[发明专利]适用于氢气直接还原铁反应的竖炉反应器及其应用

说明书

本申请涉及一种适用于氢气直接还原铁反应的竖炉反应器及其应用，所述竖炉反应器包括竖炉炉体、加料装置、卸料装置、炉顶气处理装置和还原气加热分配装置，其中所述竖炉炉体为横截面呈圆形的中空柱体形式，其内腔通过竖直的分隔壁均匀划分为n个彼此独立的反应区，使得所述n个反应区围绕所述炉体内腔的中心轴呈扇形分布，其中n为大于等于4的整数，所述加料装置、卸料装置、炉顶气处理装置和还原气加热分配装置与每一所述反应区分别连通。所述竖炉反应器允许根据新鲜氢气的供气量调整参与氢气直接还原铁反应的反应区的数量和位置，从而使该竖炉反应器的生产负荷可以适应绿氢直接还原铁工艺中可再生能源制氢的负荷变化。

技术领域

本申请涉及氢直接还原铁的技术领域，具体涉及一种适用于氢气直接还原铁反应的竖炉反应器及其应用。

背景技术

为了控制大气温室效应，减少碳排放，推广短流程炼钢工艺，发达国家和各大钢铁巨头都在研发氢直接还原铁技术。

典型的氢直接还原铁工艺如图1所示，其中将含铁原料（如铁块矿或球团矿）经上料装置、竖炉加料装置送入竖炉；经过加热后的还原气（如氢气）通过管道进入炉膛，在竖炉还原区内，高温氢气和下落的含铁原料逆流充分接触，发生还原反应生成直接还原铁。经过还原反应后的气态物料（成分是水蒸气和H₂）作为炉顶气由竖炉炉顶排出，经洗涤器除尘，循环气体压缩机加压后与补充的氢气混合成还原气，再经加热器加热后进入竖炉。热的直接还原铁由竖炉下锥体排出，或者直接送往EAF电炉炼钢，或者用热压块装置制成长约110毫米、宽约50毫米、厚约30毫米的枕状铁块（HBI）。

氢直接还原铁工艺的氢气可以来自水电解制氢，所需电能可以由可再生能源（如风/光电）提供，而采用可再生能源经水电解制得的氢气也称为“绿氢”。由于可再生能源（如风/光电）负荷随自然条件变化，需要配置储能装置，考虑到投资经济性和技术可行性，可再生能源的储能能力通常是其正常发电能力的10%，即可再生能源的负荷随自然条件变化会在10-100%范围内波动。水电解制氢的操作弹性为10-100%，与可再生能源的负荷变动区间一致，但是氢直接还原铁竖炉的操作弹性只有60-100%。

为了降低可再生能源的负荷波动导致的绿氢供应量波动对竖炉工作温度及效率的影响，需要开发一种能够与可再生能源的负荷波动相匹配的适于用绿氢直接还原铁的竖炉反应器。

发明内容

本申请的目的是提供一种新型的适用于氢气直接还原铁反应的竖炉反应器及其应用，所述竖炉反应器可以采用绿氢作为氢气来源，并且其操作弹性可与制备绿氢所用的可再生能源的负荷波动相匹配。

为了实现上述目的，一方面，本申请提供了一种适用于氢气直接还原铁反应的竖炉反应器，包括竖炉炉体、加料装置、卸料装置、炉顶气处理装置和还原气加热分配装置，其中所述竖炉炉体为横截面呈圆形的中空柱体形式，其内腔通过竖直的分隔壁均匀划分为n个彼此独立的反应区，使得所述n个反应区围绕所述炉体内腔的中心轴呈扇形分布，其中n为大于等于4的整数，所述加料装置、卸料装置、炉顶气处理装置和还原气加热分配装置与每一所述反应区分别连通。

另一方面，提供了根据本申请的竖炉反应器用于氢气直接还原铁反应的用途。

再一方面，本申请提供了一种采用氢气直接还原铁的方法，包括使用根据本申请的竖炉反应器进行氢气直接还原铁反应的步骤。

本申请的竖炉反应器允许根据新鲜氢气的供气量调整参与氢气直接还原铁反应的反应区的数量和位置，从而使该竖炉反应器的生产负荷适应可再生能源制氢的负荷变化，提高了反应器运行效率和稳定性，降低了投资和运行成本，完善了绿氢直接还原铁工艺。

本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请，但并不构成对本申请的限制。在附图中：