颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用技术方案

本发明专利技术提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用，涉及冶炼技术领域。该气基还原方法不需要纯氧、也不需要高热值燃气，以天然气为原料，将压缩天然气通过脱硫、水蒸汽重整、变换反应、第一脱水处理和第一脱CO2处理转化为富氢气体，再将富氢气体预热与特定粒径及特定预热温度下的颗粒状铁矿石逆流接触使进行还原反应，制得颗粒直接还原铁；由于颗粒状铁矿石的颗粒尺寸较小，在相同温度下的还原反应速度快于传统的球团矿，且无需引入其它粘结剂和烧结过程，大大降低污染，同时将特定预热温度下的颗粒状铁矿石与富氢气体直接进行还原反应，利用颗粒状铁矿石与富氢气体本身的热量实现低温下还原反应的进行。氢气体本身的热量实现低温下还原反应的进行。氢气体本身的热量实现低温下还原反应的进行。

【技术实现步骤摘要】
颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用


[0001]本专利技术涉及冶炼
，尤其是涉及一种颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用。

技术介绍

[0002]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性气体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。
[0003]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，然后使用还原性气体高温下进行还原。Midrex气基竖炉中还原性气体在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。
[0004]除了竖炉技术以外，气基还原技术还有流化床技术。Hydro carbon Research Inc和Bethlehom Steel Conp联合开发的氢气流化床技术，采用三段流化床，矿粉在还原床内共停留45h，获得金属化率98％的还原铁粉，H2转化率5％左右，间断操作；美国钢铁公司开发的HIB流化床技术，采用两段流化床，得到金属化率75％和温度700℃的还原铁粉，H2转化率为32
‑
36％；以及Exxon研究与工程公司开发的FIOR技术，操作条件为1.05MPa和880℃，采用四个流化床进行反应，获得金属化率>90％的铁粉。
[0005]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还原气停留时间长、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等原因，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。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术以解决上述技术问题中的至少一个。

技术实现思路

[0007]本专利技术的第一目的在于提供一种颗粒状铁矿石的气基还原方法。
[0008]本专利技术的第二目的在于提供一种颗粒状铁矿石的气基还原系统。
[0009]本专利技术的第三目的在于提供上述颗粒状铁矿石的气基还原方法和气基还原系统的应用。
[0010]为了实现上述目的，特提出以下技术方案：
[0011]本专利技术提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法，包括以下步骤：
[0012](a)将压缩天然气脱硫后与水蒸汽混合，使进行重整反应，得到粗合成气；
[0013]将粗合成气进行变换反应，得到变换气；
[0014]将变换气进行第一脱水处理和脱二氧化碳处理，得到富氢气体；
[0015](b)富氢气体经预热后与预热后的颗粒状铁矿石逆流接触，使进行还原反应，得到颗粒直接还原铁；
[0016]其中，所述颗粒状铁矿石的平均粒径为0.015
‑
4.00mm，预热后的颗粒状铁矿石的温度为500
‑
750℃，预热后的富氢气体的温度为450
‑
650℃，富氢气体的平均流速小于颗粒状铁矿石的最小流化速度。
[0017]进一步的，步骤(a)中，压缩天然气的压力为1.5
‑
3.0MPa；
[0018]优选的，天然气预热至200
‑
400℃后进行脱硫，脱硫后天然气中硫的质量分数不高于0.1ppm；
[0019]优选的，压缩天然气与水蒸汽的体积比为(2.5
‑
3.6)：1；
[0020]优选的，天然气与水蒸汽混合后预热至450
‑
600℃后进行重整反应，重整反应的温度为800
‑
900℃；
[0021]优选的，以体积百分数为100％计，粗合成气中的干气组成包括：H255
‑
75％，CO 10
‑
20％，CO
2 10
‑
20％和CH
4 1
‑
3％；
[0022]优选的，变换反应的温度为200
‑
400℃；
[0023]优选的，以体积百分数为100％计，富氢气体的干气组成包括：H285
‑
99％，CO 0
‑
10％，CO
20‑
1％，CH
4 1
‑
10％。
[0024]进一步的，步骤(b)中，所述富氢气体中的还原气体与颗粒状铁矿石的流量比为500
‑
2000Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石；
[0025]优选的，还原反应的压力为0.05
‑
3.00MPa；
[0026]优选的，还原反应的时间为1
‑
15h。
[0027]进一步的，步骤(b)中，还包括将还原反应过程中产生的还原尾气进行第二脱水处理得到净化后尾气的步骤；
[0028]优选的，至少部分净化后尾气与经第一脱水处理后的变换气混合以进行回用；或，至少部分净化后尾气与经第一脱CO2处理后的富氢气体混合以进行回用；
[0029]优选的，净化后尾气与燃料气以及含氧气体混合作为燃料使用，燃料燃烧产生的热量可用于预热颗粒状铁矿石。
[0030]进一步的，步骤(b)中，还包括将还原反应过程中产生的还原尾气进行第二脱CO2处理后，再进行第二脱水处理得到净化后尾气的步骤；
[0031]优选的，所述第二脱CO2处理中所采用的脱碳剂包括氧化钙；
[0032]优选的，氧化钙经过第二脱CO2处理后得到碳酸钙，碳酸钙于650
‑
950℃进行再生，再生得到的氧化钙可作为脱碳剂回用。
[0033]本专利技术还提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原系统，采用上述颗粒状铁矿石的气基还原方法进行颗粒直接还原铁的生产；
[0034]所述颗粒状铁矿石的气基还原系统包括脱硫装置、重整装置、变换装置、第一脱水装置、第一脱CO2装置、气体预热装置、固体预热装置和还原反应装置；
[0035]压缩天然气经管道输送至所述脱硫装置内，所述脱硫装置与重整装置、变换装置、第一脱水装置和第一脱CO2装置依次连接，以使压缩天然气转化为富氢气体；
[0036]富氢气体和颗粒状铁矿石分别通过管路输送至所述还原反应装置内，用于输送富氢气体的管路上设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将压缩天然气脱硫后与水蒸汽混合，使进行重整反应，得到粗合成气；将粗合成气进行变换反应，得到变换气；将变换气进行第一脱水处理和第一脱CO2处理，得到富氢气体；(b)富氢气体经预热后与预热后的颗粒状铁矿石逆流接触，使进行还原反应，得到颗粒直接还原铁；其中，所述颗粒状铁矿石的平均粒径为0.015
‑
4.00mm，预热后的颗粒状铁矿石的温度为500
‑
750℃，预热后的富氢气体的温度为450
‑
650℃，富氢气体的平均流速小于颗粒状铁矿石的最小流化速度。2.根据权利要求1所述的颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，步骤(a)中，压缩天然气的压力为1.5
‑
3.0MPa；优选的，天然气预热至200
‑
400℃后进行脱硫，脱硫后天然气中硫的质量分数不高于0.1ppm；优选的，压缩天然气与水蒸汽的体积比为(2.5
‑
3.6)：1；优选的，天然气与水蒸汽混合后预热至450
‑
600℃后进行重整反应，重整反应的温度为800
‑
900℃；优选的，以体积百分数为100％计，粗合成气中的干气组成包括：H255
‑
75％，CO 10
‑
20％，CO
2 10
‑
20％和CH
4 1
‑
3％；优选的，变换反应的温度为200
‑
400℃；优选的，以体积百分数为100％计，富氢气体的干气组成包括：H285
‑
99％，CO 0
‑
10％，CO
20‑
1％和CH
4 1
‑
10％。3.根据权利要求1或2所述的颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，步骤(b)中，所述富氢气体中的还原气体与颗粒状铁矿石的流量比为500
‑
2000Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石；优选的，还原反应的压力为0.05
‑
3.00MPa；优选的，还原反应的时间为1
‑
15h。4.根据权利要求1或2所述的颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，步骤(b)中，还包括将还原反应过程中产生的还原尾气进行第二脱水处理得到净化后尾气的步骤；...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏小波，靳辉，
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：