一种冶炼还原气的高温富碳重整系统及工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种冶炼还原气的高温富碳重整系统及工艺，包括热解重整炉、煤粉制备装置、旋风分离装置、气化重整炉、冶炼还原装置、燃烧器、高温煤气换热器、空气换热器、中温煤气换热器、余热锅炉、煤气加压装置；本发明专利技术直接以循环煤气作为气化剂，直接参与气化反应，有效降低了循环煤气中的CO2、H2O，增加了CO、H2，反应温度高于1500℃，反应中焦粉(C)足量，更加有利于气化反应中CO、H2的产生；本发明专利技术以循环煤气为煤粉热解提供热量，在1200℃的高温条件下，更有利于煤粉热解产生小分子的CO、H2等气体，其中，煤热解产生大量H2，提高煤气中H2成分，提高煤气还原势。高煤气还原势。高煤气还原势。

【技术实现步骤摘要】
一种冶炼还原气的高温富碳重整系统及工艺


[0001]本专利技术属于冶金
，具体涉及一种冶炼还原气的高温富碳重整系统及工艺。

技术介绍

[0002]气基竖炉直接还原法是当今世界上的主流直接还原工艺，全球采用气基竖炉直接还原工艺生产的海绵铁占比大于75％。气基还原工艺因其在节能减排、低碳环保方面的作用受到政策层面支持，气基还原技术是产品质量优良的低碳绿色炼铁技术，应该成为我国直接还原炼铁技术的主要发展方向。
[0003]希尔法(HYL)工艺与米德莱克斯法(Midrex)工艺是主要的也是比较成熟的气基竖炉直接还原铁工艺，还原尾气中含有大量的CO、H2，直接排放污染环境、浪费资源，用来发电、供热联产效率低下，间接造成资源浪费。为提高还原气成分利用率，节约成本，需要对还原气进行重整循环利用。其中，HYL工艺还原气重整以水蒸气为裂化剂，以天然气为原料通过催化裂化反应制取。Midrex工艺还原气是用天然气经催化裂化制取的，裂化剂采用炉顶煤气。这些工艺对还原气进行重整都是以天然气为原料，在天然气资源匮乏的地区，无法支撑工业大规模生产。
[0004]科研人员提出了基于煤制气的气基竖炉还原工艺，为天然气资源匮乏地区发展直接还原工艺开辟了新途径。该工艺炉顶煤气循环利用主要有两种方式，一是用焦炉煤气与处理后的炉顶煤气混合、重整，二是使用煤气化后的气体与炉顶煤气混合、重整，专利技术人发现，两种重整方式基于自身还原势的限制，在与循环煤气混合、重整后，得到的还原气还原势偏低，能源利用率不高。
[0005]中国专利技术专利
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CN108728601A
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一种基于顶煤气循环利用的炼铁方法，通过在其汽化炉拱顶区域1050℃的空间内，喷入碳粉与顶煤气中的二氧化碳发生反应生成一氧化碳，再与冷煤气混合调温，实现对顶煤气的循环利用。专利技术人发现，该方法气化温度受炉顶煤气最高温度以及还原空间限制，反应生成的CO有限，煤气还原气体组分偏低。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种冶炼还原气的高温富碳重整系统及工艺，通过在高温、富碳、纯氧条件下重整得到的还原气，提高了还原气的还原势，进一步有效提高了能源利用率。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]第一方面，提供了一种冶炼还原气的高温富碳重整系统，包括依次连接的冶炼还原装置、中温煤气换热器、余热锅炉和煤气加压装置；其中，煤气加压装置的煤气出口分别连接中温煤气换热器冷介质入口、燃烧器煤气入口、煤气外供口；
[0009]还包括高温煤气换热器，用于将来自燃烧器的烟气和来自中温煤气换热器的煤气进行热量交换；气化重整炉，用于进行一次还原气重整；热解重整炉，用于进行二次还原气
重整。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述高温煤气换热器与空气预热器相连，空气预热器将空气利用烟气余热加热，空气预热器烟气出口连接排放烟囱。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述气化重整炉与余热锅炉的水蒸气出口、空气预热器的空气出口、高温煤气换热器的煤气出口相连；气化重整炉的底部与热解重整炉底部通过U型段连接，U型连接段下部设有排渣口。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述热解重整炉底部连接煤粉制备装置，热解重整炉顶部与旋风分离装置连接，旋风分离装置底部与气化重整炉连接，旋风分离装置上部与冶炼还原装置连接。
[0013]第二方面，提供了一种冶炼还原气的高温富碳重整工艺，包括以下步骤：
[0014](1)在冶炼还原装置中参与冶炼后的煤气，先进入中温煤气换热器降温，再进入余热锅炉进一步降温；
[0015](2)降温后的煤气进入加压装置加压，加压后的循环煤气一部分进入中温煤气换热器，一部分进入燃烧器，剩余部分外送；
[0016](3)进入中温煤气换热器的循环煤气进行加热，得到中温循环煤气，然后再进入高温煤气换热器进一步加热，最后进入气化重整炉，进行一次还原气重整；
[0017](4)进行气化重整后的循环煤气进入热解重整炉底部，与部分中温循环煤气混合调温，混合循环煤气在热解重整炉中，进行二次还原气重整；
[0018](5)热解产生的焦粉和还原气进行气固分离，分离的重整还原气进入冶炼还原装置，参与冶炼还原反应，分离的固体焦粉进入气化重整炉，参与冶炼还原气气化重整。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，参与冶炼后的煤气温度在600
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700℃，煤气在中温煤气换热器中降温至300
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400℃，煤气在余热锅炉中温度降低到150℃以下。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，40
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60％的循环煤气重新进入中温煤气换热器被加热；20
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40％的循环煤气进入高温煤气换热器顶部燃烧器燃烧产生高温烟气，高温烟气进入高温煤气换热器，为中温循环煤气二次加热；10
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30％循环煤气外送，用作其他用途。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，步骤(3)中，在中温煤气换热器中，循环煤气温度由150℃加热至500
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700℃得到中温循环煤气，在高温煤气换热器中，中温循环煤气温度由500
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700℃加热至1100
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1200℃；进一步地，一次还原气重整具体为：在气化重整炉中，循环煤气与通入炉内过量的焦粉、O2、水蒸气发生氧化还原反应，反应以放热反应为主，温度维持在1500℃以上。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，步骤(4)中，混合调温具体为：1500℃的高温循环煤气与部分500
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700℃的中温循环煤气混合调温，使温度维持在1100
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1200℃。
[0023]在本专利技术的一些实施例中，步骤(4)中，二次还原气重整具体为：向热解重整炉内喷入煤粉，煤粉在1100
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1200℃的高温下快速热解，吸收热量，使煤气温度降至900℃以下，煤粉热解产生大量的CO、H2气体，同时产生大量的焦粉。
[0024]本专利技术的技术特点及有益效果：
[0025](1)本专利技术直接以循环煤气作为气化剂，直接参与气化反应，有效降低了循环煤气中的CO2、H2O，增加了CO、H2，反应温度高于1500℃，反应中焦粉(C)足量，更加有利于气化反
应中CO、H2的产生。
[0026](2)本专利技术中以循环煤气为煤粉热解提供热量，在1200℃的高温条件下，更有利于煤粉热解产生小分子的CO、H2等气体，其中，煤热解产生大量H2，提高煤气中H2成分，提高了煤气还原势。
[0027](3)本专利技术在高温、富碳、纯氧条件下重整得到的还原气，本身CO、H2成分就高于煤制气、焦炉煤气，而且不需要进一步的掺混稀释，因此还原势远高于利用煤制气、焦炉煤气重整得到的还原气。
[0028](4)本专利技术实现了80％以上的还原气被系统循环利用，仅有少量煤气外供他用，有效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冶炼还原气的高温富碳重整系统，其特征在于，包括依次连接的冶炼还原装置、中温煤气换热器、余热锅炉和煤气加压装置；其中，煤气加压装置的煤气出口分别连接中温煤气换热器冷介质入口、燃烧器煤气入口、煤气外供口；还包括高温煤气换热器，用于将来自燃烧器的烟气和来自中温煤气换热器的煤气进行热量交换；气化重整炉，用于进行一次还原气重整；热解重整炉，用于进行二次还原气重整。2.如权利要求1所述的冶炼还原气的高温富碳重整系统，其特征在于，所述高温煤气换热器与空气预热器相连，空气预热器将空气利用烟气余热加热，空气预热器烟气出口连接排放烟囱。3.如权利要求1所述的冶炼还原气的高温富碳重整系统，其特征在于，所述气化重整炉与余热锅炉的水蒸气出口、空气预热器的空气出口、高温煤气换热器的煤气出口相连；气化重整炉的底部与热解重整炉底部通过U型段连接，U型连接段下部设有排渣口。4.如权利要求3所述的冶炼还原气的高温富碳重整系统，其特征在于，所述热解重整炉底部连接煤粉制备装置，热解重整炉顶部与旋风分离装置连接，旋风分离装置底部与气化重整炉连接，旋风分离装置上部与冶炼还原装置连接。5.一种冶炼还原气的高温富碳重整工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)在冶炼还原装置中参与冶炼后的煤气，先进入中温煤气换热器降温，再进入余热锅炉进一步降温；(2)降温后的煤气进入加压装置加压，加压后的循环煤气一部分进入中温煤气换热器，一部分进入燃烧器，剩余部分外送；(3)进入中温煤气换热器的循环煤气进行加热，得到中温循环煤气，然后再进入高温煤气换热器进一步加热，最后进入气化重整炉，进行一次还原气重整；(4)进行气化重整后的循环煤气进入热解重整炉底部，与部分中温循环煤气混合调温，混合循环煤气在热解重整炉中，进行二次还原气重整；(5)热解产生的焦粉和还原气进行气固分离，分离的重整还原气进入冶炼还原装置，参与冶炼还原反应，分离的固体焦粉进入气化重整炉，参与冶炼还原气气化重整。6.如权利要求5所述的冶...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱子霖，马春元，申海涛，赵媛，周滨选，王涛，张立强，许焕焕，朱振坤，宋德升，潘峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：