[发明专利]一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺

说明书

本发明提供一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，包括：竖炉顶部排出的炉顶煤气经脱碳分离出副产CO₂气体以及富含H₂和CO的脱碳气，副产CO₂气体与补充氢气混合生成混合气；混合气经逆水煤气变换反应后，生成合成气；合成气与脱碳气混合，生成竖炉循环气；竖炉循环气与补充氢气和补充化石类含碳气体混合后，生成竖炉还原气，并经升温后通入竖炉以生产直接还原铁。本发明利用炉顶煤气中分离的CO2与补充氢气结合的逆水煤气变换反应生成还原气体来生产直接还原铁，主要补充的原料是“绿氢”及少量化石类含碳气体，实现了竖炉流程系统中碳素的变换及循环利用，无碳氧化物直接排放，更为绿色低碳，满足节能和低碳排放的要求。

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别是涉及一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺。

背景技术

钢铁工业作为国民经济发展的基础性产业，一直以来我国的钢铁工业主要还原剂是碳，但是其能源消耗巨大、环境污染严重；满足节能和降低碳排放的要求，钢铁工业中开始采用氢气取代碳作为还原剂的氢冶金技术。

氢冶金就是在还原冶炼过程中主要使用氢气作还原剂。氢是最活泼的还原剂，在铁氧化物的气-固还原反应过程中，提高气体还原剂中氢气的比例，可以明显提高其还原速率和还原效率。与一氧化碳的还原潜能相比，氢气的还原潜能大大高于一氧化碳。用氢气还原氧化铁时，其主要产物是金属铁和水蒸气。还原后的尾气对环境没有任何不利的影响，可以明显减轻对环境的负荷。

目前，世界上75％以上的直接还原铁工艺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为主的还原气来生产直接还原铁(即DRI)。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。用可再生能源基础上制取的氢气(“绿氢”)，替代原来基于碳基得到的“灰氢”，更能够达到节能和降低碳排放的要求。

综上所述，在传统的气基竖炉工艺技术基础上，考虑进一步提高入炉氢气含量、降低含碳氧化物含量的同时，如何保证在稳定现有直接还原铁碳含量的条件下，最大程度地减少竖炉工艺的碳排放甚至无碳排放，是当前气基竖炉工艺技术研究的重点和关键。

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富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，用于解决现有技术中难于提高还原气中氢气含量以减少竖炉碳排放等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，包括以下步骤：

竖炉顶部排出的炉顶煤气经脱碳分离后，分离出副产CO₂气体以及富含H₂和CO的脱碳气；

所述副产CO₂气体与补充氢气混合后生成混合气；

所述混合气经加热、逆水煤气变换反应、换热后生成合成气；

所述合成气与所述脱碳气混合后生成竖炉循环气；

所述竖炉循环气与补充氢气和补充化石类含碳气体混合后生成竖炉还原气，并经升温后通入竖炉以生产直接还原铁；

竖炉生产的直接还原铁从竖炉底部排出，竖炉顶部排出的炉顶煤气重复循环上述步骤。