本發(fā)明總地涉及生產(chǎn)直接還原鐵領(lǐng)域，具體涉及一種豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

目前，冶金工業(yè)中直接還原鐵的生產(chǎn)工藝主要有煤基法和氣基豎爐法兩種。通過(guò)氣基豎爐生產(chǎn)的直接還原鐵是代替廢鋼并優(yōu)于廢鋼的煉鋼原料，是稀釋廢鋼中的錯(cuò)雜元素、發(fā)展電爐煉鋼必不可少的純凈鐵原料。由于氣基豎爐生產(chǎn)技術(shù)污染小、能耗低，被認(rèn)為是鋼鐵工業(yè)發(fā)展中最有可能替代高爐的冶金技術(shù)。而我國(guó)“缺油、少氣、富煤”的資源結(jié)構(gòu)，限制了國(guó)外通用的以天然氣為還原氣源的豎爐直接還原技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)推廣以煤制氣為氣源的氣基豎爐直接還原技術(shù)在國(guó)內(nèi)具有廣闊的發(fā)展空間。

氣基豎爐直接還原技術(shù)對(duì)入爐的還原氣體成分的要求較為嚴(yán)格，例如，midrex工藝要求還原氣中(co+h2)>90％，h2/co≈1.6，而hylⅲ工藝要求還原氣中(co+h2)>90％，h2/co≈3.6。還原氣體為富氫氣體具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)在高于815℃的溫度下，氫氣還原速度是co的5-6倍；(2)co還原過(guò)程中，球團(tuán)易產(chǎn)生膨脹、碎裂等現(xiàn)象，而用氫還原時(shí)這些現(xiàn)象幾乎不會(huì)出現(xiàn)；(3)在升降溫過(guò)程中，能夠有效地避免嚴(yán)重析碳的發(fā)生。

但是，現(xiàn)有的煤制氣技術(shù)產(chǎn)生的氣體中h2/co大部分都小于1.5。只有魯奇移動(dòng)床加壓氣化技術(shù)產(chǎn)生的氣體中h2/co為1.6，但是有效氣體成分(co+h2)只有65％左右。為了滿足氣基豎爐直接還原工藝對(duì)還原氣組成成分的要求，煤制氣技術(shù)必須增加煤氣轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)水煤氣反應(yīng)，增加還原氣體中h2的含量，而此方法將直接導(dǎo)致生產(chǎn)工序的增加和能耗的提高。

綜上所述，開(kāi)發(fā)出一種能夠提高還原氣體中h2/co比值和有效氣體成分(co+h2)含量的技術(shù)，成為煤制氣—?dú)饣Q爐直接還原技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

轉(zhuǎn)爐煉鋼在吹煉期間產(chǎn)生大量煤氣，其溫度達(dá)1400-1600℃，煤氣中co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。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)煤氣處理主要包括：(1)將煤氣隨意燃燒后經(jīng)降溫、除塵后放散，其不足為污染環(huán)境且浪費(fèi)大量資源；(2)煤氣回收利用。煤氣回收利用存在的主要問(wèn)題在于：轉(zhuǎn)爐煙氣中的物理顯熱在汽化冷卻的過(guò)程中全部被浪費(fèi)，由于轉(zhuǎn)爐的煙氣量很大，因此，此種浪費(fèi)是驚人的；同時(shí)氧和煤氣反應(yīng)不充分時(shí)，存在剩余的氧和剩余的煤氣共存的情形，存在安全隱患。汽化冷卻不僅浪費(fèi)了轉(zhuǎn)爐煙氣的大量顯熱，而且還要消耗大量的水，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(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)及其方法。該系統(tǒng)及其方法充分利用轉(zhuǎn)爐煤氣熱解低階煤，獲取熱解氣，也能夠利用轉(zhuǎn)爐煤氣顯熱，節(jié)約能源。熱解氣經(jīng)轉(zhuǎn)爐煤氣稀釋后，甲烷含量明顯降低，省卻煤制氣重整流程，節(jié)省設(shè)備投資，降低生產(chǎn)成本。

本發(fā)明提供了一種豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括制備豎爐還原氣的子系統(tǒng)和氣基豎爐，所述制備豎爐還原氣的子系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)爐、熱解爐、除塵器、脫硫塔、氣體混合器和加熱爐。所述轉(zhuǎn)爐包括轉(zhuǎn)爐煤氣出口；所述熱解爐包括第一氣體入口、低階煤入口和第二氣體出口；所述除塵器包括第二氣體入口和第三氣體出口，所述脫硫塔包括第三氣體入口和第四氣體出口；所述氣體混合器包括第四氣體入口、氫氣入口和還原氣出口；所述加熱爐包括所述還原氣入口、加熱爐燃料氣入口和熱還原氣出口；所述氣基豎爐包括熱還原氣入口、礦料入口和設(shè)置在豎爐頂部的豎爐爐頂氣出口。所述轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)爐煤氣出口連接所述熱解爐的第一氣體入口，所述熱解爐的第二氣體出口連接所述除塵器的第二氣體入口，所述除塵器的第三氣體出口連接所述脫硫塔的第三氣體入口，所述脫硫塔的第四氣體出口連接所述氣體混合器的第四氣體入口，所述氣體混合器的還原氣出口連接所述加熱爐的還原氣入口，所述加熱爐的熱還原氣出口連接所述氣基豎爐的熱還原氣入口。

優(yōu)選地，根據(jù)上述的豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)，其中，所述制備豎爐還原氣的子系統(tǒng)還包括提氫裝置，所述提氫裝置包括精脫焦?fàn)t煤氣入口、氫氣出口和第五氣體出口，所述氫氣出口連接所述氣體混合器的氫氣入口。

更優(yōu)選地，根據(jù)上述的豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)，其中，所述氣基豎爐還包括第五氣體入口和加熱后第五氣體出口，所述第五氣體入口連接所述提氫裝置的第五氣體出口，所述加熱后第五氣體出口與所述加熱爐燃料氣入口連接。

再優(yōu)選地，根據(jù)上述的豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括豎爐爐頂氣凈化循環(huán)系統(tǒng)，其包括所述氣基豎爐的豎爐爐頂氣出口、設(shè)置在所述氣體混合器的豎爐爐頂氣入口、以及依次設(shè)置在所述豎爐爐頂氣出口和所述豎爐爐頂氣入口之間的洗滌塔和脫硫脫碳裝置。具體地，所述洗滌塔用于對(duì)氣基豎爐爐頂氣洗滌得到洗滌后尾氣；所述脫硫脫碳裝置用于脫除所述洗滌后尾氣中的co和硫得到凈化的爐頂氣；所述凈化的爐頂氣進(jìn)入所述氣體混合器，成為所述還原氣的一部分。

本發(fā)明還提供了一種通過(guò)上述的豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其中，所述方法包括：

(1)低階煤熱解：從第一氣體入口和低階煤入口，分別向熱解爐中通入轉(zhuǎn)爐煤氣和低階煤，使所述低階煤熱解，并得到調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣，其中，所述轉(zhuǎn)爐煤氣的溫度為800～1100℃；

(2)除塵和脫硫：所述調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)由第二氣體入口通入除塵器中進(jìn)行除塵處理，得到除塵后的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣，并從第三氣體出口排出，所述除塵后的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)由第三氣體入口通入脫硫塔中進(jìn)行脫硫處理，得到除塵脫硫后的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣，并從第四氣體出口排出；

(3)調(diào)氫：將所述除塵脫硫后的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣和氫氣分別經(jīng)由第四氣體入口和氫氣入口通入氣體混合器進(jìn)行混合，得到還原氣；

(4)加熱：使所述還原氣在加熱爐中被加熱至900-1000℃，得到熱還原氣；

(5)直接還原：使所述熱還原氣在氣基豎爐中與鐵礦料接觸，將所述鐵礦料還原，得到直接還原鐵，并將爐頂氣經(jīng)豎爐爐頂氣出口排出。其中，步驟(1)中的轉(zhuǎn)爐煤氣的主要成分為co62～68％、co216～24％、n210～18％，低階煤可以為低階煤團(tuán)或低階煤顆粒，所述低階煤球團(tuán)的粒徑為4～12mm，所述低階煤顆粒的粒徑為3～8mm。

優(yōu)選地，根據(jù)上述的生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其中，步驟(3)中所述還原氣中h2/co的摩爾比為1.5-5.0。

優(yōu)選地，根據(jù)上述的生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其中，所述方法還包括焦?fàn)t煤氣氫氣分離步驟：在提氫裝置中，使焦?fàn)t煤氣經(jīng)變壓吸附法分離，得到氫氣和第五氣體，所得到的氫氣通入所述氣體混合器中，用于步驟(3)中，與除塵脫硫后的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣混合。其中，氫氣的純度大于99體積％。其中，所述焦?fàn)t煤氣為經(jīng)除塵、脫硫、脫碳處理后的焦?fàn)t煤氣。

優(yōu)選地，根據(jù)上述的生產(chǎn)直接還原鐵的方法，步驟(2)中得到的所述調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣中含有(co+h2)的體積百分比為65-80％、co210-20％，ch40.1-0.5％，n29-16％。

優(yōu)選地，根據(jù)上述的生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其中，所述方法還包括如下步驟：將所述提氫裝置得到的第五氣體送入所述氣基豎爐中，對(duì)所述直接還原鐵進(jìn)行冷卻，得到加熱后的第五氣體，并將所述加熱后的第五氣體，用作步驟(4)中所述加熱爐的燃料氣。具體地，所述第五氣體從所述氣基豎爐冷卻段底部進(jìn)入所述氣基豎爐后，與直接還原鐵充分接觸換熱后，再進(jìn)入所述加熱爐作燃料氣。

優(yōu)選地，根據(jù)上述的生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其中，所述方法還包括豎爐爐頂氣循環(huán)步驟：采用豎爐爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)，使從所述豎爐爐頂氣出口排出的爐頂氣，依次經(jīng)洗滌塔洗滌以及脫硫脫碳裝置的脫硫脫碳處理后，得到凈化后的爐頂氣，使所述凈化后的爐頂氣用作還原氣，通入所述氣體混合器中，與步驟(3)得到的還原氣混合。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在如下幾方面：

(1)轉(zhuǎn)爐煤氣作為低階煤熱解的熱源，避免了轉(zhuǎn)爐煤氣顯熱損失，獲得熱解煤氣的同時(shí)降低了轉(zhuǎn)爐煤氣中的co2含量；節(jié)省了熱解爐加熱元件及熱源的投資，節(jié)能環(huán)保；

(2)將焦?fàn)t煤氣分離為高純氫氣和燃料氣，利用焦?fàn)t煤氣的同時(shí)，避免了焦?fàn)t煤氣中ch4對(duì)后續(xù)還原過(guò)程的不利影響，又有效利用了其中的氫氣來(lái)提高所需還原氣的h2/co，h2/co可在1.5-5.0之間調(diào)節(jié)。焦?fàn)t煤氣分離出的燃料氣先作氣基豎爐冷卻段的冷卻氣，吸熱后用作加熱爐的燃料氣，使直接還原鐵(dri)顯熱得到有效利用，節(jié)約能源；

(3)本發(fā)明提供的豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)及其方法采用轉(zhuǎn)爐煉鋼、低階煤熱解與直接還原工藝設(shè)備進(jìn)行耦合，既可經(jīng)濟(jì)有效地利用轉(zhuǎn)爐煤氣，又可降低熱解設(shè)備、氣基直接還原設(shè)備投資，降低直接還原鐵生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

圖1為一種豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；以及

圖2為一種合成豎爐還原氣生產(chǎn)直接還原鐵的工藝流程圖；

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

11、熱解爐；12、除塵器；13、脫硫塔；14、氣體混合器；15、加熱爐；16、提氫裝置；21、氣基豎爐；31、爐頂氣出口；32、洗滌塔；33、脫碳塔；34、第二脫硫塔；35、爐頂氣入口。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案以及其各個(gè)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(shuō)明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括制備豎爐還原氣的子系統(tǒng)和氣基豎爐21，所述制備豎爐還原氣的子系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)爐、熱解爐11、除塵器12、脫硫塔13、氣體混合器14和加熱爐15。所述轉(zhuǎn)爐包括轉(zhuǎn)爐煤氣出口；所述熱解爐11包括第一氣體入口、低階煤入口和第二氣體出口；所述除塵器12包括第二氣體入口和第三氣體出口，所述脫硫塔13包括第三氣體入口和第四氣體出口；所述氣體混合器14包括第四氣體入口、氫氣入口和還原氣出口；所述加熱爐15包括所述還原氣入口和熱還原氣出口；所述氣基豎爐21包括熱還原氣入口、礦料入口和設(shè)置在豎爐頂部的豎爐爐頂氣出口。所述轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)爐煤氣出口連接所述熱解爐的第一氣體入口，所述熱解爐11的第二氣體出口連接所述除塵器12的第二氣體入口，所述除塵器12的第三氣體出口連接所述脫硫塔13的第三氣體入口，所述脫硫塔13的除塵脫硫調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣出口連接所述氣體混合器14的第四氣體入口，所述氣體混合器14的還原氣出口連接所述加熱爐15的還原氣入口，所述加熱爐15的熱還原氣出口連接所述氣基豎爐21的熱還原氣入口。

在一種實(shí)施方案中，所述熱解爐11的第一氣體入口設(shè)置在所述熱解爐11的底部，低階煤入口設(shè)置在所述熱解爐11的頂部或側(cè)壁的上部，這樣，使得轉(zhuǎn)爐煤氣從所述熱解爐11的底部通入，所述熱解爐11內(nèi)上升的轉(zhuǎn)爐煤氣與下行的低階煤球團(tuán)或顆粒進(jìn)行充分換熱，將低階煤球團(tuán)或顆粒加熱到700-1000℃，優(yōu)選的是800-950℃，促使低階煤發(fā)生熱解反應(yīng)。所述熱解爐11的第二氣體出口設(shè)置在所述熱解爐11的中上部，使得調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣從所述熱解爐11的中上部經(jīng)煤氣管道排出。所述熱解爐11還具有固體產(chǎn)物出口，用于排出熱解的固體產(chǎn)物例如蘭炭。該熱解爐是用于對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)行初步凈化，同時(shí)利用轉(zhuǎn)爐煤氣顯熱熱解低階煤產(chǎn)生熱解氣，達(dá)到調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣的目的，并促使轉(zhuǎn)爐煤氣中的co2發(fā)生布多爾反應(yīng)，進(jìn)一步降低co2含量。在一種實(shí)施方案中，所述制備豎爐還原氣的子系統(tǒng)還包括提氫裝置16，所述提氫裝置16包括精脫焦?fàn)t煤氣入口、氫氣出口和第五氣體出口，所述氫氣出口連接所述氣體混合器14的氫氣入口。提氫裝置16為psa變壓吸附提氫裝置，其用于對(duì)精脫焦?fàn)t煤氣分離氫氣和燃料氣。

在一種實(shí)施方案中，氣體混合器14用于將凈化后的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣、氫氣和凈化后的爐頂氣混合，所得混合氣作為冷還原氣進(jìn)入所述加熱爐15加熱。

所述加熱爐15用于將還原氣加熱至900-1000℃，為豎爐還原反應(yīng)提供熱源。

在一種實(shí)施方案中，所述氣基豎爐21還包括第五氣體入口和加熱后第五氣體出口，所述第五氣體入口用于接收所述提氫裝置分離得到的第五氣體，所述加熱后第五氣體出口用于向所述氣體混合器傳輸加熱后的第五氣體。所述氣基豎爐21還包括還原鐵出口，該氣基豎爐21是用于利用還原氣及球團(tuán)礦生產(chǎn)直接還原鐵，并產(chǎn)生爐頂氣。氣基豎爐21還包括第五氣體入口設(shè)置在所述氣基豎爐21冷卻段底部。

在一種實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括爐頂氣凈化循環(huán)系統(tǒng)，其包括設(shè)置在所述氣基豎爐頂部的爐頂氣出口31、設(shè)置在所述氣體混合器的爐頂氣入口35、以及依次設(shè)置在所述爐頂氣出口和所述爐頂氣入口之間的洗滌塔32、脫碳塔33和第二脫硫塔34，用于凈化所述氣基豎爐的爐頂氣。具體地，所述洗滌塔32用于對(duì)氣基豎爐爐頂氣洗滌得到洗滌后尾氣；所述脫碳塔33用于脫除所述洗滌后尾氣中的co2，得到脫碳尾氣；所述第二脫硫塔34主要用于脫除所述脫碳后尾氣中的硫得到脫硫尾氣；所述脫硫尾氣可以用作所述氣基豎爐21的還原氣，進(jìn)入所述氣體混合器14，與第一脫硫塔13輸出的還原氣混合，一起送入氣基豎爐21。

如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種通過(guò)上述的豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其中，所述方法包括：

(1)低階煤熱解：從第一氣體入口和低階煤入口，分別向熱解爐中通入轉(zhuǎn)爐煤氣和低階煤，使所述低階煤熱解，得到調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣，其從第二氣體出口排出，其中，所述轉(zhuǎn)爐煤氣的溫度為800-1100℃。

具體地，未經(jīng)處理的轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)降溫裝置降溫至800-1100℃，優(yōu)選為850-1050℃，直接從熱解爐的底部通入，熱解爐內(nèi)上升的轉(zhuǎn)爐煤氣與下行的低階煤球團(tuán)或低階煤顆粒進(jìn)行充分換熱，將低階煤球團(tuán)或低階煤顆粒加熱到700-1000℃，優(yōu)選為800-950℃，促使低階煤發(fā)生熱解反應(yīng)。同時(shí)轉(zhuǎn)爐煤氣中的co2部分發(fā)生布多爾反應(yīng)(co2+c—2co)，轉(zhuǎn)化為co。最終，轉(zhuǎn)爐煤氣與生成的熱解氣形成調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣，并從熱解爐的中上部經(jīng)煤氣管道排出。其中，轉(zhuǎn)爐煤氣的主要成分為co62-68％，co216-24％，n210-18％，低階煤可以為低階煤球團(tuán)和/或低階煤顆粒，低階煤球團(tuán)的粒徑為4-12mm，低階煤顆粒的粒徑為3-8mm。轉(zhuǎn)爐煤氣作為低階煤熱解的熱源，避免了轉(zhuǎn)爐煤氣顯熱損失，獲得熱解煤氣的同時(shí)降低了轉(zhuǎn)爐煤氣中的co2含量。

(2)除塵和脫硫：所述調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)由第二氣體入口通入除塵器中進(jìn)行除塵處理，得到除塵后的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣，并從第三氣體出口排出，所述除塵后的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)由第三氣體入口通入脫硫塔中進(jìn)行脫硫處理，得到除塵脫硫后的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣，并從第四氣體出口排出。具體地，所述除塵器為旋風(fēng)除塵器，除塵脫硫后的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣的含硫量在15ppm以下。

(3)調(diào)氫：將所述除塵脫硫后的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣和氫氣分別經(jīng)由第四氣體入口和氫氣入口通入氣體混合器進(jìn)行混合，得到還原氣。

(5)加熱：使所述還原氣在加熱爐中被加熱至900-1000℃，得到熱還原氣。

(6)直接還原：使所述熱還原氣在氣基豎爐中與鐵礦料接觸，將所述鐵礦料還原，得到直接還原鐵，并將爐頂氣經(jīng)豎爐爐頂氣出口排出。

在一種實(shí)施方案中，其中，步驟(3)中所述還原氣中h2/co的摩爾比為1.5-5.0。

在一種實(shí)施方案中，其中，所述方法還包括焦?fàn)t煤氣氫氣分離步驟：在提氫裝置中，使焦?fàn)t煤氣經(jīng)變壓吸附法分離，得到氫氣和第五氣體，所得到的氫氣通入所述氣體混合器中，用于步驟(3)中，與除塵脫硫后的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣混合。其中，氫氣的純度大于99體積％。將焦?fàn)t煤氣分離為高純氫氣和第五氣體(燃料氣)，利用焦?fàn)t煤氣的同時(shí)，避免了焦?fàn)t煤氣中ch4對(duì)后續(xù)還原過(guò)程的不利影響，又有效利用了其中的氫氣來(lái)提高所需還原氣的h2/co。其中，所述焦?fàn)t煤氣為經(jīng)除塵、脫硫、脫碳處理后的焦?fàn)t煤氣。

在一種實(shí)施方案中，其中，調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣的(co+h2)為65-80％，優(yōu)選為70-75％，而調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣中co210-20％，ch40.1-0.5％，n29-16％。

在一種實(shí)施方案中，其中，所述方法還包括如下步驟：將所述提氫裝置得到的第五氣體送入所述氣基豎爐中，對(duì)所述直接還原鐵進(jìn)行冷卻，得到加熱后的第五氣體，并將所述加熱后的第五氣體，用作步驟(4)中所述加熱爐的燃料氣。具體地，所述第五氣體從所述氣基豎爐冷卻段底部進(jìn)入所述氣基豎爐后，與直接還原鐵充分接觸換熱后，再進(jìn)入所述加熱爐作燃料氣。焦?fàn)t煤氣分離出的燃料氣先作氣基豎爐冷卻段的冷卻氣，吸熱后用作加熱爐的燃料氣，使直接還原鐵(dri)顯熱得到有效利用，節(jié)約能源。

在一種實(shí)施方案中，其中，步所述方法還包括豎爐爐頂氣循環(huán)步驟：采用豎爐爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)，使從所述豎爐爐頂氣出口排出的爐頂氣，依次經(jīng)洗滌塔洗滌以及脫硫脫碳裝置的脫硫脫碳處理后，得到凈化后的爐頂氣，使所述凈化后的爐頂氣用作還原氣，通入所述氣體混合器中，與步驟(3)得到的還原氣混合。

實(shí)施例1

本實(shí)施例1利用圖1所示系統(tǒng)并采用圖2所示的一種合成豎爐還原氣生產(chǎn)直接還原鐵的工藝流程實(shí)施，具體如下：

轉(zhuǎn)爐煤氣25000nm³/h，入熱解爐溫度1050℃，其中含co約65％、co2約20％、n2約15％。轉(zhuǎn)爐煤氣從熱解爐的底部通入，熱解爐內(nèi)上升的轉(zhuǎn)爐煤氣與下行的低階煤球團(tuán)或顆粒進(jìn)行充分換熱，將低階煤球團(tuán)或顆粒加熱到950℃，促使低階煤發(fā)生熱解反應(yīng)，轉(zhuǎn)爐煤氣與生成的熱解氣形成調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣，并從熱解爐的中上部經(jīng)煤氣管道排出。其中，低階煤球團(tuán)的粒徑為4-12mm，低階煤熱解量為1t/h，所得調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣26060nm³/h，主要成分為h2約0.81％，co約67.27％，co2約17.15％，n2約14.42％，ch4約0.24％。

調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器除塵、脫硫處理后，加入氫氣27712nm³/h，混合加熱成為熱還原氣。熱還原氣的流量為53772nm³/h，溫度為1000℃，主要成分為h2約51.93％，co約32.60％，co2約8.31％，n2約6.99％，ch4約0.09％，其中(co+h2)≈84.53％，h2/co≈1.6。

所述氫氣為焦?fàn)t煤氣經(jīng)除塵、脫硫、脫碳處理后，由psa降壓吸附法分離得到，其中氫氣的純度大于99體積％。

使用該熱還原氣53772nm³/h，進(jìn)入豎爐還原段參與還原反應(yīng)，可生產(chǎn)直接還原鐵28.3t/h，產(chǎn)生豎爐爐頂氣約53770nm³/h，其中co2含量較高，約19.82％，可經(jīng)脫硫脫碳后循環(huán)使用。爐頂氣經(jīng)除塵脫硫凈化后約39029nm³/h，是一氧化碳和氫氣為主的合成氣。凈化爐頂氣含水和二氧化碳很低，作為還原氣與調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣和氫氣混合，加熱后作為還原氣一部分進(jìn)氣基豎爐用于生產(chǎn)直接還原鐵。

精脫焦?fàn)t煤氣由psa降壓吸附法分離出的解析氣作為燃料氣從豎爐冷卻段底部進(jìn)入豎爐與直接還原鐵充分接觸換熱后，進(jìn)入加熱爐作燃料。

實(shí)施例2

本實(shí)施例2利用圖1所示系統(tǒng)并采用圖2所示的一種合成豎爐還原氣生產(chǎn)直接還原鐵的工藝流程實(shí)施，具體如下：

轉(zhuǎn)爐煤氣30000nm³/h，入熱解爐溫度950℃，其中含co約75％、co2約15％、n2約10％。轉(zhuǎn)爐煤氣從熱解爐的底部通入，熱解爐內(nèi)上升的轉(zhuǎn)爐煤氣與下行的低階煤球團(tuán)或顆粒進(jìn)行充分換熱，將低階煤球團(tuán)或顆粒加熱到900℃，促使低階煤發(fā)生熱解反應(yīng)，轉(zhuǎn)爐煤氣與生成的熱解氣形成調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣，并從熱解爐的中上部經(jīng)煤氣管道排出。其中，低階煤球團(tuán)的粒徑為4-12mm，低階煤熱解量為1t/h，所得調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣31060nm³/h，成分為h2約0.68％，co約76.57％，co2約12.78％，n2約9.68％，ch4約0.20％。

調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器除塵、脫硫處理后，加入氫氣37712nm³/h，混合加熱成為熱還原氣。熱還原氣的流量為68772nm³/h，溫度為900℃，主要成分為h2約55.14％，co約34.58％，co2約5.77％，n2約4.37％，ch4約0.09％，其中(co+h2)≈89.72％，h2/co≈1.6。

所述氫氣為焦?fàn)t煤氣經(jīng)除塵、脫硫、脫碳處理后，由psa降壓吸附法分離得到，其中氫氣的純度大于99.6體積％。

使用該熱還原氣68772nm³/h，進(jìn)入豎爐還原段參與還原反應(yīng)，可生產(chǎn)直接還原鐵36.2t/h，產(chǎn)生豎爐爐頂氣約68770nm3/h，其中co2含量較高，約17.98％，可經(jīng)脫硫脫碳后循環(huán)使用。爐頂氣經(jīng)除塵脫硫凈化后約50648nm³/h，一氧化碳和氫氣為主的合成氣。凈化爐頂氣含水和二氧化碳很低，作為還原氣與調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)爐煤氣和氫氣混合，加熱后作為還原氣一部分進(jìn)氣基豎爐用于生產(chǎn)直接還原鐵。

精脫焦?fàn)t煤氣由psa降壓吸附法分離出的解析氣作為燃料氣從豎爐冷卻段底部進(jìn)入豎爐與直接還原鐵充分接觸換熱后，進(jìn)入加熱爐作燃料。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。