CN109338024A - 一种利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺 - Google Patents

一种利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：从转炉排出的高温转炉煤气经烟罩进入转炉煤气烟道，利用煤气喷吹的方式，将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，使得转炉煤气烟道中的煤气温度迅速下降至850℃～900℃，从转炉煤气烟道出来的850℃～900℃的高温煤气经热旋风除尘后进入气基直接还原竖炉还原铁矿石生产海绵铁，并产生竖炉炉顶煤气。本发明充分利用了高温转炉煤气的显热来制备气基直接还原竖炉所需的还原气，进行海绵铁的生产，工艺流程简单、能耗及设备投资较低，整体技术、经济优势十分明显。

Description

一种利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺
技术领域
本专利属于直接还原炼铁的技术领域，是针对利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的一种直接还原工艺。
背景技术
钢铁企业副产焦炉煤气、转炉煤气的综合利用，一直是钢铁企业关心的重点问题。同时，近5-10年来，随着我国废钢积累的大量增加，废钢/海绵铁(DRI)-电炉短流程炼钢的产量开始逐年增加，对于海绵铁的需求日益增加。鉴于此，基于我国钢铁行业的特点，国内外针对利用钢铁企业副产的焦炉煤气、转炉煤气生产海绵铁进行了相关的研究，主要是利用基于焦炉煤气或转炉煤气制备的还原气进入气基直接还原竖炉生产海绵铁，并提出了相应的工艺路线。这类工艺的关键点及难点在于煤气加热方面，需要将基于焦炉煤气或转炉煤气处理得到的还原气加热到900℃～1000℃，加热温度极高，同时加热装置需要考虑CO以及CH4的析碳，装置的设计难度大、设备投资高；同时，对于利用焦炉煤气生产海绵铁，这类工艺大都设有煤气重整及煤气脱碳单元，工艺路线较为复杂、运行能耗高、设备投资较高；另外，对于利用转炉煤气生产海绵铁，这类工艺需要先将1400℃～1650℃的转炉煤气降温，再进行煤气变换、煤气脱碳以获得合适H2/CO比的还原气，然后将还原气加热至900℃～1000℃，工艺过程流程长、投资大且能耗极高。
综上所述，对于利用焦炉煤气、转炉煤气生产海绵铁，目前的工艺路线存在流程复杂、能耗高、设备投资大等不足，如何缩短工艺流程、降低工艺能耗、降低设备投资，是利用焦炉煤气、转炉煤气生产海绵铁的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于：针对目前利用焦炉煤气、转炉煤气生产海绵铁工艺流程复杂、能耗高、设备投资大等问题，提出了一种利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，该工艺利用焦炉煤气中的CH4在转炉煤气烟道中与高温转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，来获得气基直接还原竖炉所需的还原气，进行海绵铁的生产，工艺流程简单、能耗及设备投资较低。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺：从转炉排出的高温转炉煤气经烟罩进入转炉煤气烟道，利用煤气喷吹的方式，将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，使得转炉煤气烟道中的煤气温度迅速下降至850℃～900℃，从转炉煤气烟道出来的850℃～900℃的高温煤气经热旋风除尘后进入气基直接还原竖炉还原铁矿石生产海绵铁，并产生竖炉炉顶煤气。
进一步，所述的从转炉排出的高温转炉煤气，其温度范围为1400℃～1650℃。
进一步，所述的经过净化、脱硫后的焦炉煤气，其温度范围为25℃～50℃。
进一步，所述的经过净化、脱硫后的焦炉煤气，其H2S含量小于20ppm。
进一步，所述的将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，加入的焦炉煤气的煤气量为从转炉排出的高温转炉煤气发生量的22.5%～32.5%。
进一步，所述的利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，其反应方程式为CH4+CO2=2CO+2H2。
进一步，所述的气基直接还原竖炉，其工作压力为6kPa(G)～10kPa(G)。
进一步，所述的竖炉炉顶煤气经粗除尘后，通过换热器降温至150℃，再经除尘降温装置除尘降温后作为输出煤气输出。
进一步，所述的经除尘、降温后的竖炉炉顶煤气作为输出煤气输出，其煤气低热值为6500kJ/Nm3～7500kJ/Nm3。
本发明的有益效果包括如下几方面。
1) 本发明将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，利用焦炉煤气中的CH4在转炉煤气烟道中与高温转炉煤气(1400℃～1650℃)中的CO2发生CH4+CO2=2CO+2H2的重整吸热反应，在降低煤气CO2含量、提高煤气CO和H2含量的同时使转炉煤气烟道中的煤气温度迅速下降至850℃～900℃，以获得气基直接还原竖炉所需的还原气，进行海绵铁的生产。工艺充分利用了高温转炉煤气的显热来进行气基竖炉还原气的制备，同时焦炉煤气中的H2以及上述CH4+CO2=2CO+2H2重整吸热反应产生的H2可保证还原气中的H2含量，使还原气具有较好的还原性能，避免了煤气重整、煤气变换、煤气脱碳和煤气加热等环节，流程简单、能耗及设备投资较低，整体技术、经济优势十分明显。
2) 本发明利用焦炉煤气中的CH4在转炉煤气烟道中与高温转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，来获得气基直接还原竖炉所需的还原气。进入转炉烟道的高温转炉煤气携带的粉尘中含有约70%左右的FeO，在转炉煤气烟道中随着焦炉煤气中的CH4与高温转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，煤气的CO2含量降低同时CO和H2含量提高，煤气的还原性能迅速上升，转炉煤气含尘中的FeO将被还原成单质Fe，高温环境下刚还原出的单质Fe对CH4与CO2的重整反应有较好的催化性，利用高温转炉煤气含尘中的FeO被还原出的单质Fe的催化性保证在转炉煤气烟道中CH4与CO2重整反应的效果，避免随着重整反应进行煤气温度下降导致的反应速率下降等因素的影响，以获得满足气基直接还原竖炉还原铁矿石所需的还原气。
3) 相较传统转炉煤气降温工艺(转炉煤气烟道冷却+余热锅炉)来说，本发明工艺充分利用了高温转炉煤气的显热，可以省去转炉煤气烟道冷却***及转炉煤气热量回收的余热锅炉***，在设备投资、占地、运行等方面来说优势明显。同时，相较传统的转炉煤气热量回收产生蒸汽来说，本发明工艺利用焦炉煤气中的CH4在转炉煤气烟道中与高温转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，来获得气基直接还原竖炉所需的还原气进行海绵铁的生产，热量利用效率高，产品附加值高，优势十分明显。另外，本发明工艺将除尘、降温后的竖炉炉顶煤气作为输出煤气输出，输出煤气的低热值为6500kJ/Nm3～7500kJ/Nm3，远高于高炉煤气低热值，可供钢铁厂煤气用户使用。
附图说明
图1为本发明所述的一种利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图所示，本实施例一种利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，包括以下步骤：
1) 从转炉排出的高温转炉煤气经烟罩进入转炉煤气烟道，利用煤气喷吹的方式，将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，使得转炉煤气烟道中的煤气温度迅速下降至850℃～900℃，从转炉煤气烟道出来的850℃～900℃的高温煤气经热旋风除尘后进入气基直接还原竖炉还原铁矿石生产海绵铁，并产生竖炉炉顶煤气。
2) 上述步骤1)中，从转炉排出的高温转炉煤气，其温度范围为1400℃～1650℃。
3) 上述步骤1)中，经过净化、脱硫后的焦炉煤气，其温度范围为25℃～50℃，同时其H2S含量小于20ppm。
4) 上述步骤1)中，将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，加入的焦炉煤气的煤气量为从转炉排出的高温转炉煤气发生量的22.5%～32.5%。
5) 上述步骤1)中，利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，其反应方程式为CH4+CO2=2CO+2H2。
6) 上述步骤1)中，气基直接还原竖炉的工作压力为6kPa(G)～10kPa(G)。
7) 上述步骤1)中，竖炉炉顶煤气经粗除尘后，通过换热器降温至150℃，再经除尘降温装置除尘降温后作为输出煤气输出，同时输出煤气的低热值为6500kJ/Nm3～7500kJ/Nm3。
本发明利用焦炉煤气中的CH4在转炉煤气烟道中与高温转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，来获得气基直接还原竖炉所需的还原气，进行海绵铁的生产。工艺充分利用了高温转炉煤气的显热来进行气基竖炉还原气的制备，同时焦炉煤气中的H2以及上述CH4与CO2重整吸热反应产生的H2可保证还原气中的H2含量，使还原气具有较好的还原性能，避免了煤气重整、煤气变换、煤气脱碳和煤气加热等环节，流程简单、能耗及设备投资较低，整体技术、经济优势十分明显。
第一实施例：
1) 从转炉排出的高温转炉煤气经烟罩进入转炉煤气烟道，利用煤气喷吹的方式，将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，使得转炉煤气烟道中的煤气温度迅速下降至850℃，从转炉煤气烟道出来的850℃的高温煤气经热旋风除尘后进入气基直接还原竖炉还原铁矿石生产海绵铁，并产生竖炉炉顶煤气。
2) 上述步骤1)中，从转炉排出的高温转炉煤气，其温度为1400℃。
3) 上述步骤1)中，经过净化、脱硫后的焦炉煤气，其温度为25℃，同时其H2S含量为18ppm。
4) 上述步骤1)中，将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，加入的焦炉煤气的煤气量为从转炉排出的高温转炉煤气发生量的22.5%。
5) 上述步骤1)中，利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，其反应方程式为CH4+CO2=2CO+2H2。
6) 上述步骤1)中，气基直接还原竖炉的工作压力为6kPa(G)。
7) 上述步骤1)中，竖炉炉顶煤气经粗除尘后，通过换热器降温至150℃，再经除尘降温装置除尘降温后作为输出煤气输出，同时输出煤气的低热值为6500kJ/Nm3。
本实施例利用焦炉煤气中的CH4在转炉煤气烟道中与高温转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，来制备气基直接还原竖炉所需的还原气，进行海绵铁的生产。工艺充分利用了高温转炉煤气的显热，同时利用焦炉煤气中的H2以及CH4与CO2重整反应产生的H2来保证还原气中的H2含量，使还原气具有较好的还原性能，流程简单、能耗及设备投资较低，优势十分明显。
第二实施例：
1) 从转炉排出的高温转炉煤气经烟罩进入转炉煤气烟道，利用煤气喷吹的方式，将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，使得转炉煤气烟道中的煤气温度迅速下降至875℃，从转炉煤气烟道出来的875℃的高温煤气经热旋风除尘后进入气基直接还原竖炉还原铁矿石生产海绵铁，并产生竖炉炉顶煤气。
2) 上述步骤1)中，从转炉排出的高温转炉煤气，其温度为1525℃。
3) 上述步骤1)中，经过净化、脱硫后的焦炉煤气，其温度为40℃，同时其H2S含量为15ppm。
4) 上述步骤1)中，将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，加入的焦炉煤气的煤气量为从转炉排出的高温转炉煤气发生量的27.5%。
5) 上述步骤1)中，利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，其反应方程式为CH4+CO2=2CO+2H2。
6) 上述步骤1)中，气基直接还原竖炉的工作压力为8kPa(G)。
7) 上述步骤1)中，竖炉炉顶煤气经粗除尘后，通过换热器降温至150℃，再经除尘降温装置除尘降温后作为输出煤气输出，同时输出煤气的低热值为7000kJ/Nm3。
本实施例利用焦炉煤气中的CH4在转炉煤气烟道中与高温转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，来制备气基直接还原竖炉所需的还原气，进行海绵铁的生产。工艺充分利用了高温转炉煤气的显热，同时利用焦炉煤气中的H2以及CH4与CO2重整反应产生的H2来保证还原气中的H2含量，使还原气具有较好的还原性能，流程简单、能耗及设备投资较低，优势十分明显。
第三实施例：
1) 从转炉排出的高温转炉煤气经烟罩进入转炉煤气烟道，利用煤气喷吹的方式，将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，使得转炉煤气烟道中的煤气温度迅速下降至900℃，从转炉煤气烟道出来的900℃的高温煤气经热旋风除尘后进入气基直接还原竖炉还原铁矿石生产海绵铁，并产生竖炉炉顶煤气。
2) 上述步骤1)中，从转炉排出的高温转炉煤气，其温度为1650℃。
3) 上述步骤1)中，经过净化、脱硫后的焦炉煤气，其温度为50℃，同时其H2S含量为10ppm。
4) 上述步骤1)中，将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，加入的焦炉煤气的煤气量为从转炉排出的高温转炉煤气发生量的32.5%。
5) 上述步骤1)中，利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，其反应方程式为CH4+CO2=2CO+2H2。
6) 上述步骤1)中，气基直接还原竖炉的工作压力为10kPa(G)。
7) 上述步骤1)中，竖炉炉顶煤气经粗除尘后，通过换热器降温至150℃，再经除尘降温装置除尘降温后作为输出煤气输出，同时输出煤气的低热值为7500kJ/Nm3。
本实施例利用焦炉煤气中的CH4在转炉煤气烟道中与高温转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，来制备气基直接还原竖炉所需的还原气，进行海绵铁的生产。工艺充分利用了高温转炉煤气的显热，同时利用焦炉煤气中的H2以及CH4与CO2重整反应产生的H2来保证还原气中的H2含量，使还原气具有较好的还原性能，流程简单、能耗及设备投资较低，优势十分明显。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：从转炉排出的高温转炉煤气经烟罩进入转炉煤气烟道，利用煤气喷吹的方式，将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，使得转炉煤气烟道中的煤气温度迅速下降至850℃～900℃，从转炉煤气烟道出来的850℃～900℃的高温煤气经热旋风除尘后进入气基直接还原竖炉还原铁矿石生产海绵铁，并产生竖炉炉顶煤气；
所述的从转炉排出的高温转炉煤气，其温度范围为1400℃～1650℃；
所述的经过净化、脱硫后的焦炉煤气，其温度范围为25℃～50℃；
所述的经过净化、脱硫后的焦炉煤气，其H2S含量小于20ppm；
所述的将经过净化、脱硫后的焦炉煤气加入转炉煤气烟道中，加入的焦炉煤气的煤气量为从转炉排出的高温转炉煤气发生量的22.5%～32.5%；
所述的利用焦炉煤气中的CH4与转炉煤气中的CO2发生的重整吸热反应，其反应方程式为CH4+CO2=2CO+2H2。
2.根据权利要求1所述的一种利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：所述的气基直接还原竖炉，其工作压力为6kPa(G)～10kPa(G)。
3.根据权利要求1所述的一种利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：所述的竖炉炉顶煤气经粗除尘后，通过换热器降温至150℃，再经除尘降温装置除尘降温后作为输出煤气输出。
4.根据权利要求3所述的一种利用转炉煤气和焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：所述的经除尘、降温后的竖炉炉顶煤气作为输出煤气输出，其煤气低热值为6500kJ/Nm3～7500kJ/Nm3。
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