系統將煤化工與冶金生產有機結合，提高資源利用率，減少生產設備，實現降低釩鈦直接還原鐵(釩鈦DRI)以及劣質煤、中低階煤生產還原氣半焦的生產成本及能耗，提高生產競爭力的目的。

為實現上述目的，本發明提出了一種煤熱解、陶瓷輻射管加熱與釩鈦礦還原工藝耦合的系統，該系統包括煤熱解爐、加熱爐和豎爐；其中，

所述煤熱解爐包括煤熱解爐料倉和煤熱解氣出口；

所述加熱爐包括煤熱解氣入口和還原氣出口，所述煤熱解氣入口和所述煤熱解氣出口通過熱解氣管道相連；

所述豎爐包括氣體噴吹口、豎爐料倉和豎爐出料口，所述豎爐料倉設置在所述豎爐頂部，所述氣體噴吹口與所述還原氣出口相連。

進一步地，所述系統還包括煤烘干爐，所述煤烘干爐具有煤烘干爐進料口、煤烘干爐出料口和高溫氣體入口；所述煤烘干爐出料口和所述煤熱解爐料倉連接。

優選地，所述煤熱解爐為下行床熱解裝置；所述煤熱解爐還包括熱解煙氣出口，所述熱解煙氣出口和所述煤烘干爐的高溫氣體入口連接。

進一步地，所述豎爐還包括設置在其爐頂的豎爐煙氣出口，所述豎爐煙氣出口連接豎爐煙氣管道，所述豎爐煙氣管道經脫硫脫碳裝置與所述熱解氣管道連通。