[发明专利]竖炉还原气的制备系统及方法

说明书

本发明提供了一种竖炉还原气的制备系统及方法，其中，其竖炉还原气的制备系统至少包括氢气生成设备、气流床气化炉、换热器、混合器、第一降温净化设备和第二降温净化设备。本发明利用高温气化合成气耦合直接还原铁制氢，无需使用昂贵的催化剂，成本低廉，热效率高，并且无需CO变换装置，利用换热器将高温的合成气的热量传递至氢气，使氢气被加热，从而使得气化炉生成的高温高压合成气的显热得到充分利用，与传统工艺先降温脱硫脱碳，再变换升温相比，节省了投资，大幅降低了能耗，并降低了运行成本。

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种竖炉还原气的制备系统及方法。

背景技术

高炉炼铁工艺与转炉结合在一起，形成了效率很高，规模巨大的钢铁生产流程，是世界上钢铁生产的主力。但由于其流程长、能耗高、污染重、需要消耗焦炭等特点，发展空间逐渐受到限制，世界各国开始转向非高炉炼钢技术，发展以废钢和直接还原铁为原料的电炉短流程炼钢技术，是一种环境友好和资源节约型的炼钢技术。在此技术中，直接还原铁可以稀释废钢中存在的碳、铜、锰、锌等杂质，在欧美发达国家的市场需求特别大。目前世界先进的直接还原铁技术是气基竖炉直接还原技术，该技术主要以天然气为原料，经变换成富H₂和CO的气体后，直接与铁矿石在高温条件下发生固态还原，生产海绵铁(直接还原铁)。由于我国天然气资源匮乏，发展气基竖炉还原技术受到限制。我国的煤炭资源相对丰富，发展煤炭气化制气用于气基竖炉生产海绵铁是符合我国国情的优选的技术路线，是适合我国发展新型炼铁技术的重要方向。

一般而言，竖炉直接还原炼铁对还原气的要求是，H₂与CO的总体积分数大于90％，φ(H₂)/φ(CO)为1.0～4.0，压力为0.15Mpa～0.60Mpa。现有的煤气化工艺均不能直接提供满足要求的气体组分，需要CO变换设备来调节气体组分，且普遍存在气化炉压力高，对原料要求苛刻、制气成本高、能耗高等不足。若要满足还原气的要求，目前的气化技术，采用固定床或流化床均需要纯氧气化，配套脱碳，CO变换设备，需要先降温再升温，造成能源浪费，能耗高。气流床气化技术炉温高，生成的CO+H₂90％，不需配套脱碳设备，只需要配套CO变换设备以提高氢气的含量，同样造成能源的浪费和高能耗。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能降低能耗且合理利用热量的竖炉还原气的制备系统。

本发明的另一个目的是提供一种采用上述竖炉还原气的制备系统的竖炉还原气的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种竖炉还原气的制备系统，其至少包括：

氢气生成设备，其具有合成气进口、水蒸气进口、直接还原铁入口和氢气排气口；

气流床气化炉，其具有合成气排气口；

换热器，其具有合成气入口、合成气出口、氢气入口和氢气出口，所述合成气入口与所述合成气排气口相连通，所述氢气入口与所述氢气排气口相连通；

混合器，其具有第一入口、第二入口和还原气出口，所述氢气出口与所述第一入口相连通；

第一降温净化设备，其具有第三入口、合成气净化出口和水蒸气出口，所述第三入口与所述合成气出口相连通，所述合成气净化出口通过两连接管路分别与所述第二入口和所述合成气进口相连通，所述水蒸气排出口与所述水蒸气进口相连通；

第二降温净化设备，其具有炉顶气入口和炉顶气净化出口，所述炉顶气净化出口与所述第一入口相连通。

如上所述的竖炉还原气的制备系统，其中，所述氢气生成设备包括：

第一反应器，其设有第一进料口、第一出料口、所述合成气进口和排放口，所述排放口与外界连通；