中低阶煤分质梯级利用的系统和方法与流程

本发明属于化工
技术领域：
，具体而言，本发明涉及中低阶煤分质梯级利用的系统和方法。
背景技术：
：我国能源结构特点是“富煤贫油少气”，资源禀赋现状决定了我国必须要发展煤化工，以实现通过煤头获得化工产品，实现对石油和天然气的部分替代，以保障我国经济发展和能源安全。同时，我国经济发展需要大量钢铁，我国多采用高炉炼铁方式生产钢铁，而高炉炼铁不仅需要优质昂贵的焦炭，而且高炉污染严重、能耗较高。目前，急需一种高效、清洁的利用煤炭和冶炼钢铁的新技术，破解以上难题。技术实现要素：本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出中低阶煤分质梯级利用的系统和方法，利用该系统和方法可以实现中低阶煤的分质梯级利用。根据本发明的一个方面，本发明提出了中低阶煤分质梯级利用的系统，包括：中低阶煤破碎装置，所述中低阶煤破碎装置具有中低阶煤入口和中低阶煤粉出口；含铁物料破碎装置，所述含铁物料破碎装置具有含铁物料入口和含铁矿粉出口；混合装置，所述混合装置具有中低阶煤粉入口、含铁矿粉入口和混合物料出口，所述中低阶煤粉入口与所述中低阶煤粉出口相连，所述含铁矿粉入口与所述含铁矿粉出口相连，热解冶炼炉，所述热解冶炼炉具有本体，所述本体内由上至下分为热解段和冶炼段，所述本体中部侧壁上设置有烘炉喷枪，所述热解段顶壁上具有混合物料入口和热解油气出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连，所述热解段适于中低阶煤粉发生热解产生热解油气和热解碳；所述冶炼段的侧壁上具有含氧气体喷伞，通过所述含氧气体喷伞向所述冶炼段喷入含氧气体，发生不完全燃烧放热和产生富含一氧化碳的气体，使所述混合物料发生还原反应，所述冶炼段的底端具有还原产物出口；熔分炉，所述熔分炉具有还原产物入口、铁水出口和尾渣出口，所述还原产物入口与所述还原产物出口相连。通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统，首先将中低阶煤粉与含铁矿粉经混合后在热解冶炼炉的热解段内进行热解，获得高附加值的油气资源。进一步地，利用中低阶煤粉热解后得到的热解炭再次与含铁物料在热解冶炼炉的冶炼段发生还原反应得到还原产物。并且冶炼段内冶炼产生的高温烟气向上从热解段顶壁上的热解油气出口排出，进而与热解段的物料球团逆向接触，加热物料，促进热解的进行。由此，通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统，可以对中低阶煤进行分质梯级利用，进而获得高附加值的油气资源，同时实现了含铁矿粉的有效处理。另外，根据本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统还可以具有如下附加的技术特征：在本发明的一些实施例中，所述热解段内的温度为550-900摄氏度。在本发明的一些实施例中，所述混合物料在所述热解段内进行热解的时间为30-60分钟。在本发明的一些实施例中，所述冶炼段内的温度为1200-1300摄氏度，任选地，所述混合物料在所述冶炼段内进行还原反应的时间为25-50分钟。在本发明的一些实施例中，所述热解冶炼炉内的压力为0.1-0.5KPa。根据本发明的第二方面，本发明还提出了利用前面实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统分质梯级利用中低阶煤的方法，包括：利用所述中低阶煤破碎装置对中低阶煤进行破碎处理，以便得到中低阶煤粉；利用所述含铁物料破碎装置对含铁物料进行破碎处理，以便得到含铁矿粉；将所述中低阶煤粉和所述含铁矿粉在混合装置内进行混合处理，以便得到混合物料；将所述混合物料送至所述热解冶炼炉内，使所述混合物料中的在中低阶煤在热解段内发生热解，产生热解油气和热解碳；使热解后混合物料进入冶炼段，向所述冶炼段内通入含氧气体，发生不完全燃烧放热和产生富含一氧化碳的气体，使所述混合物料发生还原反应，以便得到还原产物；将所述还原产物在所述熔分炉内进行熔分处理，以便得到铁水和尾渣。通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的方法，首先将中低阶煤粉与含铁矿粉经混合后在热解冶炼炉的热解段内进行热解，获得高附加值的油气资源。进一步地，利用中低阶煤粉热解后得到的热解炭再次与含铁物料在热解冶炼炉的冶炼段发生还原反应得到还原产物。并且冶炼段内冶炼产生的高温烟气向上从热解段顶壁上的热解油气出口排出，进而与热解段的物料球团逆向接触，加热物料，促进热解的进行。由此，通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统，可以对中低阶煤进行分质梯级利用，进而获得高附加值的油气资源，同时实现了含铁矿粉的有效处理。另外，根据本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本发明的一些实施例中，所述中低阶煤粉和所述含铁矿粉的平均粒径均为0.5-5mm。在本发明的一些实施例中，将所述中低阶煤粉和所述含铁矿粉按照(1.64-2.15):1的质量比进行所述混合处理。在本发明的一些实施例中，热解冶炼炉内的压力为0.1-0.5KPa。在本发明的一些实施例中，所述热解是在550-900摄氏度下进行30-60分钟完成的。在本发明的一些实施例中，所述还原反应是在1200-1300摄氏度下进行25-50分钟完成的。附图说明图1是根据本发明一个实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统的结构示意图。图2是根据本发明一个实施例的中低阶煤分质梯级利用的方法的流程图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。根据本发明的一个方面，本发明提出了中低阶煤分质梯级利用的系统。下面参考图1详细描述本发明具体实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统，该系统包括：中低阶煤破碎装置100、含铁物料破碎装置200、混合装置300、热解冶炼炉400和熔分炉500。其中，中低阶煤破碎装置100具有中低阶煤入口110和中低阶煤粉出口120；含铁物料破碎装置200具有含铁物料入口210和含铁矿粉出口220；混合装置300具有中低阶煤粉入口310、含铁矿粉入口320和混合物料出口330，中低阶煤粉入口310与中低阶煤粉出口120相连，含铁矿粉入口320与含铁矿粉出口220相连，热解冶炼炉400具有本体410，本体410内由上至下分为热解段420和冶炼段430，本体410中部侧壁上设置有烘炉喷枪440，热解段420顶壁上具有混合物料入口421和热解油气出口422，混合物料入口421与所述混合物料出口330相连。热解段适于中低阶煤粉发生热解产生热解油气和热解碳；冶炼段430的侧壁上具有含氧气体喷伞431，通过含氧气体喷伞向冶炼段喷入含氧气体，发生不完全燃烧放热和产生富含一氧化碳的气体，使混合物料发生还原反应，冶炼段430的底端具有还原产物出口432；熔分炉500具有还原产物入口510、铁水出口520和尾渣出口530，还原产物入口510与还原产物出口432相连。通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统，首先将中低阶煤粉与含铁矿粉经混合后在热解冶炼炉的热解段内进行热解，获得高附加值的油气资源。进一步地，利用中低阶煤粉热解后得到的热解炭再次与含铁物料在热解冶炼炉的冶炼段发生还原反应得到还原产物。并且冶炼段内冶炼产生的高温烟气向上从热解段顶壁上的热解油气出口排出，进而与热解段的物料球团逆向接触，加热物料，促进热解的进行。由此，通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统，可以对中低阶煤进行分质梯级利用，进而获得高附加值的油气资源，同时实现了含铁矿粉的有效处理。根据本发明的具体实施例，下面详细描述本发明具体实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统。中低阶煤破碎装置100根据本发明的具体实施例，中低阶煤破碎装置100具有中低阶煤入口110和中低阶煤粉出口120。由此利用中低阶煤破碎装置100对中低阶煤进行破碎处理，以便得到中低阶煤粉。由此可以便于后续与铁矿粉混合均匀，提高二者的接触面积，进而提高后续铁矿粉的冶炼效果。根据本发明的具体实施例，具体地可以将中低阶煤破碎至平均粒径均为0.5-5mm。由此可以进一步提高后续的热解和冶炼处理。含铁物料破碎装置200根据本发明的具体实施例，含铁物料破碎装置200具有含铁物料入口210和含铁矿粉出口220。由此利用含铁物料破碎装置200对含铁矿粉进行破碎处理，以便得到含铁矿粉。由此可以便于后续与中低阶煤粉混合均匀，提高二者的接触面积，进而提高后续铁矿粉的冶炼效果。根据本发明的具体实施例，具体地可以将含铁物料破碎至平均粒径均为0.5-5mm。由此可以进一步提高后续的热解和冶炼处理。混合装置300根据本发明的具体实施例，混合装置300具有中低阶煤粉入口310、含铁矿粉入口320和物料球团出口330，中低阶煤粉入口310与中低阶煤粉出口120相连，含铁矿粉入口320与含铁矿粉出口220相连。由此利用混合装置300对中低阶煤粉和铁矿粉进行混合处理，以便得到物料球团。由此可以便于后续进行热解和冶炼处理。根据本发明的具体实施例，可以将中低阶煤粉和含铁矿粉按照(1.64-2.15):1的质量比进行混合处理。发明人发现，若中低阶煤粉添加量过低，则不能提供足够含碳原料不完全燃烧放热，无法提供足够热量，影响还原产物的金属化率，若中低阶煤粉添加量过多，则产生浪费，增加系统能耗。由此通过采用上述配比可以使得后续中低阶煤热解后得到的热解炭能够充分还原含铁矿粉，进而提高还原产物的金属化率。热解冶炼炉400根据本发明的具体实施例，热解冶炼炉400具有本体410，本体410内由上至下分为热解段420和冶炼段430，本体410中部侧壁上设置有烘炉喷枪440，热解段420顶壁上具有混合物料入口421和热解油气出口422，混合物料入口421与混合物料出口330相连。热解段适于中低阶煤粉发生热解产生热解油气和热解碳。其中主要是对中低阶煤进行热解，从而获得高附加值的油气资源，并且使得物料球团中仅剩余热解炭和含铁矿粉。进而可以便于后续进一步利用热解炭还原含铁矿粉。从而实现中低阶煤的分质梯级利用。根据本发明的具体实施例，铁矿粉导热性能强于煤炭。因此，预先将中低阶煤与其进行混合后进行热解，可以利用铁矿粉导热性提高中低阶煤热解中的传热效率，进而促进和提高热解效率。根据本发明的具体实施例，热解段内的温度可以为550-900摄氏度；并且物料球团在热解段内进行热解的时间为30-60分钟。由此可以进一步提高中低阶煤的热解效率，同时提高高附加值的油气资源的产率。冶炼段430的侧壁上具有含氧气体喷伞431，底端具有还原产物出口432。由此，热解后物料进入冶炼段，并通过含氧气体喷伞431向冶炼段430喷入含氧气体，物料球团中的碳发生不完全燃烧放热并产生富含一氧化碳的气体，放热将物料温度升高至1200-1300摄氏度，物料球团中的碳和气体中CO与铁的氧化物发生还原反应，得到还原产物，经冶炼段430的底部的还原产物出口432排出。根据本发明的具体实施例，混合物料在冶炼段内进行还原反应的时间为25-50分钟。同时冶炼段内产生的含有部分一氧化碳的高温烟气由设置在热解段顶壁上的热解油气出口排出。由此高温烟气在排出炉外的过程中，持续与物料逆流接触，加热物料，利用高温烟气显热，提升热解冶炼炉的热效率。根据本发明的具体实施例，热解冶炼炉内的压力为0.1-0.5KPa。发明人发现，热解反应是气体增加的反应，同时装置内温度较高，并存在大量可燃物，因此通过保持微正压，一方面有利于保证装置内不进入空气，引发安全事故；另一方面，有利于热解反应的进行。由此，发明人巧妙地将铁矿粉的还原工艺与氧热法相结合，通过向冶炼段内喷入含氧气体(如空气或氧气等)，使得物料球团中热解产生的碳与氧气接触发生不完全燃烧放热，加热球团至还原温度，发生还原反应，产出还原产物。因此，通过采用上述热解冶炼炉不仅利用了中低阶煤热解产生的碳发生不完全燃烧加热物料，同时利用炭发生不完全燃烧产生CO提高还原气氛，进而显著提高铁矿粉的还原效果，提高还原产物的金属化率。熔分炉500根据本发明的具体实施例，熔分炉500具有还原产物入口510、铁水出口520和尾渣出口530，还原产物入口510与还原产物出口451相连。由此，将还原产物在熔分炉内进行熔分处理，以便得到铁水和尾渣。根据本发明的第二方面，本发明还提出了一种利用前面实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统分质梯级利用中低阶煤的方法。下面参考图2详细描述本发明具体实施例的中低阶煤分质梯级利用的方法。根据本发明的具体实施例，该方法包括：利用中低阶煤破碎装置对中低阶煤进行破碎处理，以便得到中低阶煤粉；利用含铁物料破碎装置对含铁物料进行破碎处理，以便得到含铁矿粉；将中低阶煤粉和含铁矿粉在混合装置内进行混合处理，以便得到混合物料；将混合物料送至热解冶炼炉内，使混合物料中的在中低阶煤在热解段内发生热解，产生热解油气和热解碳；使热解后混合物料进入冶炼段，向冶炼段内通入含氧气体，发生不完全燃烧放热和产生富含一氧化碳的气体，使混合物料发生还原反应，以便得到还原产物；将还原产物在熔分炉内进行熔分处理，以便得到铁水和尾渣。通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的方法，首先将中低阶煤粉与含铁矿粉经混合后在热解冶炼炉的热解段内进行热解，获得高附加值的油气资源。进一步地，利用中低阶煤粉热解后得到的热解炭再次与含铁物料在热解冶炼炉的冶炼段发生还原反应得到还原产物。并且冶炼段内冶炼产生的高温烟气向上从热解段顶壁上的热解油气出口排出，进而与热解段的物料球团逆向接触，加热物料，促进热解的进行。由此，通过采用本发明上述实施例的中低阶煤分质梯级利用的系统，可以对中低阶煤进行分质梯级利用，进而获得高附加值的油气资源，同时实现了含铁矿粉的有效处理。根据本发明的具体实施例，下面详细描述本发明具体实施例的中低阶煤分质梯级利用的方法。S100：中低阶煤破碎处理根据本发明的具体实施例，将中低阶煤粉和含铁矿粉在混合装置100内进行混合处理，以便得到混合物料。由此利用中低阶煤破碎装置100对中低阶煤进行破碎处理，以便得到中低阶煤粉。由此可以便于后续与铁矿粉混合均匀，提高二者的接触面积，进而提高后续铁矿粉的冶炼效果。根据本发明的具体实施例，具体地可以将中低阶煤破碎至平均粒径均为0.5-5mm。由此可以进一步提高后续的热解和冶炼处理。S200：含铁物料破碎处理根据本发明的具体实施例，利用含铁物料破碎装置200对含铁物料进行破碎处理，以便得到含铁矿粉。由此利用含铁物料破碎装置200对含铁矿粉进行破碎处理，以便得到含铁矿粉。由此可以便于后续与中低阶煤粉混合均匀，提高二者的接触面积，进而提高后续铁矿粉的冶炼效果。根据本发明的具体实施例，具体地可以将含铁物料破碎至平均粒径均为0.5-5mm。由此可以进一步提高后续的热解和冶炼处理。S300：混合处理根据本发明的具体实施例，将中低阶煤粉和含铁矿粉在混合装置300内进行混合处理，以便得到混合物料。由此利用混合装置300对中低阶煤粉和铁矿粉进行混合处理，以便得到物料球团。由此可以便于后续进行热解和冶炼处理。根据本发明的具体实施例，可以将中低阶煤粉和含铁矿粉按照(1.64-2.15):1的质量比进行混合处理。发明人发现，若中低阶煤粉添加量过低，则不能提供足够含碳原料不完全燃烧放热，无法提供足够热量，影响还原产物的金属化率，若中低阶煤粉添加量过多，则产生浪费，增加系统能耗。由此通过采用上述配比可以使得后续中低阶煤热解后得到的热解炭能够充分还原含铁矿粉，进而提高还原产物的金属化率。S400：热解冶炼炉内进行热解和冶炼处理根据本发明的具体实施例，将混合物料送至热解冶炼炉400内，使混合物料中的在中低阶煤在热解段内发生热解，产生热解油气和热解碳；使热解后混合物料进入冶炼段，向冶炼段内通入含氧气体，发生不完全燃烧放热和产生富含一氧化碳的气体，使混合物料发生还原反应，以便得到还原产物。根据本发明的具体示例，热解段适于中低阶煤粉发生热解产生热解油气和热解碳。其中主要是对中低阶煤进行热解，从而获得高附加值的油气资源，并且使得物料球团中仅剩余热解炭和含铁矿粉。进而可以便于后续进一步利用热解炭还原含铁矿粉。从而实现中低阶煤的分质梯级利用。根据本发明的具体实施例，铁矿粉导热性能强于煤炭。因此，预先将中低阶煤与其进行混合后进行热解，可以利用铁矿粉导热性提高中低阶煤热解中的传热效率，进而促进和提高热解效率。根据本发明的具体实施例，热解段内的温度可以为550-900摄氏度；并且物料球团在热解段内进行热解的时间为30-60分钟。由此可以进一步提高中低阶煤的热解效率，同时提高高附加值的油气资源的产率。冶炼段430的侧壁上具有含氧气体喷伞431，底端具有还原产物出口432。由此，热解后物料进入冶炼段，并通过含氧气体喷伞431向冶炼段430喷入含氧气体，物料球团中的碳发生不完全燃烧放热并产生富含一氧化碳的气体，放热将物料温度升高至1200-1300摄氏度，物料球团中的碳和气体中CO与铁的氧化物发生还原反应，得到还原产物，经冶炼段430的底部的还原产物出口432排出。根据本发明的具体实施例，混合物料在冶炼段内进行还原反应的时间为25-50分钟。同时冶炼段内产生的含有部分一氧化碳的高温烟气由设置在热解段顶壁上的热解油气出口排出。由此高温烟气在排出炉外的过程中，持续与物料逆流接触，加热物料，利用高温烟气显热，提升热解冶炼炉的热效率。根据本发明的具体实施例，热解冶炼炉内的压力为0.1-0.5KPa。发明人发现，热解反应是气体增加的反应，同时装置内温度较高，并存在大量可燃物，因此通过保持微正压，一方面有利于保证装置内不进入空气，引发安全事故；另一方面，有利于热解反应的进行。由此，发明人巧妙地将铁矿粉的还原工艺与氧热法相结合，通过向冶炼段内喷入含氧气体(如空气或氧气等)，使得物料球团中热解产生的碳与氧气接触发生不完全燃烧放热，加热球团至还原温度，发生还原反应，产出还原产物。因此，通过采用上述热解冶炼炉不仅利用了中低阶煤热解产生的碳发生不完全燃烧加热物料，同时利用炭发生不完全燃烧产生CO提高还原气氛，进而显著提高铁矿粉的还原效果，提高还原产物的金属化率。S500：熔分处理根据本发明的具体实施例，将还原产物在熔分炉500内进行熔分处理，以便得到铁水和尾渣。实施例中低阶煤：以某地煤为例，其主要性质见表1。表1原煤成分分析项目单位数值备注全水wt％10.3收到基固定碳wt％56.3干基挥发分wt％36.4干基灰分wt％7.3干基铁矿使用某地铁矿。表2铁矿成分分析将中低阶煤和铁矿分别使用破碎机破碎，原料粒度1～3mm。将破碎后的中低阶煤粉和铁矿粉混合在一起，中低阶煤粉适当过量，中低阶煤粉：铁矿粉＝1.98:1。混合物料经输送装置送入热解冶炼炉中，装置从上至下分为热解段和冶炼段，在装置中下部炉内设有烘炉喷枪，将炉温升温至650℃，同时在装置下部设有含氧气体(空气或氧气)喷伞，向装置中喷射氧气，氧气喷量为733m3/t原料，物料中碳与氧气接触，物料与氧气发生不完全燃烧反应，放出热量，加热物料，将物料加热至1300℃左右，物料中的碳与铁的氧化物发生还原反应，生成还原产物。物料中的碳不完全燃烧产出的大量富含CO的高温烟气逆流与物料接触，由装置顶部的油气出口排出炉外，高温烟气逐渐将原料升温至850℃左右，物料被高温烟气加热至500℃以上时，发生热解反应，产出热解油气，经装置顶部油气出口排出炉外，热解油气经净化分离后，获得气体送入气柜储存，热解油直接售卖或者作为下游加工原料。冶炼段产出的的还原产物，送入燃气熔分炉中，将其加热至1500℃，进行渣铁分离，铁水由略靠下的出口排出燃气熔分炉外，铁水中Fe含量达到93.5％。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页1 2 3