一种直接还原铁矿石的生产工艺

1.本发明属还原冶金技术领域，尤其涉及一种直接还原铁矿石的生产工艺。


背景技术：

2.钢铁行业是我国国民经济重要的支柱性产业，作为世界上最大钢铁生产国，我国的粗钢产量占全球粗钢产量的一半以上。钢铁行业是碳排放大户，其碳排放量占全国碳排放总量的15％左右，是制造业中碳排放量最大行业，因此实施钢铁行业碳减排具有重要意义。与传统炼铁相比，以还原性的氢气替代传统碳还原剂煤和焦炭，摆脱对对化石能源的依赖，可以从源头上解决碳的排放问题。
3.专利号为cn111926135a的中国专利“一种氢基竖炉直接还原系统及还原方法”中公开了一种氢基竖炉还原方法，其采用与富氢还原气成分相同的富氢冷却气对金属球团进行冷却，换热后高温富氢冷却气体与高温富氢还原气在炉内混合并用于氧化球团还原，虽有一定的节能效果，但该工艺复杂且较难实施。
4.目前的专利中设计的工艺并不完善，因此亟需设计一种采用新型工艺路线的直接还原铁矿石的生产工艺。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种直接还原铁矿石的生产工艺，以解决上述问题，达到减少环境污染，解决碳排放的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种直接还原铁矿石的生产工艺，包括：
8.原料气处理，将原料气通入气柜缓冲后进入脱硫塔去除杂质，再通过换热装置换热后进入加热炉；
9.直接还原，还原气在加热炉内继续加热且分成上下两股分别进入直接还原炉；将矿石从直接还原炉顶部投入，与原料气反应得到还原铁；
10.炉顶气回收捕集，原料气在与矿石反应后由直接还原炉炉顶排出后进入换热装置回收余热，再经压缩机进入变压吸附co2装置，脱碳后送至气柜循环使用。
11.所述原料气为焦炉煤气或天然气或其他富氢气体。
12.所述换热装置包括换热器及余热锅炉。
13.在原料气处理步骤中，所述原料气在所述脱硫塔内将原料气中的粉尘、hcn、有机硫和h2s脱除；且所述原料气及经过余热锅炉下游。
14.在直接还原步骤中，所述原料气在加热炉内升温至950-1050℃，同时压力到0.7-0.9mpa；所述原料气分为两股进入所述直接还原炉，上部气量占总量的75-90％，下部气量占总量的10-25％。
15.上部所述原料气与氧气一起通入所述直接还原炉内，下部所述原料气通入所述直接还原炉底部出口。
16.炉顶气回收捕集步骤中，所述直接还原炉炉顶排出的原料气气温为440-460℃；所述原料气进入余热锅炉顶部后通过所述换热器进入所述压缩机；所述变压吸附co2装置将所述原料气内co2含量降至0.5％以下。
17.与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本技术通过创新的工艺路线，使用富氢气体代替传统炼铁工艺的煤和焦炭，从源头进行碳减排；通过对副产物co2进行捕集，制成成品级co2产品用于下游产业，完成末端治理。有效减少传统炼铁过程产生的环境污染和碳排放问题，推动传统工艺由“碳还原”向“氢还原”变革。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
19.图1为本发明流程框图；
20.其中，1、气柜；2、脱硫塔；3、余热锅炉；4、加热炉；5、直接还原炉；6、换热器；7、压缩机；8、变压吸附co2装置。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
23.一种直接还原铁矿石的生产工艺，包括：
24.原料气处理，将原料气通入气柜1缓冲后进入脱硫塔2去除杂质，再通过换热装置换热后进入加热炉4；
25.直接还原，还原气在加热炉内继续加热且分成上下两股分别进入直接还原炉；将矿石从直接还原炉顶部投入，与原料气反应得到还原铁；
26.炉顶气回收捕集，原料气在与矿石反应后由直接还原炉炉顶排出后进入换热装置回收余热，再经压缩机7进入变压吸附co2装置8，脱碳后送至气柜1循环使用。
27.原料气为焦炉煤气或天然气或其他富氢气体。
28.换热装置包括换热器6及余热锅炉3；
29.在原料气处理步骤中，原料气在脱硫塔2内将原料气中的粉尘、hcn、有机硫和h2s脱除；且原料气及经过余热锅炉3下游。
30.在直接还原步骤中，原料气在加热炉内升温至950-1050℃，同时压力到0.7-0.9mpa；原料气分为两股进入直接还原炉，上部气量占总量的75-90％，下部气量占总量的10-25％。
31.上部原料气与氧气一起通入直接还原炉内，下部原料气通入直接还原炉底部出
口。
32.炉顶气回收捕集步骤中，直接还原炉炉顶排出的原料气气温为440-460℃；原料气进入余热锅炉3顶部后通过换热器6进入压缩机7；所变压吸附co2装置将原料气内co2含量降至0.5％以下。
33.实施例一：。
34.如图1所示，一种直接还原铁矿石的生产工艺，整套工艺由三大系统组成，分别为原料气处理系统、直接还原炉系统、炉顶气回收捕集系统。其中原料气处理系统由气柜1、脱硫塔2、换热装置(余热锅炉3和换热器6)、加热炉4依次构成；直接还原炉系统由直接还原炉5构成；炉顶气回收捕集系统由换热装置(余热锅炉3和换热器6)、压缩机7、变压吸附co2装置装置8依次构成。
35.原料气处理系统流程为：来自管网的焦炉煤气或天然气或其他富氢气体经气柜1缓冲后经脱硫塔2将气体中的粉尘、hcn、有机硫、h2s等杂质脱除，通过换热装置与高温的炉顶气进行换热后进入加热炉4，在加热炉4中将原料气加热到950-1050℃，同时压力到0.7-0.9mpa后分两股进入直接还原炉5，上部气量占总量的75-90％，下部气量占总量的25-10％。
36.进一步的，本工艺使用焦炉煤气或天然气或其他富氢气体作为原料气，气体中的杂质不利于后续工序运行并且极可能引发生产事故，因此必须对原料气进行处理。
37.直接还原炉系统流程为：球团从直接还原炉5顶部进入炉内，上部为加压料仓，在炉体锥部与高温原料气进行反应，生产得到还原铁。
38.进一步的，直接还原炉5上部为加压料仓，矿石在炉体锥部与高温原料气进行反应，生产得到还原铁。
39.炉顶气回收捕集系统流程为：原料气在直接还原炉5内与球团反应后，由炉顶部排出，此时排出的炉顶气温度约450℃，为了实现节能降耗，设置炉顶气换热装置来回收余热。回收余热后的炉顶气经压缩机7进变压吸附co2装置8，将co2含量为5-7％的炉顶气脱碳净化后，co2含量降至0.5％以下，送至原料气处理系统循环使用。
40.在本发明的一个实施例中，换热装置分别由1台余热锅炉3和1台换热器6构成。直接还原炉5顶部气体出口排出的炉顶气首先进入余热锅炉3。顶部气体换热器与汽包、上升/下降循环水管、汽包给水管等构成余热锅炉3。余热锅炉3的功能是利用炉顶气显热产生低压饱和蒸汽，蒸汽主要用于变压吸附co2系统和压缩机的再循环系统。原料气预热位于余热锅炉的下游，其功能是利用离开余热锅炉3的炉顶气的剩余显热，加热原料气，在升高其温度后，将其送入原料气加热炉5。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种直接还原铁矿石的生产工艺，其特征在于，包括：原料气处理，将原料气通入气柜缓冲后进入脱硫塔去除杂质，再通过换热装置换热后进入加热炉；直接还原，还原气在加热炉内继续加热且分成上下两股分别进入直接还原炉；将矿石从直接还原炉顶部投入，与原料气反应得到还原铁；炉顶气回收捕集，原料气在与矿石反应后由直接还原炉炉顶排出后进入换热装置回收余热，再经压缩机进入变压吸附co2装置，脱碳后送至气柜循环使用。2.根据权利要求1所述的一种直接还原铁矿石的生产工艺，其特征在于：所述原料气为焦炉煤气或天然气或其他富氢气体。3.根据权利要求1所述的一种直接还原铁矿石的生产工艺，其特征在于：所述换热装置包括换热器及余热锅炉。4.根据权利要求3所述的一种直接还原铁矿石的生产工艺，其特征在于：在原料气处理步骤中，所述原料气在所述脱硫塔内将原料气中的粉尘、hcn、有机硫和h2s脱除；且所述原料气及经过余热锅炉下游。5.根据权利要求1所述的一种直接还原铁矿石的生产工艺，其特征在于：在直接还原步骤中，所述原料气在加热炉内升温至950-1050℃，同时压力到0.7-0.9mpa；所述原料气分为两股进入所述直接还原炉，上部气量占总量的75-90％，下部气量占总量的10-25％。6.根据权利要求5所述的一种直接还原铁矿石的生产工艺，其特征在于：上部所述原料气与氧气一起通入所述直接还原炉内，下部所述原料气通入所述直接还原炉底部出口。7.根据权利要求3所述的一种直接还原铁矿石的生产工艺，其特征在于：炉顶气回收捕集步骤中，所述直接还原炉炉顶排出的原料气气温为440-460℃；所述原料气进入余热锅炉顶部后通过所述换热器进入所述压缩机；所述变压吸附co2装置将所述原料气内co2含量降至0.5％以下。

技术总结
本发明公开一种直接还原铁矿石的生产工艺，包括原料气处理，将原料气通入气柜缓冲后进入脱硫塔去除杂质，再通过换热装置换热后进入加热炉；直接还原，还原气在加热炉内继续加热且分成上下两股分别进入直接还原炉；将矿石从直接还原炉顶部投入，与原料气反应得到还原铁；炉顶气回收捕集，原料气在与矿石反应后由直接还原炉炉顶排出后进入换热装置回收余热，再经压缩机进入变压吸附CO2装置，脱碳后送至气柜循环使用。本申请通过创新的工艺路线，使用富氢气体代替传统炼铁工艺的煤和焦炭，从源头进行碳减排；有效减少传统炼铁过程产生的环境污染和碳排放问题。境污染和碳排放问题。境污染和碳排放问题。


技术研发人员：于勇 王兰玉 朱廷钰 郑艾军 李玉然 王金龙 杨永强 王斌
受保护的技术使用者：河北张宣高科科技有限公司 中国科学院过程工程研究所
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/6