制备海绵铁的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种制备海绵铁的系统和方法，该系统包括：热解装置，所述热解装置具有低阶煤入口、布料气入口、第一热解油气出口、第二热解油气出口和半焦出口；气基竖炉，所述气基竖炉具有铁矿石入口、热解油气入口、炉顶气出口和海绵铁出口；炉顶气净化单元，所述炉顶气净化单元具有炉顶气入口、热解油出口、燃料出口和净化炉顶气出口；加热装置，所述加热装置具有燃料入口、净化炉顶气入口和预热后净化炉顶气出口。该系统可充分利用价格低廉的低阶煤生产还原铁矿石用的还原气，得到金属化率不低于90％的海绵铁，同时可显著降低整个系统的能耗，提高系统的经济性。

【技术实现步骤摘要】
制备海绵铁的系统和方法
本专利技术属于直接还原炼铁
，具体而言，本专利技术涉及制备海绵铁的系统和方法。
技术介绍
直接还原铁(DRI)又称海绵铁，是铁矿石在低于熔化温度下直接还原得到的含铁产品。海绵铁是一种废钢的代用品，是电炉炼纯净钢、优质钢不可缺少的杂质稀释剂，是转炉炼钢优质的冷却剂，是发展钢铁冶金短流程不可或缺的原料。2015年，全世界直接还原铁的年产量达7520万吨，创历史新高。我国将直接还原工艺列为钢铁工业发展的主要方向之一。生产直接还原铁的工艺称为直接还原法，属于非高炉炼铁工艺，分为气基法和煤基法两大类。其中气基法具有能耗低、污染小、产品质量稳定等特点。目前世界范围内，76％的直接还原铁是通过气基法生产，主要以天然气为制气原料以制备高品质的还原气，还原气中一氧化碳和氢气的总含量大于85％。目前这类工艺工业化生产装置主要集中在中东、南美等天然气储量丰富、价格低廉的地区，而对于天然气比较稀缺、价格昂贵的地区，则无法采用该工艺技术进行建设生产以获得良好的经济效益。中国的能源禀赋特点是“富煤少气缺油”，难以采用天然气重整—气基竖炉直接还原工艺。因此，现有制备海绵铁的技术有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种制备海绵铁的系统和方法。该系统可充分利用价格低廉的低阶煤生产还原铁矿石用的还原气，得到金属化率不低于90％的海绵铁，同时可显著降低整个系统的能耗，提高系统的经济性。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备海绵体的系统，根据本专利技术的实施例，该系统包括：热解装置，所述热解装置具有低阶煤入口、布料气入口、第一热解油气出口、第二热解油气出口和半焦出口，并且在所述热解装置的高度方向上，所述第一热解油气出口位于所述第二热解油气出口上方；气基竖炉，所述气基竖炉具有铁矿石入口、热解油气入口、炉顶气出口和海绵铁出口，所述热解油气入口与所述第二热解油气出口相连；炉顶气净化单元，所述炉顶气净化单元具有炉顶气入口、热解油出口、燃料出口和净化炉顶气出口，所述炉顶气入口与所述炉顶气出口相连，所述燃料出口与所述热解装置相连；加热装置，所述加热装置具有燃料入口、净化炉顶气入口和预热后净化炉顶气出口，所述燃料入口与所述燃料出口和第一热解油气出口相连，所述净化炉顶气入口与所述净化炉顶气出口相连，所述预热后净化炉顶气出口与所述气基竖炉上的预热后净化炉顶气入口相连，并且在所述气基竖炉的高度方向上，所述预热后净化炉顶气入口位于所述热解油气入口的下方。根据本专利技术实施例的制备海绵铁的系统通过将低阶煤热解产生的热解油气供给至气基竖炉中作为还原气使用，可充分高效地利用热解油气的显热、提高工艺的能源利用率，同时可显著降低系统的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁，与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，同时本申请在热解装置通入布料气，有利于将低阶煤吹散，并且在靠近布料气的位置布置第一热解油气出口，在远离布料气的热解炉的中下部布置第二热解油气出口，由于第一热解油气出口靠近布料气，在排出热解油气过程中可以将布料气带出，从而提高后续供给至热解油气中还原气体的比例，而该部分的热解油气可以作为热解装置中的燃料使用，而第二热解油气出口排出的热解油气可以直接供给至气基竖炉中作为还原气使用，而气基竖炉所得的炉顶气经炉顶气净化单元作用后，可显著提高净化炉顶气的还原性，如此有利于提高铁矿石的还原效率，而所得的燃料可供给至上述热解装置，提高系统的经济性；为了进一步降低气基竖炉的能耗，提高竖炉内铁矿石的还原效率，在净化炉顶气送至气基竖炉之前将其送至加热装置进行加热，得到预热后净化炉顶气，加热装置的燃料一方面来自热解装置的第一热解油气，一方面来自炉顶气净化单元的燃料，如此，可进一步降低系统的能耗，提高系统的经济性。而且因第二热解油气与预热后净化炉顶气从不同位置通入气基竖炉还原铁矿石，可以先让氧化度(H2O+CO2)偏高的第二热解油气先去还原金属化率还不合格的铁矿石，而让氧化度偏低且温度更高的预热后净化炉顶气去还原金属化率较高但还未达到最终产品要求金属化率的铁矿石，通过分级分质利用，可进一步降低气基竖炉的能耗，提高气基竖炉的生产率。另外，根据本专利技术上述实施例的制备海绵铁的系统还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述预热后净化炉顶气入口和所述热解油气入口之间的竖直距离为0.5～2.5m。由此，有利于提高铁矿石的还原效率，提高海绵铁的金属化率。在本专利技术的一些实施例中，在所述热解装置高度方向上，所述布料气入口位于所述第一热解油气出口上方，并且所述布料气入口与所述第一热解油气出口竖直距离1～3m。由此，可提高第二热解油气的还原性。在本专利技术的一些实施例中，上述制备海绵铁的系统进一步包括：气化装置，所述气化装置具有半焦入口、低阶煤进口、气化剂入口和煤制气出口，所述半焦入口与所述半焦出口相连，所述煤制气出口与所述燃料入口和所述热解装置中的至少之一相连。由此，可充分利用半焦，提高系统的经济性。在本专利技术的一些实施例中，所述炉顶气净化单元包括依次相连的洗涤净化装置、加压装置和脱硫脱碳塔。由此，可进一步提高净化炉顶气的还原性。在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种采用上述制备海绵铁的系统制备海绵铁的方法，根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)将低阶煤和布料气供给至所述热解装置中进行热解处理，以便得到第一热解油气、第二热解油气和半焦；(2)将所述第二热解油气和铁矿石供给至所述气基竖炉中进行还原处理，以便得到炉顶气和海绵铁；(3)将所述炉顶气供给至所述炉顶气净化单元中进行净化处理，以便得到热解油、燃料和净化炉顶气，并将所述燃料的一部分供给至所述热解装置作为燃料使用；(4)将所述燃料的另一部分、所述第一热解油气和所述净化炉顶气供给至所述加热装置中以便对所述净化炉顶气进行加热，得到预热后净化炉顶气，并将所述预热后净化炉顶气供给至步骤(2)中作为还原气使用。根据本专利技术实施例的制备海绵铁的方法通过将低阶煤热解产生的热解油气供给至气基竖炉中作为还原气使用，可充分高效地利用热解油气的显热、提高工艺的能源利用率，同时可显著降低系统的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁，与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，同时本申请在热解装置通入布料气，有利于将低阶煤吹散，并且在靠近布料气入口的位置布置第一热解油气出口，在远离布料气入口的热解炉的中下部布置第二热解油气出口，由于第一热解油气出口靠近布料气，在排出热解油气过程中可以将布料气带出，从而提高后续供给至热解油气中还原气体的比例，而该部分的热解油气可以作为热解装置中的燃料使用，而第二热解油气出口排出的热解油气可以直接供给至气基竖炉中作为还原气使用，而气基竖炉所得的炉顶气经炉顶气净化单元作用后，可显著提高净化炉顶气的还原性，如此有利于提高铁矿石的还原效率，而所得的燃料可供给至上述热解装置，提高系统的经济性；为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备海绵铁的系统，其特征在于，包括：热解装置，所述热解装置具有低阶煤入口、布料气入口、第一热解油气出口、第二热解油气出口和半焦出口，并且在所述热解装置的高度方向上，所述第一热解油气出口位于所述第二热解油气出口上方；气基竖炉，所述气基竖炉具有铁矿石入口、热解油气入口、炉顶气出口和海绵铁出口，所述热解油气入口与所述第二热解油气出口相连；炉顶气净化单元，所述炉顶气净化单元具有炉顶气入口、热解油出口、燃料出口和净化炉顶气出口，所述炉顶气入口与所述炉顶气出口相连，所述燃料出口与所述热解装置相连；加热装置，所述加热装置具有燃料入口、净化炉顶气入口和预热后净化炉顶气出口，所述燃料入口与所述燃料出口和第一热解油气出口相连，所述净化炉顶气入口与所述净化炉顶气出口相连，所述预热后净化炉顶气出口与所述气基竖炉上的预热后净化炉顶气入口相连，并且在所述气基竖炉的高度方向上，所述预热后净化炉顶气入口位于所述热解油气入口的下方。

【技术特征摘要】
1.一种制备海绵铁的系统，其特征在于，包括：热解装置，所述热解装置具有低阶煤入口、布料气入口、第一热解油气出口、第二热解油气出口和半焦出口，并且在所述热解装置的高度方向上，所述第一热解油气出口位于所述第二热解油气出口上方；气基竖炉，所述气基竖炉具有铁矿石入口、热解油气入口、炉顶气出口和海绵铁出口，所述热解油气入口与所述第二热解油气出口相连；炉顶气净化单元，所述炉顶气净化单元具有炉顶气入口、热解油出口、燃料出口和净化炉顶气出口，所述炉顶气入口与所述炉顶气出口相连，所述燃料出口与所述热解装置相连；加热装置，所述加热装置具有燃料入口、净化炉顶气入口和预热后净化炉顶气出口，所述燃料入口与所述燃料出口和第一热解油气出口相连，所述净化炉顶气入口与所述净化炉顶气出口相连，所述预热后净化炉顶气出口与所述气基竖炉上的预热后净化炉顶气入口相连，并且在所述气基竖炉的高度方向上，所述预热后净化炉顶气入口位于所述热解油气入口的下方。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预热后净化炉顶气入口和所述热解油气入口之间的竖直距离为0.5～2.5m。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，在所述热解装置高度方向上，所述布料气入口位于所述第一热解油气出口上方，并且所述布料气入口与所述第一热解油气出口竖直距离1～3m。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：气化装置，所述气化装置具有半焦入口、低阶煤进口、气化剂入口和煤制气出口，所述半焦入口与所述半焦出口相连，所述煤制气出口与所述燃料入口和所述热解装置中的至少之...

【专利技术属性】
技术研发人员：范志辉，邓君，员晓，刘亮，李志远，曹志成，吴道洪，
申请(专利权)人：江苏省冶金设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32