氣基豎爐制備海綿鐵的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了氣基豎爐制備海綿鐵的方法，包括：(1)向氣基豎爐內(nèi)加入氧化球團(tuán)，氣基豎爐具有還原段和冷卻段；(2)將第一還原氣體進(jìn)行提氫處理得到氫氣和富一氧化碳?xì)怏w；(3)將第二還原氣體和氫氣混合并進(jìn)行加熱處理得到熱態(tài)還原氣；(4)將熱態(tài)還原氣輸送至還原段內(nèi)，并與氧化球團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng)得到海綿鐵和爐頂氣；(5)將富一氧化碳?xì)怏w輸送至冷卻段內(nèi)，以便使富一氧化碳?xì)怏w與冷卻段內(nèi)的海綿鐵進(jìn)行熱交換和滲碳反應(yīng)后向上進(jìn)入還原段；(6)將爐頂氣依次分別進(jìn)行洗滌冷卻處理、壓縮處理和脫硫脫碳處理得到未反應(yīng)的還原氣；(7)將未反應(yīng)的還原氣的一部分與第一還原氣體混合；(8)另一部分與第二還原氣體混合。利用該方法可以有效降低氣基豎爐直接還原工藝的能耗。
【專利說(shuō)明】氣基豎爐制備海綿鐵的方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，本發(fā)明涉及氣基豎爐制備海綿鐵的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]海綿鐵是代替廢鋼并優(yōu)于廢鋼的煉鋼原料，可稀釋廢鋼中雜質(zhì)元素成分，為電爐煉鋼提供必不可少的純凈鐵原料，進(jìn)而為高端裝備制造企業(yè)生產(chǎn)重要產(chǎn)品提供優(yōu)質(zhì)坯鑄件，是發(fā)展裝備制造業(yè)的重要原材料。
[0003]目前，世界上75%以上的海綿鐵采用氣基豎爐法生產(chǎn)，其中典型的工藝為MIDREX工藝、HYL III (Energiron)工藝和PERED工藝。海綿鐵的出料方式有兩種，即熱出料生產(chǎn)熱壓塊(HBI)和熱態(tài)海綿鐵(HDRI)，以及冷出料生產(chǎn)冷態(tài)海綿鐵(CDRI)。熱出料的產(chǎn)品只適合直接還原鐵廠和電爐廠距離很近的大型綜合鋼鐵企業(yè)，而絕大多數(shù)直接還原廠不具備這種條件，因此產(chǎn)品需要冷出料，避免海綿鐵再氧化，以保證海綿鐵的質(zhì)量。這種方法采取在豎爐下部冷卻段通入冷卻氣體，將海綿鐵冷卻至50°C以下再排出。同時(shí)在冷卻段進(jìn)行滲碳，以減輕熔分單元的能耗負(fù)擔(dān)。
[0004]豎爐冷卻段通過(guò)冷卻洗滌塔和壓縮機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)海綿鐵的冷卻降溫。室溫的天然氣和循環(huán)冷煤氣混合，經(jīng)壓縮機(jī)加壓后進(jìn)入冷卻段下部，在氣體上升過(guò)程中與由上而下運(yùn)動(dòng)的海綿鐵進(jìn)行熱交換，并進(jìn)行滲碳反應(yīng)。然后，吸收了海綿鐵熱量的冷卻氣由冷卻段上部排除，經(jīng)冷卻洗滌塔后，與補(bǔ)充的天然氣混合，經(jīng)壓縮機(jī)加壓后再次進(jìn)入冷卻段下部，形成冷卻氣小循環(huán)。這種方法存在四個(gè)問(wèn)題:(1)由于還原氣體從還原段底部進(jìn)入豎爐，而海綿鐵的顯熱沒(méi)有得到利用，因此還原氣加熱設(shè)備規(guī)模大、能耗高。(2)還原氣體從還原段底部圍管進(jìn)入豎爐，還原氣體很難到達(dá)豎爐中心，還原氣流分布不均勻。(3)鐵礦石中的硫元素容易進(jìn)入豎爐爐頂氣，循環(huán)利用豎爐爐頂氣需要加設(shè)脫硫裝置。(4)由于循環(huán)冷卻氣中H2/一氧化碳的值比較高，氣體中一氧化碳含量比較低，海綿鐵滲碳效果不是十分理想。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種氣基豎爐制備海綿鐵的方法。利用該方法和系統(tǒng)可以有效降低氣基豎爐直接還原工藝的能耗，使還原氣氣流分布和溫度分布均勻，減輕豎爐爐頂氣脫硫設(shè)備的負(fù)擔(dān)，增加海綿鐵的滲碳量，降低熔分工藝的能耗等現(xiàn)有氣基豎爐直接還原工藝中的幾大主要問(wèn)題。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種氣基豎爐制備海綿鐵的方法，包括:
[0007](I)向所述氣基豎爐內(nèi)加入氧化球團(tuán)，其中，所述氣基豎爐具有還原段和冷卻段，所述還原段位于所述冷卻段的上方；
[0008](2)將第一還原氣體進(jìn)行提氫處理，以便得到氫氣和富一氧化碳?xì)怏w；
[0009](3)將第二還原氣體和所述氫氣混合并進(jìn)行加熱處理，以便得到熱態(tài)還原氣；
[0010](4)將所述熱態(tài)還原氣從所述還原段送至所述氣基豎爐內(nèi)，使所述熱態(tài)還原氣與所述氧化球團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng)，以便得到海綿鐵和爐頂氣；
[0011](5)將所述富一氧化碳?xì)怏w從所述冷卻段輸送至所述氣基豎爐內(nèi)，以便使所述富一氧化碳?xì)怏w與所述冷卻段內(nèi)的所述海綿鐵進(jìn)行熱交換和滲碳反應(yīng)后向上進(jìn)入所述還原段并進(jìn)行所述還原反應(yīng)；
[0012](6)將步驟(4)中得到的所述爐頂氣依次分別進(jìn)行洗滌冷卻處理、壓縮處理和脫硫脫碳處理，以便得到未反應(yīng)的還原氣。
[0013](7)在進(jìn)行步驟(2)之前，將所述未反應(yīng)的還原氣的一部分與所述第一還原氣體混合；
[0014](8)在進(jìn)行步驟(3)之前，將所述未反應(yīng)的還原氣的另一部分與所述第二還原氣體混合。
[0015]因此，利用本發(fā)明上述實(shí)施例氣基豎爐制備海綿鐵的方法可以有效降低氣基豎爐直接還原工藝的能耗，使還原氣氣流分布和溫度分布均勻，減輕豎爐爐頂氣脫硫設(shè)備的負(fù)擔(dān)，增加海綿鐵的滲碳量，降低熔分工藝的能耗等現(xiàn)有氣基豎爐直接還原工藝中的幾大主要問(wèn)題。
[0016]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(2)中得到的所述富一氧化碳?xì)怏w中一氧化碳含量不小于70體積％。
[0017]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(5)中進(jìn)入所述還原段的所述富一氧化碳?xì)怏w的溫度為850?900攝氏度。由此可以直接進(jìn)入還原段進(jìn)行還原反應(yīng)，還可以提高還原段內(nèi)的溫度和氣流分布均勻度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0018]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(3)中得到的所述熱態(tài)還原氣的溫度為900?1000攝氏度。由此較傳統(tǒng)的需要將還原氣加熱至1050?1200攝氏度更加節(jié)省能耗。
[0019]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(5)中將所述富一氧化碳?xì)怏w從所述冷卻段的底端輸送至所述氣基豎爐內(nèi)。由此可以進(jìn)一步提高與海綿鐵的充分接觸，以便充分進(jìn)行熱交換和滲碳反應(yīng)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提出了一種氣基豎爐制備海綿鐵的系統(tǒng)，包括:
[0021]氣基豎爐，所述氣基豎爐具有進(jìn)料口、排料口和爐頂氣出口，所述氣基豎爐具有還原腔室和位于所述還原腔室下方的冷卻腔室，其中，所述還原腔室具有還原氣進(jìn)口、所述冷卻腔室具有冷卻氣進(jìn)口；
[0022]提氫裝置，所述提氫裝置具有進(jìn)氣口、氫氣出口和富一氧化碳?xì)怏w出口，所述富一氧化碳?xì)怏w出口與所述冷卻腔室的冷卻氣進(jìn)口相連；
[0023]加熱爐，所述加熱爐設(shè)置在所述提氫裝置與所述氣基豎爐之間，且分別與所述氫氣出口和所述還原腔室的還原氣進(jìn)口相連；
[0024]洗滌冷卻裝置，所述洗滌冷卻裝置與所述爐頂氣出口相連；
[0025]壓縮裝置，所述壓縮裝置與所述洗滌冷卻裝置相連；以及
[0026]脫硫脫碳裝置，所述脫硫脫碳裝置分別與所述壓縮裝置、所述加熱爐和所述提氫裝置相連。
[0027]因此，利用本發(fā)明上述實(shí)施例氣基豎爐制備海綿鐵的系統(tǒng)可以有效降低氣基豎爐直接還原工藝的能耗，使還原氣氣流分布和溫度分布均勻，減輕豎爐爐頂氣脫硫設(shè)備的負(fù)擔(dān)，增加海綿鐵的滲碳量，降低熔分工藝的能耗等現(xiàn)有氣基豎爐直接還原工藝中的幾大主要問(wèn)題。同時(shí)還可以對(duì)爐頂氣進(jìn)行充分利用，減少還原氣體的使用，降低能耗。
[0028]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述冷卻氣進(jìn)口鄰近所述冷卻腔室的底端。由此可以充分對(duì)海綿鐵進(jìn)行冷卻。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氣基豎爐制備海綿鐵的方法的流程圖。
[0030]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氣基豎爐制備海綿鐵的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0032]下面參考圖1描述本發(fā)明實(shí)施例的氣基豎爐制備海綿鐵的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的氣基豎爐制備海綿鐵的方法包括:
[0033](I)向所述氣基豎爐內(nèi)加入氧化球團(tuán)，其中，氣基豎爐具有還原段和冷卻段，還原段位于冷卻段的上方；
[0034](2)將第一還原氣體進(jìn)行提氫處理，以便得到氫氣和富一氧化碳?xì)怏w；
[0035](3)將第二還原氣體和氫氣混合并進(jìn)行加熱處理，以便得到熱態(tài)還原氣；
[0036](4)將熱態(tài)還原氣從還原段送至氣基豎爐內(nèi)，使熱態(tài)還原氣與氧化球團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng)，以便得到海綿鐵和爐頂氣；以及
[0037](5)將富一氧化碳?xì)怏w從冷卻段輸送至氣基豎爐內(nèi)，以便使富一氧化碳?xì)怏w與冷卻段內(nèi)的海綿鐵進(jìn)行熱交換和滲碳反應(yīng)后向上進(jìn)入還原段并進(jìn)行還原反應(yīng)。
[0038]首先，本發(fā)明將對(duì)還原氣體進(jìn)行提氫處理得到的富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻氣體從冷卻段的底端輸送至氣基豎爐內(nèi)，同時(shí)被預(yù)熱的富一氧化碳?xì)怏w進(jìn)入還原段內(nèi)用于還原反應(yīng)。由于富一氧化碳?xì)怏w中的一氧化碳含量較高，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，富一氧化碳?xì)怏w中一氧化碳含量不小于70體積％，而一氧化碳的比熱容是H2的十分之一，因此冷卻效果更好，一氧化碳?xì)怏w更容易被預(yù)熱。另一方面，富一氧化碳?xì)怏w在冷卻段內(nèi)進(jìn)一步與海綿鐵發(fā)生滲碳反應(yīng)，一氧化碳的滲碳反應(yīng)為放熱反應(yīng)，更加利于冷卻氣體的預(yù)熱。因此，冷卻氣體在豎爐冷卻段經(jīng)熱海綿鐵預(yù)熱后，溫度可達(dá)850?900°C，充分利用了熱態(tài)海綿鐵的顯熱，為整個(gè)工藝流程節(jié)省能耗。由于冷卻氣體預(yù)熱后的溫度高，富氫還原氣只需加熱到900?1000°C，就可以在豎爐還原段形成氧化球團(tuán)還原要求的溫度場(chǎng)，進(jìn)一步減少了整個(gè)工藝流程的能耗。再一方面，由于經(jīng)過(guò)海綿鐵預(yù)熱的富一氧化碳?xì)怏w的溫度可以達(dá)到850?900°C，因此進(jìn)入還原段后可直接進(jìn)行還原反應(yīng)。并且富一氧化碳?xì)怏w是從直徑小的冷卻段進(jìn)入還原段，可以到達(dá)熱態(tài)還原氣不易到達(dá)的還原段中心區(qū)域，由此可以使還原段內(nèi)溫度分布均勻，氣流分布均勻，更加利于產(chǎn)品質(zhì)量的控制。
[0039]其次，由于采用富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻段的冷卻氣體，更加利于冷卻段內(nèi)海綿鐵發(fā)生滲碳反應(yīng)，因此可以顯著提高海綿鐵的碳含量，使其能夠滿足更高的含碳要求，從而降低后續(xù)的熔分處理負(fù)擔(dān)，降低能耗。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施，在步驟(5)中將富一氧化碳?xì)怏w從冷卻段的鄰近底端輸送至所述氣基豎爐內(nèi)。由此可以充分地與海綿鐵接觸發(fā)生滲碳反應(yīng)，同時(shí)降低海綿鐵的問(wèn)題，提高一氧化碳自身的溫度。
[0040]第三，由于采用富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻段的冷卻氣體，在提高海綿鐵碳含量的同時(shí)，消耗了更多冷卻氣中的一氧化碳，進(jìn)而可以降低整個(gè)氣基豎爐內(nèi)的還原氣體的一氧化碳含量，同時(shí)還可以利用冷卻段內(nèi)金屬鐵的催化作用，催化裂解冷卻氣中的甲烷氣體，進(jìn)而對(duì)氣體進(jìn)行重整，進(jìn)一步提高了還原段內(nèi)的還原氣體的h2/co比值，最終提高還原反應(yīng)效率。
[0041]因此，利用本發(fā)明上述實(shí)施例氣基豎爐制備海綿鐵的方法可以有效降低氣基豎爐直接還原工藝的能耗，使還原氣氣流分布和溫度分布均勻，減輕豎爐爐頂氣脫硫設(shè)備的負(fù)擔(dān)，增加海綿鐵的滲碳量，降低熔分工藝的能耗等現(xiàn)有氣基豎爐直接還原工藝中的幾大主要問(wèn)題。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，上述步驟(2)和步驟(3)中的第一和第二還原氣體可以為天然氣、焦?fàn)t煤氣或者煤層氣的重整氣以及煤制氣，其中的H2和一氧化碳的總含量不低于90體積％。由此利用該還原氣體可以進(jìn)一步還原反應(yīng)效率，以便進(jìn)一步提高制備海綿體的效率和產(chǎn)率。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，進(jìn)入還原段內(nèi)首先進(jìn)行還原反應(yīng)的為加熱后的含有第二還原氣體和氫氣的混合熱態(tài)還原氣，其中的氫氣與一氧化碳比值較高，由此可以進(jìn)一步提高還原反應(yīng)效率。同時(shí)經(jīng)過(guò)提氫處理得到的富一氧化碳?xì)怏w首先進(jìn)入冷卻段后，與海綿鐵發(fā)生滲碳反應(yīng)會(huì)消耗部分一氧化碳，發(fā)生滲碳反應(yīng)和預(yù)熱后的高溫一氧化碳會(huì)向上進(jìn)入還原段內(nèi)進(jìn)而與含有第二還原氣體和氫氣的混合熱態(tài)還原氣再次混合并進(jìn)行還原反應(yīng)，由于滲碳反應(yīng)消耗了一部分的一氧化碳，進(jìn)而使得最終進(jìn)入還原段內(nèi)的總還原氣中H2和一氧化碳的總含量在不低于90體積％的前提下，使得H2/C0比值也得到了提高，進(jìn)而更加有助于提聞還原反應(yīng)效率。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，在步驟(3)中，只需將第二還原氣體和氫氣混合并進(jìn)行加熱至900?1000攝氏度得到熱態(tài)還原氣，而傳統(tǒng)的用于氣基豎爐還原反應(yīng)的還原氣的溫度需要達(dá)到1050?1200攝氏度甚至更高，因此本發(fā)明上述實(shí)施例的氣基豎爐制備海綿鐵的方法更加節(jié)省能耗。這是由于經(jīng)過(guò)海綿鐵預(yù)熱的富一氧化碳?xì)怏w的溫度可以達(dá)到850?900°C，不僅進(jìn)入還原段后可直接進(jìn)行還原反應(yīng)，并且富一氧化碳?xì)怏w是從直徑小的冷卻段進(jìn)入還原段，可以到達(dá)熱態(tài)還原氣不易到達(dá)的還原段中心區(qū)域，由此可以使還原段內(nèi)溫度分布均勻，氣流分布均勻，還原反應(yīng)更容易進(jìn)行，因此還原段的熱態(tài)還原氣的溫度無(wú)需過(guò)高，進(jìn)而顯著節(jié)省能耗。而傳統(tǒng)的還原氣是從氣基豎爐還原段進(jìn)入很難到達(dá)還原段的中心區(qū)域，容易導(dǎo)致反應(yīng)不完全，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，因此需要加熱至1000攝氏度以上來(lái)提高還原反應(yīng)程度。
[0044]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，上述氣基豎爐制備海綿鐵的方法包括:
[0045](6)將步驟(4)中得到的爐頂氣依次分別進(jìn)行洗滌冷卻處理、壓縮處理和脫硫脫碳處理，以便得到未反應(yīng)的還原氣。
[0046]由此可以便于進(jìn)一步對(duì)爐頂氣進(jìn)行充分利用，避免浪費(fèi)未反應(yīng)的還原性氣體。此夕卜，通過(guò)對(duì)爐頂氣脫碳環(huán)節(jié)的控制，使二氧化碳脫除率為85%?95%，可以避免豎爐冷卻段大量析碳而導(dǎo)致的球團(tuán)粉化問(wèn)題，并且降低氣體壓力和吸收塔內(nèi)填料的高度，降低了生產(chǎn)成本。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以將上述爐頂氣中得到的未反應(yīng)的還原氣用于氣基豎爐制備海綿鐵。具體地，可以將未反應(yīng)的還原氣分別補(bǔ)入還原段和冷卻段內(nèi)。
[0048]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，上述實(shí)施例的氣基豎爐制備海綿鐵的方法包括:
[0049](7)在進(jìn)行步驟(2)之前，將未反應(yīng)的還原氣的一部分與第一還原氣體混合；
[0050](8)在進(jìn)行步驟(3)之前，將未反應(yīng)的還原氣的另一部分與第二還原氣體混合。
[0051]由此將未反應(yīng)的還原氣分別補(bǔ)入第一還原氣體和第二還原氣體中，節(jié)省能耗。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，為了壓縮機(jī)正常工作，爐頂氣經(jīng)洗滌冷卻處理后的溫度為50攝氏度以下。通常第一和第二還原氣體溫度也為50攝氏度以下。因此，進(jìn)入冷卻段的富一氧化碳?xì)怏w溫度也是50攝氏度以下，進(jìn)而可以對(duì)冷卻段內(nèi)的高溫海綿鐵進(jìn)行冷卻。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，將爐頂氣的一部分經(jīng)過(guò)處理后得到的一氧化碳作為冷卻氣體，可以利用冷卻段內(nèi)的海綿鐵脫除氣體中的硫元素，減輕了工藝中氣體脫硫裝置的負(fù)擔(dān)，不但降低了工藝的生產(chǎn)成本，而且提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提出了一種氣基豎爐制備海綿鐵的系統(tǒng)，下面描述本發(fā)明實(shí)施例的氣基豎爐制備海綿鐵的系統(tǒng)包括:氣基豎爐100、提氫裝置200、加熱爐
300、洗滌冷卻裝置400、壓縮裝置500和脫硫脫碳裝置600。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，氣基豎爐100具有進(jìn)料口 101、排料口 102和爐頂氣出口 103，氣基豎爐100具有還原腔室110和位于還原腔室110下方的冷卻腔室120，其中，還原腔室110具有還原氣進(jìn)口 104、冷卻腔室具有冷卻氣進(jìn)口 105 ;提氫裝置200具有進(jìn)氣口201、氫氣出口 202和富一氧化碳?xì)怏w出口 203，富一氧化碳?xì)怏w出口 203與冷卻腔室的冷卻氣進(jìn)口 105相連；以及加熱爐300設(shè)置在提氫裝置200與氣基豎爐100之間，且分別與氫氣出口 202和還原腔室的還原氣進(jìn)口 104相連。
[0056]首先，根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例的氣基豎爐制備海綿鐵的系統(tǒng)，可以首先利用提氫裝置200將還原氣體進(jìn)行提氫處理得到的富一氧化碳?xì)怏w和氫氣，并將富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻氣體從氣基豎爐冷卻段的底端輸送至氣基豎爐內(nèi)，在冷卻段內(nèi)被預(yù)熱的富一氧化碳?xì)怏w進(jìn)入還原段內(nèi)繼續(xù)用于還原反應(yīng)。而提氫處理得到氫氣則與還原氣一同被加熱后用于還原段內(nèi)的還原反應(yīng)。由于一氧化碳的比熱容是H2的十分之一，因此采用提氫裝置處理得到的富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻氣體的冷卻效果更好，同時(shí)一氧化碳?xì)怏w更容易被預(yù)熱。另一方面，富一氧化碳?xì)怏w在冷卻段內(nèi)還會(huì)進(jìn)一步與海綿鐵發(fā)生滲碳反應(yīng)，一氧化碳的滲碳反應(yīng)為放熱反應(yīng)，更加利于冷卻氣體的預(yù)熱。因此，冷卻氣體在豎爐冷卻段經(jīng)熱海綿鐵預(yù)熱后，溫度可達(dá)850?900°C，充分利用了熱態(tài)海綿鐵的顯熱，為整個(gè)工藝流程節(jié)省能耗。由于冷卻氣體預(yù)熱后的溫度高，富氫還原氣只需加熱到900?1000°C，就可以在豎爐還原段形成氧化球團(tuán)還原要求的溫度場(chǎng)，進(jìn)一步減少了整個(gè)工藝流程的能耗。再一方面，由于經(jīng)過(guò)海綿鐵預(yù)熱的富一氧化碳?xì)怏w的溫度可以達(dá)到850?900°C，因此進(jìn)入還原段后可直接進(jìn)行還原反應(yīng)。并且富一氧化碳?xì)怏w是從直徑小的冷卻段進(jìn)入還原段，可以到達(dá)熱態(tài)還原氣不易到達(dá)的還原段中心區(qū)域，由此可以使還原段內(nèi)溫度分布均勻，氣流分布均勻，更加利于產(chǎn)品質(zhì)量的控制。
[0057]其次，采用提氫裝置處理得到的富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻段的冷卻氣體，更加利于冷卻段內(nèi)海綿鐵發(fā)生滲碳反應(yīng)，因此可以顯著提高海綿鐵的碳含量，使其能夠滿足更高的含碳要求，從而降低后續(xù)的熔分處理負(fù)擔(dān)，降低能耗。
[0058]第三，采用提氫裝置處理得到的采用富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻段的冷卻氣體，在提高海綿鐵碳含量的同時(shí)，會(huì)消耗了更多冷卻氣中的一氧化碳，進(jìn)而可以降低整個(gè)氣基豎爐內(nèi)的還原氣體的一氧化碳含量，同時(shí)還可以利用冷卻段內(nèi)金屬鐵的催化作用，催化裂解冷卻氣中的甲烷氣體，進(jìn)而對(duì)氣體進(jìn)行重整，進(jìn)一步提高了還原段內(nèi)的還原氣體的h2/co比值，最終提高還原反應(yīng)效率。
[0059]因此，利用本發(fā)明上述實(shí)施例氣基豎爐制備海綿鐵的系統(tǒng)可以有效降低氣基豎爐直接還原工藝的能耗，使還原氣氣流分布和溫度分布均勻，減輕豎爐爐頂氣脫硫設(shè)備的負(fù)擔(dān)，增加海綿鐵的滲碳量，降低熔分工藝的能耗等現(xiàn)有氣基豎爐直接還原工藝中的幾大主要問(wèn)題。
[0060]如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的氣基豎爐制備海綿鐵的系統(tǒng)中的洗滌冷卻裝置400與爐頂氣出口 103相連，壓縮裝置500洗滌冷卻裝置400相連，壓縮裝置500與脫硫脫碳裝置600相連。由此通過(guò)上述裝置可以對(duì)從還原段110內(nèi)排出的爐頂氣進(jìn)行凈化和脫硫脫碳處理，進(jìn)而得到未反應(yīng)的還原氣，以便于進(jìn)一步對(duì)爐頂氣中未反應(yīng)的還原氣進(jìn)行回收利用。
[0061]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，脫硫脫碳裝置600分別與加熱爐300和提氫裝置200相連。進(jìn)而可以將未反應(yīng)的還原氣分別補(bǔ)入加熱爐300和提氫裝置200，由此充分利用爐頂氣中未反應(yīng)的還原氣可以節(jié)省部分還原氣體，節(jié)省能耗，降低成本。其中，將未反應(yīng)的還原氣的一部分補(bǔ)入提氫裝置200，經(jīng)過(guò)提氫處理后得到的氫氣和一氧化碳分別用于還原段110內(nèi)的還原反應(yīng)和冷卻段120內(nèi)的海綿鐵的冷卻和滲碳反應(yīng)。由此通過(guò)充分利用爐頂氣中未反應(yīng)的還原氣可以節(jié)省部分還原氣體，節(jié)省能耗，降低成本。另外在對(duì)海綿鐵進(jìn)行冷卻和滲碳反應(yīng)的同時(shí)還可以脫去冷卻氣體中的硫，進(jìn)而減輕豎爐爐頂氣脫硫設(shè)備的負(fù)擔(dān)。
[0062]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，冷卻氣進(jìn)口 105鄰近冷卻腔室120的底端。由此可以將富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻氣從冷卻腔室120的底端進(jìn)入，由此可以使得海綿鐵能夠充分地與一氧化碳接觸，提高冷卻效果和滲碳效果。
[0063]實(shí)施例
[0064]如圖1-2所示，將新鮮還原氣體分為兩部分，一部分經(jīng)過(guò)氣體提氫裝置，將這部分氣體分為氫氣和富一氧化碳?xì)怏w，將其中的氫氣與新鮮還原氣體的另一部分一同通入氣體加熱爐進(jìn)行加熱至900?1000攝氏度，然后從豎爐還原段底部的圍管進(jìn)入豎爐還原段內(nèi)與從豎爐上部進(jìn)入的氧化球團(tuán)進(jìn)行還原反應(yīng)。富一氧化碳?xì)怏w從通入豎爐冷卻段底部，與熱態(tài)海綿鐵進(jìn)行熱交換，并且在豎爐冷卻段內(nèi)將海綿鐵冷卻到50°C以下，同時(shí)進(jìn)行滲碳反應(yīng)消耗一部分一氧化碳。這部分富一氧化碳?xì)怏w在豎爐的冷卻段內(nèi)被加熱至850?900攝氏度，并繼續(xù)向上流動(dòng)進(jìn)入還原段，并在還原段內(nèi)與圍管進(jìn)入的富氫熱還原氣混合，共同還原氧化球團(tuán)，從冷卻段進(jìn)入還原段的富一氧化碳?xì)怏w可以到達(dá)還原段的中心區(qū)域，進(jìn)而可以使得還原段內(nèi)的溫度和氣流分布均勻，還原反應(yīng)容易進(jìn)行。
[0065]還原段內(nèi)產(chǎn)生的爐頂氣從豎爐爐頂氣出口排出。將排出的爐頂氣進(jìn)行洗滌冷卻處理、壓縮處理和脫硫脫碳處理后得到未反應(yīng)的還原氣，將未反應(yīng)的還原氣分別通入加熱爐和提氫裝置內(nèi)，以便分別用于還原段內(nèi)的還原反應(yīng)和對(duì)冷卻段內(nèi)的海綿鐵進(jìn)行冷卻處理。節(jié)省了部分新鮮還原氣體。
[0066]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0067]此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。
[0068]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0069]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)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觸，或第一和第二特征通過(guò)中間媒介間接接觸。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，或僅僅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，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0070]在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。
[0071]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種氣基豎爐制備海綿鐵的方法，其特征在于，包括: (1)向所述氣基豎爐內(nèi)加入氧化球團(tuán)，其中，所述氣基豎爐具有還原段和冷卻段，所述還原段位于所述冷卻段的上方； (2)將第一還原氣體進(jìn)行提氫處理，以便得到氫氣和富一氧化碳?xì)怏w； (3)將第二還原氣體和所述氫氣混合并進(jìn)行加熱處理，以便得到熱態(tài)還原氣； (4)將所述熱態(tài)還原氣從所述還原段送至所述氣基豎爐內(nèi)，使所述熱態(tài)還原氣與所述氧化球團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng)，以便得到海綿鐵和爐頂氣； (5)將所述富一氧化碳?xì)怏w從所述冷卻段輸送至所述氣基豎爐內(nèi)，以便使所述富一氧化碳?xì)怏w與所述冷卻段內(nèi)的所述海綿鐵進(jìn)行熱交換和滲碳反應(yīng)后向上進(jìn)入所述還原段并進(jìn)行所述還原反應(yīng)； (6)將步驟(4)中得到的所述爐頂氣依次分別進(jìn)行洗滌冷卻處理、壓縮處理和脫硫脫碳處理，以便得到未反應(yīng)的還原氣； (7)在進(jìn)行步驟(2)之前，將所述未反應(yīng)的還原氣的一部分與所述第一還原氣體混合； (8)在進(jìn)行步驟(3)之前，將所述未反應(yīng)的還原氣的另一部分與所述第二還原氣體混八口 ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中得到的所述富一氧化碳?xì)怏w中一氧化碳含量不小于70體積％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)中進(jìn)入所述還原段的所述富一氧化碳?xì)怏w的溫度為850?900攝氏度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中得到的所述熱態(tài)還原氣的溫度為900?1000攝氏度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中將所述富一氧化碳?xì)怏w從所述冷卻段的鄰近底端處輸送至所述氣基豎爐內(nèi)。
6.一種氣基豎爐制備海綿鐵的系統(tǒng)，其特征在于，包括: 氣基豎爐，所述氣基豎爐具有進(jìn)料口、排料口和爐頂氣出口，所述氣基豎爐具有還原腔室和位于所述還原腔室下方的冷卻腔室，其中，所述還原腔室具有還原氣進(jìn)口、所述冷卻腔室具有冷卻氣進(jìn)口； 提氫裝置，所述提氫裝置具有進(jìn)氣口、氫氣出口和富一氧化碳?xì)怏w出口，所述富一氧化碳?xì)怏w出口與所述冷卻腔室的冷卻氣進(jìn)口相連； 加熱爐，所述加熱爐設(shè)置在所述提氫裝置與所述氣基豎爐之間，且分別與所述氫氣出口和所述還原腔室的還原氣進(jìn)口相連； 洗滌冷卻裝置，所述洗滌冷卻裝置與所述爐頂氣出口相連； 壓縮裝置，所述壓縮裝置與所述洗滌冷卻裝置相連；以及 脫硫脫碳裝置，所述脫硫脫碳裝置分別與所述壓縮裝置、所述加熱爐和所述提氫裝置相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻氣進(jìn)口鄰近所述冷卻腔室的底端。
【文檔編號(hào)】C21B13/02GK104293998SQ201410345661
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】吳道洪, 張奔, 李志遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:北京神霧環(huán)境能源科技集團(tuán)股份有限公司