[发明专利]颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用

说明书

本发明提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用，涉及冶炼技术领域。该气基还原方法不需要纯氧、也不需要高热值燃气，以天然气为原料，将压缩天然气通过脱硫、水蒸汽重整、变换反应、第一脱水处理和第一脱CO₂处理转化为富氢气体，再将富氢气体预热与特定粒径及特定预热温度下的颗粒状铁矿石逆流接触使进行还原反应，制得颗粒直接还原铁；由于颗粒状铁矿石的颗粒尺寸较小，在相同温度下的还原反应速度快于传统的球团矿，且无需引入其它粘结剂和烧结过程，大大降低污染，同时将特定预热温度下的颗粒状铁矿石与富氢气体直接进行还原反应，利用颗粒状铁矿石与富氢气体本身的热量实现低温下还原反应的进行。

技术领域

本发明涉及冶炼技术领域，尤其是涉及一种颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用。

背景技术

目前全球钢铁冶炼行业，炼铁的技术有多种，包括高炉炼铁技术和非高炉炼铁技术，非高炉炼铁技术又分直接还原和熔融还原，直接还原又分气基还原和煤基还原。其中高炉炼铁技术生产规模和使用量最大，在高炉炼铁过程中炼焦和烧结过程中会排放大量的粉尘、二氧化碳和其它气体，给环境带来了很大的压力。非高炉炼铁技术中，气基还原工艺使用还原性气体将铁矿石中的氧化铁还原为金属化球团，比传统的碳还原法炼铁效率更高，不需要炼焦和烧结，生产过程更清洁。

目前气基还原技术以Midrex气基竖炉技术和HYL气基竖炉技术为主，使用气基竖炉需要先把铁矿和粘结剂混合、焙烧获得氧化球团，然后使用还原性气体高温下进行还原。Midrex气基竖炉中还原性气体在850-950℃下进入竖炉，反应压力在0.5MPa左右，能获得金属化率92-93％的金属化球团。HYL气基竖炉的还原气需要预热至900-960℃，反应压力在0.4-0.6MPa，H₂/CO为5.6-5.9，可获得平均金属化率在91-95％的金属化球团。

除了竖炉技术以外，气基还原技术还有流化床技术。Hydro carbon Research Inc和Bethlehom Steel Conp联合开发的氢气流化床技术，采用三段流化床，矿粉在还原床内共停留45h，获得金属化率98％的还原铁粉，H₂转化率5％左右，间断操作；美国钢铁公司开发的HIB流化床技术，采用两段流化床，得到金属化率75％和温度700℃的还原铁粉，H₂转化率为32-36％；以及Exxon研究与工程公司开发的FIOR技术，操作条件为1.05MPa和880℃，采用四个流化床进行反应，获得金属化率90％的铁粉。

目前直接还原技术基本大部分都采用竖炉技术，少量采用煤基直接还原技术，以产出高金属化率的金属球团，或将球团热压成块作为产品。以铁粉为产品的流化床技术由于还原气停留时间长、还原气利用效率低、产品金属化率低、高温下铁颗粒之间相互粘结影响流态化等原因，装置运行不平稳，经济效益差等原因，仅有极少数工厂还在运行。

有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种颗粒状铁矿石的气基还原方法。

本发明的第二目的在于提供一种颗粒状铁矿石的气基还原系统。

本发明的第三目的在于提供上述颗粒状铁矿石的气基还原方法和气基还原系统的应用。

为了实现上述目的，特提出以下技术方案：

本发明提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法，包括以下步骤：

(a)将压缩天然气脱硫后与水蒸汽混合，使进行重整反应，得到粗合成气；

将粗合成气进行变换反应，得到变换气；

将变换气进行第一脱水处理和脱二氧化碳处理，得到富氢气体；

(b)富氢气体经预热后与预热后的颗粒状铁矿石逆流接触，使进行还原反应，得到颗粒直接还原铁；