本发明专利技术提供一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，包括：竖炉顶部排出的炉顶煤气经脱碳分离出副产CO2气体以及富含H2和CO的脱碳气，副产CO2气体与补充氢气混合生成混合气；混合气经逆水煤气变换反应后，生成合成气；合成气与脱碳气混合，生成竖炉循环气；竖炉循环气与补充氢气和补充化石类含碳气体混合后，生成竖炉还原气，并经升温后通入竖炉以生产直接还原铁。本发明专利技术利用炉顶煤气中分离的CO2与补充氢气结合的逆水煤气变换反应生成还原气体来生产直接还原铁，主要补充的原料是“绿氢”及少量化石类含碳气体，实现了竖炉流程系统中碳素的变换及循环利用，无碳氧化物直接排放，更为绿色低碳，满足节能和低碳排放的要求。满足节能和低碳排放的要求。满足节能和低碳排放的要求。
【技术实现步骤摘要】
一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺
[0001]本专利技术属于钢铁冶炼
，特别是涉及一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺。
技术介绍
[0002]钢铁工业作为国民经济发展的基础性产业，一直以来我国的钢铁工业主要还原剂是碳，但是其能源消耗巨大、环境污染严重；满足节能和降低碳排放的要求，钢铁工业中开始采用氢气取代碳作为还原剂的氢冶金技术。
[0003]氢冶金就是在还原冶炼过程中主要使用氢气作还原剂。氢是最活泼的还原剂，在铁氧化物的气
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固还原反应过程中，提高气体还原剂中氢气的比例，可以明显提高其还原速率和还原效率。与一氧化碳的还原潜能相比，氢气的还原潜能大大高于一氧化碳。用氢气还原氧化铁时，其主要产物是金属铁和水蒸气。还原后的尾气对环境没有任何不利的影响，可以明显减轻对环境的负荷。
[0004]目前，世界上75％以上的直接还原铁工艺采用气基竖炉法生产，气基竖炉法是当今世界主流的直接还原炼铁技术。国外已投产的气基竖炉生产海绵铁工艺大都采用天然气为原料气，经催化重整制取以CO和H2为主的还原气来生产直接还原铁(即DRI)。近年来，结合我国多煤少天然气的资源特点，以焦炉煤气或煤制气为气源生产海绵铁的工艺路线也开始在国内进行研究。
[0005]无论是以天然气，还是以焦炉煤气、煤制气等为气源的竖炉直接还原工艺，其本质上仍是以碳基原料气为基础，重整制取氢气的过程无法完全避免碳排放的问题。用可再生能源基础上制取的氢气(“绿氢”)，替代原来基于碳基得到的“灰氢”，更能够达到节能和降低碳排放的要求。
[0006]综上所述，在传统的气基竖炉工艺技术基础上，考虑进一步提高入炉氢气含量、降低含碳氧化物含量的同时，如何保证在稳定现有直接还原铁碳含量的条件下，最大程度地减少竖炉工艺的碳排放甚至无碳排放，是当前气基竖炉工艺技术研究的重点和关键。
技术实现思路
[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，用于解决现有技术中难于提高还原气中氢气含量以减少竖炉碳排放等问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，包括以下步骤：
[0009]竖炉顶部排出的炉顶煤气经脱碳分离后，分离出副产CO2气体以及富含H2和CO的脱碳气；
[0010]所述副产CO2气体与补充氢气混合后生成混合气；
[0011]所述混合气经加热、逆水煤气变换反应、换热后生成合成气；
[0012]所述合成气与所述脱碳气混合后生成竖炉循环气；
[0013]所述竖炉循环气与补充氢气和补充化石类含碳气体混合后生成竖炉还原气，并经升温后通入竖炉以生产直接还原铁；
[0014]竖炉生产的直接还原铁从竖炉底部排出，竖炉顶部排出的炉顶煤气重复循环上述步骤。
[0015]本专利技术工艺拟采用干法或者湿法脱碳和氢气与二氧化碳的逆水煤气变换反应来实现竖炉工艺中碳素的变换及循环利用，无碳氧化物直接排放，更为绿色低碳。本工艺系统只需补充少量天然气、焦炉煤气等化石类含碳气体或者二氧化碳，以及可再生能源制备的绿色氢气来维持竖炉海绵铁渗碳需求及循环还原气的平衡要求即可，工艺流程布置简单，能耗较低，环保效益显著。
[0016]可选地，所述合成气的主要成分包括H2、CO、CO2和H2O。
[0017]可选地，所述竖炉顶部排出的炉顶煤气经脱碳分离的步骤之前，还包括将所述炉顶煤气依次经干法除尘、换热冷却和热能循环、加压处理的步骤。
[0018]可选地，分离出的所述副产CO2气体中，CO2的体积占比＞95％，CO2的压力为 0.05MPa～0.9MPa，CO2的温度为30℃～40℃。
[0019]可选地，所述副产CO2气体与补充氢气混合的步骤之前，还包括将所述副产CO2气体依次经加压、降温和脱水处理的步骤。
[0020]可选地，所述副产CO2气体经加压后的压力≥1.0MPa。
[0021]可选地，所述副产CO2气体与补充氢气按照设定比例混合，所述补充氢气与副产CO2气体的摩尔比例≥3.0，所述补充氢气的压力≥1.0MPa，所述补充氢气的纯度＞95％。
[0022]可选地，所述逆水煤气变换反应的主要化学反应为H2+CO2→
CO+H2O。
[0023]可选地，所述逆水煤气变换反应的温度要求为200℃～900℃，所述逆水煤气变换反应中 CO2的总转化率＞50％。
[0024]可选地，所述合成气与所述脱碳气混合的步骤之前，还包括将所述合成气依次经换热、冷却、脱除游离水的步骤。
[0025]可选地，所述合成气经换热、冷却处理后的温度为30℃～40℃，处理后生成的水以游离水形态脱出并回用。
[0026]可选地，所述合成气经换热、冷却、脱除游离水后，H2体积占比为60％～80％，CO体积占比为15％～35％，H2O体积占比为0.4％～0.6％，残存的CO2体积占比为5.0％～15.0％。
[0027]可选地，分离出的所述脱碳气中，H2体积占比为70％～90％，CO体积占比为8.0％～25％， H2O体积占比为0.5％～1.0％，残存的CO2体积占比为0.1％～0.5％，N2体积占比为0.1％
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2.0％；所述脱碳气的温度为30℃～40℃。
[0028]可选地，所述竖炉循环气与补充氢气和补充化石类含碳气体混合的步骤中，所述补充氢气的纯度＞95％，所述补充化石类含碳气体包括天然气、焦炉煤气、页岩气、石化尾气或液化气中的一种或多种。
[0029]可选地，所述竖炉还原气经升温至设定温度后通入竖炉以生产直接还原铁，所述设定温度为850℃～1050℃，通入竖炉的竖炉还原气压力为0.2MPa～1.0MPa。
[0030]可选地，所述脱碳分离步骤包括干法脱碳或湿法脱碳。
[0031]可选地，所述竖炉还原气采用管式加热炉进行升温。
[0032]可选地，所述脱碳分离步骤采用干法脱碳时，排放气出口设置在合成气出口处，所
述排放气占合成气的体积占比为0～10％；所述合成气出口处的排放气作为燃料气回送至管式加热炉；
[0033]所述脱碳分离步骤采用湿法脱碳时，排放气出口设置在脱碳气出口处，所述排放气占脱碳气的体积占比为0～5％；所述脱碳气出口处的排放气作为燃料气回送至管式加热炉。
[0034]可选地，通过调节所述补充氢气的流量、所述补充化石类含碳气体的流量、所述合成气出口处的排放气的流量或脱碳气出口处排放气的流量，以控制通入竖炉的竖炉还原气的H/C 比例。
[0035]可选地，通入竖炉的竖炉还原气中，H/C比例为3.0～9.0。
[0036]如上所述，本专利技术的富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，具有以下有益效果：
[0037]1、可以直接利用现有竖炉的理论研究基础，对现有竖炉系统中的设备材质只需进行简单升级即可满足高氢气含量的还原性气体的要求，为竖炉直接还原生产的低碳排放创造条件；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于，包括以下步骤：竖炉顶部排出的炉顶煤气经脱碳分离后，分离出副产CO2气体以及富含H2和CO的脱碳气；所述副产CO2气体与补充氢气混合后生成混合气；所述混合气经加热、逆水煤气变换反应、换热后生成合成气；所述合成气与所述脱碳气混合后生成竖炉循环气；所述竖炉循环气与补充氢气和补充化石类含碳气体混合后形成竖炉还原气，并经升温后通入竖炉以生产直接还原铁；竖炉生产的直接还原铁从竖炉底部排出，竖炉顶部排出的炉顶煤气重复循环上述步骤。2.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述合成气的主要成分包括H2、CO、CO2和H2O。3.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述竖炉顶部排出的炉顶煤气经脱碳分离的步骤之前，还包括将所述炉顶煤气依次经干法除尘、换热冷却和热能循环、加压处理的步骤。4.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：分离出的所述副产CO2气体中，CO2的体积占比＞95％，CO2的压力为0.05MPa～0.9MPa，CO2的温度为30℃～40℃。5.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述副产CO2气体与补充氢气混合的步骤之前，还包括将所述副产CO2气体依次经加压、降温和脱水处理的步骤。6.根据权利要求5所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述副产CO2气体经加压后的压力≥1.0MPa。7.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述副产CO2气体与补充氢气按照设定比例混合，所述补充氢气与副产CO2气体的摩尔比例≥3.0，所述补充氢气的压力≥1.0MPa，所述补充氢气的纯度＞95％。8.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述逆水煤气变换反应的主要化学反应为H2+CO2→
CO+H2O。9.根据权利要求1或8所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述逆水煤气变换反应的温度要求为200℃～900℃，所述逆水煤气变换反应中CO2的总转化率＞50％。10.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述合成气与所述脱碳气混合的步骤之前，还包括将所述合成气依次经换热、冷却、脱除游离水的步骤。11.根据权利要求10所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述合成气经换热、冷却后的温度...
【专利技术属性】
技术研发人员：何学坤，吴开基，李佳楣，张涛，郑军，翟晓波，蒋历俊，
申请(专利权)人：中冶赛迪工程技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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