一种穿流式多段炉反应器及其反应方法技术

本发明专利技术提供了一种穿流式多段炉反应器及其反应方法，其中穿流式多段炉反应器包括：壳体以及沿所述壳体轴向间隔设置的多个物料盘，所述物料盘上连接有用于落料的落料管；所述物料盘的上部均设置有搅拌臂，所述搅拌臂上连接有用于对所述物料盘上的颗粒铁氧化物进行均匀布料的刮板；每个所述物料盘上均布有多个气孔，用于使均布在所述物料盘上的颗粒铁氧化物与还原气充分接触。通过在物料盘上均布的多个气孔实现了对还原气的均匀分布，能够使还原气由下向上逐层流出，并能够与均布在物料盘上的颗粒铁氧化物充分接触，有效增大了颗粒铁氧化物与还原气的接触面积，能够更加充分完全地进行反应。

【技术实现步骤摘要】
一种穿流式多段炉反应器及其反应方法
本专利技术涉及冶金
，具体而言，涉及一种穿流式多段炉反应器及其反应方法。
技术介绍
目前全球钢铁冶炼行业，炼铁的技术有多种，包括高炉炼铁技术和非高炉炼铁技术，非高炉炼铁技术又分直接还原和熔融还原，直接还原又分气基还原和煤基还原。其中高炉炼铁技术生产规模和使用量最大，在高炉炼铁过程中炼焦和烧结过程中会排放大量的粉尘、二氧化碳和其它气体，给环境带来了很大的压力。非高炉炼铁技术中，气基还原工艺使用还原气将铁矿石中的氧化铁还原为金属化球团，比传统的碳还原法炼铁效率更高，不需要炼焦和烧结，生产过程更清洁。目前气基还原技术以Midrex气基竖炉技术和HYL气基竖炉技术为主，使用气基竖炉需要先把铁矿和粘结剂混合、焙烧获得氧化球团，然后使用还原气高温下进行还原，还原气主要来自于天然气经过水蒸气变换或重整得到的合成气、煤气化得到的合成气或焦炭行业的焦炉尾气等。Midrex气基竖炉中还原气在850-950℃下进入竖炉，反应压力在0.5MPa左右，能获得金属化率92-93％的金属化球团；HYL气基竖炉的还原气需要预热至900-960℃，反应压力在0.4-0.6MPa，H2/CO为5.6-5.9，可获得平均金属化率在91-95％的金属化球团。除了竖炉技术以外，气基还原技术还有流化床技术，其中最具代表性的是FINMET技术和H-IRON技术。FINMET是流化床直接还原的代表性技术，也是目前唯一在生产的流化床直接还原流程，由奥钢联与委内瑞拉FIORe公司联合开发，其主要流程是采用四级串联的流化床，最终得到93％左右金属化率的产品，并将产品热压块得到最终产品。H-IRON技术是一种高压低温流化还原技术，该技术由HydrocarbonResearchInc和BethlehomSteelConp联合开发，还原气中含96％的氢气，采用包含三段床层的流化床，矿粉在还原床内共停留45h，操作气速使床层操作在鼓泡床的范围，在各段分别获得47％(第一段)、87％(第二段)、98％(第三段)的还原度，H2单程转化率为5％左右，间断操作，本技术由于经济效益问题已无商业装置运行。目前直接还原技术基本大部分都采用竖炉技术，少量采用煤基直接还原技术，以产出高金属化率的金属球团，或将球团热压成块作为产品。以铁粉为产品的流化床技术由于铁矿粉停留时间长、还原气利用效率低、产品金属化率低、高温下铁颗粒之间相互粘结影响流态化、装置运行不平稳，经济效益差等原因，仅有极少数工厂还在运行。随着我国天然气资源的大力开发，以及太阳能发电、电解制氢等新能源技术和产业的快速发展，使用天然气或氢气进行冶炼钢铁在成本上越来越可行，并有利于减小二氧化碳排放。多段炉是一种带有耙式机械搅拌的多层立式炉，具有结构简单而且坚固耐用、操作费用低的优点，常在活性炭高温再生，污泥热解等需要对物料进行高温处理的过程中使用，实际运行中常需要喷燃料进行炉温的控制，并可以分段进行温度控制，通过在炉内加耐火砖等手段，炉内操作温度可达上千度。多段炉中的物料流向，一般是逐层向下流动，固体通过塔盘与旋转轴的环状空间和塔盘与器壁的环状空间向下流动，气体也是通过环状空间向上流动，并在塔盘之间做S形曲线向上流动，由于搅拌耙将物料不断翻动，物料受热均匀，如JP9619882所述的多段炉。另外，多段炉也可以用来做一些高温反应，如CN1285004A公开了一种在多级炉中直接还原铁的制造工艺，铁矿石和石油焦等还原剂一同加入多段炉，铁矿石和还原剂在搅拌过程中快速混合并发生还原反应，还设置有喷入氧气的喷嘴，以维持反应的温度。多段炉可能通过机械搅拌加强固体混合，并使气体和固体有效接触，但也存在一些缺点，比如燃料喷嘴设计复杂，每层之间都有检修口不利于气密性等。另外，几乎所有的多段炉都只能在微正压和负压的情况下操作，而且气体仅在物料上方流动，对于需要加热的固体物料可以通过热传导使物料升至所需温度，但气体和物料的接触效果仍然很差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种穿流式多段炉反应器，能够使还原气完全穿过颗粒铁氧化物物料，使还原气和颗粒铁氧化物充分接触，并且得到均匀混合。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述穿流式多段炉反应器进行的反应方法，利用还原气还原颗粒铁氧化物直接获得颗粒直接还原铁，有效提高反应效率，保障直接还原铁粉的金属化率。本专利技术提供的穿流式多段炉反应器，包括：壳体以及沿所述壳体轴向间隔设置的多个物料盘，所述物料盘上连接有用于落料的落料管；所述物料盘的上部均设置有搅拌臂，所述搅拌臂上连接有用于对所述物料盘上的颗粒铁氧化物进行均匀布料的刮板；每个所述物料盘上均布有多个气孔，用于使均布在所述物料盘上的颗粒铁氧化物与还原气充分接触。进一步，所述落料管沿所述物料盘的周向间隔均布，每个所述落料管的底端均连接有落料阀。进一步，所述物料盘包括外倾物料盘及内倾物料盘，所述外倾物料盘及所述内倾物料盘沿所述壳体的轴向交错分布。进一步，所述外倾物料盘沿所述壳体的径向由内向外倾斜下延，所述内倾物料盘沿所述壳体的径向由内向外倾斜上延。进一步，所述搅拌臂包括分别与所述外倾物料盘及所述内倾物料盘对应设置的外倾搅拌臂及内倾搅拌臂，所述外倾搅拌臂的延伸方向及所述内倾搅拌臂的延伸方向分别平行于所述外倾物料盘及所述内倾物料盘的倾斜方向。进一步，所述外倾物料盘上的所述落料管设置在所述外倾物料盘的径向外侧；所述内倾物料盘上的所述落料管设置在所述内倾物料盘的径向内侧。进一步，多个所述气孔呈同心圆环状均布在所述物料盘上，多个所述气孔的面积总和占所述物料盘横截面积的3％-30％。进一步，所述气孔为开设在所述物料盘上的通孔。进一步，所述通孔的开孔方向垂直于所述物料盘。进一步，所述通孔的开孔方向垂直于水平面。进一步，所述气孔为开设在所述物料盘上的鱼口状开孔，所述鱼口状开孔的开孔方向在所述物料盘的顶壁向上倾斜。进一步，所述壳体的轴向中心安装有搅拌轴，所述搅拌臂间隔连接在所述搅拌轴上。进一步，所述搅拌臂的数量为3个，3个所述搅拌臂呈“Y”字型分布。进一步，所述刮板的数量为多个，间隔连接在每个所述搅拌臂上，且每个所述刮板与所述搅拌臂倾斜相交。进一步，多个所述刮板的长度沿所述搅拌臂的延伸方向由内向外逐渐增长，多个所述刮板与所述搅拌臂构成的锐角沿所述搅拌臂的延伸方向由内向外逐渐增大。进一步，所述刮板的倾斜内端与所述搅拌轴轴心之间的距离不大于位于相邻内侧所述刮板的倾斜外端与所述搅拌轴轴心之间的距离。进一步，所述壳体包括上封头、筒体及下封头，所述上封头上设置有固体进口及气体出口，所述下封头上设置有固体出口及气体进口。进一步，所述落料阀为翼阀。一种采用上述穿流式多段炉反应器进行的反应方法，用于利用还原气还原颗粒铁氧化物直接获得颗粒直接还原铁，包括以下步骤：(1)将颗粒铁氧化物与还原气分别预热；(2)所述颗粒铁氧化物通过刮板的布料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿流式多段炉反应器，其特征在于，包括：壳体以及沿所述壳体轴向间隔设置的多个物料盘，所述物料盘上连接有用于落料的落料管；/n所述物料盘的上部均设置有搅拌臂，所述搅拌臂上连接有用于对所述物料盘上的颗粒铁氧化物进行均匀布料的刮板；/n每个所述物料盘上均布有多个气孔，用于使均布在所述物料盘上的颗粒铁氧化物与还原气充分接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种穿流式多段炉反应器，其特征在于，包括：壳体以及沿所述壳体轴向间隔设置的多个物料盘，所述物料盘上连接有用于落料的落料管；
所述物料盘的上部均设置有搅拌臂，所述搅拌臂上连接有用于对所述物料盘上的颗粒铁氧化物进行均匀布料的刮板；
每个所述物料盘上均布有多个气孔，用于使均布在所述物料盘上的颗粒铁氧化物与还原气充分接触。


2.根据权利要求1所述的穿流式多段炉反应器，其特征在于，所述物料盘包括外倾物料盘及内倾物料盘，所述外倾物料盘及所述内倾物料盘沿所述壳体的轴向交错分布。


3.根据权利要求2所述的穿流式多段炉反应器，其特征在于，所述搅拌臂包括分别与所述外倾物料盘及所述内倾物料盘对应设置的外倾搅拌臂及内倾搅拌臂，所述外倾搅拌臂的延伸方向及所述内倾搅拌臂的延伸方向分别平行于所述外倾物料盘及所述内倾物料盘的倾斜方向。


4.根据权利要求2所述的穿流式多段炉反应器，其特征在于，所述外倾物料盘上的所述落料管设置在所述外倾物料盘的径向外侧；所述内倾物料盘上的所述落料管设置在所述内倾物料盘的径向内侧。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的穿流式多段炉反应器，其特征在于，多个所述气孔呈同心圆环状均布在所述物料盘上，多个所述气孔的面积总和占所述物料盘横截...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏小波，靳辉，程丽楠，陈海洋，王学盼，
申请(专利权)人：北京金博威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11