一种兰炭与直接还原铁的联合生产方法

文档序号:9466990阅读:537来源:国知局
一种兰炭与直接还原铁的联合生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及清洁生产技术领域,具体地,本发明设及一种兰炭与直接还原铁的联 合生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着传统炼铁工艺技术的不断发展,高炉炼铁工艺已达到相当完善的程度,作为 世界上钢铁生产的主力,高炉加转炉的生产流程的主要优势在于效率高、工艺成熟。但运种 长流程炼钢技术对于环境的污染严重,我国钢铁工业能耗占全国能源总耗的16%左右,而 高炉炼铁能耗约占钢铁联合企业能源消耗的50%。高炉炼铁用能的78%是来自碳素(即 焦炭和煤粉)燃烧,其对于环境的影响可想而知。另外高炉炼铁需消耗焦炭,因此造成我国 焦炭资源消耗严重。而我国炼焦煤资源不足,仅占煤炭总储量的22%,优质炼焦煤资源紧 缺,缺口主要是靠进口补充。随着环境保护的压力日益增长,世界各国开始将目光转向环境 友好的非高炉炼钢技术,发展W废钢和直接还原铁为原料的电炉短流程炼钢技术,也即废 钢+DRI-电炉炼钢流程。与传统的高炉-转炉炼钢长流程技术相比,短流程技术可W减少 86%的废气排放,减少76%的废水排放,减少72%的废渣排放,同时不消耗焦炭,是一种环 境友好型和资源节约型的炼钢技术。基于上述优点,短流程炼钢技术在欧美发达国家发展 非常迅速。由于废钢炼钢需要纯净的铁稀释废钢中存在的碳、铜、儘、锋等杂质,因此作为优 质稀释剂的直接还原铁在欧美发达国家的市场需求特别大。而在我国随着我国钢铁工业的 发展,直接还原铁的缺口越来越大,目前我国直接还原铁年产量在几十万吨,每年需要大量 进口直接还原铁。
[0003] 目前世界先进的直接还原铁生产技术是气基竖炉直接还原技术,该技术是W天然 气为原料,经变换成富&和CO的气体后,直接与铁矿石在高溫条件下发生固态还原反应, 生产出直接还原铁。近年来,气基竖炉生产的直接还原铁约占到世界直接还原铁总产量的 75%。但是我国天然气资源匿乏且价格昂贵,发展气基竖炉直接还原技术受到了限制。但 是我国廉价的低阶煤资源丰富,包括褐煤、次烟煤等资源量约占煤炭总资源量的50%,利用 热解技术对低阶煤进行热加工,可制得煤焦油,富含CH4、&和CO的煤气和高固定碳的半焦 等产品。其中热解煤气是很好的冶金还原剂,可W供给气基直接还原炉作为还原剂。因此 根据我国资源特点,利用兰炭炉生产兰炭,并利用兰炭炉煤气作为气基直接还原竖炉的还 原气生产直接还原铁工艺是符合我国国情的最优技术方案。
[0004] 申请号为200910104633. 6的中国发明专利申请公开了一种煤气作还原气的直接 还原工艺出口煤气的回用方法。其具体处理过程如下:直接还原装置的出口煤气经过直接 还原装置出口煤气处理系统处理后,进入二氧化碳分离系统进行脱碳处理得到富C〇2解吸 气和富C0+H2脱碳气,其中富CO2解吸气经富CO2解吸气处理系统进行处理后,返送回煤气 制备系统内,或作为直接还原铁、高碳载体或粉尘的输送载体返送回煤气制备系统内。 阳0化]申请号为201210050397. 6的中国发明专利申请公开了一种兰炭纯氧气化生产直 接还原铁工艺。具体包括如下步骤:1)兰炭气化,兰炭由气化炉顶部加入,与气化炉下部 喷吹的纯氧反应,通过气化炉氧风口喷吹煤粉,喷吹量200~350kg/t兰炭;喷入气化炉的 纯氧压力0. 5~1.OMPa;气化炉出口煤气溫度1000~1300°C,煤气压力0. 45~0. 95MPa; 2)煤气溫度调节,通过冷煤气加入气化炉出口煤气,使气化炉出口煤气溫度调节到800~ 900°C,经过热旋风除尘器,将粉尘量减少到50mg/m3W下;3)煤气脱硫;4)铁矿石还原,经 过调溫和除尘后的出口煤气通入还原竖炉下部,用于生产直接还原铁。
[0006] 申请号为201010617539. 3公开了一种用煤生产直接还原铁的方法。该方法采用 WCO为主还原煤气生产直接还原铁的工艺流程,还原煤气通入还原竖炉中与含铁原料进 行还原反应产生直接还原铁,从还原竖炉排出的炉顶煤气采用还原反应将炉顶煤气中较多 的C〇2改质成CO,然后与还原煤气混合后,再进入还原竖炉中进行反应。
[0007] 总体来看,现有技术采用的方法均没有对低阶煤进行有效利用,也没有将兰炭生 产与直接还原铁生产进行有效结合,没有很好地解决资源不足与对产品需要增加之间的矛 盾,W及废弃物排放等问题。

【发明内容】

[0008] 本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术中存在的缺陷,提供一种兰炭与直 接还原铁的联合生产方法。通过将兰炭生产与直接还原铁生产相结合,从而解决了兰炭炉 煤气资源浪费的问题,兰炭生产与直接还原铁生产过程中二氧化碳的排放问题,W及二氧 化碳返回兰炭炉对兰炭炉炉况产生不利影响的问题。
[0009] 本发明提供的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,包括W下步骤:
[0010] (1)将含碳原料加入到兰炭炉中,向兰炭炉中同时通入氧气和二氧化碳,含碳原料 在兰炭炉中热解,得到兰炭;
[0011] (2)热解过程产生的兰炭炉煤气一部分返回兰炭炉与氧气燃烧提供热量,剩余部 分兰炭炉煤气分离其中的二氧化碳;
[0012] (3)经过步骤(2)分离二氧化碳之后的兰炭炉煤气经过脱硫、加压和加热之后通 入到直接还原炉中作为还原剂对含铁原料进行还原,得到直接还原铁;
[0013] (4)还原过程产生的直接还原炉煤气经过降溫、脱水和除尘处理之后得到的煤气 分为四部分:第一部分煤气经过分离二氧化碳之后返回步骤(3)与经过步骤(2)分离二氧 化碳处理之后的兰炭炉煤气汇流到一起;第二部分煤气经过减压之后用于燃烧加热步骤 (3)中通入到直接还原炉的气体;第=部分煤气经过减压之后用于燃烧加热步骤(1)中通 入到兰炭炉的二氧化碳;和剩余煤气;
[0014] 其中,第一部分煤气占总体积的10 % -15 %,第二部分煤气占总体积的 30% -40%,第S部分煤气占总体积的15% -25%。
[0015] 前述的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,步骤(2)分离得到的二氧化碳经过加 压、加热之后返回步骤(1)。
[0016] 前述的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,步骤(4)中,第一部分煤气分离掉的 二氧化碳经过加压、加热之后返回步骤(1)。
[0017] 前述的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,步骤(4)中的剩余煤气用于发电。
[0018] 前述的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,在步骤(2)之前,先对热解过程产生 的兰炭炉煤气进行降溫、除尘处理,随后回收其中的煤焦油。
[0019] 前述的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,步骤(I)中,含碳原料的粒度是 2〇-150mmD
[0020] 前述的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,步骤(1)中,通入到兰炭炉中的 氧气溫度为常溫,压力为0.OSMPa-O. 25MPa,二氧化碳溫度为Iioor-1200 °C,压力为 0.OSMPa-O. 25MPa〇
[0021] 前述的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,步骤(1)中,含碳原料在兰炭炉中热 解的溫度是750°C-850°C。
[0022] 前述的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,步骤(2)中,返回兰炭炉的兰炭炉煤 气占总体积的30% -40%。
[0023] 前述的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,步骤(2)中,返回兰炭炉的兰炭炉煤 气压力为 0. 02MPa-0.IMPa,溫度为 40°C-60°c。
[0024] 前述的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,步骤(3)中,将经过步骤似分离二氧 化碳处理之后的兰炭炉煤气加压至250-650kPa,加热至850-110(TC。
[00巧]前述的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,步骤(3)中,采用热风炉或管式加热 炉,优选热风炉,进行加热。
[00%] 前述的兰炭与直接还原铁的联合生产方法,步骤(4)中,将步骤(3)产生的直接还 原炉煤气降溫至130°C-160°C。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0028] 为了充分了解本发明的目的、特征及功效,通过下述【具体实施方式】,对本发明作详 细说明。
[0029] 本发明提供了一种兰炭与直接还原铁的联合生产方法,所采用的含碳原料主要是 低阶煤,例如,长焰煤、烟煤或者褐煤等,所采用的含铁原料可W是铁矿石球团或者富矿块, 直接还原铁炉可W是气基竖炉或转底炉。
[0030] 本发明的方法主要解决了如下技术问题:
[0031] 1.解决了兰炭炉煤气资源浪费的问题。工业上兰炭炉煤气经常用于燃烧发电,但 是煤气中含有还原性气体氨气,其热值不高,仅用于燃烧浪费了宝贵资源。本发明将兰炭炉 煤气用于直接还原炉的还原剂,最大程度的利用了兰炭炉煤气的化学能。
[0032] 2.解决了兰炭生产和直接还原铁生产过程中的二氧化碳排放问题。本发明分别将 兰炭炉煤气W及直接还原铁煤气中分离的二氧化碳气体返回到兰炭炉中,重新生成还原性 的一氧化碳气体,避免了二氧化碳的排放,实现了绿色生产。
[0033] 3.解决了二氧化碳返回兰炭炉中对兰炭炉炉况产生不利影响的问题。由直接还原 炉煤气中分离出来的二氧化碳气体由于量大,如果直接返回兰炭炉,由于发生气化反应吸 收大量热量,将会对兰炭炉炉况造成影响。本发明通过使用成熟的热风炉对二氧化碳进行 加热,弥补了碳气化反应吸热对兰炭炉炉况造成的不利影响。
[0034] 本发明的方法主要设及两个生产子系统(即兰炭生产系统和直接还原铁生产系 统)和附属煤气处理设施,下面结合附图进行详细说明。 阳03引一、兰炭生产系统
[0036] 首先将含碳原料加入到兰炭炉中,然后同时向兰炭炉中通入氧气和二氧化碳气 体。含碳原料的粒度可W是10-20mm,或者20-150mm。氧气溫度为常溫,二氧化碳溫度在 1100-1200°C之间,至于氧气和二氧化碳的通入流量,本领域技术人员根据实际生产规模可 W确定。兰炭炉溫度保持在750-85(TC,含碳原料在兰炭炉热解。兰炭炉的主要产品包括兰 炭、兰炭炉煤气和煤焦油(在兰炭炉中W气态存在,与兰炭炉煤气混合在一起)。其中,兰炭 炉煤气的主要成分是一氧化碳、二氧化碳、氨气和水,其中一氧化碳和氨气的含量之和约为 75% (体积)。兰炭炉煤气经过脱水、降溫和除尘处理后进行煤焦油的回收。随后,约占总 体积30%-40%的兰炭炉煤气(溫度在40°C-6(rC之间)返回到兰炭炉中与氧气燃烧W提 供热解所需的热量,剩余兰炭炉煤气进行二氧化碳脱除,余下的主要成分是一氧化碳和氨 气,被输入到直接还原铁生产系统中。
[0037] 优选地,将兰炭炉煤气中脱除的二氧化碳加压至0.OSMPa
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