利用粗煤气显热直接还原含碳铁磁性金属球团矿的方法技术

利用粗煤气显热直接还原含碳铁磁性金属球团矿的方法，是以煤灰熔点高于直接还原铁磁性金属还原温度至少５０℃的煤炭产出的粗煤气显热为热源，以还原竖炉兼做粗煤气颗粒床高温除尘器，以含碳铁磁性金属球团矿兼做颗粒床除尘颗粒，在８００～１２００℃下还原含碳铁磁性金属球团矿生产直接还原铁磁性金属，从还原竖炉中产出的炉顶煤气经净化后用于生产化工产品的原料气或燃气。本发明专利技术取消了粗煤气冷却净化、再循环加热还原气的流程，取消了还原气重整流程，节约了热能，可以实现能源利用效率的大幅度提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种煤炭气化粗煤气余热回收利用方法，具体是一种利用煤炭气化粗 煤气显热直接加热还原含碳铁磁性金属球团矿的方法，本专利技术的含碳铁磁性金属球团矿包 括含碳铁球团矿、含碳镍球团矿和含碳钴球团矿。
技术介绍
201010124542. 1专利申请公开了一种“利用粗煤气显热生产直接还原铁的方法”， 是将煤炭气化炉产出的高温粗煤气经一段除尘后送入直接还原竖炉中，以直接还原竖炉中 的铁矿煤球团、氧化铁球团矿、铁矿石、以及包裹煤的铁球团矿作为除尘颗粒做第二段除 尘，在除尘的过程中利用高温还原气生产出直接还原铁，并利用还原铁过程吸收热量，降低 粗煤气温度，粗煤气从直接还原竖炉顶部排出竖炉，再经第三段常规除尘、净化除硫、除二 氧化碳等杂质气体后作为煤化工的还原气或燃气轮机发电及工业燃气使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是进一步扩大201010124542. 1专利申请的专利技术范围，提供一种利 用粗煤气显热直接还原含碳铁磁性金属球团矿的方法。实现本专利技术目的的具体方法是a.选择煤灰熔点高于直接还原铁磁性金属还原温度至少50°C的煤炭为原料，在 煤气化炉中生产粗煤气；b.控制从煤气化炉中产出的粗煤气经高温第一段除尘后，由设在还原竖炉中部的 围管输送到装填有含碳铁磁性金属球团矿的直接还原竖炉内，进入还原竖炉的粗煤气温度 控制在800 1200 0C ；c.进入直接还原竖炉的粗煤气从由含碳铁磁性金属球团矿还原成的直接还原铁 磁性金属和未还原的含碳铁磁性金属球团矿组成的移动颗粒床层中穿过，实施第二段除 尘，在除尘的同时加热含碳铁磁性金属球团矿，生产出直接还原铁磁性金属；d.粗煤气将显热传递给含碳铁磁性金属球团矿，将其还原成铁磁性金属后，降温 到150 300°C，作为还原竖炉炉顶气排出还原竖炉；e.排出的炉顶气再经第三段电袋复合除尘，脱除H2S、SCO、CO2等杂质气体和微量 煤焦油后，成为常温还原气；f.常温还原气从竖炉下段出料口的上部送入直接还原竖炉中，吸收还原铁磁性金 属的热量，将还原的铁磁性金属冷却到300°c以下，从还原竖炉中部围管下部反吹出部分粉 尘，并携带粉尘排出竖炉，携带热量的还原气经废热锅炉回收热量后净化循环使用；g.冷却的还原铁磁性金属经底部队气封出料口或锁斗出料，经密闭筛分出煤灰和 还原铁磁性金属后出炉。其中，本专利技术所述的含碳铁磁性金属球团矿包括含碳铁球团矿、含碳镍球团矿和 含碳钴球团矿。进一步地，所述的含碳铁球团矿可以是含碳的铁磁性多金属矿，如钒钛磁铁矿、含锰铁矿、含铬铁矿等，也可以是含碳氧化铁球团矿。本专利技术所述含碳铁磁性金属球团矿中使用的碳质还原剂可以是煤粉、焦粉、半焦 粉、石墨粉以及含碳有机粘结剂，所述的含碳有机粘结剂包括以焦油、原油、浙青以及煤炼 油后的油渣、腐植酸、废塑料等为原料制成的含碳有机粘结剂。本专利技术利用粗煤气显热直接还原含碳铁磁性金属球团矿能够得以实现的原因是: 在含碳铁磁性金属球团矿中配有碳质还原剂，使得除尘后的粗煤气将显热传递给含碳铁磁 性金属球团矿后，其中的碳作为还原剂夺去氧化铁磁性金属矿中的氧生成直接还原铁磁性 金属。粗煤气与含碳铁磁性金属球团矿在竖炉上部干馏段产生的干馏煤气、还原尾气和未 参与还原反应的粗煤气一同作为炉顶气从竖炉炉顶排出竖炉。如果含碳铁磁性金属球团矿 内配的碳质还原剂与还原铁磁性金属矿所需的还原剂用量相等，则粗煤气中参与还原反应 的H2和CO的热量与含碳铁磁性金属球团矿中未参与还原反应的煤热解气CH4、H2、CO等的 热量大体上相等。即由于球团中加配了碳质还原剂，使得粗煤气中化学成分所含的热量与 直接还原铁磁性金属矿后炉顶气中化学成分所含的热量大体相等。生产直接还原铁磁性金 属只是利用了煤炭气化粗煤气中的显热。同理，若含碳铁磁性金属球团矿的配碳量达不到 还原铁磁性金属所需碳量，则要粗煤气中的还原剂来补充；若含碳铁磁性金属球团矿的配 碳量超过还原铁磁性金属所需碳量，则利用粗煤气中的氧化气体分解其中的碳，增加炉顶 气中的还原气，或有一部分碳残留在直接还原铁中。201010124542. 1专利申请认为利用粗煤气显热直接还原铁矿煤球团的条件应满 足a.选择煤灰熔点高于直接还原铁还原温度至少200°C的煤炭为原料，在煤气化炉中生 产粗煤气；b.控制从煤气化炉中产出的粗煤气温度在1000 iioo°c，经高温第一段除尘 后，由设在还原竖炉中部的围管输送到装填有铁矿煤球团的直接还原竖炉内；c.进入还原 竖炉的粗煤气从铁矿煤球团移动颗粒床层中穿过，经铁矿煤球团移动颗粒床第二段除尘， 并加热铁矿煤球团以生产直接还原铁。然而，我们进一步研究发现a.由于控制煤气化炉粗煤气温度的技术手段提高， 可以将煤灰熔点高于还原温度至少200°C的煤炭，改为煤灰熔点高于直接还原铁磁性金属 还原温度至少50°C的煤炭为原料煤；b.因为含碳铁磁性金属球团矿的化学成分不同、含碳 量不同，造成软化点不同、还原温度不同，还原竖炉还原段的温度根据不同含碳铁磁性金属 矿原料软化点的不同，应控制在800 1200°C;c.虽然铁矿煤球团直接还原存在脱硫现象， 但是由于粗煤气中的H2含量>20%，可用于脱除铁磁性金属矿、还原剂和粘结剂中的硫，因 此，可以扩大还原剂的范围为碳质还原剂煤粉、焦粉、半焦粉、石墨粉以及含碳有机粘结剂 焦油、原油、浙青和煤炼油后的油渣、腐植酸、废塑料等。D.直接还原铁一般是选用含铁品位 ^ 67%的高品位铁矿或铁精矿为原料的，而采用本专利技术方法，可以使用8 71%品位的铁 矿粉和铁精矿做原料，^ 67%的高品位铁矿或铁精矿为原料制成的直接还原铁可以直接用 于炼钢，<67%的低品位铁矿粉或铁精矿为原料制成的含碳铁球团矿先直接还原铁，再磨 粉、磁选出还原铁粉，经冷压块后再用于炼钢。本专利技术是以直接还原竖 炉兼做粗煤气颗粒床高温除尘器，用竖炉中的含碳铁磁性金属球团矿兼做移动颗粒床除尘 颗粒，在对高温粗煤气除尘的过程中联产直接还原铁磁性金属，在竖炉中同时完成利用显 热、还原铁磁性金属、降温、除尘、降低还原竖炉中煤气压力5个功能，从还原竖炉中产出的炉顶煤气经净化后用于生产化工产品的原料气或燃气。与粗煤气激冷工艺比较，可以有效 提高煤炭能源综合利用效率约9.23%，与废热锅炉发电比较，提高约6 %。本专利技术与煤制还 原气气基法直接还原铁工艺比较，取消了粗煤气冷却、净化、再循环加热还原气的流程；与 天然气热裂解制还原气气基法生产直接还原铁工艺比较，取消了还原气重整流程和还原气 循环加热流程，因此节约了热能。粗煤气显热约占煤炭气化热值的13%，本专利技术工艺可以利用的显热约71%，因取 消了粗煤气冷却、净化、再加热还原气及重整等流程，工艺能耗仅8. 9GJ/t.Fe，比炼铁能耗 最低的MIDREX和HYL-III气基法直接还原铁工艺能耗11. OGJ/t. Fe还低2. lGJ/t. Fe，能在 不减少粗煤气化学热能(H2+C0)、不影响生产煤化工产品或发电量的同时联产直接还原铁， 可低成本回收利用C02、H2S, SCO,实现清洁化生产。本专利技术可以煤炭气化为生产源头，将煤化工、电力、钢铁、有色等行业的企业在同 一区域内按热能梯级利用原则跨行业联合起来。煤化工企业与激冷比可以提高热能利用效 本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用粗煤气显热直接还原含碳铁磁性金属球团矿的方法，包括以下步骤：　　ａ．选择煤灰熔点高于直接还原铁磁性金属还原温度至少５０℃的煤炭为原料，在煤气化炉中生产粗煤气；　　ｂ．控制从煤气化炉中产出的粗煤气经高温第一段除尘后，由设在还原竖炉中部的围管输送到装填有含碳铁磁性金属球团矿的直接还原竖炉内，进入还原竖炉的粗煤气温度控制在８００～１２００℃；　　ｃ．进入直接还原竖炉的粗煤气从由含碳铁磁性金属球团矿还原成的直接还原铁磁性金属和未还原的含碳铁磁性金属球团矿组成的移动颗粒床层中穿过，实施第二段除尘，在除尘的同时加热含碳铁磁性金属球团矿，生产出直接还原铁磁性金属；　　ｄ．粗煤气将显热传递给含碳铁磁性金属球团矿，将其还原成铁磁性金属后，降温到１５０～３００℃，作为还原竖炉炉顶气排出还原竖炉；　　ｅ．排出的炉顶气再经第三段电袋复合除尘，脱除Ｈ↓［２］Ｓ、ＳＣＯ、ＣＯ↓［２］等杂质气体和微量煤焦油后，成为常温还原气；　　ｆ．常温还原气从竖炉下段出料口的上部送入直接还原竖炉中，吸收直接还原铁磁性金属的热量，将还原的铁磁性金属冷却到３００℃以下，从还原竖炉中部围管下部反吹出部分粉尘，并携带粉尘排出竖炉，携带热量的还原气经废热锅炉回收热量后净化循环使用；　　ｇ．冷却的还原铁磁性金属经底部Ｎ↓［２］气封出料口或锁斗出料，经密闭筛分出煤灰和还原铁磁性金属后出炉。...

【技术特征摘要】
利用粗煤气显热直接还原含碳铁磁性金属球团矿的方法，包括以下步骤a.选择煤灰熔点高于直接还原铁磁性金属还原温度至少50℃的煤炭为原料，在煤气化炉中生产粗煤气；b.控制从煤气化炉中产出的粗煤气经高温第一段除尘后，由设在还原竖炉中部的围管输送到装填有含碳铁磁性金属球团矿的直接还原竖炉内，进入还原竖炉的粗煤气温度控制在800～1200℃；c.进入直接还原竖炉的粗煤气从由含碳铁磁性金属球团矿还原成的直接还原铁磁性金属和未还原的含碳铁磁性金属球团矿组成的移动颗粒床层中穿过，实施第二段除尘，在除尘的同时加热含碳铁磁性金属球团矿，生产出直接还原铁磁性金属；d.粗煤气将显热传递给含碳铁磁性金属球团矿，将其还原成铁磁性金属后，降温到150～300℃，作为还原竖炉炉顶气排出还原竖炉；e.排出的炉顶气再经第三段电袋复合除尘，脱除H2S、SCO、CO2等杂质气体和微量煤焦油后，成为常温还原气；f.常温还原气从竖炉下段出料口的上部送入直接还原竖炉中，吸收直接还原铁磁性金属的热量，将还原的铁磁性金属冷却到300℃以下，从还原竖炉中部围管下部反吹出部分粉尘，并携带粉尘排出...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏亚杰，陈寿林，杜英虎，苏亚达，
申请(专利权)人：苏亚杰，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]