[发明专利]一种由竖炉直接炼铁的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，更具体地，涉及一种使用混合气源作为还原气由竖炉直接炼铁的系统及方法。

背景技术

直接还原铁是指一种铁矿石在炉内低于熔化温度条件下还原生产海绵铁的炼铁生产过程，其产品主要用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂，如果经二次还原还可供粉末冶金用。由于是低温还原得到的直接还原铁未能充分渗碳，因而含碳较低，而矿石中的脉石成分既不能熔化造渣脱除也不能被还原，因而直接还原铁几乎保留了铁矿石中的全部脉石杂质。

2015年，全世界直接还原铁产量为7257万吨，其中气基竖炉法生产直接还原铁约占80％。目前成熟的气基竖炉直接还原炼铁工艺为MIDREX工艺和HYL Ⅲ(Energiron)工艺。MIDREX法以天然气为原料气，用炉顶气混合经重整后制成还原气。铁矿石在竖炉内经还原气还原，得到直接还原铁，在竖炉底部冷却段冷却后出炉。HYL Ⅲ法以天然气和部分炉顶气为原料，通过原料天然气、转化剂水蒸汽在重整炉内的催化重整反应制取还原气，经加热炉加热至900～950℃后通入竖炉还原铁矿石。这两种工艺都是以天然气为气源通过重整后制取还原炼铁所需要的还原气，这类方法更适合于天然气储量丰富并且价格低廉的中东、北美以及俄罗斯等地区。而在我国这类天然气储量不丰富的国家使用天然气为原料进行竖炉法生产直接还原铁存在成本偏高等问题。

现有技术中使用瓦斯气和天然气制成混合气还原铁，为了使瓦斯气偏离爆炸极限，采用的方法是充入大量的天然气，极大提高混合气中甲烷的浓度。但是其处理流程长，在气体处理过程中由于氧气的存在，还是存在发生爆炸的危险。并且该项技术处理前提是给瓦斯气充入大量的天然气，这对于天然气匮乏或成本高的地区依然很难大规模推广。

另外，目前国外Midrex气基竖炉直接还原生产海绵铁工艺对竖炉炉顶气的处理方式都是水洗塔降温、除尘，然后通过气液分离器进行脱水处理。水洗塔降温除尘，需要使用大量的冷却水，同时需要维持诸多污水处理、循环设备，使污水进行循环利用，整体处理工艺复杂并且成本偏高。竖炉炉顶气排放后有400℃左右的温度，直接对其进行水洗降温浪费了炉顶气所含热量，没有做到热量的充分利用。

因此，为了克服现有技术中天然气匮乏以及工艺复杂等技术缺陷，需要一种新型的直接还原铁的系统和方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种使用脱氧煤层气和炉顶气的混合气源作为还原气由竖炉直接炼铁的系统及方法。煤层气是指从矿井下抽采的过程中会混入大量的空气，形成不同比例的甲烷与空气的混合气。我国煤层气资源储量丰富，而目前总体利用率偏低。因此，使用煤层气作为原料进行竖炉冶炼海绵铁，既可以降低气源成本，又可以利用大量存在煤层气资源，解决我国天然气匮乏或者成本偏高的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明，提供一种由竖炉直接炼铁的系统，包括：

脱氧装置，该脱氧装置用于进行煤层气的脱氧，脱氧装置具有第一进口和第一出口，第一进口用于输入煤层气；

混合器，该混合器具有第二煤层气进口、第二炉顶气进口和第二出口，混合器的第二煤层气进口与脱氧装置的第一出口连通；

竖炉，该竖炉具有炉顶气出口、球团进口、产品出口及还原气进口；竖炉的炉顶气出口与混合器的第二炉顶气进口连通；

旋风除尘器，该旋风除尘器具有第三进口和第三出口，旋风除尘器的第三进口与混合器的第二出口连通；

电除尘器，该电除尘器具有第四进口和第四出口，电除尘器的第四进口与旋风除尘器的第三出口连通；

变压吸附装置，该变压吸附装置具有第五进口和第五出口，变压吸附装置的第五进口与电除尘器的第四出口连通；

重整炉，该重整炉具有第六进口和第六出口，重整炉的第六进口与变压吸附装置的第五出口连通；以及

加热炉，该加热炉具有第七进口和第七出口，加热炉的第七进口与重整炉的第六出口连通；

其中，加热炉的第七出口与竖炉的还原气入口相连。

进一步地，变压吸附装置为除氮装置。

进一步地，变压吸附装置的吸附剂为沸石分子筛、炭分子筛和活性碳的至少一种。

进一步地，旋风除尘器和电除尘器的工作温度为低于300℃。

更进一步地，旋风除尘器和电除尘器的工作温度为100-300℃