本发明专利技术公开了一种金属氧化物粉矿气基还原的装置，按照工艺顺序依次包括氧化焙烧系统、气基预还原系统和气基深度还原系统；其还包括分子筛变压吸附系统、纯氢隔焰换热加热炉系统和除尘排烟系统。本发明专利技术装置经分子筛变压吸附装置，分离出CO和H2，先采用CO煤气对粉状矿氧化焙烧加热后，具有900～1000℃显热的粉状矿经过沸腾预还原炉，与隔焰换热加热了的H2进行气固沸腾式的充分接触和还原反应，再进行气固沸腾深度还原炉再与温热的H2进行沸腾式充分深度还原反应，利用粉矿的高温显热在逐渐降温的过程中，深度还原出优质还原铁(DRI)产品。本发明专利技术还包括使用上述装置进行金属氧化物粉矿气基还原的方法。粉矿气基还原的方法。粉矿气基还原的方法。
【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物粉矿气基还原的装置和方法
[0001]本专利技术属于冶金装备和
，具体涉及一种金属氧化物粉矿气基还原的装置和方法。
技术介绍
[0002]根据工业统计资料和权威专家认定：冶炼直接还原铁吨产品CO2排放量为800kg；高炉冶炼铁CO2排放量为1600kg，因此，非高炉炼铁(直接还原铁)的CO2排放量可减少50％。而如今的中国又是世界钢产能第一大国，2018 年我国钢铁产量占到了全亚洲的73.8％，全球产量的51.3％，高炉炼铁成为主导，而直接还原铁的产量不到世界总产量的1％。因此，我国的钢铁冶金领域发展非高炉炼铁势在必行。
[0003]国家产业政策很早就明文规定，鼓励大力开发、建设直接还原铁(DRI)、熔融还原铁等非焦炼铁项目；鼓励开各种难选铁矿、共(伴)生复合铁矿、冶金固废等含铁物料的综合利用和开发。这只是减少我国碳排放政策方面的要求，距离实现哥本哈根和巴黎世界气候大会上的承诺还相差甚远。
[0004]如今，我国年还原铁的产量不到50万吨，还仅是煤基隧道窑法生产的，存在产能低、成本高、污染重等问题，其它工艺技术和装备技术也存在很多问题。而我国又是非焦煤资源丰富地区，大力发展以煤基还原铁及其延伸的、符合我国国情的先进还原装备和技术才是当务之急的关键，这也应该是国策。
[0005]采用纯H2气基还原铁方法，具有更加环保、产品优良的特点。
[0006]目前的煤基还原铁法和气基还原铁法，均采用铁矿粉造球，然后再用于直接还原，存在流程长、工序繁琐等问题，而且，昂贵的制氢成本，使纯氢气基还原法生产的DRI，让市场无法接受其价格，因此，在我国推广气基还原铁工艺技术目前还难以实现。
[0007]因此，渴望获得符合中国国情的一种可直接采用粉状矿和成本低廉的还原气体，快速、环保的还原生产出优质DRI产品方法。
技术实现思路
[0008]本专利技术针对上述现有技术存在的不足，提供一种金属氧化物粉矿的装置和方法。
[0009]本专利技术是将铁矿粉、氧化铜矿粉、红土镍矿粉、低贫锰矿粉等氧化物粉状矿，采用焦炉煤气、水煤气、低阶煤热解气化等混合性还原气体，经分子筛变压吸附装置，分离出CO和H2二种不同特点的可燃和还原气体，先采用 CO煤气对粉状矿氧化焙烧加热后，具有900～1000℃显热的粉状矿经过沸腾预还原炉，与隔焰换热加热了的H2进行气固沸腾式的充分接触和还原反应，再进行沸腾深度还原炉再与温热的H2进行沸腾式充分深度还原反应，利用粉矿的高温显热在逐渐降温的过程中深度还原出品位TFe≥90％、ηFe90～99％优质还原铁(DRI)产品的一种气基还原装置和方法。
[0010]本专利技术是直接采用氧化物粉状矿，无需再配料、混碾、制球、烘干、烧结，而是直接利用粉状矿和低廉的混合还原气体经变压吸附分离，采用气基还原法获得优质的DRI产品。
本专利技术是一种符合我国国情、真正意义的短流程还原铁装置和方法。
[0011]具体技术方案如下：
[0012]本专利技术的目的之一是提供一种金属氧化物粉矿气基还原的装置。
[0013]一种铁矿粉气基还原的装置，按照工艺顺序依次包括氧化焙烧系统、气基预还原系统和气基深度还原系统；其还包括分子筛变压吸附系统、纯氢隔焰换热加热炉系统和除尘排烟系统；
[0014]所述的氧化焙烧系统包括CO煤气燃烧器；所述的的氧化焙烧系统开设排烟口；
[0015]所述的气基预还原系统包括预还原炉筒体，所述的预还原炉筒体的内腔从上至下依次通过两个沸腾筛板A和一个沸腾鼓风板分隔为沸腾反应室Ⅰ、沸腾反应室Ⅱ、沸腾反应室Ⅲ和高温还原气体鼓风室；所述的预还原炉筒体外设置加热保温室；所述的预还原炉筒体上的进料口连通高温受料斗，出料口设置落料管A；所述的预还原炉筒体的高温还原气体鼓风室设置高温氢气给风口，沸腾反应室Ⅰ设置还原尾气出口A；所述的加热保温室上设置热烟气给风口和热烟气出口；
[0016]所述的气基深度还原系统包括深度还原炉筒体，所述的深度还原炉筒体的内腔从上至下依次通过一个沸腾筛板B和一个沸腾鼓风板分隔为沸腾反应室Ⅳ、沸腾反应室V和温热还原气体鼓风室；所述的深度还原炉筒体的进料口与预还原炉筒体的落料管A连通，所述的深度还原炉筒体的出料口设置落料管B；所述的深度还原炉筒体的温热还原气体鼓风室设置温热氢气进口，所述的沸腾反应室Ⅳ连通集气箱；
[0017]预还原炉筒体与深度还原炉筒体中的沸腾鼓风板上均设置多个风帽，所述的风帽下端设置进风口，上端设置多个喷气孔；
[0018]所述的纯氢隔焰换热加热炉系统包括CO燃烧烧嘴，其用于氢气的加热；所述的纯氢隔焰换热加热炉系统的氢气出口通向高温氢气给风口和温热氢气进口，为气基预还原系统和气基深度还原系统提供所需温度的氢气；
[0019]所述的氧化焙烧系统的排烟口通过管道通向加热保温室的热烟气给风口；
[0020]所述的纯氢隔焰换热加热炉系统的热烟气通过管道通向加热保温室的热烟气给风口；
[0021]所述的热烟气出口通过管路连接除尘排烟系统。
[0022]使用本装置时，将氧化物物料(如铁矿粉)采用CO煤气燃烧器在氧化焙烧系统内被加热到900～1000℃后，落入预还原炉筒体内进行还原处理；物料落入沸腾反应室Ⅰ内，再慢慢落入沸腾反应室Ⅱ内，再继续落入沸腾鼓风板上的沸腾反应室Ⅲ内；被纯氢隔焰换热加热炉系统加热到750～850℃的纯H2(高温换热管部分)经高温纯H2出口和高温H2进口进入到高温还原气体鼓风室，经沸腾鼓风板上的还原气风帽，使沸腾反应室Ⅲ的物料呈沸腾状态；高温H2再通过两个沸腾筛板A的筛孔，使沸腾反应室Ⅰ和沸腾反应室Ⅱ也处于沸腾状态，粉料也逐渐通过筛孔慢慢落入沸腾反应室Ⅲ内。整个过程物料与H2的气固态接触非常充分，还原反应也非常激烈，其结构非常利于还原反应。加热保温室中通入氧化焙烧系统和纯氢隔焰换热加热炉系统的700～ 800℃的高温烟气，为预还原炉筒体进行加温和保温。
[0023]气基预还原系统内的物料经过多次、多处沸腾状态下，并使窑炉均恒保持在700～850℃的温度，高温H2与物料进行充分接触和还原反应，气基预还原系统的结构非常合理和科学，完全满足纯H2气基还原的动力学和热力学的要求，并充分利用了余热，使气基预还原
系统物料的温度由850～1000℃，在反应和运动中，达到出口时，随物料还原率的提高，温度也逐渐降低到 700℃，整个温度曲线呈下行斜线状态，称为：降温还原。
[0024]气基预还原系统排出的还原铁(DRI)温度在680～700℃，并不能直接在空气中冷却，为了防止其还原程度不足和与空气接触再氧化，本专利技术又增加了气基深度还原系统，使温度在680～700℃的DRI在保护降温的同时，再进行深度还原。
[0025]由于温度680～700℃的DRI比570℃还高出100℃以上的温度，与纯H2依然有比较强烈的反应，为了进一步保护降低DRI的温度，再进一步使DRI 深度还原。DRI进入深度还原炉筒体中沸腾筛板B上的沸腾反应室Ⅳ，再通过沸腾筛板B本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物粉矿气基还原的装置，其特征在于，按照工艺顺序依次包括氧化焙烧系统(1)、气基预还原系统(2)和气基深度还原系统(3)；其还包括分子筛变压吸附系统(4)、纯氢隔焰换热加热炉系统和除尘排烟系统；所述的氧化焙烧系统(1)包括CO煤气燃烧器(101)；所述的氧化焙烧系统(1)开设排烟口(105)；所述的气基预还原系统(2)包括预还原炉筒体(201)，所述的预还原炉筒体(201)的内腔从上至下依次通过两个沸腾筛板A(202)和一个沸腾鼓风板分隔为沸腾反应室Ⅰ(204)、沸腾反应室Ⅱ(205)、沸腾反应室Ⅲ(206)和高温还原气体鼓风室(207)；所述的预还原炉筒体(201)外设置加热保温室(215)；所述的预还原炉筒体(201)的进料口连通高温受料斗(210)，出料口设置落料管A(214)；所述的预还原炉筒体(201)的高温还原气体鼓风室(207)设置高温氢气给风口(212)，沸腾反应室Ⅰ(204)设置还原尾气出口A(213)；所述的加热保温室(215)上设置热烟气给风口(216)和热烟气出口(217)；所述的气基深度还原系统(3)包括深度还原炉筒体(301)，所述的深度还原炉筒体(301)的内腔从上至下依次通过一个沸腾筛板B(302)和一个沸腾鼓风板分隔为沸腾反应室Ⅳ(304)、沸腾反应室
Ⅴ
(305)和温热还原气体鼓风室(306)；所述的深度还原炉筒体(301)的进料口与落料管A(214)连通，所述的深度还原炉筒体(301)的出料口设置落料管B(311)；所述的深度还原炉筒体(301)的温热还原气体鼓风室(306)设置温热氢气进口(310)，所述的沸腾反应室Ⅳ(304)连通集气箱(312)；预还原炉筒体(201)与深度还原炉筒体(301)中的沸腾鼓风板上均设置风帽；所述的纯氢隔焰换热加热炉系统包括CO燃烧烧嘴(505)，其用于氢气的加热；所述的纯氢隔焰换热加热炉系统的氢气出口通向高温氢气给风口(212)和温热氢气进口(310)；所述的氧化焙烧系统(1)的排烟口(105)通过管道通向加热保温室(215)的热烟气给风口(216)；所述的纯氢隔焰换热加热炉系统的热烟气通过管道通向加热保温室(215)的热烟气给风口(216)；所述的热烟气出口(217)通过管路连接除尘排烟系统。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的分子筛变压吸附系统(4)通过管路连...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐竹胜，李国太，唐佳，
申请(专利权)人：烟台市红森林节能环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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