1.一种利用炉顶气制备直接还原铁的系统,其特征在于,所述系统包括:
气基竖炉,具有氧化物料入口、还原气入口、高温炉顶气出口和直接还原铁出口;
洗涤器,具有高温炉顶气入口和净化炉顶气出口,所述高温炉顶气入口与所述气基竖炉的高温炉顶气出口相连;
压缩机,具有净化炉顶气入口和压缩炉顶气出口,所述净化炉顶气入口与所述洗涤器的净化炉顶气出口相连;
除氮装置,具有压缩炉顶气入口、净化气出口和富氮气出口,所述压缩炉顶气入口与所述压缩机的压缩炉顶气出口相连;
脱硫脱碳塔,具有净化气入口、第一还原气出口和CO2出口,所述净化气入口与所述脱氮装置的净化气出口相连;
加热炉,具有低温还原气入口和高温还原气出口,所述低温还原气入口与所述脱硫脱碳塔的第一还原气出口相连,所述高温还原气出口与所述气基竖炉的还原气入口相连。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:
逆变换炉,具有H2入口、燃料气入口、第一CO2入口、第二CO2入口和高温混合气体出口,所述第一CO2入口与所述脱硫脱碳塔的CO2出口相连;
间冷器,具有混合气体入口、第二还原气出口和水出口,所述混合气体入口与所述逆变换炉的高温混合气体出口相连,所述第二还原气出口与所述加热炉的低温还原气入口相连。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述系统还包括换热器,所述换热器具有低温H2入口、第一低温CO2入口、第二低温CO2入口、高温混合气体入口、预热H2出口、第一预热CO2出口、第二预热CO2出口和低温混合气体出口,所述第一低温CO2入口与所述脱硫脱碳塔的CO2出口相连,所述高温混合气体入口与所述逆变换炉的高温混合气体出口相连,所述预热H2出口与所述逆变换炉的H2入口相连,所述第一预热CO2出口与所述逆变换炉的第一CO2入口相连,所述第二预热CO2出口与所述逆变换炉的第二CO2入口相连,所述低温混合气体出口与所述间冷器的混合气体出口相连。
4.一种利用权利要求1-3中任一所述系统制备直接还原铁的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
准备氧化物料;
将从所述气基竖炉中排出的高温炉顶气送入所述洗涤器中除尘和脱水,获得净化炉顶气;
将所述净化炉顶气送入所述除氮装置中除氮,获得净化气;
将所述净化气送入所述脱硫脱碳塔中,脱硫脱碳,获得第一还原气;
将所述第一还原气送入所述加热炉中加热,获得高温还原气;
将所述高温还原气送入所述气基竖炉中,用于还原所述氧化物料,获得直接还原铁。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在在于,所述脱硫脱碳塔还会排出CO2,再加入新的CO2,然后在催化剂的作用下,混合CO2与H2进行逆变换反应,再除去反应制得的高温混合气体中的水蒸气,获得第二还原气,将所述第二还原气加热后送入所述气基竖炉中制备直接还原铁。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,将所述高温混合气体与所述混合CO2和所述H2进行换热,回收所述高温混合气体的热量。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述催化剂为铜基催化剂或铁基催化剂。
8.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,将所述第一还原气和所述第二还原气加热至800℃-950℃,再送入所述气基竖炉中,用于制备直接还原铁。
9.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述混合CO2与所述H2的体积比为10-20:80-90。
10.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述混合CO2和所述H2在500℃-700℃的温度下进行逆变换反应。