[发明专利]一种煤热解、热解气加热与钒钛矿还原耦合的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工冶金技术领域，具体为一种煤热解、陶瓷辐射管加热与钒钛矿还原工艺耦合的系统和方法。

背景技术

传统高炉流程或非高炉煤基直接还原流程冶炼钒钛矿时，由于只回收铁和钒，炉渣中钛品位太低暂无经济合理的回收价值，导致了钛资源的大量流失。

由于气基直接还原法具有高效率、低污染、无炼焦煤依赖性的特点，其成为了逐渐取代传统高炉炼铁技术的新工艺，在世界范围内得到了广泛应用。目前的直接还原工艺主要以天然气为还原剂，还原剂裂解加热炉(石化炉)则是难以超过900℃的石化炉。但我国石油、天然气资源相对匮乏，我国以煤为主的一次能源结构在今后相当长的时间内都不会改变。热解是煤热加工的基础过程，其特性对煤的进一步转化具有较大的影响。通过热解，可以从煤中获得还原铁矿石的还原煤气以及为电炉炼钢提供优质的还原剂半焦。

与普通氧化球团矿相比，钒钛矿经造球、氧化焙烧后的钒钛氧化球团矿中的主要物相是赤铁矿、铁板钛矿。其还原过程中分别得到浮士体和含镁钛铁晶石，含镁钛铁晶石又依次还原成含镁钛铁矿和含铁的镁黑钛石。由于自由的浮士体、含镁钛铁晶石，含镁钛铁晶石、镁钛铁矿和含铁的镁黑钛石还原难度依次增大，导致钒钛矿(氧化球团)直接还原需要更高的温度条件，势必要求还原剂加热炉异于现有的气体还原剂加热炉。

现有技术公开了一种铁矿煤球团自产还原气生产直接还原铁的方法，全部以铁矿煤球团中的煤作为还原剂，以铁矿煤球团中煤自身热解产生的气体作为自产还原气，以低热值煤气作为加热还原气体的燃料，形成自产还原气的循环生产与使用，在高温还原气体的氛围下将铁矿石还原生产直接还原铁。但该法中，铁矿煤球团强度依靠<618℃煤热解产生的液态内粘物质起粘结作用，当球团下降到竖炉高温还原段，温度>618℃，煤热解产生液态粘结物(煤热解有机物)气化逸出，球团强度降低，导致球团粉化粘结，影响炉内透气性，产生悬料，设备作业率低。

现有技术还提出了一种煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法，使用低煤阶煤作为还原铁球团或块矿的能源和还原剂，按照下述方法制取纯净钢：a)将低煤阶煤在煤热解炉中进行热解，以获取海绵状固定碳，并副产热解煤气和焦油；b)向气化炉内的海绵状固定碳中通入水蒸气，在800～1100℃下进行气化反应，制取还原气；c)控制还原竖炉还原段温度为700～1000℃，使铁球团或块矿通过还原竖炉并在还原段停留足够的还原时间，以便与通入还原竖炉中的还原气进行选择性气基直接还原，得到被还原的铁与未被还原的其他氧化物混合的还原产物。但该法煤热解炉规模与直接还原铁系统未能进行优化配置，部分还原气来源于热解半焦的气化，增加气化炉和蒸汽锅炉投资，流程长、投资大、能耗高。

现有技术还提到一种用竖炉还原-电炉熔分综合利用钒钛磁铁矿的方法：将氧化球团置于900～1200℃的气基竖炉内还原4～6小时，还原气压力为0.2～0.3MPa，还原气中H₂+CO≥90％，H₂与CO摩尔比为1～3。但该法过高的温度导致球团粘结，影响炉况顺行，且必须将获得的热还原气冷却后加压，既增加压缩机的投资又造成了能源消耗和浪费。

发明内容

面临上述技术问题，本发明旨在提出一种煤热解、陶瓷辐射管加热与钒钛矿还原工艺耦合的系统，该系统将煤化工与冶金生产有机结合，提高资源利用率，减少生产设备，实现降低钒钛直接还原铁(钒钛DRI)以及劣质煤、中低阶煤生产还原气半焦的生产成本及能耗，提高生产竞争力的目的。

为实现上述目的，本发明提出了一种煤热解、陶瓷辐射管加热与钒钛矿还原工艺耦合的系统，该系统包括煤热解炉、加热炉和竖炉；其中，

所述煤热解炉包括煤热解炉料仓和煤热解气出口；

所述加热炉包括煤热解气入口和还原气出口，所述煤热解气入口和所述煤热解气出口通过热解气管道相连；

所述竖炉包括气体喷吹口、竖炉料仓和竖炉出料口，所述竖炉料仓设置在所述竖炉顶部，所述气体喷吹口与所述还原气出口相连。

进一步地，所述系统还包括煤烘干炉，所述煤烘干炉具有煤烘干炉进料口、煤烘干炉出料口和高温气体入口；所述煤烘干炉出料口和所述煤热解炉料仓连接。

优选地，所述煤热解炉为下行床热解装置；所述煤热解炉还包括热解烟气出口，所述热解烟气出口和所述煤烘干炉的高温气体入口连接。

进一步地，所述竖炉还包括设置在其炉顶的竖炉烟气出口，所述竖炉烟气出口连接竖炉烟气管道，所述竖炉烟气管道经脱硫脱碳装置与所述热解气管道连通。