一种氢能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，公开了一种氢能直接还原生产海绵铁的系统，包括：依次连接的富氢合成气源、水煤气变换装置(5)和脱碳装置(4)，加热炉(2)、还原反应炉(1)、换热器(8)、除尘脱水器(3)；脱碳装置(4)与还原反应炉(1)之间有两路气体连通通路：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)，第二气体通路与还原反应炉(1)的底部连通；还原反应炉(1)的顶部排气口依次连接除尘脱水器(3)、脱碳装置(4)；脱碳装置(4)的第二出口分别连接至还原反应炉(1)的顶部排气口和底部出料口；换热器(8)用于还原反应炉炉顶尾气向加热炉前端的第一气体通路气体实施换热。

【技术实现步骤摘要】
一种氢能直接还原生产海绵铁的系统
本技术总体地涉及冶炼
，具体地涉及一种氢能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成，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。氧化铁被还原生成铁的反应需要在一定压力下进行，还原反应炉加料和出料部分需要使用惰性气体作为密封气但是惰性气体的存在会影响还原反应的进行，为防止系统内惰性气体的积累，需要定期排放一部分系统内的合成气，这样造成了合成气一定的浪费。
技术实现思路
本技术针对现有技术中缺陷，提供一种氢能直接还原生产海绵铁的系统和工艺方法，它将得到的还原气分成两路分别送入还原反应炉，一路用于加热直接还原，一路用于对反应产物降温；同时利用工艺副产的二氧化碳作为反应炉的密封气的工艺技术。海绵铁生产工艺中还原反应炉上部和底部需要使用惰性气体进行密封，确保还原反应炉加料、出料的顺畅以及反应炉压力稳定的，避免了现有技术将惰性气体引入反应系统内导致惰性气体积累且必要时需要将合成气定期外排，造成了合成气的浪费的问题。本技术以天然气制乙炔副产的合成气为原料制备海绵铁，工艺过程包括水煤气变换、脱碳、压缩、加热、还原反应、除尘排水共6个工艺过程，从脱碳装置得到的二氧化碳一部分用作还原反应炉加料和出料部分的密封气，一部分制备食品级干冰。该工艺利用纯氢还原球团或块矿铁基制备海绵铁，二氧化碳代替惰性气体作为还原反应炉进出料的密封气，避免了惰性气体的引入和系统内惰性气体的积累，是一种绿色环保的循环工艺。本技术以富氢合成气副产品为原料，其组成为H2：CO体积比大于2:1，H2与CO含量之和占副产总体积的80％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脱碳装置排出的用于制铁反应的纯氢气体，循环合成气是指还原反应炉炉顶气经处理后形成的含H2气体。本技术一方面提供了一种氢能直接还原生产海绵铁的系统，包括：富氢合成气源、水煤气变换装置、脱碳装置、加热炉、还原反应炉、换热器、除尘脱水器；所述富氢合成气源、水煤气变换装置、脱碳装置依次连接，以将富氢合成气中的气体进行变换然后脱除其中的二氧化碳；所述脱碳装置的第一出口与还原反应炉之间有两路气体连通通路，均用于将脱碳装置脱碳后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，且加热炉前端的气体通路经过换热器；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脱水器的进口，连通通路经过换热器；除尘脱水器的出口连接脱碳装置的进口；所述脱碳装置的第二出口分别连接至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向加热炉前端的第一气体通路气体实施换热。进一步的，本技术的氢能直接还原生产海绵铁的系统还包括压缩机；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。在除尘脱水器的出口设置第一压缩机，以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，以对进行密封部的气体进行压缩后使用。进一步的，本技术的水煤气变换装置包括水煤气变换反应器、换热器和冷凝液分离器。本技术同时提供了利用上述氢能直接还原生产海绵铁的系统进行氢能直接还原生产海绵铁的工艺方法，包括以下步骤：S1、将富氢合成气源中的气体原料送入水煤气变换装置，以将其中的CO变换为CO2，然后将生成的气体送入脱碳装置以分离出产生的CO2；S2、将脱碳装置的第一出口气体分两通路送出，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；S3、还原反应炉顶部尾气先经过换热器与第一通路气体的换热降温，再经除尘脱水器脱除粉尘和水分，然后进入脱碳装置与水煤气变换装置的排气一起被脱碳后从脱碳装置的第一出口排出，进入两个气体通路作为还原气原料循环使用；S4、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一部分被送至还原反应炉的顶部进料口和底部出料口用作密封气，另一部分被用于制备食品级干冰；其中，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，两者含量之和占气体总体积的80％以上。进一步的，上述步骤S2中脱碳装置的第一出口气体为氢气体积含量不低于99％的纯氢气。进一步的，上述步骤S1中水煤气变换装置中的反应采用铁铬催化剂，反应温度为300-530℃，反应压力为常压-3MPa，水蒸气与一氧化碳体积比为3-4。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℃。本技术工艺详细过程、路线及反应如下首先以天然气为原料制乙炔工艺副产的合成气，其组成为H2：CO体积比大于2:1，H2与CO含量为按体积含量比80％以上，以该合成气为原料，通过水煤气变换装置和脱碳装置得到纯氢气作为原料合成气，原料合成气被分成两路，一路原料合成气进行预热升温至100-200℃、加热炉加热到900-1050℃，进入还原反应炉与从反应炉顶部加入的铁矿原料进行还原反应，生成金属化率≥92％的海绵铁产品，另一路原料合成气从底部进入还原反应炉，通过与海绵铁产品换热使海绵铁冷却降温后排出反应炉，该合成气升温后进入还原反应炉继续与铁矿原料发生还原反应。还原反应炉内反应得到的尾气以还原反应炉炉顶尾气的形式排出，该尾气先与原料合成气换热用于给原料合成气预热，然后经过除尘脱水器脱除粉尘和水分后，得到40℃左右的纯净炉顶尾气，该尾气经压缩达到脱碳工艺需要的压力后，进入脱碳装置脱除二氧化碳后得到循环合成气，该循环合成气与原料合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢能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、水煤气变换装置(5)、脱碳装置(4)、加热炉(2)、还原反应炉(1)、换热器(8)、除尘脱水器(3)；/n所述富氢合成气源、水煤气变换装置(5)、脱碳装置(4)依次连接，以将富氢合成气中的气体进行变换然后脱除其中的二氧化碳；/n所述脱碳装置(4)的第一出口与还原反应炉(1)之间有两路气体连通通路，均用于将脱碳装置(4)脱碳后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)，且加热炉(2)前端的气体通路经过换热器(8)；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脱水器(3)的进口，连通通路经过换热器(8)；除尘脱水器(3)的出口连接脱碳装置(4)的进口；/n所述脱碳装置(4)的第二出口分别连接至还原反应炉(1)的顶部排气口和底部出料口；/n所述换热器(8)用于还原反应炉炉顶尾气向加热炉前端的第一气体通路气体实施换热。/n

【技术特征摘要】
1.一种氢能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、水煤气变换装置(5)、脱碳装置(4)、加热炉(2)、还原反应炉(1)、换热器(8)、除尘脱水器(3)；
所述富氢合成气源、水煤气变换装置(5)、脱碳装置(4)依次连接，以将富氢合成气中的气体进行变换然后脱除其中的二氧化碳；
所述脱碳装置(4)的第一出口与还原反应炉(1)之间有两路气体连通通路，均用于将脱碳装置(4)脱碳后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)，且加热炉(2)前端的气体通路经过换热器(8)；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)为铁矿石进行密封反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金福，刘莹，唐强，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