本發(fā)明屬于煤化工
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體而言，涉及一種轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)和利用轉(zhuǎn)爐煤氣的方法。
背景技術(shù)：
：轉(zhuǎn)爐煉鋼在吹煉期間會產(chǎn)生大量煤氣，其溫度達(dá)1400℃-1600℃，轉(zhuǎn)爐煤氣中co的含量達(dá)到60-85％，其發(fā)熱值達(dá)7mj/m3以上，由于煤氣溫度和co含量高，出爐口后遇到空氣就立即燃燒。相關(guān)技術(shù)中，對轉(zhuǎn)爐煤氣的利用主要有以下幾種方式：(1)將煤氣隨意燃燒后經(jīng)降溫、除塵后放散，這種方式不僅浪費了大量資源還會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染；(2)煤氣回收利用，比如分離co2富集co，co的分離復(fù)雜，會殘余大量的n2，且co僅作燃料，應(yīng)用范圍窄，可回收的煤氣量少，即噸鋼回收煤氣只有70m3，單位發(fā)熱值只有5mj/m3左右。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)可以有效地利用轉(zhuǎn)爐煤氣進行還原鐵的生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)，包括：轉(zhuǎn)爐、鍋爐和轉(zhuǎn)化爐，所述轉(zhuǎn)爐的排氣口與所述鍋爐的出氣口均與所述轉(zhuǎn)化爐相連；脫碳塔，所述轉(zhuǎn)化爐的出口與所述脫碳塔的進口相連；氮氣分離裝置，所述脫碳塔的出口與所述氮氣分離裝置的進口相連；氣基直接還原裝置，所述氮氣分離裝置的出口與所述氣基直接還原裝置的進氣口相連。根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)，將轉(zhuǎn)爐煤氣通過變換、脫碳、去氮工藝后用于氣基直接還原，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼與氣基直接還原裝置的耦合，既可經(jīng)濟有效地利用轉(zhuǎn)爐煤氣，又可降低氣基直接還原裝置的投資，降低直接還原鐵的生產(chǎn)成本。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)，所述鍋爐為余熱鍋爐，且所述轉(zhuǎn)爐的排氣口通過排氣管與所述余熱鍋爐的換熱器相連，且換熱后的轉(zhuǎn)爐煤氣輸入所述轉(zhuǎn)化爐。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)，還包括：洗滌塔，所述洗滌塔串聯(lián)在所述轉(zhuǎn)化爐的出口與所述脫碳塔的進口之間。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)，所述脫碳塔內(nèi)放置有堿性溶液。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)，還包括：加熱爐，所述加熱爐連接在所述氮氣分離裝置與所述氣基直接還原裝置之間。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)，還包括：壓縮機和去油裝置，所述壓縮機的進口與所述氮氣分離裝置的出口相連，所述壓縮機的出口與所述去油裝置的進口相連，所述去油裝置的出口與所述加熱爐的進口相連。本發(fā)明還提出了一種使用上述任一種轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)來利用轉(zhuǎn)爐煤氣的方法，包括如下步驟：煤氣變換，將轉(zhuǎn)爐煤氣和水蒸氣反應(yīng)；脫碳處理，去除反應(yīng)后的混合氣體中的co2；氮氣分離，分離剩余氣體中的氮氣，以得到包含co和h2的還原氣體；還原鐵礦石，用所述還原氣體還原鐵礦石或鐵礦球團。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)，在所述步驟煤氣變換前，將所述轉(zhuǎn)爐煤氣輸入余熱鍋爐的換熱器以生產(chǎn)所述水蒸氣。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)，在所述步驟煤氣變換與所述步驟脫碳處理之間還包括步驟：洗滌反應(yīng)后的混合氣體。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)，在所述步驟還原鐵礦石之前還包括步驟：加熱還原氣體，將所述還原氣體加熱至800℃-1100℃。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)，在所述步驟加熱還原氣體之前還包括步驟：壓縮所述還原氣體，并進行脫油處理。所述利用轉(zhuǎn)爐煤氣的方法與上述的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)相對于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢相同，在此不再贅述。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。附圖說明本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的利用轉(zhuǎn)爐煤氣的方法示意圖。附圖標(biāo)記：轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100，轉(zhuǎn)爐1，鍋爐2，換熱器2a，轉(zhuǎn)化爐3，洗滌塔4，脫碳塔5，氮氣分離裝置6，加熱爐7，氣基直接還原裝置8。具體實施方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。下面參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100包括轉(zhuǎn)爐1、鍋爐2、轉(zhuǎn)化爐3、脫碳塔5、氮氣分離裝置6和氣基直接還原裝置8。其中，轉(zhuǎn)爐1上可以設(shè)有排氣管，以排出轉(zhuǎn)爐煤氣，轉(zhuǎn)爐煤氣的主要成分為co、co2和n2，鍋爐2可以產(chǎn)生水蒸氣，轉(zhuǎn)爐1的排氣口與轉(zhuǎn)化爐3相連，以將轉(zhuǎn)爐煤氣通入到轉(zhuǎn)化爐3內(nèi)，鍋爐2的出氣口與轉(zhuǎn)化爐3相連，以將水蒸氣通入到轉(zhuǎn)化爐3內(nèi)，轉(zhuǎn)化爐3內(nèi)可以為高溫環(huán)境，以使轉(zhuǎn)爐煤氣中的co與h2o反應(yīng)得到co2和h2，化學(xué)方程式為co+h2o＝co2+h2，即部分的co將h2o還原得到h2。轉(zhuǎn)化爐3的出口與脫碳塔5的進口相連，脫碳塔5用于去除co2，即轉(zhuǎn)化后的混合氣體通過管道輸送到脫碳塔5內(nèi)，以去除混合氣體中的co2，可選地，脫碳塔5內(nèi)可以放置有堿性溶液，脫碳原理：co2+堿性溶液＝碳酸鹽液；例如堿性溶液為氫氧化鈉溶液或者氫氧化鉀溶液。脫碳塔5的出口與氮氣分離裝置6的進口相連，氮氣分離裝置6用于分離脫碳處理后的混合氣體中的n2，以得到包含co和h2的還原氣體，此時還原氣體的主要成分即為co和h2。氮氣分離可以采用物理方法，比如氮氣分離裝置6設(shè)置為降溫冷凝式以分離n2。氮氣分離裝置6的出口與氣基直接還原裝置8的進氣口相連。轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)過變換、脫碳、去氮處理后得到以co+h2為主的還原氣體，還包含少量氮氣、co2、h2o，還原氣體進入氣基直接還原裝置8后可以還原鐵礦石或鐵礦球團，氣基直接還原裝置8可以為豎爐。根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100，將轉(zhuǎn)爐煤氣通過變換、脫碳、去氮工藝后用于氣基直接還原，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼與氣基直接還原裝置8的耦合，既可經(jīng)濟有效地利用轉(zhuǎn)爐煤氣，又可降低氣基直接還原裝置8的投資，降低直接還原鐵的生產(chǎn)成本。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100，如圖1所示，鍋爐2可以為余熱鍋爐，且轉(zhuǎn)爐1的排氣口通過排氣管與余熱鍋爐的換熱器2a相連，且換熱后的轉(zhuǎn)爐煤氣輸入轉(zhuǎn)化爐3。也就是說，轉(zhuǎn)爐1的高溫排氣管與余熱鍋爐的換熱器2a相連，煙氣經(jīng)過高溫排氣管輸入到余熱鍋爐的換熱器2a來加熱鍋爐2以生產(chǎn)水蒸氣，將換熱后的轉(zhuǎn)爐煤氣再與水蒸氣通過管道輸入轉(zhuǎn)化爐3加熱反應(yīng)。通過利用轉(zhuǎn)爐煤氣的高溫顯熱進行余熱鍋爐的加熱，充分利用了轉(zhuǎn)爐煤氣的顯熱，整個轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100的能效更高。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100，轉(zhuǎn)爐1輸出的轉(zhuǎn)爐煤氣與鍋爐2輸出的水蒸氣的比例可調(diào)。換言之，轉(zhuǎn)爐煤氣變換所需水蒸氣量可以根據(jù)還原氣體所要求的h2/co比例可調(diào)，以使轉(zhuǎn)化爐3內(nèi)的反應(yīng)更充分。比如，鍋爐2的輸出管路上可以設(shè)置調(diào)節(jié)閥。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100，還包括：洗滌塔4，洗滌塔4可以串聯(lián)在轉(zhuǎn)化爐3的出口與脫碳塔5的進口之間。這樣，可以去除轉(zhuǎn)換后的氣體中的粉塵等雜質(zhì)，防止污染后續(xù)的設(shè)備。如圖1所示，轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100還可以包括：加熱爐7，加熱爐7連接在氮氣分離裝置6與氣基直接還原裝置8之間，加熱爐7用于將還原氣體加熱至目標(biāo)溫度，防止還原氣體影響氣基直接還原裝置8內(nèi)的溫度。優(yōu)選地，加熱爐7設(shè)置為將還原氣體加熱至800℃-1100℃，比如還原氣體加熱至800℃-950℃才送入氣基直接還原裝置8。進一步地，轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100還可以包括：壓縮機，壓縮機的進口與氮氣分離裝置6的出口相連，壓縮機的出口與加熱爐7的進口相連，壓縮機用于壓縮還原氣體，以增強氣體密度，提高反應(yīng)效率。進一步地，轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100還可以包括：去油裝置，去油裝置連接在壓縮機的出口與加熱爐7的進口之間，壓縮機的進口與氮氣分離裝置6的出口相連，壓縮機的出口與去油裝置的進口相連，去油裝置的出口與加熱爐7的進口相連，去油裝置用于去除還原氣體中的油污，防止污染氣基直接還原裝置8內(nèi)的反應(yīng)。也就是說，將變換、脫碳、去氮處理后的還原氣體通過壓縮機壓縮、除油處理后才輸入加熱爐7加熱。下面描述根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100的一個具體的實施例。將120t轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)高溫管道進入余熱鍋爐的換熱器2a，轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)過高溫?zé)煔夤茌斎胗酂徨仩t的換熱器2a來加熱鍋爐2以生產(chǎn)水蒸氣，將換熱后的轉(zhuǎn)爐煤氣與水蒸氣通過管道輸入高溫轉(zhuǎn)化爐3加熱，并對部分co進行轉(zhuǎn)換，120t轉(zhuǎn)爐煤氣量26400nm3/h(煤氣成分如表1所示)，加入水蒸氣量8019kg/h，變換轉(zhuǎn)爐煤氣成分，轉(zhuǎn)換后的混合氣體送入洗滌塔4洗滌，洗滌后的混合氣體通過管道輸送至脫碳塔5進行脫除二氧化碳的脫碳處理，脫碳原理：co2+堿液＝碳酸鹽液，脫碳處理后的混合氣體用降溫冷凝的物理方法去除氮氣，剩余主要成分co+h2，其余為少量氮氣、co2、h2o的還原氣體18480nm3/h，還原氣體的主要成分及含量見表2，將變換、脫碳處理后的還原氣體通過壓縮機壓縮、除油處理后輸入加熱爐7加熱到800℃-950℃，送入氣基直接還原裝置8還原鐵礦石或鐵礦球團。1tdri(還原鐵)需要新鮮煤氣流量686.63nm3/t，燃燒氣轉(zhuǎn)爐煤氣151.08nm3/t，用作燃料的轉(zhuǎn)爐煤氣無需處理。年產(chǎn)800萬噸鋼的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)可以配套生產(chǎn)80萬tdri。表1轉(zhuǎn)爐煤氣主要成分及含量成分coco2n2含量，％632215表2還原氣體主要成分及含量成分coco2h2n2cnhmh2o含量，％34.665.0055.442.080.212.62下面描述根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100的另一個具體的實施例。將120t轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)高溫管道進入余熱鍋爐的換熱器2a，轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)過高溫?zé)煔夤茌斎胗酂徨仩t的換熱器2a來加熱鍋爐2以生產(chǎn)水蒸氣，將換熱后的轉(zhuǎn)爐煤氣與水蒸氣通過管道輸入高溫轉(zhuǎn)化爐3加熱，并對部分co進行轉(zhuǎn)換，120t轉(zhuǎn)爐煤氣量26400nm3/h(煤氣成分如表1所示)，加入水蒸氣量10935kg/h，變換轉(zhuǎn)爐煤氣成分，轉(zhuǎn)換后的混合氣體送入洗滌塔4洗滌，洗滌后的混合氣體通過管道輸送至脫碳塔5進行脫除二氧化碳的脫碳處理，脫碳原理：co2+堿液＝碳酸鹽液，脫碳處理后的混合氣體用降溫冷凝的物理方法去除氮氣，剩余主要成分co+h2，其余為少量氮氣、co2、h2o的還原氣體18480nm3/h，還原氣體的主要成分及含量見表3，將變換、脫碳處理后的還原氣體通過壓縮機壓縮、除油處理后輸入加熱爐7加熱到800℃-1100℃，送入氣基直接還原裝置8還原鐵礦石或鐵礦球團。1tdri需要新鮮煤氣流量693.01nm3/t，燃燒氣轉(zhuǎn)爐煤氣151.08nm3/t，用作燃料的轉(zhuǎn)爐煤氣無需處理。年產(chǎn)800萬噸鋼的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)可以配套生產(chǎn)80萬tdri。表3還原氣體主要成分及含量成分coco2h2n2cnhmh2o含量，％34.665.0055.442.080.212.62綜上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100，可以有效地利用轉(zhuǎn)爐煤氣的顯熱，且實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼與氣基直接還原裝置8的耦合，既可經(jīng)濟有效地利用轉(zhuǎn)爐煤氣，又可降低氣基直接還原裝置8的投資，降低直接還原鐵的生產(chǎn)成本。本發(fā)明還公開了一種使用上述任一種實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)爐煤氣的方法。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的利用轉(zhuǎn)爐煤氣的方法包括如下步驟：煤氣變換、脫碳處理、氮氣分離、還原鐵礦石。其中，步驟煤氣變換包括將轉(zhuǎn)爐煤氣和水蒸氣反應(yīng)，轉(zhuǎn)爐煤氣的主要成分為co、co2和n2，在高溫環(huán)境下轉(zhuǎn)爐煤氣中的co與h2o反應(yīng)得到co2和h2，化學(xué)方程式為co+h2o＝co2+h2，即部分的co將h2o還原得到h2。步驟脫碳處理包括去除反應(yīng)后的混合氣體中的co2，比如可以將混合氣體通入到堿性溶液內(nèi)，脫碳原理：co2+堿性溶液＝碳酸鹽液。步驟氮氣分離包括分離剩余氣體中的氮氣，以得到包含co和h2的還原氣體，此時還原氣體的主要成分即為co和h2，其中可以采用降溫冷凝的物理方式來分離出氮氣。步驟還原鐵礦石包括用還原氣體還原鐵礦石或鐵礦球團，比如可以將還原氣體通入到氣基直接還原裝置內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100，將轉(zhuǎn)爐煤氣通過變換、脫碳、去氮工藝后用于氣基直接還原，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼與氣基直接還原生產(chǎn)還原鐵的耦合，既可經(jīng)濟有效地利用轉(zhuǎn)爐煤氣，又可降低直接還原鐵的生產(chǎn)成本。根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的利用轉(zhuǎn)爐煤氣的方法，如圖2所示，在步驟煤氣變換前，將轉(zhuǎn)爐煤氣輸入余熱鍋爐的換熱器以生產(chǎn)水蒸氣，然后將進行余熱利用后的轉(zhuǎn)爐煤氣與水蒸氣反應(yīng)。這樣充分利用了轉(zhuǎn)爐煤氣的顯熱，利用轉(zhuǎn)爐煤氣的方法的能效更高。根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的利用轉(zhuǎn)爐煤氣的方法，如圖2所示，在步驟煤氣變換與步驟脫碳處理之間還包括步驟：洗滌反應(yīng)后的混合氣體，也就是說，在步驟煤氣變換后，將混合氣體進行洗滌，去除轉(zhuǎn)換后的氣體中的粉塵等雜質(zhì)，防止污染后續(xù)的設(shè)備，洗滌后的氣體再進行脫碳處理。根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的利用轉(zhuǎn)爐煤氣的方法，如圖2所示，在步驟還原鐵礦石之前還包括步驟：加熱還原氣體，將還原氣體加熱至800℃-1100℃，比如可以將還原氣體加熱至800℃-950℃，以防止還原氣體影響煉鐵設(shè)備的溫度。進一步在步驟加熱還原氣體之前還包括步驟：壓縮還原氣體，并進行脫油處理，以增強還原效率防止油污影響還原反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的利用轉(zhuǎn)爐煤氣的方法，如圖2所示，包括如下步驟：將轉(zhuǎn)爐煤氣輸入余熱鍋爐的換熱器以生產(chǎn)水蒸氣；煤氣變換，將轉(zhuǎn)爐煤氣和水蒸氣反應(yīng)；洗滌反應(yīng)后的混合氣體；脫碳處理，去除反應(yīng)后的混合氣體中的co2；氮氣分離，分離剩余氣體中的氮氣，以得到包含co和h2的還原氣體；壓縮所述還原氣體，并進行脫油處理；加熱還原氣體，將所述還原氣體加熱至800℃-1100℃；還原鐵礦石，用所述還原氣體還原鐵礦石或鐵礦球團。本發(fā)明實施例的利用轉(zhuǎn)爐煤氣的方法可以通過上述實施例的轉(zhuǎn)爐煤氣利用系統(tǒng)100來實現(xiàn)。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。當(dāng)前第1頁12