本實(shí)用新型屬于直接還原煉鐵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣基豎爐直接還原煉鐵的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
直接還原鐵(DRI)又稱海綿鐵，是鐵礦石在低于熔化溫度下直接還原得到的含鐵產(chǎn)品。海綿鐵是一種廢鋼的代用品，是電爐煉純凈鋼、優(yōu)質(zhì)鋼不可缺少的雜質(zhì)稀釋劑，是轉(zhuǎn)爐煉鋼優(yōu)質(zhì)的冷卻劑，是發(fā)展鋼鐵冶金短流程不可或缺的原料。
生產(chǎn)直接還原鐵的工藝稱為直接還原法，屬于非高爐煉鐵工藝，分為氣基法和煤基法兩大類。其中，76％的直接還原鐵是通過氣基法生產(chǎn)的。氣基法采用還原氣(其主要成分為CO和H2)還原鐵礦石，制備直接還原鐵。目前，還原氣主要以天然氣為原料制得，其制備成本很高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是提供一種氣基豎爐直接還原煉鐵的新工藝，降低直接還原鐵的生產(chǎn)成本。
本實(shí)用新型提供了一種氣基豎爐直接還原煉鐵的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
氣基豎爐，具有氧化物料入口、還原氣入口、高溫爐頂氣出口和直接還原鐵出口；
洗滌器，具有高溫爐頂氣入口和凈化爐頂氣出口，所述高溫爐頂氣入 口與所述氣基豎爐的高溫爐頂氣出口相連；
壓縮機(jī)，具有凈化爐頂氣入口和壓縮爐頂氣出口，所述凈化爐頂氣入口與所述洗滌器的凈化爐頂氣出口相連；
逆變換爐，具有H2入口、CO2入口、燃料氣入口、壓縮爐頂氣入口、高溫混合氣體出口，所述壓縮爐頂氣入口與所述壓縮機(jī)的壓縮爐頂氣出口相連；
間冷器，具有混合氣體入口、低溫還原氣出口和水出口，所述混合氣體入口與所述逆變換爐的高溫混合氣體出口相連；
加熱爐，具有低溫還原氣入口、燃料氣入口和高溫還原氣出口，所述低溫還原氣入口與所述間冷器的低溫還原氣出口相連，所述高溫還原氣出口與所述氣基豎爐的還原氣入口相連。
在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括換熱器，所述換熱器具有低溫H2入口、低溫CO2入口、低溫壓縮爐頂氣入口、高溫混合氣體入口、預(yù)熱H2出口、預(yù)熱CO2出口、預(yù)熱壓縮爐頂氣出口和低溫混合氣體出口，所述低溫壓縮爐頂氣入口與所述壓縮機(jī)的壓縮爐頂氣出口相連，所述高溫混合氣體入口與所述逆變換爐的高溫混合氣體出口相連，所述預(yù)熱H2出口與所述逆變換爐的H2入口相連，所述預(yù)熱CO2出口與所述逆變換爐的CO2入口相連，所述預(yù)熱壓縮爐頂氣出口與所述逆變換爐的壓縮爐頂氣入口相連，所述低溫混合氣體出口與所述間冷器的混合氣體出口相連。
在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述洗滌器的凈化爐頂氣出口還與所述逆變換爐的燃料氣入口和/或所述加熱爐的燃料氣入口相連。
本實(shí)用新型采用爐頂氣作為原料，制備直接還原鐵用還原氣，爐頂氣的循環(huán)利用率高達(dá)80％以上。不僅節(jié)約了原料，還降低了系統(tǒng)能耗，從而降低了直接還原鐵的生產(chǎn)成本。
其次，本實(shí)用新型采用逆變換爐制備還原氣，所用的逆變換爐只需裝填廉價催化劑即可獲得高品質(zhì)的還原氣。本實(shí)用新型制得的還原氣的還原能力強(qiáng)，還原氣中CO和H2的含量高于85％，且還原氣中水蒸氣的含量低于5％；由其制得的直接還原鐵的品質(zhì)高。此外，整個工藝只有少量的CO2排放，對環(huán)境友好。
本實(shí)用新型可用于工業(yè)化生產(chǎn)裝置，特別是大中型工業(yè)試驗(yàn)裝置。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種氣基豎爐直接還原煉鐵的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本實(shí)用新型的方案以及其各個方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說明的目的，而不是對本實(shí)用新型的限制。
本實(shí)用新型提供的氣基豎爐直接還原煉鐵的系統(tǒng)包括：氣基豎爐，具有氧化物料入口、還原氣入口、高溫爐頂氣出口和直接還原鐵出口；洗滌器，具有高溫爐頂氣入口和凈化爐頂氣出口，高溫爐頂氣入口與氣基豎爐的高溫爐頂氣出口相連；壓縮機(jī)，具有凈化爐頂氣入口和壓縮爐頂氣出口，凈化爐頂氣入口與洗滌器的凈化爐頂氣出口相連；逆變換爐，具有H2入口、CO2入口、燃料氣入口、壓縮爐頂氣入口、高溫混合氣體出口，壓縮爐頂氣入口與壓縮機(jī)的壓縮爐頂氣出口相連；間冷器，具有混合氣體入口、低溫還原氣出口和水出口，混合氣體入口與逆變換爐的高溫混合氣體出口相連；加熱爐，具有低溫還原氣入口、燃料氣入口和高溫還原氣出口，低溫還原氣入口與間冷器的低溫還原氣出口相連，高溫還原氣出口與氣基豎爐的還原氣入口相連。
從氣基豎爐排出的爐頂氣的主要成分為CO、CO2和H2，經(jīng)過凈化和壓縮后，爐頂氣中的CO2在逆變換爐中被另加入的H2還原為CO，獲得主要成分為CO和H2的高溫混合氣體，再除去該高溫混合氣體中水蒸氣，即得到還原氣。
此外，所用的逆變換爐只需裝填廉價催化劑即可獲得高品質(zhì)的還原氣。本實(shí)用新型制得的還原氣的還原能力強(qiáng)，還原氣中CO和H2的含量高于 85％，且還原氣中水蒸氣的含量低于5％；由其制得的直接還原鐵的品質(zhì)高。此外，整個工藝只有少量的CO2排放，對環(huán)境友好。
在本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施例中，參考圖1，上述系統(tǒng)還包括換熱器，換熱器具有低溫H2入口、低溫CO2入口、低溫壓縮爐頂氣入口、高溫混合氣體入口、預(yù)熱H2出口、預(yù)熱CO2出口、預(yù)熱壓縮爐頂氣出口和低溫混合氣體出口，低溫壓縮爐頂氣入口與壓縮機(jī)的壓縮爐頂氣出口相連，高溫混合氣體入口與逆變換爐的高溫混合氣體出口相連，預(yù)熱H2出口與逆變換爐的H2入口相連，預(yù)熱壓縮爐頂氣出口與逆變換爐的壓縮爐頂氣入口相連，低溫混合氣體出口與間冷器的混合氣體出口相連。
其中，換熱器用于回收逆變換爐制得的高溫混合氣體的熱量，回收的熱量被用于預(yù)熱進(jìn)入逆變換爐的物料，熱量利用率高。
在本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，參考圖1，洗滌器的凈化爐頂氣出口還與逆變換爐的燃料氣入口和/或加熱爐的燃料氣入口相連。
同前所述，爐頂氣中含有不少CO和H2，在上述優(yōu)選實(shí)施例中，一部分爐頂氣經(jīng)過壓縮和逆變換處理，用于制備還原氣；另一部分爐頂氣被燃燒，為逆變換反應(yīng)提供熱量及預(yù)熱進(jìn)入氣基豎爐的還原氣，降低直接還原鐵的生產(chǎn)成本。
本實(shí)用新型中爐頂氣的循環(huán)利用率高達(dá)80％以上。不僅節(jié)約了原料，還降低了系統(tǒng)能耗，從而降低了直接還原鐵的生產(chǎn)成本。
需要說明的是，本實(shí)用新型所有提及的氣體的百分含量均為體積含量，氣體的百分比均為體積百分比。
下面參考具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行說明。下述實(shí)施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述實(shí)用新型內(nèi)容中所示。下述實(shí)施例所用的檢測方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測方法。
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種氣基豎爐直接還原煉鐵的系統(tǒng)，圖1為其結(jié)構(gòu)示意 圖。
如圖1所示，該系統(tǒng)包括：氣基豎爐1、洗滌器2、壓縮機(jī)3、換熱器4、逆變換爐5、間冷器6和加熱爐7。
氣基豎爐1具有氧化物料入口、還原氣入口、高溫爐頂氣出口和直接還原鐵出口。
洗滌器2具有高溫爐頂氣入口和凈化爐頂氣出口，高溫爐頂氣入口與氣基豎爐的高溫爐頂氣出口相連。
壓縮機(jī)3具有凈化爐頂氣入口和壓縮爐頂氣出口，凈化爐頂氣入口與洗滌器的凈化爐頂氣出口相連。
換熱器4具有低溫H2入口、低溫CO2入口、低溫壓縮爐頂氣入口、高溫混合氣體入口、預(yù)熱物料出口和低溫混合氣體出口，低溫壓縮爐頂氣入口與壓縮機(jī)3的壓縮爐頂氣出口相連。本實(shí)施例將上述預(yù)熱H2出口、預(yù)熱CO2出口和預(yù)熱壓縮爐頂氣出口連接，形成一個預(yù)熱物料出口，減少了系統(tǒng)中的管路。
逆變換爐5具有預(yù)熱物料入口、燃料氣入口和高溫混合氣體出口，預(yù)熱物料入口與換熱器4的預(yù)熱物料出口相連，燃料氣入口與洗滌器2的凈化爐頂氣出口相連。由于在換熱器4中，預(yù)熱H2、預(yù)熱CO2和預(yù)熱壓縮爐頂氣混合后再送入逆變換爐5中，因此，本實(shí)施例中的逆變換爐5也只設(shè)置有一個預(yù)熱物料入口，其作用與上文中提及的H2入口、CO2入口和壓縮爐頂氣入口的作用相同。
間冷器6具有混合氣體入口、低溫還原氣出口和水出口，混合氣體入口與逆變換爐5的高溫混合氣體出口相連。
加熱爐7具有低溫還原氣入口、燃料氣入口和高溫還原氣出口，低溫還原氣入口與間冷器6的低溫還原氣出口相連，燃料氣入口與洗滌器2的凈化爐頂氣出口相連，高溫還原氣出口與氣基豎爐1的還原氣入口相連。
實(shí)施例2
本實(shí)施例利用實(shí)施例1所述的系統(tǒng)制備直接還原鐵，具體流程如下：
準(zhǔn)備原料：全鐵品位為62％的氧化球團(tuán)、H2和CO2，H2和CO2的純度為95％，其余成分為N2。
制備還原氣：
1)將從氣基豎爐1中排出的高溫爐頂氣送入洗滌器2中除塵和脫水，獲得凈化爐頂氣。
2)將80％的凈化爐頂氣送入壓縮機(jī)3中進(jìn)行壓縮，獲得壓縮爐頂氣。將壓縮爐頂氣送入換熱器4中，再往其中加入H2和CO2，獲得預(yù)熱的壓縮爐頂氣、H2和CO2的混合氣，預(yù)熱后的混合氣的溫度約為550℃。將預(yù)熱后的混合氣送入逆變換爐5中，進(jìn)行逆變換反應(yīng)，獲得高溫混合氣體，將高溫混合氣體再送回?fù)Q熱器4中預(yù)熱壓縮爐頂氣、H2和CO2，然后再送入間冷器6中，除去其中的水蒸氣，獲得低溫還原氣。將低溫還原氣送入加熱爐7中加熱至約920℃，獲得高溫還原氣。
剛開爐時，送入換熱器4中的H2、CO2的體積比為90:10；運(yùn)行10h后，送入換熱器4中的H2、CO2和壓縮爐頂氣的體積比為40:10:50。逆變換爐5和加熱爐7所用的燃料氣為剩下的20％的凈化爐頂氣。逆變換爐所用的催化劑為銅基催化劑，逆變換反應(yīng)的溫度為700℃。制得的高溫還原氣中H2O和CO2含量分別為2.3％和3.4％，H2的含量為57.1％，CO的含量為36.8％。
還原鐵礦石：將高溫還原氣送入氣基豎爐1中還原上述氧化球團(tuán)，制備直接還原鐵。制得的直接還原鐵的金屬化率為92％。
實(shí)施例3
本實(shí)施例利用實(shí)施例1所述的系統(tǒng)制備直接還原鐵，具體流程如下：
準(zhǔn)備原料：全鐵品位為65％的氧化球團(tuán)、H2和CO2，H2和CO2的純度為96％，其余成分為N2。
制備還原氣：
1)將從氣基豎爐1中排出的高溫爐頂氣送入洗滌器2中除塵和脫水，獲得凈化爐頂氣。
2)將95％的凈化爐頂氣送入壓縮機(jī)3中進(jìn)行壓縮，獲得壓縮爐頂氣。將壓縮爐頂氣送入換熱器4中，再往其中加入H2和CO2，獲得預(yù)熱的壓縮爐頂氣、H2和CO2的混合氣，預(yù)熱后的混合氣的溫度約為620℃。將預(yù)熱后的混合氣送入逆變換爐5中，進(jìn)行逆變換反應(yīng)，獲得高溫混合氣體，將高溫混合氣體再送回?fù)Q熱器4中預(yù)熱壓縮爐頂氣、H2和CO2，然后再送入間冷器6中，除去其中的水蒸氣，獲得低溫還原氣。將低溫還原氣送入加熱爐7中加熱至約920℃，獲得高溫還原氣。
剛開爐時，送入換熱器4中的H2、CO2的體積比為80:20；運(yùn)行10h后，送入換熱器4中的H2、CO2和壓縮爐頂氣的體積比為25:0.1:74.9。逆變換爐5和加熱爐7所用的燃料氣為剩下的5％的凈化爐頂氣。逆變換爐所用的催化劑為鐵基催化劑，逆變換反應(yīng)的溫度為500℃。制得的高溫還原氣中H2O和CO2含量分別為2.3％和3.1％，H2的含量為60.8％，CO的含量為33.2％。
還原鐵礦石：將高溫還原氣送入氣基豎爐1中還原上述氧化球團(tuán)，制備直接還原鐵。制得的直接還原鐵的金屬化率為93％。
從上述實(shí)施例可知，采用本實(shí)用新型提供的工藝制得的直接還原鐵的品質(zhì)高，且生產(chǎn)成本低。
綜上，本實(shí)用新型采用爐頂氣作為原料，制備直接還原鐵用還原氣，爐頂氣的循環(huán)利用率高達(dá)80％以上。不僅節(jié)約了原料，還降低了系統(tǒng)能耗，從而降低了直接還原鐵的生產(chǎn)成本。
其次，本實(shí)用新型采用逆變換爐制備還原氣，所用的逆變換爐只需裝填廉價催化劑即可獲得高品質(zhì)的還原氣。本實(shí)用新型制得的還原氣的還原能力強(qiáng)，還原氣中CO和H2的含量高于85％，且還原氣中水蒸氣的含量低于5％；由其制得的直接還原鐵的品質(zhì)高。此外，整個工藝只有少量的CO2排放，對環(huán)境友好。
最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。