适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置及工艺的制作方法

本发明涉及竖炉直接还原铁，具体涉及一种适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置及工艺。

背景技术：

1、受自然资源限制，我国氢基竖炉直接还原铁生产中，目前原料气以焦炉煤气为主，所建设项目均采用hyl-zr工艺，核心工艺及装备为成套进口。该工艺以焦炉煤气为原料，配置加热炉，焦炉煤气的重整反应及还原反应均在竖炉内完成，该工艺取消了炉外催化重整，避免了焦炉煤气中硫造成催化剂中毒。

2、然而，该工艺竖炉内重整不可控，重整转化率较低，进入竖炉中的总气体量更多，压力不变时效率降低。

技术实现思路

1、为了解决焦炉煤气重整效率低的问题，本发明提出了一种适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置及工艺。

2、根据本发明的适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置，至少包括：顺次相连的氧化转化炉、加热炉以及还原炉，氧化转化炉用于同时通入氧气、预热后的焦炉煤气以及co2以得到高温转化气，高温转化气的余热至少用于对焦炉煤气进行预热；加热炉至少用于对经余热利用后的高温转化气进行加热以获得热还原气，热还原气进入还原炉对其中的铁氧化物进行还原，以产出直接还原铁供给其它冶炼工序，并同时产出顶煤气。

3、进一步地，适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置还包括位于氧化转化炉与加热炉之间的脱水装置，脱水装置用于脱除经余热利用后的高温转化气中的水蒸气后得到转化气，转化气进入加热炉以获得热还原气。

4、进一步地，适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置还包括co2脱除装置，还原炉产出的顶煤气至少部分加压后进入co2脱除装置进行co2脱除处理，以得到脱co2煤气和co2，脱co2煤气与转化气一同引入加热炉，co2部分引入氧化转化炉，部分作为气源或原料供其它用户使用；还原炉产出的顶煤气的剩余部分引入加热炉作为燃料使用。

5、进一步地，作为燃料进入加热炉的顶煤气与空气一同预热后进入加热炉，预热的热量来源为加热炉燃烧产出的高温烟气。

6、进一步地，加热炉与还原炉之间连通有用于输送热还原气的输送管路，输送管路上连通有注氧管路，注氧管路用于向输送管路内输入氧气以再次提升热还原气的温度。

7、根据本发明的适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产工艺，包括：采用焦炉煤气、氧气以及co2一起通入氧化转化炉，进行非催化氧化转化以获得高温转化气，将高温转化气的余热至少用于对焦炉煤气进行预热；对经余热利用的高温转化气进行加热后用于对铁氧化物进行还原，以产出直接还原铁和煤气。

8、进一步地，对经余热利用的高温转化气进行脱水处理后再进行加热，以用于对铁氧化物进行还原。

9、进一步地，适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产工艺还包括：将至少部分煤气进行co2脱除处理，以得到脱co2煤气和co2，将脱co2煤气与进行脱水处理后的转化气一同进行加热形成热还原气，将co2部分引入氧化转化炉，部分作为气源或原料供其它用户使用；将剩余部分的煤气作为加热转化气和脱co2煤气的燃料使用。

10、进一步地，作为燃料的煤气与空气一同预热后再对转化气和脱co2煤气进行加热。

11、进一步地，对热还原气进行二次加热后再用于对铁氧化物进行还原。

12、与传统的直接还原铁生产工艺相比，本发明的适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置及工艺具有以下优点：

13、1)所采用的氧化转化炉不使用催化剂，对于含硫量高的焦炉煤气均适用，避免了催化重整工艺催化剂易中毒的难题；

14、2)氧化转化过程为直接燃烧供热，热效率高、能源消耗低、转化效率高；

15、3)对高温转化气的余热进行了充分地利用，一方面可以为焦炉煤气预热提供热量，另一方面可用于产生水蒸气供本工艺系统使用(如，供氧化转化炉蒸气、供co2脱除装置工作等)，此外还可以用作所需的其它用途，以最大程度地提高能源利用率；

16、4)与焦炉煤气一同进入氧化转化炉的还有co2气体，co2气体的来源可为co2脱除装置脱除的co2，实现了co2循环利用的同时，保证了焦炉煤气转化为还原气的效率，即提高了重整效率，提高了能源利用率；

17、5)引入co2脱除装置，能够得到较高纯度的煤气和co2，对较高纯度的煤进行循环利用，提高了还的炉煤气利用效率，降低能源消耗、减少碳排放，co2部分引入氧化转化炉，部分可作为气源或原料供其它用户点使用；

18、6)氧化转化炉进行氧化转化反应、加热炉进行加热和燃烧以及顶煤气净化处理过程中均采用了余热利用技术，对工艺气体及加热系统烟气余热进行充分利用，提高了能源利用率，直接或间接减少碳排放量；

19、7)整个生产工艺引入了氧化转化炉、co2脱除装置、顶煤气循环利用、余热利用、加热、加压系统等工艺装备与技术，通过合理配置，可综合实现各系统间的衔接与平衡，从而最大程度地实现直接还原铁碳循环利用及节能减碳的目标。

技术特征：

1.一种适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置，其特征在于，至少包括：顺次相连的氧化转化炉、加热炉以及还原炉，所述氧化转化炉用于同时通入氧气、预热后的焦炉煤气以及co2以得到高温转化气，所述高温转化气的余热至少用于对所述焦炉煤气进行预热；所述加热炉至少用于对经余热利用后的所述高温转化气进行加热以获得热还原气，所述热还原气进入所述还原炉对其中的铁氧化物进行还原，以产出直接还原铁供给其它冶炼工序，并同时产出顶煤气。

2.根据权利要求1所述的适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置，其特征在于，所述适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置还包括位于所述氧化转化炉与所述加热炉之间的脱水装置，所述脱水装置用于脱除经余热利用后的所述高温转化气中的水蒸气后得到转化气，所述转化气进入所述加热炉以获得所述热还原气。

3.根据权利要求2所述的适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置，其特征在于，所述适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置还包括co2脱除装置，所述还原炉产出的顶煤气至少部分加压后进入所述co2脱除装置进行co2脱除处理，以得到脱co2煤气和co2，所述脱co2煤气与所述转化气一同引入所述加热炉，所述co2部分引入所述氧化转化炉，部分作为气源或原料供其它用户使用；所述还原炉产出的顶煤气的剩余部分引入所述加热炉作为燃料使用。

4.根据权利要求3所述的适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置，其特征在于，作为燃料进入所述加热炉的顶煤气与空气一同预热后进入所述加热炉，预热的热量来源为所述加热炉燃烧产出的高温烟气。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置，其特征在于，所述加热炉与所述还原炉之间连通有用于输送所述热还原气的输送管路，所述输送管路上连通有注氧管路，所述注氧管路用于向所述输送管路内输入氧气以再次提升所述热还原气的温度。

6.一种适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产工艺，其特征在于，包括：采用焦炉煤气、氧气以及co2一起通入氧化转化炉，进行非催化氧化转化以获得高温转化气，将所述高温转化气的余热至少用于对所述焦炉煤气焦炉煤气进行预热；对经余热利用的所述高温转化气进行加热后用于对铁氧化物进行还原，以产出直接还原铁和煤气。

7.根据权利要求6所述的适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产工艺，其特征在于，对经余热利用的所述高温转化气进行脱水处理后再进行加热，以用于对铁氧化物进行还原。

8.根据权利要求7所述的适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产工艺，其特征在于，还包括：将至少部分所述煤气进行co2脱除处理，以得到脱co2煤气和co2，将所述脱co2煤气与进行脱水处理后的转化气一同进行加热形成热还原气，将所述co2部分引入所述氧化转化炉，部分作为气源或原料供其它用户使用；将剩余部分的所述煤气作为加热所述转化气和所述脱co2煤气的燃料使用。

9.根据权利要求8所述的适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产工艺，其特征在于，作为燃料的所述煤气与空气一同预热后再对所述转化气和所述脱co2煤气进行加热。

10.根据权利要求8所述的适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产工艺，其特征在于，对所述热还原气进行二次加热后再用于对铁氧化物进行还原。

技术总结本发明属于竖炉直接还原铁技术领域，公开了一种适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置及工艺。该装置至少包括：顺次相连的氧化转化炉、加热炉以及还原炉，氧化转化炉用于同时通入氧气、预热后的焦炉煤气以及CO<subgt;2</subgt;以得到高温转化气，高温转化气的余热至少用于对焦炉煤气进行预热；加热炉至少用于对经余热利用后的高温转化气进行加热以获得热还原气，热还原气进入还原炉对其中的铁氧化物进行还原，以产出直接还原铁供给其它冶炼工序，并同时产出顶煤气。本发明的适用于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原铁生产装置及工艺提高了焦炉煤气的重整效率，降低了生产成本。技术研发人员：魏钦帅,罗凯,宿立伟,刘志宏受保护的技术使用者：中冶东方工程技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2