本發(fā)明涉及直接還原，尤其是一種基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原系統及方法。

背景技術：

1、富氫氣基豎爐還原工藝，被認為是鋼鐵行業(yè)co2減排最有效的選擇之一，相比于傳統高爐煉鐵工藝減碳幅度超過40%。目前國外成熟的氫基豎爐還原工藝均以天然氣作為還原氣，經重整反應制成h2與co的混合氣對球團進行還原生產直接還原鐵。但我國缺乏天然氣，以焦爐煤氣為還原氣的氫基豎爐還原工藝適合我國氫冶金工藝規(guī)模化發(fā)展。截止到目前，河鋼、寶武等企業(yè)已建成基于焦爐煤氣作為還原氣的氫冶金示范工程。

2、焦爐煤氣主要含55～60%h2、23～27%ch4、5～8%co、3～7%n2、1～3%co2及少量其它物質。其中n2是惰性氣體不參與還原反應且會在工藝氣循環(huán)利用過程中循環(huán)富集，影響還原氣（h2+co）分壓，進而降低還原效率。目前，對于煤氣中co與n2的有效分離是技術難題，因兩者沸點接近、相對原子質量相同，常規(guī)的深冷和變壓吸附方法不能有效將兩者有效分離。

3、在球團富氫氣體還原方面，大量研究及生產實踐表明，球團低溫還原粉化嚴重，電爐冶煉小顆粒dri收得率低是影響全流程經濟性的重要指標。

技術實現思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能有效改善球團還原性及還原粉化指標的基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原系統；本發(fā)明還提供了一種基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原方法。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明系統所采取的技術方案是：其包括凈化裝置、變壓吸附裝置、加熱爐、豎爐和富氫尾氣處理裝置；所述凈化裝置的進口連通焦爐煤氣管線，凈化裝置的出口連通變壓吸附裝置的進口；所述變壓吸附裝置脫除焦爐煤氣中的co和n2，變壓吸附裝置設有富氫氣出口和脫除氣出口；所述變壓吸附裝置的富氫氣出口連通加熱爐的進氣口，加熱爐的出氣口連通豎爐的還原氣進口；所述豎爐的富氫尾氣出口通過富氫尾氣處理裝置連通加熱爐的進氣口；所述變壓吸附裝置的脫除氣出口連通加熱爐的燃料氣進口；所述加熱爐的出氣口連通豎爐的還原氣進口之間管路連通氧氣管線。

3、進一步的，所述富氫尾氣處理裝置包括依次連通的余熱回收裝置、除塵裝置、脫水裝置和脫co2裝置；所述余熱回收裝置的進口連通豎爐的富氫尾氣出口，脫co2裝置的出口連通加熱爐的進氣口。

4、更進一步的，所述加熱爐的尾氣出口連通脫co2裝置的進口。

5、進一步的，所述焦爐煤氣管線連通加熱爐的燃料氣進口。

6、為解決上述技術問題，本發(fā)明方法采用上述的系統，所采取的技術方案包括下述步驟：（1）焦爐煤氣先經凈化處理，再進行變壓吸附脫除co和n2，得到主要成分為h2、ch4和co的富氫氣和主要成分為co和n2的脫除氣；

7、（2）所述富氫氣經加熱爐加熱，再加入o2進一步提溫后，送入豎爐進行直接還原；

8、（3）所述豎爐直接還原生成的富氫尾氣經處理后，進入加熱爐加熱以循環(huán)利用；

9、（4）所述脫除氣作為加熱爐的燃料加熱富氫氣。

10、進一步的，所述步驟（3），富氫尾氣依次經換熱、除塵、脫水、脫除co2處理；所述加熱爐產生的尾氣進行所述脫除co2處理。

11、進一步的，所述步驟（4），焦爐煤氣作為加熱爐的補充燃料。

12、進一步的，所述步驟（2），富氫氣經加熱爐加熱到950～970℃，加入o2進一步提溫到1030～1050℃。

13、進一步的，所述步驟（1），變壓吸附脫除co和n2的脫除效率≥90%。

14、采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本發(fā)明采用變壓吸附對焦爐煤氣進行脫co、n2處理，從源頭限制n2進入還原系統并提高還原氣h2/co比例，提高了焦爐煤氣的還原性；同時還原氣中h2比例提高，能有效改善球團的還原性及低溫還原粉化指標，拓寬了富氫氣體直接還原用鐵礦粉的原料范圍，同時降低焦爐煤氣的消耗，對促進氫基豎爐還原工藝的推廣應用有積極意義。

技術特征：

1.一種基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原系統，其特征在于：其包括凈化裝置、變壓吸附裝置、加熱爐、豎爐和富氫尾氣處理裝置；所述凈化裝置的進口連通焦爐煤氣管線，凈化裝置的出口連通變壓吸附裝置的進口；所述變壓吸附裝置脫除焦爐煤氣中的co和n2，變壓吸附裝置設有富氫氣出口和脫除氣出口；所述變壓吸附裝置的富氫氣出口連通加熱爐的進氣口，加熱爐的出氣口連通豎爐的還原氣進口；所述豎爐的富氫尾氣出口通過富氫尾氣處理裝置連通加熱爐的進氣口；所述變壓吸附裝置的脫除氣出口連通加熱爐的燃料氣進口；所述加熱爐的出氣口連通豎爐的還原氣進口之間管路連通氧氣管線。

2.根據權利要求1所述的一種基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原系統，其特征在于：所述富氫尾氣處理裝置包括依次連通的余熱回收裝置、除塵裝置、脫水裝置和脫co2裝置；所述余熱回收裝置的進口連通豎爐的富氫尾氣出口，脫co2裝置的出口連通加熱爐的進氣口。

3.根據權利要求2所述的一種基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原系統，其特征在于：所述加熱爐的尾氣出口連通脫co2裝置的進口。

4.根據權利要求1、2或3所述的一種基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原系統，其特征在于：所述焦爐煤氣管線連通加熱爐的燃料氣進口。

5.一種基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原方法，采用權利要求1-4任意一項所述的系統，其特征在于，包括下述步驟：（1）焦爐煤氣先經凈化處理，再進行變壓吸附脫除co和n2，得到主要成分為h2、ch4和co的富氫氣和主要成分為co和n2的脫除氣；

6.根據權利要求4所述的一種基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原方法，其特征在于：所述步驟（3），富氫尾氣依次經換熱、除塵、脫水、脫除co2處理；所述加熱爐產生的尾氣進行所述脫除co2處理。

7.根據權利要求4所述的一種基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原方法，其特征在于：所述步驟（4），焦爐煤氣作為加熱爐的補充燃料。

8.根據權利要求4所述的一種基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原方法，其特征在于：所述步驟（2），富氫氣經加熱爐加熱到950～970℃，加入o2進一步提溫到1030～1050℃。

9.根據權利要求4-7任意一項所述的一種基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原方法，其特征在于：所述步驟（1），變壓吸附脫除co和n2的脫除效率≥90%。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于焦爐煤氣氫基豎爐直接還原系統及方法，其包括凈化裝置、變壓吸附裝置、加熱爐、豎爐和富氫尾氣處理裝置；所述凈化裝置的進口連通焦爐煤氣管線，凈化裝置的出口連通變壓吸附裝置的進口；所述變壓吸附裝置脫除焦爐煤氣中的CO和N<subgt;2</subgt;，變壓吸附裝置設有富氫氣出口和脫除氣出口；所述變壓吸附裝置的富氫氣出口連通加熱爐的進氣口，加熱爐的出氣口連通豎爐的還原氣進口；所述豎爐的富氫尾氣出口通過富氫尾氣處理裝置連通加熱爐的進氣口；所述變壓吸附裝置的脫除氣出口連通加熱爐的燃料氣進口；所述加熱爐的出氣口連通豎爐的還原氣進口之間管路連通氧氣管線。本系統及方法提高了焦爐煤氣的還原性，能有效改善球團的還原性。

技術研發(fā)人員：張彩東,王新東,韓星,李蘭杰,田志強,王小艾,王世偉,白佳佩,侯鑫,周永寧,徐坤
受保護的技術使用者：河北河鋼材料技術研究院有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30