本發(fā)明涉及燒結(jié)鐵礦石并分離CO2的方法和裝置，特別是涉及一種利用雙流化床間換熱為燒結(jié)鐵礦石并分離CO2供熱的方法和裝置。
背景技術(shù)：
氣候變暖除自然原因外，還受到工業(yè)革命250多年來，應(yīng)用化石燃料大量排放溫室氣體的影響。2009年12月通過的《哥本哈根協(xié)議》，堅(jiān)持發(fā)達(dá)國家實(shí)行強(qiáng)制減排和發(fā)展中國家采取自主減緩行動為原則。由于發(fā)展中國家溫室氣體排放量的快速增長，參與溫室氣體減排或限排承諾的壓力與日俱增。鋼鐵工業(yè)以碳冶金為基礎(chǔ)，生產(chǎn)過程的CO2排放占全球總量的5％～6％。隨著鋼產(chǎn)量的增加，降低二氧化碳排放已成為中國鋼鐵工業(yè)亟待解決的問題。當(dāng)前，鋼鐵工業(yè)發(fā)展的主題是高效、低碳和綠色，為有效應(yīng)對溫室效應(yīng)和實(shí)現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展，在整個鋼鐵生產(chǎn)流程中，減少高爐煉鐵過程的CO2排放成為人們研究的熱點(diǎn)。在煉鐵過程中，有效分離并捕集CO2又不耗費(fèi)過多資源成為制約鋼鐵工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。同時，高爐煉鐵過程中還會產(chǎn)生副產(chǎn)品，即高爐煤氣，約占鋼鐵企業(yè)排放可燃廢氣的88.7％，這部分氣體不經(jīng)任何利用直接排出是極大的浪費(fèi)，因此，對高爐煤氣的有效利用是鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種燒結(jié)鐵礦石并內(nèi)在分離二氧化碳的裝置及方法。本發(fā)明利用還原礦粉氧化為原鐵礦粉還原反應(yīng)供熱，產(chǎn)生塊狀燒結(jié)礦并有效分離CO2，具有減少溫室氣體排放的優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)方案：本發(fā)明的一種燒結(jié)鐵礦石并內(nèi)在分離二氧化碳的的裝置由原鐵礦還原反應(yīng)流化床與還原礦氧化反應(yīng)流化床組成；其中：
原鐵礦還原反應(yīng)流化床包括原鐵礦還原反應(yīng)室、還原反應(yīng)室過渡段、還原床提升管、二氧化碳旋風(fēng)分離器、下料管、溢流槽、第一換熱器以及給料器；
還原礦氧化反應(yīng)流化床包括還原礦氧化反應(yīng)室、氧化反應(yīng)室過渡段、氧化床提升管、第二換熱器以及螺旋排渣口；
還原礦氧化反應(yīng)流化床中的還原礦氧化反應(yīng)室通過溢流槽與原鐵礦還原反應(yīng)流化床中的下料管相連。
所述的原鐵礦還原反應(yīng)流化床中，還原床提升管的下端通過還原反應(yīng)室過渡段與原鐵礦還原反應(yīng)室相連，還原床提升管的上端與二氧化碳旋風(fēng)分離器的上端相連，二氧化碳旋風(fēng)分離器的下端通過下料管與溢流槽相連，原鐵礦還原反應(yīng)室的下端側(cè)與給料器相連，第一換熱器布置在原鐵礦還原反應(yīng)室的周圍；在原鐵礦還原反應(yīng)室底端設(shè)有高爐煤氣口，二氧化碳旋風(fēng)分離器頂端設(shè)有二氧化碳排氣口；溢流槽底部設(shè)有松動風(fēng)口。
所述的還原礦氧化反應(yīng)流化床中，氧化床提升管的下端通過氧化反應(yīng)室過渡段與還原礦氧化反應(yīng)室相連，還原礦氧化反應(yīng)室的下端側(cè)與螺旋排渣口相連，第二換熱器布置在還原礦氧化反應(yīng)室的周圍；在還原礦氧化反應(yīng)室底端設(shè)有空氣口，氧化床提升管頂端設(shè)有欠氧空氣排氣口。
第一換熱器和第二換熱器之間的接口b至接口c和接口d至接口a由熱管連接的，熱管中導(dǎo)熱油的流動順序?yàn)閍-b-c-d-a。
通入溢流槽底部的松動風(fēng)采用空氣。
本發(fā)明的一種燒結(jié)鐵礦石并內(nèi)在分離CO2的方法是：將原鐵礦粉通過給料器送入原鐵礦還原反應(yīng)室中，在原鐵礦還原反應(yīng)室的下端通入高爐煤氣，原鐵礦粉被高爐煤氣還原為低價態(tài)的還原礦粉，氣體產(chǎn)物為H2O與CO2；由于還原床提升管呈快速流態(tài)化，還原礦粉隨著H2O與CO2離開還原反應(yīng)室，并經(jīng)過還原反應(yīng)室過渡段進(jìn)入還原床提升管；經(jīng)過二氧化碳旋風(fēng)分離器，H2O與CO2排出并被捕集，冷凝并分離出其中的水后即可得到純凈的CO2；還原礦粉從二氧化碳旋風(fēng)分離器下端經(jīng)下料管、溢流槽至還原礦氧化反應(yīng)室底部；原鐵礦粉還原反應(yīng)所需的熱量由還原礦粉在氧化反應(yīng)室的劇烈氧化反應(yīng)提供。在還原礦氧化反應(yīng)室下端通入空氣，還原礦粉與氧氣劇烈氧化，釋放熱量，發(fā)生燒結(jié)，生成塊狀燒結(jié)礦，并經(jīng)排渣口排出；燃燒后的欠氧空氣經(jīng)氧化床提升管排出；氧化床反應(yīng)室產(chǎn)生的大量熱量通過第二換熱器、第一換熱器傳遞到還原反應(yīng)室，為原鐵礦粉的還原反應(yīng)供熱，最終實(shí)現(xiàn)原鐵礦粉的燒結(jié)及CO2的分離。
有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)本發(fā)明的方法及其裝置能夠從原鐵礦中分離CO2并捕集。在原鐵礦還原反應(yīng)流化床中，原鐵礦還原反應(yīng)室的橫截面積大于還原床提升管的橫截面積，床體橫截面積的縮小使還原床提升管內(nèi)處在快速流化狀態(tài)。其優(yōu)勢在于，原鐵礦粉與高爐煤氣發(fā)生變換反應(yīng)(Fe2O3)m(Fe3O4)n+CH4Fex(FeO)y+CO2+H2O，該反應(yīng)是可逆的，但是產(chǎn)物的混合物由于氣力輸送不斷向上運(yùn)動，這樣，變化反應(yīng)平衡發(fā)生移動，原鐵礦粉不斷被還原為還原礦粉，同時有CO2析出；由于還原床提升管中氣體的流速高，夾帶作用顯著，大部分還原礦粉不能直接落入還原反應(yīng)室，而是在還原床提升管中與H2O和CO2流化提升，經(jīng)二氧化碳旋風(fēng)分離器落入還原礦氧化反應(yīng)室中。還原礦氧化反應(yīng)室中處于鼓泡流化狀態(tài)，固體物料停留時間長，有充分的化學(xué)反應(yīng)時間。
原鐵礦粉經(jīng)過高爐煤氣還原，生成還原礦粉、H2O以及CO2；還原礦粉在氧化室的內(nèi)劇烈氧化，生成塊狀燒結(jié)礦，從排渣口排出。與傳統(tǒng)的煉鐵工藝相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對CO2的捕集，能夠有效減輕溫室效應(yīng)。
(2)本發(fā)明的串行流化床，氧化反應(yīng)室將釋放的大量熱量傳遞到第二換熱器，換熱介質(zhì)水從第二換熱器流入第一換熱器，將熱量傳遞給還原室，為還原室的還原反應(yīng)供熱，使得原鐵礦粉在沒有額外耗能的基礎(chǔ)上進(jìn)行還原反應(yīng)。
(3)當(dāng)前減少高爐煉鐵過程的CO2排放的技術(shù)，主要集中于使用新型爐料、高爐噴吹含氫物質(zhì)和高爐爐頂煤氣的循環(huán)利用等方面，主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高昂。本發(fā)明使用串行流化床間熱量交換，使得原鐵礦分離二氧化碳過程中生產(chǎn)簡便，無二次污染問題，整套裝置系統(tǒng)運(yùn)行成本低廉。
附圖說明
圖1為本發(fā)明燒結(jié)鐵礦石并內(nèi)在分離CO2的裝置圖。
其中有：原鐵礦還原反應(yīng)流化床1、第一換熱器1-1、以及給料器1-2、原鐵礦還原反應(yīng)室1-3、還原反應(yīng)室過渡段1-4、溢流槽1-5、還原床提升管1-6、下料管1-7、二氧化碳旋風(fēng)分離器1-8。
還原礦氧化反應(yīng)流化床2、螺旋排渣口2-1、第二換熱器2-2、還原礦氧化反應(yīng)室2-3、氧化反應(yīng)室過渡段2-4、氧化床提升管2-5。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的燒結(jié)鐵礦石并內(nèi)在分離CO2的方法的裝置，由原鐵礦還原反應(yīng)流化床1與還原礦氧化反應(yīng)流化床2組成。原鐵礦還原反應(yīng)流化床1由原鐵礦還原反應(yīng)室1-3、還原反應(yīng)室過渡段1-4、還原床提升管1-6、二氧化碳旋風(fēng)分離器1-8、下料管1-7、溢流槽1-5、第一換熱器1-1以及給料器1-2組成。還原床提升管1-6的下端通過還原反應(yīng)室過渡段1-4與原鐵礦還原反應(yīng)室1-3相連，還原床提升管1-6的上端與二氧化碳旋風(fēng)分離器1-8的上端相連，二氧化碳旋風(fēng)分離器1-8的下端通過下料管1-7與溢流槽1-5相連，原鐵礦還原反應(yīng)室1-3的下端側(cè)與給料器1-2相連，第一換熱器1-1布置在原鐵礦還原反應(yīng)室1-3的周圍。還原礦氧化反應(yīng)流化床2由還原礦氧化反應(yīng)室2-3、氧化反應(yīng)室過渡段2-4、氧化床提升管2-5、第二換熱器2-2以及螺旋排渣口2-1組成。氧化床提升管2-5的下端通過氧化反應(yīng)室過渡段2-4與還原礦氧化反應(yīng)室2-3相連，還原礦氧化反應(yīng)室2-3通過溢流槽1-5與下料管1-7相連，還原礦氧化反應(yīng)室2-3的下端側(cè)與螺旋排渣口2-1相連，第二換熱器2-2布置在還原礦氧化反應(yīng)室2-3的周圍；冷卻水在第一換熱器1-1、第二換熱器2-2的流動順序?yàn)閍-b-c-d-a；在原鐵礦還原反應(yīng)流化床1的原鐵礦還原反應(yīng)室1-3底端設(shè)有高爐煤氣口A，二氧化碳旋風(fēng)分離器1-8頂端設(shè)有二氧化碳排氣口B；在還原礦氧化反應(yīng)流化床2的還原礦氧化反應(yīng)室2-3底端設(shè)有空氣口D，氧化床提升管2-5頂端設(shè)有欠氧空氣排氣口E；溢流槽1-5的底部C設(shè)有松動風(fēng)口；如附圖1。
本發(fā)明燒結(jié)鐵礦石并內(nèi)在分離CO2的方法，將原鐵礦粉通過給料器1-2加入原鐵礦還原反應(yīng)室1-3，在原鐵礦還原反應(yīng)室底端A通入高爐煤氣，原鐵礦粉與高爐煤氣發(fā)生反應(yīng)，得到還原礦粉，氣體產(chǎn)物為H2O與CO2，產(chǎn)物的混合物經(jīng)過原鐵礦還原反應(yīng)室過渡段1-4進(jìn)入還原床提升管1-6。還原床提升管1-6的橫截面積小于原鐵礦還原反應(yīng)室1-3的橫截面積，還原床提升管1-6內(nèi)的物質(zhì)處于快速流化狀態(tài)，還原礦粉被來自原鐵礦還原反應(yīng)室1-3的氣體H2O與CO2提升。含有H2O的CO2從二氧化碳旋風(fēng)分離器1-8上端出口排出并捕集，冷凝并分離出其中的水后即可得到純凈的CO2。還原礦粉從二氧化碳旋風(fēng)分離器1-8下端經(jīng)下料管1-7、溢流槽1-5進(jìn)入還原礦氧化反應(yīng)室2-3。在還原礦氧化反應(yīng)室下端D通入空氣，還原礦粉與氧氣劇烈氧化，釋放的熱量使還原礦氧化反應(yīng)室2‐3內(nèi)溫度的控制在1480℃以上，生成的塊狀燒結(jié)礦經(jīng)螺旋排渣口2-1排出，燃燒后的欠氧空氣經(jīng)過還原礦氧化反應(yīng)室過渡段2-4、氧化床提升管2-5排出。氧化床反應(yīng)室2-3產(chǎn)生的大量熱量通過第二換熱器2-2、第一換熱器1-1傳遞到還原反應(yīng)室1-3，為還原反應(yīng)供熱；如附圖1。