富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统技术方案

本实用新型专利技术属于冶炼技术领域，公开了一种富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统和工艺方法，它以天然气制乙炔副产的合成气为原料制备海绵铁，其中原料气经两路送入还原反应炉，一路被加热直接参与反应，一路用于反应产物换热降温；还原反应炉顶尾气经过换热降温、除尘和脱水后进行压缩增压，进入脱碳装置脱除二氧化碳得到循环合成气，循环合成气返回原料气管路中作为还原反应气体一部分经过与还原反应炉顶尾气换热，一部分直接通入还原反应炉底部，进行还原反应的同时回收产品海绵铁的热量，脱碳过程形成的CO

【技术实现步骤摘要】
富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统
本技术总体地涉及冶炼
，具体地涉及一种富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统和工艺方法。
技术介绍
钢铁工业是国民经济的基础产业，也是我国能源资源消耗和污染排放的重点行业。为加快钢铁工业结构调整和产业升级，转变钢铁工业发展方式，促进节约、清洁和可持续发展，是钢铁工业未来的发展方向。直接还原工艺作为典型的非高炉炼铁工艺，是实现钢铁生产短流程，即废钢/海绵铁流程的重要环节。现今世界上直接还原铁量的90％以上是采用气基法生产的。代表工艺为Midrex竖炉法、HYL反应罐法。Midrex竖炉法以天然气为原料气，用炉顶气作为转化剂，经重整制成高品质的还原气。在重整炉内，天然气与一部分炉顶气中的CO2和H2O在镍催化剂的作用下发生重整反应，得到还原气送入竖炉进行还原铁反应。竖炉的炉顶气部分作为转化剂使用，部分作为重整炉的燃料。炼铁工艺是高温反应，所得产物带有反应中的高温，因此从反应炉底部得到的产品温度高，需要进行降温冷却，消耗大量的制冷剂，增加能耗。另外，铁矿石炼铁反应中，因为典型的还原反应，需要对炉体进料和和出料口进行密封，以保证反应在还原气氛中进行，目前这种密封多采用另外加用惰性气体的方式，其带来的弊端是可能引入气体杂质，同时增加工业成本。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统和工艺方法，解决以天然气制乙炔得到的富氢合成气副产品为制铁还原气时，工艺过程中产品高温导致的热量浪费和废气利用问题。本技术以天然气制乙炔的副产品-富氢合成气为制铁的还原气源，本技术中提及的富氢合成气是指，组成为H2：CO体积比大于2:1，且H2与CO含量之和占副产总体积的85％以上，即本技术中提供了以此为原料的还原生产海绵铁的系统和方法。另外，本技术中提及的原料合成气是指经富氢合成气源排出的用于制铁反应的气体，循环合成气是指还原反应炉炉顶气经处理后形成的含有H2和CO的可用于制铁反应的气体。本技术一方面提供了富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统，包括：富氢合成气源、加热炉、还原反应炉、换热器、除尘器、脱碳装置；所述富氢合成气源与还原反应炉之间有两路气体连通通路，均用于将富氢合成气源中的气体经管路送入还原反应炉，其中第一气体通路与还原反应炉的中部连通，气体通路上设置有加热炉，并且加热炉前端的第一气体通路经过换热器内部；第二气体通路与还原反应炉的底部连通；所述还原反应炉为铁矿石与富氢合成气进行密封反应的反应器，它包括底部出料口和顶部排气口；所述顶部排气口连接除尘器的进口，连接通路经过换热器内部，除尘器的出口连接脱碳装置的进口；所述脱碳装置的第一出口连接至富氢合成气源的出口，第二出口分别连接还原反应炉的顶部排气口和底部出料口；所述换热器用于还原反应炉炉顶尾气与加热炉前端的第一气体通路气体进行热量交换。进一步的，本技术包括压缩机；所述压缩机的数量为1个或1个以上，用于对管路中的气体进行压缩升压。在除尘器的出口设置压缩机，将除尘后的气体压缩，再送入脱碳装置；在脱碳装置的第二出口或者进入还原反应炉的顶部排气口和底部出料口之前的合适位置设置压缩机，以对进入密封部的气体进行压缩后使用。进一步的，上述富氢合成气源的出口与除尘器的出口连通后共同连接至脱碳装置的进口，以使除尘脱水处理后的还原反应炉炉顶尾气与富氢合成气源中的气体混合后经同一管路进入脱碳装置。设计该管路连接方式的目的是针对富氢合成气源的气体中存在二氧化碳的情况，先进行脱碳处理的考虑，也可以设计脱碳装置的进口与富氢合成气源的出口之间连通有独立控制的气体管路，以在使用前先滤去富氢合成气源中的CO2，即：富氢合成气源与除尘器经各自单独的连接管路连接脱碳装置，或者两者合并后一并送入脱碳装置。本技术系统相比于现有技术具有以下效果：1)设计了原料气体的两路输送：一路进行预热、加热后从上部进入还原反应炉进行还原反应，一路直接从还原反应炉底部进入还原反应炉，该部分合成气与海绵铁产品直接换热，合成气温度升高，海绵铁产品温度降低，充分回收热量，降低工艺能耗。2)设计了炉顶气处理、重复利用装置，炉顶气包括反应尾气和未反应的原料气，进行除尘、脱碳处理后，将未反应的原料气返回至富氢合成气中作为原料气体继续使用，二氧化碳继续用于还原反应炉气体密封和工业原料，可以实现炉顶气的充分利用和回收，工艺过程无污染。本技术在另一方面提供了富氢合成气直接还原生产海绵铁的工艺方法，它使用所述富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统，包括以下步骤：S1、将富氢合成气源中的气体原料，分两通路送出，第一通路经加热炉进入还原反应炉中部，与铁矿石发生还原反应，生成海绵铁；第二通路直接从还原反应炉底部送入还原反应炉内，上升过程中与从还原反应炉中部下落的海绵铁产品换热；S2、还原反应炉顶部尾气先经过换热器与加热前的富氢合成气源第一通路气体的换热降温，再经除尘器脱除粉尘和水分，然后进入脱碳装置脱除二氧化碳，然后得到循环合成气，经脱碳装置第一出口送入富氢合成气源的排气通路作为原料循环使用；S3、当脱碳装置脱除二氧化碳达到饱和时，进行解吸附处理，处理后得到的CO2经脱碳装置的第二出口送至还原反应炉的顶部进料口和底部出料口用作密封气；其中，所述，所述富氢合成气源中的富氢合成气为天然气制乙炔工艺的副产品混合气，包括体积比大于2:1的H2：CO，两者含量之和占副产总体积的85％以上。进一步的，上述步骤S2中，还原反应炉顶部尾气与加热前的富氢合成气源第一通路气体经换热降温后加热炉，然后进入除尘器。进一步的，当所述富氢合成气源中含有二氧化碳气体时，所述步骤S1中的富氢合成气源中的气体先经富氢合成气源的出口与脱碳装置的进口之间的管路进入脱碳装置脱除CO2，然后再分两通路送出。进一步的，上述步骤S1中还原反应炉中部的还原反应温度为900-1050℃，反应压力为0.2-0.6MPa。进一步的，上述步骤S2中富氢合成气源第一通路气体与还原反应炉顶尾气换热后升温至100-200℃；所述步骤S1中还原反应炉中部下落的海绵铁产品被换热从还原反应炉底部排料口排出的温度为180℃-220℃。进一步的，上述加热炉加热富氢合成气源第一通路气体至900℃-1050℃。本技术系统和工艺中的脱碳装置包括吸收单元和解吸单元，吸收单元主要成分为二氧化碳吸收剂，二氧化碳吸收剂可以为甲醇、有机铵、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基乙醇胺中的一种或多种；二氧化碳吸收剂吸收二氧化碳操作条件为：压力为常压至0.4MPa；温度为常温至40℃；二氧化碳吸收剂吸收二氧化碳后进入解吸单元进行解吸得到二氧化碳，解析得到的二氧化碳一部分从上下两部分进入还原反应炉的的加料处和出料处，作为密封气使用，一部分作为下游精细化工原料使用。还原反应炉顶尾气经降温后进入除尘器进行除尘排水，带有粉尘的污水从除尘器底部排出。可以看出，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统，其特征在于，包括：富氢合成气源、加热炉(2)、还原反应炉(1)、换热器(6)、除尘器(3)、脱碳装置(4)；/n所述富氢合成气源与还原反应炉(1)之间有两路气体连通通路，均用于将富氢合成气源中的气体经管路送入还原反应炉(1)，其中第一气体通路与还原反应炉(1)的中部连通，气体通路上设置有加热炉(2)，并且加热炉(2)前端的第一气体通路经过换热器(6)内部；第二气体通路与还原反应炉(1)的底部连通；/n所述还原反应炉(1)为铁矿石与富氢合成气进行密封反应的反应器，它包括底部出料口和顶部排气口；所述顶部排气口连接除尘器(3)的进口，连接通路经过换热器(6)内部；除尘器(3)的出口连接脱碳装置(4)的进口；顶部排气口连接的是换热器(6)的热介质一侧的进口；/n所述脱碳装置(4)的第一出口连接至富氢合成气源的出口，第二出口分别连接还原反应炉(1)的顶部排气口和底部出料口；/n所述换热器(6)用于还原反应炉炉顶尾气与加热炉前端的第一气体通路气体进行热交换。/n

【技术特征摘要】
1.一种富氢合成气直接还原生产海绵铁的系统，其特征在于，包括：富氢合成气源、加热炉(2)、还原反应炉(1)、换热器(6)、除尘器(3)、脱碳装置(4)；
所述富氢合成气源与还原反应炉(1)之间有两路气体连通通路，均用于将富氢合成气源中的气体经管路送入还原反应炉(1)，其中第一气体通路与还原反应炉(1)的中部连通，气体通路上设置有加热炉(2)，并且加热炉(2)前端的第一气体通路经过换热器(6)内部；第二气体通路与还原反应炉(1)的底部连通；
所述还原反应炉(1)为铁矿石与富氢合成气进行密封反应的反应器，它包括底部出料口和顶部排气口；所述顶部排气口连接除尘器(3)的进口，连接通路经过换热器(6)内部；除尘器(3)的出口连接脱碳装置(4)的进口；顶部排气口连接的是换热器(6)的热介质一侧的进口；
所述脱碳装置(4)的第一出口连接至富氢合成气源的出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金福，刘莹，薛健，靳辉，
申请(专利权)人：上海泰普星坦新材料有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31