CN105543437A - 一种两段式气流床铁矿粉还原工艺 - Google Patents
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Abstract
一种二段式气流床铁矿粉还原工艺，是将铁矿粉直接还原分成精还原和粗还原二段进行，在粗还原段主要是利用精还原尾气将经破碎，干燥的铁矿粉用气流床方式送入粗还原炉中，在粗还原炉中铁矿粉中Fe2O3和Fe3O4都被还原为浮土体FeO。在精还原炉中，矿粉均匀下降与气流床煤气发生炉来的高温煤气或天然气重整得到的高温煤气相结合，在900℃到1100℃范围内，矿粉中的浮土体FeO和煤气中的氢和一氧化碳相结合，还原出单质铁。本发明可以较大幅度节能减排，而且排放的二氧化碳可以大部分回收利用，消耗水量，可以控制在0.5T/T以下水平，硫磺95％以上，可回收利用；没有二氧化硫和氮氧化物的排放，废渣和灰尘全部回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种非高炉炼铁技术，尤其是一种两段式气流床铁矿粉还原工艺。
背景技术
高炉炼铁技术已有数千年历史，目前已经是比较成熟先进的生产工艺流程，由于高炉炼铁消耗大量昂贵的焦煤，较高的能耗，近年来，全世界冶金工作者都在探讨研究非高炉炼铁工艺。
目前，我国宝钢引进国外煤基直接熔融还原铁工艺、燃料比800kgce/T，其中20％是焦炭；韩国“FINEX”的煤比700kgce/T左右；我国煤基直接还原铁能耗大多数在800kgce/T以上，个别企业在1000kgce/T左右，非高炉炼铁能耗高主要原因是产生大量高热值煤气没有得到科学利用，多数是将煤气转换电能，而煤气转变电能的能源利用效率只有32％-45％。因此，有关部门已经建议我国不宜再上非高炉炼铁项目。
发明内容
本发明的目的是为解决上述现有技术存在的问题，而提供一种两段式气流床铁矿粉还原工艺，该工艺是将煤制气(或者用天然气、焦炉煤气重整后的煤气)和两段式气流床矿粉还原工艺相结合，由煤气和铁矿粉直接生产还原纯铁粉，供电弧炉、工频感应炉冶炼超纯净钢原料；也可以代替废钢供转炉使用。
采用的技术方案是：
一种两段式气流床铁矿粉还原工艺，其特征是将铁矿粉直接还原分成精还原和粗还原二段进行；其工艺过程如下：
首先，将干煤粉经过气流床煤气发生炉制成煤气(或用天然气重整)，煤气温度要求大于1200℃小于1450℃，压力≥0.3MPa，煤气含氢量VH2＞30％，煤气中(VH2O+VCO2)≯0.5％，煤气经过除尘(也可以不除尘)可直接进入矿粉精还原炉。同时，将待还原铁矿粉，破碎干燥，其水分≯0.1％，并预热到＞100℃，矿粉破碎至100目以下，还原尾气(经过粗除尘)与矿粉相结合形成气流床直接送入粗还原炉。
来自气流床煤气发生炉煤气(或者用天然气重整后煤气)，首先进入精还原炉，经过精还原后，精还原煤气尾气温度大于900℃，小于1100℃，经过粗除尘后，进入粗还原炉。
在粗还原炉中是矿粉第一段还原，该段是将矿粉中Fe2O3和Fe3O4还原为浮士体(FeO)并脱除其中杂质硫，并将矿粉预热到750℃-850℃，经预还原矿粉通过隔轮喂料器，直接进入精还原炉。粗还原后尾气温度大于750℃小于900℃之间，尾气经过余热锅炉降温至250℃-300℃，再经过网袋式除尘器精除尘，除尘下来灰尘就是矿粉还原的产物，返回粗还原炉，除尘尾气经过喷淋塔用氢氧化钠水溶液喷淋处理，脱除煤气中H2S，温度进一步降低到30℃以下，喷淋后的煤气经过脱水，再经变压吸附工艺脱除煤气中二氧化碳，二氧化碳可回收利用，脱碳后煤气进入储罐之中。
经预还原和脱硫矿粉温度在750℃-900℃之间，经过隔轮进入精还原炉、隔轮可控、可调速、确保进料均匀，在精还原炉中是矿粉第二段还原，浮土体(FeO)被还原为金属纯铁粉，还原后纯铁温度在900℃-1100℃之间，由于铁粉比重大于脉石粉比重二倍以上，控制还原炉内气体流速大于脉石粉尘的淘析速度，使脉石和铁粉有效分离，脉石粉(含有氧化物)通过精还原炉上部(含煤灰)进入精还原尾气粗除尘脱除，该除尘产物含有少量铁粉，经磁选后，制砖或作他用。
上述的焦炉煤气或者天然气或者其它含甲烷的煤气在参与矿粉直接还原铁之前，要对甲烷进行重整，即将甲烷配入适量水蒸汽一起输入蓄热式卧式热风炉，使CH4+H2O＝CO+3H2反应进行彻底，并同时预热到1200℃以上温度。
上述二段还原过程中，设三处余热锅炉，回收反应过程余热，第一段粗还原煤气尾气余热和精还原后纯铁粉余热回收，以及精还原尾气粗除尘灰尘余热回收，可使余热转换成电能转换效率32％左右。
采用上述二段法工艺还原每吨纯铁粉消耗能量可控制在(286kgce/T铁粉至340kgce/T铁粉)之间。
在还原过程中，煤和矿粉中硫砷等有害杂质都被煤气中氢还原，碱水喷淋处理后，形成硫化物水溶液，再氧化形成单质硫被回收；喷淋碱水可以回收再用。生产每吨纯铁粉可回收0.8-1.35吨二氧化碳，可以变成有价值利用；生产每吨还原铁二氧化碳排放可控制在264kg/T至320kg/T之间。
综上所述，本工艺解决了当前非高炉炼铁工艺中众多难题。
本工艺具有如下优点：
1、还原气体的适用品种广泛，既可以利用劣质煤制煤气还原，也可以用天然气、焦炉煤气重整后还原。
2、铁矿粉适用的品种广泛，既可以用高品位铁矿粉，也可以用低品位铁矿粉，特别是赤铁矿和褐铁矿。
3、本工艺没有炼焦煤的消耗。
4、可以较大幅度节能减排，而且排放的二氧化碳可以大部分回收利用，消耗水量，可以控制在0.5T/T以下水平，硫磺95％以上，可回收利用；没有二氧化硫和氮氧化物的排放，废渣和灰尘全部回收利用。
5、综合成本所有铁还原技术都有大幅度降低。
6、该工艺，煤气可以回收反复利用，煤气利用率高。
具体实施方式
本例是以气化中煤作为还原气体的工艺，以年产150万吨还原铁为目标的流程。
首先将150t/h中煤制成煤粉，52500Nm3/h纯氧和30t/h的水蒸汽经过蓄热式卧式高温热风炉加热到1350℃-1400℃，干煤粉和高温纯氧、水蒸汽经过气流床煤气发生炉制成煤气(或用天然气重整)，煤气温度1300℃-1350℃，压力0.85MPa，煤气含氢量VH2＝40％，煤气中(VH2O+VCO2)＝0.4％，煤气经过除尘(也可以不除尘)直接进入矿粉精还原炉。同时，将待还原铁矿粉324t/h，破碎干燥，其水分0.07-0.09％，并预热到110℃-130℃，矿粉破碎至200目，还原尾气(经过粗除尘)与矿粉相结合形成气流床直接送入粗还原炉。
来自气流床煤气发生炉煤气(或者用天然气、焦炉煤气重整后的煤气)，首先进入精还原炉，经过精还原后，精还原煤气尾气温度950℃-1050℃，经过粗除尘后，进入粗还原炉。
粗还原炉中的还原是第一段还原，该段是将矿粉中Fe2O3和Fe3O4还原为浮士体(FeO)并脱除其中硫、磷杂质，并将矿粉预热到770℃-850℃，经预还原矿粉通过隔轮喂料器，直接进入精还原炉。粗还原后尾气温度790℃小于700℃之间，尾气经过余热锅炉降温至270℃-280℃，再经过不锈钢丝网袋式除尘器精除尘，除尘下来灰尘返回粗还原炉，除尘尾气经过喷淋塔用氢氧化钠水溶液喷淋处理，脱除煤气中H2S和磷的氧化物，温度进一步降低到25℃以下，煤气经过脱水，再经变压吸附工艺脱除煤气中二氧化碳，二氧化碳可回收利用，脱碳后煤气进入储罐之中。储罐中的煤气通过管道再经煤气压缩机，压缩至1.2MPa(相当煤气产量的1.4倍)，经卧式蓄热式热风炉重整，加热至1350℃-1400℃送回煤气炉之中。
经预还原和脱硫矿粉温度在770℃-850℃之间，经过隔轮进入精还原炉、隔轮可控、可调速、确保进料均匀，在精还原炉中(第二段矿粉还原浮土体(FeO)，被还原为金属纯铁粉，还原后纯铁温度在950℃-1050℃之间，由于铁粉比重大于脉石粉比重二倍以上，适当控制还原炉内气体流速大于脉石粉尘的淘析速度，使脉石和铁粉有效分离，脉石粉(含有氧化物)通过精还原炉上部(含煤灰)，进入精还原尾气粗除尘脱除，该除尘产物含有少量铁粉，应磁选后，制砖或作他用。
在二段还原过程中，设三处余热锅炉，回收反应过程显热，第一段粗还原煤气尾气显热和精还原后纯铁粉显热回收，以及精还原尾气粗除尘灰尘显热回收，可使余热转换成电能转换效率32％左右。
实施的工艺参数如下：
装置主要消耗指标年产150万吨/年
每小时消耗中煤量：150T/h
每小时消耗纯氧：52500NM3/h
每小时消耗水蒸汽：30T/h
每小时消耗矿粉：324T/h
每小时产纯铁量：200T/h
每小时发电量：85MW·h(200)
装置自耗电量：29240KW·h
每吨还原铁综合能耗：325kgce/T
每小时产煤灰量(含矿石脉石量)：184T/h
每小时回收硫磺：503.7kg/h
硫磺回收率：95％。
Claims (2)
1.一种二段式气流床铁矿粉还原工艺，其特征在于该工艺是将铁矿粉直接还原分成精还原和粗还原二段进行，其工艺过程如下：
首先，将干煤粉经过气流床煤气发生炉制成煤气，煤气温度要求大于1200℃小于1450℃，压力≥0.3MPa，煤气含氢量VH2＞30％，煤气中二氧化碳和水(VH2O+VCO2)≯0.5％，煤气经过除尘进入矿粉精还原炉，同时，将待还原铁矿粉，破碎干燥，其水分≯0.1％，并预热到＞100℃，矿粉破碎至100目以下，还原尾气经过粗除尘与矿粉相结合形成气流床直接送入粗还原炉；
来自气流床煤气发生炉煤气，首先进入精还原炉，经过精还原后，精还原煤气尾气温度大于900℃，小于1100℃，经过粗除尘后，进入粗还原炉；
在粗还原炉中是矿粉第一段还原，该段是将矿粉中Fe2O3和Fe3O4还原为浮士体(FeO)并脱除其中杂质硫，并将矿粉预热到750℃-850℃，经预还原矿粉通过隔轮喂料器，直接进入精还原炉，粗还原后尾气温度大于750℃小于900℃之间，尾气经过余热锅炉降温至250℃-300℃，再经过网袋式除尘器精除尘，除尘下来灰尘就是矿粉还原的产物，返回粗还原炉，除尘尾气经过喷淋塔用氢氧化钠水溶液喷淋处理，脱除煤气中H2S，温度进一步降低到30℃以下，喷淋后的煤气经过脱水，再经变压吸附工艺脱除煤气中二氧化碳，脱碳后煤气进入储罐之中；
经预还原和脱硫矿粉温度在750℃-900℃之间，经过隔轮进入精还原炉，在精还原炉中是矿粉第二段还原，浮土体(FeO)被还原为金属纯铁粉，还原后纯铁温度在900℃-1100℃之间，控制还原炉内气体流速大于脉石粉尘的淘析速度，使脉石和铁粉有效分离，还原后的铁粉沉降到精还原炉下部锁斗中排出，脉石粉随尾气进入尾气除尘罐中，经过高温粗除尘的尾气进入粗还原炉中。
2.根据权利要求1所述的一种二段式气流床铁矿粉还原工艺，其特征在于所述的焦炉煤气或者天然气或者其它含甲烷的煤气在参与矿粉直接还原铁之前，要对甲烷进行重整，即将甲烷配入适量水蒸汽一起输入蓄热式卧式热风炉，使CH4+H2O＝CO+3H2反应进行彻底，并同时预热到1200℃以上温度。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110578029A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-17 | 山东大学 | 一种两段式下降气流床炼铁***及炼铁工艺 |
| CN111961784A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-20 | 山东大学 | 一种铁矿粉鼓泡床还原反应的方法与*** |
| CN113403440A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-09-17 | 张振逵 | 无病毒海绵铁氢炭钢材产业链制取工艺及设备 |
| CN115261542A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-11-01 | 山东祥桓环境科技有限公司 | 一种煤粉与矿粉短流程冶炼的循环流化床直还原方法及工艺 |
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2012
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