[發明專利]一種生產直接還原鐵的煤氣處理方法及系統

在審

• 申請號: 202210223835.8
• 申請日: 2022-03-09
• 公開（公告）號: CN114807485A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 李佳楣;何學坤;吳開基;翟曉波;張濤;陸楨;王全樂;鄭軍
• 申請（專利權）人: 中冶賽迪工程技術股份有限公司
• 主分類號: C21B13/02
• 分類號: C21B13/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明涉及一種生產直接還原鐵的煤氣處理方法及系統，屬于冶金技術領域，以H₂和富甲烷氣為原料氣來生產直接還原鐵，對豎爐上部爐頂煤氣產生的CO₂，采用CO₂分離措施后，利用逆水煤氣變換反應，用H₂把CO₂還原成CO后作為還原氣體再次循環回豎爐。因此，整個豎爐反應過程中，原料氣使用了富甲烷氣以及補充的原料氫氣，實現了將生產過程中產生的CO₂做到了最大化的回收利用，同時減少了原料氣富甲烷氣的消耗。

技術領域

本發明屬于冶金技術領域，涉及一種生產直接還原鐵的煤氣處理方法及系統。

背景技術

直接還原煉鐵是一種使用氣體或固體還原劑，在鐵礦石軟化溫度以下，不熔化即將鐵礦石中氧化鐵直接還原為鐵的生產工藝；生產的產品為直接還原鐵，也稱為海綿鐵(DRI)，具有成分穩定、有害雜質低、粒度均勻等諸多優點，是電爐煉純凈鋼、優質鋼不可缺少的雜質稀釋劑，也是轉爐煉鋼最好的冷卻劑。采用氣基豎爐生產直接還原煉鐵工藝具有流程短、不用煉焦煤、節能減排效果明顯的技術優勢，是實現低碳綠色冶煉的重要發展方向。

目前，國內針對氣基豎爐直接還原工藝提出了相應的技術路線，主要有以下幾類：

1)利用富烴類氣體和富含CO₂的爐頂煤氣在重整爐中加熱至900℃左右，同時在催化劑的作用下，CO₂+CH₄反應生成CO+H₂還原氣，供氣基豎爐生產使用。

2)利用富烴類氣體和凈化脫碳后的豎爐爐頂氣一起，在高溫加熱爐中加熱至950℃左右后再噴氧繼續提溫至1050℃，1050℃左右的高溫富富烴類氣體進入豎爐還原鐵礦石。其反應原理是利用在高溫熱態鐵的催化作用下，CH₄反應生成CO+H₂還原氣，供氣基豎爐生產使用。

3)利用富烴類氣體和凈化脫碳后的豎爐爐頂氣一起，在純氧轉化爐中加熱到850℃左右進入豎爐還原鐵礦石。其反應原理是在富烴類氣體中噴吹純氧，在缺氧的狀態下，CH₄與O₂反應，生成CO+H₂還原氣，供氣基豎爐生產使用。

但是，上述針對氣基豎爐直接還原工藝的技術路線，富烴類氣體消耗量大，CO₂利用率低的。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種生產直接還原鐵的煤氣處理方法及系統，以提高CO₂的回收利用，減少原料氣富甲烷氣的消耗。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種生產直接還原鐵的煤氣處理方法，包括以下步驟：從豎爐頂部排出的爐頂煤氣經除塵換熱后，部分進入脫碳分離系統，部分作為燃料氣，部分作為外排氣送往全廠管網；將經過脫碳后形成的CO₂氣體與氫氣混合進行逆水煤氣變換反應以生成以H₂、CO、CO2和H₂O為主要成分的初級高溫還原氣；將經過脫碳后形成的脫碳氣加壓、換熱以形成中溫脫碳氣，部分中溫脫碳氣與經過預熱的富甲烷氣混合后進入轉化爐與通入轉化爐的氧氣反應生成以CO和H₂為主要成分的二級高溫還原氣；另一部分中溫脫碳氣與初級高溫還原氣、二級高溫還原氣和經過預熱的氫氣混合后形成以CO和H₂為主要成分且溫度與還原鐵礦石匹配的三級高溫還原氣，三級高溫還原氣從豎爐中部或底部進入豎爐以供豎爐生產直接還原鐵使用。

可選地，脫碳后形成的CO2氣體經過加壓后與氫氣按H2與CO2摩爾比例為1～3混合形成混合氣，混合氣經管式加熱爐預熱至400℃～500℃后進入逆水煤氣變換反應，生成以H2、CO、CO₂和H2O為主要成分的初級高溫還原性氣體，混合氣預熱的燃料氣為經除塵換熱后的爐頂煤氣。