[發明專利]顆粒狀鐵礦石的氣基還原方法、氣基還原系統和應用

在審

• 申請號: 202110674010.3
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113373273A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 魏小波;靳輝
• 申請（專利權）人: 北京金博威科技有限公司
• 主分類號: C21B13/00
• 分類號: C21B13/00;C21B13/08;C01B3/34;C01B3/12
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 劉桐亞

1.一種顆粒狀鐵礦石的氣基還原方法，其特征在于，包括以下步驟：

(a)將壓縮天然氣脫硫后與水蒸汽混合，使進行重整反應，得到粗合成氣；

將粗合成氣進行變換反應，得到變換氣；

將變換氣進行第一脫水處理和第一脫CO₂處理，得到富氫氣體；

(b)富氫氣體經預熱后與預熱后的顆粒狀鐵礦石逆流接觸，使進行還原反應，得到顆粒直接還原鐵；

其中，所述顆粒狀鐵礦石的平均粒徑為0.015-4.00mm，預熱后的顆粒狀鐵礦石的溫度為500-750℃，預熱后的富氫氣體的溫度為450-650℃，富氫氣體的平均流速小于顆粒狀鐵礦石的最小流化速度。

2.根據權利要求1所述的顆粒狀鐵礦石的氣基還原方法，其特征在于，步驟(a)中，壓縮天然氣的壓力為1.5-3.0MPa；

優選的，天然氣預熱至200-400℃后進行脫硫，脫硫后天然氣中硫的質量分數不高于0.1ppm；

優選的，壓縮天然氣與水蒸汽的體積比為(2.5-3.6)：1；

優選的，天然氣與水蒸汽混合后預熱至450-600℃后進行重整反應，重整反應的溫度為800-900℃；

優選的，以體積百分數為100％計，粗合成氣中的干氣組成包括：H₂55-75％，CO 10-20％，CO₂ 10-20％和CH₄ 1-3％；

優選的，變換反應的溫度為200-400℃；

優選的，以體積百分數為100％計，富氫氣體的干氣組成包括：H₂85-99％，CO 0-10％，CO₂0-1％和CH₄ 1-10％。

3.根據權利要求1或2所述的顆粒狀鐵礦石的氣基還原方法，其特征在于，步驟(b)中，所述富氫氣體中的還原氣體與顆粒狀鐵礦石的流量比為500-2000Nm³還原氣體/t顆粒狀鐵礦石；

優選的，還原反應的壓力為0.05-3.00MPa；

優選的，還原反應的時間為1-15h。

4.根據權利要求1或2所述的顆粒狀鐵礦石的氣基還原方法，其特征在于，步驟(b)中，還包括將還原反應過程中產生的還原尾氣進行第二脫水處理得到凈化后尾氣的步驟；

優選的，至少部分凈化后尾氣與經第一脫水處理后的變換氣混合以進行回用；或，至少部分凈化后尾氣與經第一脫CO₂處理后的富氫氣體混合以進行回用；

優選的，至少部分凈化后尾氣與燃料氣以及含氧氣體混合作為燃料使用，燃料燃燒產生的熱量可用于預熱顆粒狀鐵礦石。

5.根據權利要求1或2所述的顆粒狀鐵礦石的氣基還原方法，其特征在于，步驟(b)中，還包括將還原反應過程中產生的還原尾氣進行第二脫CO₂處理，再進行第二脫水處理得到凈化后尾氣的步驟；

優選的，所述第二脫CO₂處理中所采用的脫碳劑包括氧化鈣；

優選的，氧化鈣經過第二脫CO₂處理后得到碳酸鈣，碳酸鈣于650-950℃進行再生，再生得到的氧化鈣可作為脫碳劑回用。

6.一種顆粒狀鐵礦石的氣基還原系統，其特征在于，采用權利要求1-5任意一項所述顆粒狀鐵礦石的氣基還原方法進行顆粒直接還原鐵的生產；

所述顆粒狀鐵礦石的氣基還原系統包括脫硫裝置、重整裝置、變換裝置、第一脫水裝置、第一脫CO₂裝置、氣體預熱裝置、固體預熱裝置和還原反應裝置；

壓縮天然氣經管道輸送至所述脫硫裝置內，所述脫硫裝置與重整裝置、變換裝置、第一脫水裝置和第一脫CO₂裝置依次連接，以使壓縮天然氣轉化為富氫氣體；

富氫氣體和顆粒狀鐵礦石分別通過管路輸送至所述還原反應裝置內，用于輸送富氫氣體的管路上設置有氣體預熱裝置，用于輸送顆粒狀鐵礦石的管路上設置有固體預熱裝置。

7.根據權利要求6所述的氣基還原系統，其特征在于，所述還原反應裝置內設置有旋轉部件。