[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

本發明提供了一種顆粒狀鐵礦石的氣基還原方法、氣基還原系統和應用，涉及冶煉技術領域。該氣基還原方法不需要純氧、也不需要高熱值燃氣，以天然氣為原料，將壓縮天然氣通過脫硫、水蒸汽重整、變換反應、第一脫水處理和第一脫CO₂處理轉化為富氫氣體，再將富氫氣體預熱與特定粒徑及特定預熱溫度下的顆粒狀鐵礦石逆流接觸使進行還原反應，制得顆粒直接還原鐵；由于顆粒狀鐵礦石的顆粒尺寸較小，在相同溫度下的還原反應速度快于傳統的球團礦，且無需引入其它粘結劑和燒結過程，大大降低污染，同時將特定預熱溫度下的顆粒狀鐵礦石與富氫氣體直接進行還原反應，利用顆粒狀鐵礦石與富氫氣體本身的熱量實現低溫下還原反應的進行。

技術領域

本發明涉及冶煉技術領域，尤其是涉及一種顆粒狀鐵礦石的氣基還原方法、氣基還原系統和應用。

背景技術

目前全球鋼鐵冶煉行業，煉鐵的技術有多種，包括高爐煉鐵技術和非高爐煉鐵技術，非高爐煉鐵技術又分直接還原和熔融還原，直接還原又分氣基還原和煤基還原。其中高爐煉鐵技術生產規模和使用量最大，在高爐煉鐵過程中煉焦和燒結過程中會排放大量的粉塵、二氧化碳和其它氣體，給環境帶來了很大的壓力。非高爐煉鐵技術中，氣基還原工藝使用還原性氣體將鐵礦石中的氧化鐵還原為金屬化球團，比傳統的碳還原法煉鐵效率更高，不需要煉焦和燒結，生產過程更清潔。

目前氣基還原技術以Midrex氣基豎爐技術和HYL氣基豎爐技術為主，使用氣基豎爐需要先把鐵礦和粘結劑混合、焙燒獲得氧化球團，然后使用還原性氣體高溫下進行還原。Midrex氣基豎爐中還原性氣體在850-950℃下進入豎爐，反應壓力在0.5MPa左右，能獲得金屬化率92-93％的金屬化球團。HYL氣基豎爐的還原氣需要預熱至900-960℃，反應壓力在0.4-0.6MPa，H₂/CO為5.6-5.9，可獲得平均金屬化率在91-95％的金屬化球團。

除了豎爐技術以外，氣基還原技術還有流化床技術。Hydro carbon Research Inc和Bethlehom Steel Conp聯合開發的氫氣流化床技術，采用三段流化床，礦粉在還原床內共停留45h，獲得金屬化率98％的還原鐵粉，H₂轉化率5％左右，間斷操作；美國鋼鐵公司開發的HIB流化床技術，采用兩段流化床，得到金屬化率75％和溫度700℃的還原鐵粉，H₂轉化率為32-36％；以及Exxon研究與工程公司開發的FIOR技術，操作條件為1.05MPa和880℃，采用四個流化床進行反應，獲得金屬化率90％的鐵粉。

目前直接還原技術基本大部分都采用豎爐技術，少量采用煤基直接還原技術，以產出高金屬化率的金屬球團，或將球團熱壓成塊作為產品。以鐵粉為產品的流化床技術由于還原氣停留時間長、還原氣利用效率低、產品金屬化率低、高溫下鐵顆粒之間相互粘結影響流態化等原因，裝置運行不平穩，經濟效益差等原因，僅有極少數工廠還在運行。

有鑒于此，特提出本發明以解決上述技術問題中的至少一個。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種顆粒狀鐵礦石的氣基還原方法。

本發明的第二目的在于提供一種顆粒狀鐵礦石的氣基還原系統。

本發明的第三目的在于提供上述顆粒狀鐵礦石的氣基還原方法和氣基還原系統的應用。

為了實現上述目的，特提出以下技術方案：

本發明提供了一種顆粒狀鐵礦石的氣基還原方法，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脫二氧化碳處理，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；