CN106834585A - 制备海绵铁的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备海绵铁的***和方法，该***包括：热解装置，所述热解装置具有低阶煤入口、布料气入口、第一热解油气出口、第二热解油气出口和半焦出口；气基竖炉，所述气基竖炉具有铁矿石入口、热解油气入口、炉顶气出口和海绵铁出口；炉顶气净化单元，所述炉顶气净化单元具有炉顶气入口、热解油出口、燃料出口和净化炉顶气出口；加热装置，所述加热装置具有燃料入口、净化炉顶气入口和预热后净化炉顶气出口。该***可充分利用价格低廉的低阶煤生产还原铁矿石用的还原气，得到金属化率不低于90％的海绵铁，同时可显著降低整个***的能耗，提高***的经济性。

Description

制备海绵铁的***和方法

技术领域

本发明属于直接还原炼铁技术领域，具体而言，本发明涉及制备海绵铁的***和方法。

背景技术

直接还原铁(DRI)又称海绵铁，是铁矿石在低于熔化温度下直接还原得到的含铁产品。海绵铁是一种废钢的代用品，是电炉炼纯净钢、优质钢不可缺少的杂质稀释剂，是转炉炼钢优质的冷却剂，是发展钢铁冶金短流程不可或缺的原料。2015年，全世界直接还原铁的年产量达7520万吨，创历史新高。我国将直接还原工艺列为钢铁工业发展的主要方向之一。

生产直接还原铁的工艺称为直接还原法，属于非高炉炼铁工艺，分为气基法和煤基法两大类。其中气基法具有能耗低、污染小、产品质量稳定等特点。目前世界范围内，76％的直接还原铁是通过气基法生产，主要以天然气为制气原料以制备高品质的还原气，还原气中一氧化碳和氢气的总含量大于85％。目前这类工艺工业化生产装置主要集中在中东、南美等天然气储量丰富、价格低廉的地区，而对于天然气比较稀缺、价格昂贵的地区，则无法采用该工艺技术进行建设生产以获得良好的经济效益。中国的能源禀赋特点是“富煤少气缺油”，难以采用天然气重整—气基竖炉直接还原工艺。

因此，现有制备海绵铁的技术有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备海绵铁的***和方法。该***可充分利用价格低廉的低阶煤生产还原铁矿石用的还原气，得到金属化率不低于90％的海绵铁，同时可显著降低整个***的能耗，提高***的经济性。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备海绵体的***，根据本发明的实施例，该***包括：

热解装置，所述热解装置具有低阶煤入口、布料气入口、第一热解油气出口、第二热解油气出口和半焦出口，并且在所述热解装置的高度方向上，所述第一热解油气出口位于所述第二热解油气出口上方；

气基竖炉，所述气基竖炉具有铁矿石入口、热解油气入口、炉顶气出口和海绵铁出口，所述热解油气入口与所述第二热解油气出口相连；

炉顶气净化单元，所述炉顶气净化单元具有炉顶气入口、热解油出口、燃料出口和净化炉顶气出口，所述炉顶气入口与所述炉顶气出口相连，所述燃料出口与所述热解装置相连；

加热装置，所述加热装置具有燃料入口、净化炉顶气入口和预热后净化炉顶气出口，所述燃料入口与所述燃料出口和第一热解油气出口相连，所述净化炉顶气入口与所述净化炉顶气出口相连，所述预热后净化炉顶气出口与所述气基竖炉上的预热后净化炉顶气入口相连，并且在所述气基竖炉的高度方向上，所述预热后净化炉顶气入口位于所述热解油气入口的下方。

根据本发明实施例的制备海绵铁的***通过将低阶煤热解产生的热解油气供给至气基竖炉中作为还原气使用，可充分高效地利用热解油气的显热、提高工艺的能源利用率，同时可显著降低***的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁，与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，同时本申请在热解装置通入布料气，有利于将低阶煤吹散，并且在靠近布料气的位置布置第一热解油气出口，在远离布料气的热解炉的中下部布置第二热解油气出口，由于第一热解油气出口靠近布料气，在排出热解油气过程中可以将布料气带出，从而提高后续供给至热解油气中还原气体的比例，而该部分的热解油气可以作为热解装置中的燃料使用，而第二热解油气出口排出的热解油气可以直接供给至气基竖炉中作为还原气使用，而气基竖炉所得的炉顶气经炉顶气净化单元作用后，可显著提高净化炉顶气的还原性，如此有利于提高铁矿石的还原效率，而所得的燃料可供给至上述热解装置，提高***的经济性；为了进一步降低气基竖炉的能耗，提高竖炉内铁矿石的还原效率，在净化炉顶气送至气基竖炉之前将其送至加热装置进行加热，得到预热后净化炉顶气，加热装置的燃料一方面来自热解装置的第一热解油气，一方面来自炉顶气净化单元的燃料，如此，可进一步降低***的能耗，提高***的经济性。而且因第二热解油气与预热后净化炉顶气从不同位置通入气基竖炉还原铁矿石，可以先让氧化度(H₂O+CO₂)偏高的第二热解油气先去还原金属化率还不合格的铁矿石，而让氧化度偏低且温度更高的预热后净化炉顶气去还原金属化率较高但还未达到最终产品要求金属化率的铁矿石，通过分级分质利用，可进一步降低气基竖炉的能耗，提高气基竖炉的生产率。

另外，根据本发明上述实施例的制备海绵铁的***还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述预热后净化炉顶气入口和所述热解油气入口之间的竖直距离为0.5～2.5m。由此，有利于提高铁矿石的还原效率，提高海绵铁的金属化率。

在本发明的一些实施例中，在所述热解装置高度方向上，所述布料气入口位于所述第一热解油气出口上方，并且所述布料气入口与所述第一热解油气出口竖直距离1～3m。由此，可提高第二热解油气的还原性。

在本发明的一些实施例中，上述制备海绵铁的***进一步包括：气化装置，所述气化装置具有半焦入口、低阶煤进口、气化剂入口和煤制气出口，所述半焦入口与所述半焦出口相连，所述煤制气出口与所述燃料入口和所述热解装置中的至少之一相连。由此，可充分利用半焦，提高***的经济性。

在本发明的一些实施例中，所述炉顶气净化单元包括依次相连的洗涤净化装置、加压装置和脱硫脱碳塔。由此，可进一步提高净化炉顶气的还原性。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述制备海绵铁的***制备海绵铁的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将低阶煤和布料气供给至所述热解装置中进行热解处理，以便得到第一热解油气、第二热解油气和半焦；

(2)将所述第二热解油气和铁矿石供给至所述气基竖炉中进行还原处理，以便得到炉顶气和海绵铁；

(3)将所述炉顶气供给至所述炉顶气净化单元中进行净化处理，以便得到热解油、燃料和净化炉顶气，并将所述燃料的一部分供给至所述热解装置作为燃料使用；

(4)将所述燃料的另一部分、所述第一热解油气和所述净化炉顶气供给至所述加热装置中以便对所述净化炉顶气进行加热，得到预热后净化炉顶气，并将所述预热后净化炉顶气供给至步骤(2)中作为还原气使用。

根据本发明实施例的制备海绵铁的方法通过将低阶煤热解产生的热解油气供给至气基竖炉中作为还原气使用，可充分高效地利用热解油气的显热、提高工艺的能源利用率，同时可显著降低***的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁，与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，同时本申请在热解装置通入布料气，有利于将低阶煤吹散，并且在靠近布料气入口的位置布置第一热解油气出口，在远离布料气入口的热解炉的中下部布置第二热解油气出口，由于第一热解油气出口靠近布料气，在排出热解油气过程中可以将布料气带出，从而提高后续供给至热解油气中还原气体的比例，而该部分的热解油气可以作为热解装置中的燃料使用，而第二热解油气出口排出的热解油气可以直接供给至气基竖炉中作为还原气使用，而气基竖炉所得的炉顶气经炉顶气净化单元作用后，可显著提高净化炉顶气的还原性，如此有利于提高铁矿石的还原效率，而所得的燃料可供给至上述热解装置，提高***的经济性；为了进一步降低气基竖炉的能耗，提高竖炉内铁矿石的还原效率，在净化炉顶气送至气基竖炉之前将其送至加热装置进行加热，得到预热后净化炉顶气，加热装置的燃料一方面来自热解装置的第一热解油气，一方面来自炉顶气净化单元的燃料，如此，可进一步降低***的能耗，提高***的经济性。而且因第二热解油气与预热后净化炉顶气从不同位置通入气基竖炉还原铁矿石，可以先让氧化度(H₂O+CO₂)偏高的第二热解油气先去还原金属化率还不合格的铁矿石，而让氧化度偏低且温度更高的预热后净化炉顶气去还原金属化率较高但还未达到最终产品要求金属化率的铁矿石，通过分级分质利用，可进一步降低气基竖炉的能耗，提高气基竖炉的生产率。

另外，根据本发明上述实施例的制备海绵铁的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述第一热解油气和所述第二热解油气的体积比为0.1～0.3。由此，即可保证得到金属率较高的海绵铁，又可充分利用热解油气。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述净化处理依次包括洗涤净化处理、加压处理和脱硫脱碳处理。由此，可进一步提高净化炉顶气的还原性。

在本发明的一些实施例中，上述制备海绵铁的方法进一步包括：(5)将低阶煤和所述半焦、气化剂供给至所述气化装置中进行气化处理，以便得到煤制气，并将所述煤制气供给至步骤(4)中的所述加热装置和步骤(1)中的所述热解装置中的至少之一作为所述燃料使用。由此，可充分利用半焦，提高***的经济性。

在本发明的一些实施例中，在步骤(5)中，所述半焦与所述低阶煤的混合质量比例为(0.7-0.9)：(0.1-0.3)。由此，可提高所得煤制气的热值。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的制备海绵铁的***结构示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的制备海绵铁的***结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的制备海绵铁的方法流程示意图；

图4是根据本发明再一个实施例的制备海绵铁的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。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，或仅仅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，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备海绵体的***，根据本发明的实施例，参考图1，该***包括：热解装置100、气基竖炉200、炉顶气净化单元300和加热装置400。

根据本发明的实施例，热解装置100具有低阶煤入口101、布料气入口102、第一热解油气出口103、第二热解油气出口104和半焦出口105，并且在热解装置100的高度方向上，第一热解油气出口103位于第二热解油气出口104上方，且适于将低阶煤和布料气进行热解处理，以便得到第一热解油气、第二热解油气和半焦。具体的，将价格低廉的且粒径小于3mm的低阶煤从热解装置的顶部供给至热解装置中，布料气从热解装置的中上部通入，可将低阶煤吹散，得到半焦和热解油气，热解油气分为两部分排出热解装置，还原性较低的第一热解油气经热解装置的上部靠近布料气入口的位置排出，可作为热解装置的燃料使用，还原性较高的第二热解油气下部排出，作为后续气基竖炉的还原气使用。需要说明的是，低阶煤和布料气的具体类型以及热解装置的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如低阶煤可以为长焰煤、褐煤中的至少之一，布料气可以为氮气、蒸汽或其他无氧气体，热解装置可以为热解炉，优选蓄热室辐射管热解炉。发明人发现，通过采用低阶煤生产热解油气来作为还原铁矿石的还原气，可以显著降低海绵铁的生产成本，并且与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，可使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，同时可显著降低工艺的成本，在热解装置通入布料气，有利于将低阶煤吹散，增加低阶煤的热解效率。并且在靠近布料气入口的位置布置第一热解油气出口，在远离布料气的热解炉的中下部布置第二热解油气出口，由于第一热解油气出口靠近布料气，在排出热解油气过程中可以将布料气带出，从而提高后续供给至热解油气中还原气体的比例，而该部分的热解油气可以作为热解装置中的燃料使用，而第二热解油气出口排出的热解油气可以直接供给至气基竖炉中作为还原气使用。

根据本发明的一个实施例，第一热解油气和第二热解油气的体积比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，第一热解油气和第二热解油气的体积比可以为0.1～0.3。发明人发现，若第一热解油气和第二热解油气的体积比过高，虽然是第二热解油气中的氮气含量控制在更低范围内了，但这样用于作为竖炉还原气的第二热解油气的量就减少了，这样只能还原更少量的铁矿石；而若第一热解油气和第二热解油气的体积比过低，则第二热解油气中的氮气含量将进一步提高，这样会导致作为竖炉还原气的第二热解油气的品质(有效气)降低，从而影响竖炉生产效率。由此，采用本发明提出的第一热解油气和第二热解油气的体积比可显著提高竖炉内还原气的品位，从而提高铁矿石的还原效率。

根据本发明的再一个实施例，布料气入口与第一热解油气出口的位置关系并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，两者的位置关系可以为：在热解装置高度方向上，布料气入口位于第一热解油气出口上方，并且布料气入口与第一热解油气出口竖直距离1～3m。发明人发现，若布料气入口与第一热解油气出口的竖直距离过小，则布料气带进的大量氮气易运动到第一热解油气出口以下，与将要从第二热解油气出口排出的第二热解油气混合，增加第二热解油气中的氮气含量，进而降低将作为竖炉还原气的第二热解油气的品质；而若布料气入口与第一热解油气出口的竖直距离过大，则易使以氮气为主的布料气在热解装置内与热解油气充分混匀，使得第一热解油气与第二热解油气的成分差别较小，导致第二热解油气的品质降低，从而失去了将第一热解油气和第二热解油气分质使用的目的。由此，采用本发明提出的布料气入口与第一热解油气出口的竖直距离有利于提高第二热解油气的品位，同时可实现第一热解油气和第二热解油气的分质使用，进而提高整个工艺的经济性，降低生产成本。

根据本发明的实施例，气基竖炉200具有铁矿石入口201、热解油气入口202、炉顶气出口203和海绵铁出口204，热解油气入口202与第二热解油气出口104相连，且适于将第二热解油气和铁矿石进行还原处理，以便得到炉顶气和海绵铁。具体的，将热解装置所得热解油气从气基竖炉的中部作为还原气送至气基竖炉，铁矿石从气基竖炉的顶部送入，还原气与铁矿石接触，热解油气中的还原气体与铁矿石发生还原反应，而其中的热解油挥发从竖炉顶部排出。发明人发现，热解装置所得的第二热解油气无需经水洗脱水冷却，也无需使用大量昂贵的重整催化剂，直接送至气基竖炉作为还原气还原铁矿石，可充分高效地利用热解油气的显热、提高工艺的能源利用率，同时可显著降低***的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁。同时，因第二热解油气的还原性相对于第一热解油气的还原性较高，有利于提高铁矿石的还原效率。

根据本发明的实施例，炉顶气净化单元300具有炉顶气入口301、热解油出口302、燃料出口303和净化炉顶气出口304，炉顶气入口301与炉顶气出口203相连，燃料出口303与热解装置100相连，且适于将炉顶气进行净化处理，以便得到热解油、燃料和净化炉顶气，并将燃料的一部分供给至热解装置中的蓄热室辐射管中作为燃料使用。发明人发现，气基竖炉所得的炉顶气经炉顶气净化单元作用后，可显著提高净化炉顶气的还原性，如此有利于提高铁矿石的还原效率，而所得的燃料可作为燃料供给至上述热解装置，如此，有利于降低***的能耗，提高***的经济性。

根据本发明的一个实施例，炉顶气净化单元可以包括依次相连的洗涤净化装置、加压装置和脱硫脱碳塔。具体的，炉顶气先经洗涤净化装置进行洗涤净化，分离出热解油和洗涤净化炉顶气，然后将少部分洗涤净化炉顶气作为燃料供给至热解装置作为燃料使用，剩余大部分洗涤净化炉顶气经加压装置加压，然后送至脱硫脱碳塔进行脱硫脱碳处理，得到净化炉顶气。由此，可进一步提高净化炉顶气的还原性。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对洗涤净化、加压和脱硫脱碳过程的具体操作条件进行选择。

根据本发明的实施例，加热装置400具有燃料入口401、净化炉顶气入口402和预热后净化炉顶气出口403，燃料入口401与燃料出口303和第一热解油气出口103相连，净化炉顶气入口402与净化炉顶气出口304相连，预热后净化炉顶气出口403与气基竖炉上的预热后净化炉顶气入口205相连，并且在气基竖炉200的高度方向上，预热后净化炉顶气入口205位于热解油气入口202的下方，且适于将燃料的另一部分、第一热解油气作为燃料对净化炉顶气进行加热，得到预热后净化炉顶气，并将预热后净化炉顶气供给至气基竖炉中作为还原气使用。发明人发现，为了进一步降低气基竖炉的能耗，提高竖炉内铁矿石的还原效率，在净化炉顶气送至气基竖炉之前将其送至加热装置进行加热，得到预热后净化炉顶气，加热装置的燃料一方面来自热解装置的第一热解油气，一方面来自炉顶气净化单元的燃料，如此，可进一步降低***的能耗，提高***的经济性。第二热解油气与预热后净化炉顶气从不同位置通入气基竖炉还原铁矿石，可以先让氧化度(H₂O+CO₂)偏高的第二热解油气先去还原金属化率还不合格的铁矿石，而让氧化度偏低且温度更高的预热后净化炉顶气去还原金属化率较高但还未达到最终产品要求金属化率的铁矿石，通过分级分质利用，可进一步降低气基竖炉的能耗，提高气基竖炉的生产率。

根据本发明的一个实施例，预热后净化炉顶气入口和热解油气入口之间的竖直距离并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，预热后净化炉顶气入口和热解油气入口之间的竖直距离可以为0.5～2.5m。发明人发明，第二热解油气与预热后净化炉顶气从不同位置通入气基竖炉还原铁矿石，可以先让氧化度(H₂O+CO₂)偏高的第二热解油气先去还原金属化率还不合格的铁矿石，而让氧化度偏低且温度更高的预热后净化炉顶气去还原金属化率较高但还未达到最终产品要求金属化率的铁矿石，通过分级分质利用，可进一步降低气基竖炉的能耗，提高气基竖炉的生产率。请发明人补充说明预热后净化炉顶气入口和热解油气入口之间的竖直距离过高过低的影响。若预热后净化炉顶气入口和热解油气入口之间的竖直距离过高，则易使热解油气入口以下相当大区间内的铁矿石因预热后净化炉顶气气量不足，且预热后净化炉顶气在还原大量铁矿石后气体的品质显著下降，在与热解油气混合后，混合气的氧化度更高，还原效果更差，从而导致经热解油气与预热后净化炉顶气这一还原段区间的初级海绵铁金属化率低；若预热后净化炉顶气入口和热解油气入口之间的竖直距离过低，则氧化度偏高的热解油气易与氧化度偏低的优质预热后净化炉顶气混合，而降低优质预热后净化炉顶气的品质，进而使产品海绵铁的最终金属化率降低。由此，采用本发明提出的预热后净化炉顶气入口和热解油气入口之间的竖直距离可达到充分利用热解油气与预热后净化炉顶气的目的，进而显著提高海绵体的金属化率。

根据本发明实施例的制备海绵铁的***通过将低阶煤热解产生的热解油气供给至气基竖炉中作为还原气使用，可充分高效地利用热解油气的显热、提高工艺的能源利用率，同时可显著降低***的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁，与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，同时本申请在热解装置通入布料气，有利于将低阶煤吹散，并且在靠近布料气的位置布置第一热解油气出口，在远离布料气的热解炉的中下部布置第二热解油气出口，由于第一热解油气出口靠近布料气，在排出热解油气过程中可以将布料气带出，从而提高后续供给至热解油气中还原气体的比例，而该部分的热解油气可以作为热解装置中的燃料使用，而第二热解油气出口排出的热解油气可以直接供给至气基竖炉中作为还原气使用，而气基竖炉所得的炉顶气经炉顶气净化单元作用后，可显著提高净化炉顶气的还原性，如此有利于提高铁矿石的还原效率，而所得的燃料可供给至上述热解装置，提高***的经济性；为了进一步降低气基竖炉的能耗，提高竖炉内铁矿石的还原效率，在净化炉顶气送至气基竖炉之前将其送至加热装置进行加热，得到预热后净化炉顶气，加热装置的燃料一方面来自热解装置的第一热解油气，一方面来自炉顶气净化单元的燃料，如此，可进一步降低***的能耗，提高***的经济性。而且因第二热解油气与预热后净化炉顶气从不同位置通入气基竖炉还原铁矿石，可以先让氧化度(H₂O+CO₂)偏高的第二热解油气先去还原金属化率还不合格的铁矿石，而让氧化度偏低且温度更高的预热后净化炉顶气去还原金属化率较高但还未达到最终产品要求金属化率的铁矿石，通过分级分质利用，可进一步降低气基竖炉的能耗，提高气基竖炉的生产率。

根据本发明的实施例，参考图2，上述制备海绵铁的***进一步包括：

根据本发明的实施例，气化装置500具有半焦入口501、低阶煤进口502、气化剂入口503和煤制气出口504，半焦入口501与半焦出口105相连，煤制气出口504与燃料入口401和热解装置100中的至少之一相连，且适于将低阶煤和半焦、气化剂进行气化处理，以便得到煤制气，并将煤制气供给至加热装置和热解装置中的至少之一作为燃料使用。发明人发现，通过将价格低廉的半焦和低阶煤在气化剂的作用进行气化，可制得热值较高的煤制气，且所得的煤制气可作为燃料送至热解装置和加热装置，由此，可进一步降低整个***的能耗，达到充分利用低阶煤的效果，提高整个***的经济性。

根据本发明的一个实施例，半焦与低阶煤的混合质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，半焦与低阶煤的混合质量比例可以为(0.7-0.9)：(0.1-0.3)。发明人发现，若半焦与低阶煤的混合质量比过高，易导致气化效率降低、增加能耗；而若半焦与低阶煤的混合质量比过低，则半焦富余，无法得到充分利用。由此，采用本发明提出的半焦与低阶煤的混合质量比可显著提高气化效率，同时实现半焦的充分利用，增加整个工艺的经济性。

如上所述，根据本发明实施例的制备海绵铁的***可具有选自下列的优点至少之一：

根据本发明实施例的制备海绵铁的***，热解装置生产的700-900摄氏度的高温热解油气的显热得到充分利用，整个***的能量利用效率高，气基竖炉生成能耗能降低0.1-0.3Gcal/DRI，同时整个***无需建设复杂的洗涤冷却净化、脱硫等装置，降低成本；

根据本发明实施例的制备海绵铁的***，热解油气可只需经简单的加热后直接热送至气基竖炉，无需使用大量昂贵的重整催化剂，***得到简化，维护成本低；

根据本发明实施例的制备海绵铁的***，无需使用大量的天然气，而使用价格低廉的低阶煤做原料生产还原气，使得天然气稀缺地区建设气基竖炉生产线以生产优质直接还原铁成为可能，而且产品成本显著降低；

根据本发明实施例的制备海绵铁的***，通入气基竖炉作为还原气的第二热解油气的还原性较高，有利于提高其还原铁矿石的效率；

根据本发明实施例的制备海绵铁的***，第二热解油气与预热后净化炉顶气从不同位置通入气基竖炉还原铁矿石，可让氧化度(H₂O+CO₂)偏高的第二热解油气先去还原金属化率还不合格的铁矿石，而让氧化度偏低且温度更高的预热后净化炉顶气去还原金属化率较高但还未达到最终产品要求金属化率的铁矿石，通过分级分质利用，可进一步降低气基竖炉的能耗，提高气基竖炉的生产率。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述制备海绵铁的***制备海绵铁的方法，参考图3，该方法包括：

S100：将低阶煤和布料气供给至热解装置中进行热解处理

该步骤中，将低阶煤和布料气供给至热解装置中进行热解处理，以便得到第一热解油气、第二热解油气和半焦。具体的，将价格低廉的且粒径小于3mm的低阶煤从热解装置的顶部供给至热解装置中，布料气从热解装置的中上部通入，可将低阶煤吹散，得到半焦和热解油气，热解油气分为两部分排出热解装置，还原性较低的第一热解油气经热解装置的上部排出，可作为热解装置的燃料使用，还原性较高的第二热解油气下部排出，作为后续气基竖炉的还原气使用。需要说明的是，低阶煤和布料气的具体类型以及热解装置的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如低阶煤可以为长焰煤、褐煤中的至少之一，布料气可以为氮气、蒸汽或其他无氧气体，热解装置可以为热解炉，优选蓄热室辐射管热解炉。发明人发现，通过采用低阶煤生产热解油气来作为还原铁矿石的还原气，可以显著降低海绵铁的生产成本，并且与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，可使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，同时可显著降低工艺的成本，在热解装置通入布料气，有利于将低阶煤吹散，增加低阶煤的热解效率。并且在靠近布料气入口的位置布置第一热解油气出口，在远离布料气的热解炉的中下部布置第二热解油气出口，由于第一热解油气出口靠近布料气，在排出热解油气过程中可以将布料气带出，从而提高后续供给至热解油气中还原气体的比例，而该部分的热解油气可以作为热解装置中的燃料使用，而第二热解油气出口排出的热解油气可以直接供给至气基竖炉中作为还原气使用。

根据本发明的一个实施例，第一热解油气和第二热解油气的体积比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，第一热解油气和第二热解油气的体积比可以为0.1～0.3。发明人发现，若第一热解油气和第二热解油气的体积比过高，虽然是第二热解油气中的氮气含量控制在更低范围内了，但这样用于作为竖炉还原气的第二热解油气的量就减少了，这样只能还原更少量的铁矿石；而若第一热解油气和第二热解油气的体积比过低，则第二热解油气中的氮气含量将进一步提高，这样会导致作为竖炉还原气的第二热解油气的品质(有效气)降低，从而影响竖炉生产效率。由此，采用本发明提出的第一热解油气和第二热解油气的体积比可显著提高竖炉内还原气的品位，从而提高铁矿石的还原效率。

S200：将第二热解油气和铁矿石供给至气基竖炉中进行还原处理

该步骤中，将第二热解油气和铁矿石供给至气基竖炉中进行还原处理，以便得到炉顶气和海绵铁。具体的，将热解装置所得热解油气从气基竖炉的中部作为还原气送至气基竖炉，铁矿石从气基竖炉的顶部送入，还原气与铁矿石接触，热解油气中的还原气体与铁矿石发生还原反应，而其中的热解油挥发从竖炉顶部排出。发明人发现，热解装置所得的第二热解油气无需经水洗脱水冷却，也无需使用大量昂贵的重整催化剂，直接送至气基竖炉作为还原气还原铁矿石，可充分高效地利用热解油气的显热、提高工艺的能源利用率，同时可显著降低***的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁。同时，因第二热解油气的还原性相对于第一热解油气的还原性较高，有利于提高铁矿石的还原效率。

S300：将炉顶气供给至炉顶气净化单元中进行净化处理

该步骤中，将炉顶气供给至炉顶气净化单元中进行净化处理，以便得到热解油、燃料和净化炉顶气，并将燃料的一部分供给至S100中的热解装置中的蓄热室辐射管中作为燃料使用。发明人发现，气基竖炉所得的炉顶气经炉顶气净化单元作用后，可显著提高净化炉顶气的还原性，如此有利于提高铁矿石的还原效率，而所得的燃料可作为燃料供给至上述热解装置，如此，有利于降低***的能耗，提高***的经济性。

根据本发明的一个实施例，炉顶气净化处理可以依次包括洗涤净化处理、加压处理和脱硫脱碳处理。具体的，炉顶气先经洗涤净化装置进行洗涤净化，分离出热解油和洗涤净化炉顶气，然后将少部分洗涤净化炉顶气作为燃料供给至热解装置作为燃料使用，剩余大部分洗涤净化炉顶气经加压装置加压，然后送至脱硫脱碳塔进行脱硫脱碳处理，得到净化炉顶气。由此，可进一步提高净化炉顶气的还原性。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对洗涤净化、加压和脱硫脱碳过程的具体操作条件进行选择。

S400：将燃料的另一部分、第一热解油气和净化炉顶气供给至加热装置中以便对净化炉顶气进行加热

该步骤中，将燃料的另一部分、第一热解油气和净化炉顶气供给至加热装置中以便对净化炉顶气进行加热，得到预热后净化炉顶气，并将预热后净化炉顶气供给至S200中作为还原气使用。发明人发现，为了进一步降低气基竖炉的能耗，提高竖炉内铁矿石的还原效率，在净化炉顶气送至气基竖炉之前将其送至加热装置进行加热，得到预热后净化炉顶气，加热装置的燃料一方面来自热解装置的第一热解油气，一方面来自炉顶气净化单元的燃料，如此，可进一步降低***的能耗，提高***的经济性。第二热解油气与预热后净化炉顶气从不同位置通入气基竖炉还原铁矿石，可以先让氧化度(H₂O+CO₂)偏高的第二热解油气先去还原金属化率还不合格的铁矿石，而让氧化度偏低且温度更高的预热后净化炉顶气去还原金属化率较高但还未达到最终产品要求金属化率的铁矿石，通过分级分质利用，可进一步降低气基竖炉的能耗，提高气基竖炉的生产率。

根据本发明实施例的制备海绵铁的方法通过将低阶煤热解产生的热解油气供给至气基竖炉中作为还原气使用，可充分高效地利用热解油气的显热、提高工艺的能源利用率，同时可显著降低***的维护成本，使得气基竖炉的生产能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金属化率不低于90％的海绵铁，与现有技术相比，本申请中无需使用大量的天然气，使得天然气稀缺的地区可建立气基竖炉生产线，生产优质的海绵铁，同时本申请在热解装置通入布料气，有利于将低阶煤吹散，并且在靠近布料气的位置布置第一热解油气出口，在远离布料气的热解炉的中下部布置第二热解油气出口，由于第一热解油气出口靠近布料气，在排出热解油气过程中可以将布料气带出，从而提高后续供给至热解油气中还原气体的比例，而该部分的热解油气可以作为热解装置中的燃料使用，而第二热解油气出口排出的热解油气可以直接供给至气基竖炉中作为还原气使用，而气基竖炉所得的炉顶气经炉顶气净化单元作用后，可显著提高净化炉顶气的还原性，如此有利于提高铁矿石的还原效率，而所得的燃料可供给至上述热解装置，提高***的经济性；为了进一步降低气基竖炉的能耗，提高竖炉内铁矿石的还原效率，在净化炉顶气送至气基竖炉之前将其送至加热装置进行加热，得到预热后净化炉顶气，加热装置的燃料一方面来自热解装置的第一热解油气，一方面来自炉顶气净化单元的燃料，如此，可进一步降低***的能耗，提高***的经济性。而且因第二热解油气与预热后净化炉顶气从不同位置通入气基竖炉还原铁矿石，可以先让氧化度(H₂O+CO₂)偏高的第二热解油气先去还原金属化率还不合格的铁矿石，而让氧化度偏低且温度更高的预热后净化炉顶气去还原金属化率较高但还未达到最终产品要求金属化率的铁矿石，通过分级分质利用，可进一步降低气基竖炉的能耗，提高气基竖炉的生产率。

根据本发明的实施例，参考图4，上述制备海绵铁的方法进一步包括：

S500：将低阶煤和半焦、气化剂供给至气化装置中进行气化处理

该步骤中，将低阶煤和半焦、气化剂供给至气化装置中进行气化处理，以便得到煤制气，并将煤制气供给至S400中的加热装置和S100中的热解装置中的至少之一作为燃料使用。发明人发现，通过将价格低廉的半焦和低阶煤在气化剂的作用进行气化，可制得热值较高的煤制气，且所得的煤制气可作为燃料送至热解装置和加热装置，由此，可进一步降低整个***的能耗，达到充分利用低阶煤的效果，提高整个***的经济性。

根据本发明的一个实施例，半焦与低阶煤的混合质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，半焦与低阶煤的混合质量比例可以为(0.7-0.9)：(0.1-0.3)。发明人发现，若半焦与低阶煤的混合质量比过高，易导致气化效率降低、增加能耗；而若半焦与低阶煤的混合质量比过低，则半焦富余，无法得到充分利用。由此，采用本发明提出的半焦与低阶煤的混合质量比可显著提高气化效率，同时实现半焦的充分利用，增加整个工艺的经济性。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

将粒度小于3mm的长焰煤从热解炉顶部投入热解炉，布料气从热解炉的中上部送入热解炉，在950摄氏度的温度下热解，生成第一热解油气、第二热解油气和半焦，第一热解油气与第二热解油气的体积比为0.1：1。含8vt％氮气的第一热解油气从热解炉中上部排出炉外，并在其位置上方1m处设置有布料气装置，布料气为氮气。含1vt％氮气的第二热解油气从热解炉下部排出炉外，890摄氏度的第二热解油气直接从气基竖炉中部通入还原铁矿石。气基竖炉内还原铁矿石生成的约400摄氏度的炉顶气经洗涤净化除尘脱水处理，回收热解油，并将洗涤净化后的10vt％炉顶气驰放作为燃料供给至热解炉，剩余90vt％经加压、脱硫脱碳、加热炉加热处理后生成约930摄氏度的预热后净化炉顶气，其中加热炉的燃料来自第一热解油气和炉顶气净化单元的燃料，然后预热后净化炉顶气在第二热解油气通入气基竖炉点的下方2.5m处通入气基竖炉进而还原铁矿石。经上述工艺处理后，全铁67wt％的铁精矿氧化球团从气基竖炉顶部投入，被预热后净化炉顶气与第二热解油气还原形成金属化率为94％的海绵铁。

实施例2

将粒度小于3mm的褐煤从热解炉顶部投入热解炉，布料气从热解炉的中上部送入热解炉，在880摄氏度的温度下热解，生成第一热解油气、第二热解油气和半焦，第一热解油气与第二热解油气的体积比为0.3：1。含4vt％氮气的第一热解油气从热解炉中上部排出炉外，并在其位置上方1m处设置有布料气装置，布料气为氮气。含0.5vt％氮气的第二热解油气从热解炉下部排出炉外，850摄氏度的第二热解油气直接从气基竖炉中部通入还原铁矿石。气基竖炉内还原铁矿石生成的约370摄氏度的炉顶气经洗涤净化除尘脱水处理，回收热解油，并将洗涤净化后的15vt％炉顶气驰放作为燃料供给至热解炉，剩余85vt％经加压、脱硫脱碳、加热炉加热处理后生成约950摄氏度的预热后净化炉顶气，其中加热炉的燃料来自第一热解油气和炉顶气净化单元的燃料，然后预热后净化炉顶气在第二热解油气通入气基竖炉点的下方0.5m处通入气基竖炉进而还原铁矿石。经上述工艺处理后，全铁58wt％的钒钛氧化球团从气基竖炉顶部投入，被预热后净化炉顶气与第二热解油气还原形成金属化率为90％的海绵铁。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种制备海绵铁的***，其特征在于，包括：

热解装置，所述热解装置具有低阶煤入口、布料气入口、第一热解油气出口、第二热解油气出口和半焦出口，并且在所述热解装置的高度方向上，所述第一热解油气出口位于所述第二热解油气出口上方；

气基竖炉，所述气基竖炉具有铁矿石入口、热解油气入口、炉顶气出口和海绵铁出口，所述热解油气入口与所述第二热解油气出口相连；

炉顶气净化单元，所述炉顶气净化单元具有炉顶气入口、热解油出口、燃料出口和净化炉顶气出口，所述炉顶气入口与所述炉顶气出口相连，所述燃料出口与所述热解装置相连；

加热装置，所述加热装置具有燃料入口、净化炉顶气入口和预热后净化炉顶气出口，所述燃料入口与所述燃料出口和第一热解油气出口相连，所述净化炉顶气入口与所述净化炉顶气出口相连，所述预热后净化炉顶气出口与所述气基竖炉上的预热后净化炉顶气入口相连，并且在所述气基竖炉的高度方向上，所述预热后净化炉顶气入口位于所述热解油气入口的下方。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述预热后净化炉顶气入口和所述热解油气入口之间的竖直距离为0.5～2.5m。

3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，在所述热解装置高度方向上，所述布料气入口位于所述第一热解油气出口上方，并且所述布料气入口与所述第一热解油气出口竖直距离1～3m。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，进一步包括：

气化装置，所述气化装置具有半焦入口、低阶煤进口、气化剂入口和煤制气出口，所述半焦入口与所述半焦出口相连，所述煤制气出口与所述燃料入口和所述热解装置中的至少之一相连。

5.根据权利要求1所述的***，所述炉顶气净化单元包括依次相连的洗涤净化装置、加压装置和脱硫脱碳塔。

6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的***制备海绵铁的方法，其特征在于，包括：

(1)将低阶煤和布料气供给至所述热解装置中进行热解处理，以便得到第一热解油气、第二热解油气和半焦；

(2)将所述第二热解油气和铁矿石供给至所述气基竖炉中进行还原处理，以便得到炉顶气和海绵铁；

(3)将所述炉顶气供给至所述炉顶气净化单元中进行净化处理，以便得到热解油、燃料和净化炉顶气，并将所述燃料的一部分供给至所述热解装置作为燃料使用；

(4)将所述燃料的另一部分、所述第一热解油气和所述净化炉顶气供给至所述加热装置中以便对所述净化炉顶气进行加热，得到预热后净化炉顶气，并将所述预热后净化炉顶气供给至步骤(2)中作为还原气使用。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述第一热解油气和所述第二热解油气的体积比为0.1～0.3。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述净化处理依次包括洗涤净化处理、加压处理和脱硫脱碳处理。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：

(5)将低阶煤和所述半焦、气化剂供给至所述气化装置中进行气化处理，以便得到煤制气，并将所述煤制气供给至步骤(4)中的所述加热装置和步骤(1)中的所述热解装置中的至少之一作为所述燃料使用。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述半焦与所述低阶煤的混合质量比例为(0.7-0.9)：(0.1-0.3)。