[发明专利]用于全氢竖炉的煤气处理工艺

说明书

本发明提供一种用于全氢竖炉的煤气处理工艺，采用全氢气作为还原气，还原气包括由竖炉内反应后的顶煤气经处理后得到的循环氢气以及由外部补充的氢气；其中，竖炉内反应后的顶煤气经过除尘、脱水、加压、脱硫后形成脱硫后的循环氢气，循环氢气与外部补充的氢气经加热后送入竖炉冶炼。本发明将顶煤气经除尘、脱水、加压和脱硫等处理后的氢气循环使用，结合外部补入氢气的方式，以全氢气作为还原气送入竖炉冶炼，顶煤气主要为氢气和气态水；无论是还原气还是顶煤气中，均不含碳，可完全摒弃碳基原燃料，实现真正意义上的全氢竖炉冶炼，减少碳排放。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种用于全氢竖炉的煤气处理工艺。

背景技术

直接还原炼铁是一种使用气体等为能源和还原剂，在铁矿石软化温度以下，不熔化即将铁矿石中氧化铁直接还原为铁的生产工艺；生产的产品为直接还原铁，也称为海绵铁(DRI)，具有成分稳定、有害杂质低、粒度均匀等诸多优点，是电炉炼纯净钢、优质钢不可缺少的杂质稀释剂，也是转炉炼钢最好的冷却剂。直接还原炼铁工艺具有流程短、不用炼焦煤、节能减排效果明显的技术优势，是实现低碳绿色冶炼的重要发展方向。

目前，世界上75％以上的直接还原铁采用气基竖炉法生产，气基竖炉法是当今世界主流的直接还原炼铁技术。国外已投产的气基竖炉生产海绵铁工艺大都采用天然气为原料气，经催化重整制取以CO和H₂为主的还原气，进入竖炉反应生产海绵铁。近年来，结合我国多煤少天然气的资源特点，以焦炉煤气或煤制气为气源生产海绵铁的工艺路线也开始在国内进行研究。

无论是以天然气，还是以焦炉煤气、煤制气等为气源的竖炉直接还原工艺，其本质上仍是以碳基原料气为基础，重整制取氢气的过程无法完全避免碳排放的问题。在当前碳减排和碳中和成为全人类共同面对课题的背景下，用可再生能源基础上制取的氢(“绿氢”)，替代原来基于碳基得到的“灰氢”，并提出节能高效的全氢竖炉煤气处理工艺，在煤气处理工艺上可完全摒弃碳基燃料，是实现竖炉直接还原工艺绿色低碳冶炼的重大技术革新。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于全氢竖炉的煤气处理工艺，特别是以全氢气作为还原竖炉气源的煤气处理方法，以实现全氢低碳冶炼。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于全氢竖炉的煤气处理工艺，采用全氢气作为还原气，还原气包括由竖炉内反应后的顶煤气经处理后得到的循环氢气以及由外部补充的氢气；其中，竖炉内反应后的顶煤气经过除尘、脱水、加压、脱硫步骤后形成脱硫后的循环氢气，循环氢气与外部补充的氢气经加热后送入竖炉冶炼。

可选地，所述顶煤气的除尘采用干法除尘，除尘后的顶煤气在脱水之前，在余热回收装置中与后续脱硫后的循环氢气换热，利用顶煤气的余热预热脱硫后的循环氢气。

可选地，所述余热回收装置包括一级换热器和二级换热器，经干法除尘后的顶煤气在一级换热器内与后续脱硫后的循环氢气换热和回收余热，在二级换热器内与外部冷却水换热、降温，并脱水。

可选地，采用管式加热炉对循环氢气和外部补充的氢气加热，管式加热炉包括燃烧加热段和烟气换热段，所述脱硫后的循环氢气和外部补充的氢气先在烟气换热段被预热，再进入燃烧加热段被加热。

可选地，脱硫后的循环氢气与外部的补充氢气先在加热炉外混合后再进入烟气换热段和燃烧加热段被加热；或者外部补充的氢气和脱硫后的循环氢气先分别在烟气换热段被预热后，再混合并进入燃烧加热段加热。

可选地，脱硫后的循环氢气和外部补充的氢气在燃烧加热段加热到850℃～1050℃。

可选地，用于加热炉燃烧的助燃气体和/或燃料气先在烟气换热段内被高温烟气预热后再进入燃烧加热段进行燃烧，燃烧产生的高温烟气在烟气换热段内预热助燃气体、混合氢气、燃料气后，通过烟囱排入大气。

可选地，所述管式加热炉的燃料气为氢气或天然气，所述管式加热炉的助燃气体采用空气或氧气。