專利名稱：利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤炭氣化粗煤氣余熱回收利用方法，具體是一種利用煤炭氣化粗
煤氣顯熱直接加熱鐵礦煤球團(tuán)或鐵礦石、氧化鐵球團(tuán)礦，以生產(chǎn)直接還原鐵的工藝方法。本 發(fā)明將高溫粗煤氣直接送入直接還原豎爐中，用于加熱直接還原豎爐中的鐵礦煤球團(tuán)或鐵 礦石、氧化鐵球團(tuán)礦生產(chǎn)直接還原鐵。本發(fā)明的特點(diǎn)是在回收利用粗煤氣中所含顯熱時(shí)采 用了三段連續(xù)除塵，第一段用粉塵沉降室、擋板、旋風(fēng)除塵器高溫除塵，除去粗煤氣中的較
粗顆粒；第二段在還原豎爐中利用還原鐵和鐵礦煤球團(tuán)或鐵礦石、氧化鐵球團(tuán)礦顆粒床除 塵；第三段在還原豎爐爐頂煤氣降溫后的凈化過程中除塵。
背景技術(shù)：
200610012837號(hào)發(fā)明專利公開了一種鐵礦煤球團(tuán)自產(chǎn)還原氣生產(chǎn)直接還原鐵的 方法，該方法是在開爐前準(zhǔn)備N2、焦?fàn)t氣、煤制氣、天然氣、煤層氣中的一種或數(shù)種氣體混合 做為啟動(dòng)氣源，將啟動(dòng)氣源加熱至115(TC，通入還原豎爐中加熱鐵礦煤球團(tuán)，使球團(tuán)中的一 部分煤熱解產(chǎn)生含C0、H2、CH4的煤熱解氣，一部分煤作為還原劑用于還原鐵礦石，產(chǎn)生出含 有C02和H20的還原尾氣；產(chǎn)生的煤熱解氣與還原尾氣由爐頂排出還原豎爐，經(jīng)凈化除塵、 脫除焦油、硫及H^、 (A等雜質(zhì)氣體后成為還原氣。以加熱的還原氣逐步替代高溫啟動(dòng)氣 源，直至完全替代高溫啟動(dòng)氣源通入還原豎爐中，加熱新的鐵礦煤球團(tuán)，產(chǎn)生新的煤熱解氣 和還原尾氣，在還原氣直接還原鐵礦煤球團(tuán)中鐵精礦粉的同時(shí)，形成自產(chǎn)還原氣循環(huán)生產(chǎn) 與使用。如此反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)直接還原鐵的連續(xù)生產(chǎn)。 2008100553998號(hào)發(fā)明專利公開了一種利用紅焦加熱直接還原鐵中還原氣的方 法，是以干熄焦?fàn)t代替鐵礦煤球團(tuán)生產(chǎn)直接還原鐵工藝中的還原氣加熱爐，由還原氣代替 ^作為冷卻紅焦的傳熱介質(zhì)，還原氣在通入干熄焦?fàn)t冷卻紅焦的過程中吸收紅焦顯熱，被 升溫至650 96(TC，再向排出干熄焦?fàn)t的還原氣中施加02，使其與還原氣燃燒產(chǎn)生熱量， 將還原氣加熱到1100 115(TC，氧化度控制在〈20%后送入還原豎爐，為鐵礦煤球團(tuán)還原 鐵提供熱量。該發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)(A近零排放，并且沒有氣、液、固體廢棄物排放，可實(shí)現(xiàn)清潔 生產(chǎn)。 2009100753306號(hào)發(fā)明專利公開了利用垃圾制燃?xì)饧訜嶂苯舆€原鐵中還原氣的方 法，是由垃圾焚燒或融熔焚燒產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，利用低熱值燃?xì)飧邷厝紵夹g(shù)蓄熱式加熱 爐、煉鐵高爐熱風(fēng)爐來加熱鐵礦煤球團(tuán)內(nèi)生還原氣生產(chǎn)直接還原鐵中的循環(huán)還原氣。該方 法要求粗燃?xì)獾臒嶂狄猑 850kcal(3558kj)，若達(dá)不到熱值最低要求時(shí)，可以在垃圾焚燒或 融熔焚燒爐中添加煤炭、焦炭、半焦、型煤以提高粗燃?xì)鉄嶂?。為防止垃圾焚燒或融熔焚?以及燃?xì)舛稳紵a(chǎn)生二噁英及二噁英類物質(zhì)，需要在燃?xì)馊紵盎蛉細(xì)馊紵笞鰞艋?理。利用該技術(shù)可以在處理城市生活垃圾的同時(shí)生產(chǎn)直接還原鐵。 目前，煤炭氣化粗煤氣中的顯熱回收利用方法主要有國外的Texaco氣化工藝、 Destec煤氣化工藝、Shell煤氣化工藝、Prenflo煤氣化工藝；以及我國的煤炭氣化技術(shù)如 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)、灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)、兩段式煤炭氣化技術(shù)等。這些
4技術(shù)中的粗煤氣顯熱都是以水蒸氣和熱水形態(tài)回收的，其中包括有粗煤氣激冷工藝技術(shù)、 余熱鍋爐回收熱量技術(shù)，回收的顯熱也主要是用于生產(chǎn)水蒸氣和發(fā)電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用煤炭氣化高溫粗煤氣的顯熱加熱直接還原豎爐中 的鐵礦煤球團(tuán)，以生產(chǎn)直接還原鐵的方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體方法是 a.選擇煤灰熔點(diǎn)高于直接還原鐵還原溫度至少20(TC的煤炭為原料，在煤氣化爐 中生產(chǎn)粗煤氣； b.控制從煤氣化爐中產(chǎn)出的粗煤氣溫度在1000 IIO(TC，經(jīng)高溫第一段除塵后， 由設(shè)在還原豎爐中部的圍管輸送到裝填有鐵礦煤球團(tuán)的直接還原豎爐內(nèi)；
c.進(jìn)入還原豎爐的粗煤氣從鐵礦煤球團(tuán)移動(dòng)顆粒床層中穿過，經(jīng)鐵礦煤球團(tuán)移動(dòng) 顆粒床第二段除塵，并加熱鐵礦煤球團(tuán)以生產(chǎn)直接還原鐵； d.粗煤氣將顯熱傳給鐵礦煤球團(tuán)用于還原鐵后，降溫到150 20(TC，作為還原豎 爐爐頂氣排出還原豎爐； e.排出的爐頂氣再經(jīng)第三段電袋復(fù)合除塵，脫除H^、 SCO、 0)2、微量煤焦油后，成 為還原氣； f.還原豎爐中的鐵礦煤球團(tuán)經(jīng)粗煤氣加熱還原生成直接還原鐵，在還原豎爐下部 冷卻到300°C以下，經(jīng)底部出料口鎖斗密閉篩分出煤灰和還原鐵后出爐。
本發(fā)明利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法能夠得以實(shí)現(xiàn)的原因是由于在鐵 礦煤球團(tuán)中配有煤粉作為還原劑，使得除塵后的粗煤氣將顯熱傳遞給鐵礦煤球團(tuán)后，與鐵 礦煤球團(tuán)在豎爐上部干餾段產(chǎn)生的干餾煤氣、還原尾氣和未參與還原反應(yīng)的粗煤氣一同作 為爐頂氣從豎爐爐頂排出豎爐。如果鐵礦煤球團(tuán)內(nèi)配的煤粉還原劑與還原鐵礦所需的還原 劑量相等，則粗煤氣中參與還原反應(yīng)的H2和CO的熱量，與鐵礦煤球團(tuán)中未參與還原反應(yīng)的 煤熱解氣CHpHyCO等的熱量大體上相等。即由于球團(tuán)中加配了煤，使得粗煤氣中化學(xué)成 分所含的熱量與直接還原鐵后爐頂氣中化學(xué)成分所含的熱量大體相等。生產(chǎn)直接還原鐵只 是利用了煤炭氣化粗煤氣中的顯熱。 —般認(rèn)為，不能直接利用煤氣化高溫粗煤氣來生產(chǎn)直接還原鐵。更不可能利用高 溫粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵。其理由一是因?yàn)榇置簹庵泻杏泻υ豐，在還原鐵過程 中可能被還原鐵吸收；二是粗煤氣氧化度較高，不能保證直接還原鐵所需要的低氧化度； 三是粗煤氣中含有大量粉塵，粉塵在高溫下軟化有粘結(jié)性，會(huì)粘滯在管道、除塵器、以及直 接還原鐵設(shè)備上，會(huì)使管道、除塵器及設(shè)備損壞失去設(shè)計(jì)功能，甚至造成停車等事故；四是 因煤氣化工藝不同粗煤氣的壓力有高有低，粗煤氣低于直接還原鐵工藝所需壓力時(shí)無法加 壓。 然而，本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn) 調(diào)整粗煤氣溫度，達(dá)到直接還原鐵工藝要求溫度；粗煤氣中含有足夠量的^ ;粗煤 氣具有一定壓力；氧化度低于直接還原鐵工藝要求；在直接還原鐵前和直接還原鐵過程中 清除粉塵；粗煤氣就可以直接用于生產(chǎn)直接還原鐵。GSP、Shell、兩段式粉煤加壓氣化等煤 氣化工藝經(jīng)選擇煤灰熔點(diǎn)較高的煤和調(diào)整工藝參數(shù)，其粗煤氣就可以直接用于生產(chǎn)直接還
5原鐵。 各種煤氣化工藝的粗煤氣溫度在800 150(TC之間，通過調(diào)整輸02量，輸水蒸氣 量和輸煤量比例可以調(diào)整粗煤氣溫度，當(dāng)粗煤氣溫度高于直接還原鐵工藝溫度時(shí)，也可以
兌入冷煤氣降低粗煤氣溫度，以達(dá)到直接還原鐵工藝溫度要求。 當(dāng)粗煤氣中H2含量^20^時(shí)，可以有效預(yù)防直接還原鐵生產(chǎn)過程中單質(zhì)鐵對(duì)H^、 SCO的吸收，并可以利用H2脫除鐵礦煤球團(tuán)中的S。因此，不必?fù)?dān)心S進(jìn)入直接還原鐵產(chǎn)品 中，煤氣中的H2S、 SCO可以在生產(chǎn)直接還原鐵降溫后再回收并加以利用。
煤氣化爐的粗煤氣出口壓力范圍為0. 5 4. OMPa，可以在除塵過程中減壓，或設(shè) 減壓閥門降壓以滿足直接還原鐵工藝壓力要求。 解決粗煤氣中的粉塵粘結(jié)問題，可以選擇煤灰熔點(diǎn)高于直接還原鐵工藝溫度
200°C的煤，作為氣化用煤，以避免煤灰熔點(diǎn)低，粘滯管道、閥門和設(shè)備的問題，并利用還原
豎爐中的鐵礦煤球團(tuán)和直接還原鐵，或鐵礦石、氧化鐵球團(tuán)礦作為直接還原豎爐中移動(dòng)顆
粒床除塵的顆粒，在實(shí)現(xiàn)高溫不間斷連續(xù)除塵的同時(shí)生產(chǎn)出直接還原鐵。 在本發(fā)明利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法中，高溫除塵是關(guān)鍵。寶鋼COREX
融熔還原工藝中，在熔融爐與還原豎爐之間設(shè)置有旋風(fēng)除塵器，除塵溫度85(TC，但是應(yīng)用
效果不盡如意，因?yàn)槌龎m不徹底，粉塵進(jìn)入還原豎爐后，容易造成爐料粘結(jié)，致使還原豎爐
出料不暢，被迫停爐清理，影響COREX整體作業(yè)效率。豎爐預(yù)還原鐵粘接的原因是 1)、從融熔還原爐中產(chǎn)出的煤氣粉塵中含有大量鐵氧化物，降低了煤灰熔點(diǎn)，煤氣
從融熔還原爐進(jìn)入直接還原爐的入口溫度為830°C，煤氣與粉塵在進(jìn)入還原豎爐后，在鐵球
團(tuán)和氧化鐵球團(tuán)礦過濾作用下聚集并造成粘結(jié)； 2)、從融熔還原爐中產(chǎn)生的煤氣，在直接還原鐵沿管道下降到融熔還原爐過程中， 向上串入直接還原豎爐，其溫度可達(dá)IOO(TC以上，超過預(yù)還原鐵軟化溫度和氧化鐵球團(tuán)礦 軟熔點(diǎn)的溫度，造成粘結(jié)； 3)、還原豎爐采用氧化球團(tuán)礦和塊狀鐵礦，其軟熔點(diǎn)85(TC左右，是造成反串煤氣、 粉塵與鐵礦粘結(jié)的原因之一。 本發(fā)明為解決上述問題，采取了以下技術(shù)方案 1)、選擇灰熔點(diǎn)高的煤。選擇灰熔點(diǎn)高于還原鐵溫度1000 IIO(TC以上20(TC的 煤，即煤灰熔點(diǎn)1200 130(TC以上。因?yàn)楦哂诿夯胰埸c(diǎn)溫度20(TC，一般情況下可以確保避 免煤灰粘附堵塞管道、閥門、除塵器和還原豎爐。煤灰熔點(diǎn)與煤灰礦物成分有著直接關(guān)系， 一般認(rèn)為，含堿性氧化物(Fe203、CaO、MgO、Na20、K20)質(zhì)量成分越高，煤灰的熔融溫度越低； 含酸性氧化物(AI203、 Si02、 Ti02)質(zhì)量成分越高，煤灰的熔融溫度越高。各種煤中AIA在 煤灰中的變化較大， 一般在3 50%之間，AI203在煤灰中始終起著增高煤灰熔點(diǎn)的作用，在 煤灰中的含量達(dá)到30%時(shí)，煤灰熔點(diǎn)可高達(dá)1300 150(TC以上。 2)、本發(fā)明采用鐵礦煤球團(tuán)來提高含鐵礦原料的軟熔點(diǎn)。鐵礦煤球團(tuán)軟熔點(diǎn) 1150°C，比氧化鐵球團(tuán)礦的軟熔點(diǎn)85(TC高出30(TC，此時(shí)，將粗煤氣進(jìn)入還原豎爐的溫度 控制在1000 IIO(TC即可避免發(fā)生粘結(jié)。 3)、粗煤氣經(jīng)過還原豎爐后不再返回豎爐，避免了含鐵礦粉的粉塵進(jìn)入還原豎爐， 因此也就避免了粘結(jié)的發(fā)生。 4)、增大原料球團(tuán)礦的粒度，增大球團(tuán)之間的空隙。本發(fā)明采用的鐵礦煤球團(tuán)的粒度為10 50mm，由于球團(tuán)之間空隙增大，使得粉塵進(jìn)入還原豎爐后的運(yùn)動(dòng)和滯留空間增 大，料床不斷向下移動(dòng)攜帶粉塵向下移動(dòng)，氣流向上運(yùn)動(dòng)攜帶粉塵向上移動(dòng)，不會(huì)因粉塵堆 積造成堵塞。同時(shí)，改變?cè)锨驁F(tuán)礦形狀也可以增大粉塵的運(yùn)動(dòng)和滯留空間，如將原料球團(tuán) 制成扁圓球形或扁圓柱體。 5)、送入還原豎爐中的粗煤氣氧化度(H2+CO)/(H2+CO+C02+H20)要< 15%。實(shí)驗(yàn)表 明，用煤氣氧化度>25%的煤氣還原含碳鐵礦球團(tuán)時(shí)，含碳鐵礦球團(tuán)還原后會(huì)再氧化。由于 鐵礦煤球團(tuán)還原產(chǎn)生大量氧化氣體C02和H20，與粗煤氣在還原豎爐中匯合后，會(huì)提高還原 豎爐中氣體的氧化度，消耗鐵礦煤球團(tuán)中的碳元素，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使？6304氧化為F^(V造成鐵 礦晶體的晶格轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致球團(tuán)膨脹、酥松，失去必要的球團(tuán)強(qiáng)度而粉化，致使還原豎爐不能 正常運(yùn)行。為保證不出現(xiàn)上述問題，應(yīng)選擇煤炭氣化工藝中氧化度低的氣化工藝，降低輸入 還原豎爐中粗煤氣的氧化度。 6)、粗煤氣不脫硫。目前還沒有成熟的1000 IIO(TC粗煤氣脫硫技術(shù)，要脫硫必 須將粗煤氣溫度降至常溫再脫硫。如此，粗煤氣中的顯熱就不能用于冶煉直接還原鐵。本發(fā) 明在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，鐵礦煤球團(tuán)在加熱生產(chǎn)直接還原鐵過程中有脫硫現(xiàn)象，脫硫率達(dá)到70 80%。這可能與煤中的112有關(guān)，與煤加氫熱解脫硫工藝技術(shù)相似，接近于焦?fàn)t煤氣與煤共 熱解脫硫工藝技術(shù)。焦?fàn)t煤氣與煤共熱解脫硫工藝技術(shù)實(shí)質(zhì)上是把煤的加氫熱解與煤甲烷 共熱解結(jié)合在一起的煤加氫、甲烷熱解工藝。其脫硫作用分為兩部分①球團(tuán)內(nèi)的脫硫，即 球團(tuán)內(nèi)煤熱解產(chǎn)生的氫與硫反應(yīng)生成H2S和COS等氣體并排出球團(tuán)和豎爐；②還原氣中的 氫與煤和鐵精礦中的硫反應(yīng)生成的H2S氣體，隨還原尾氣排出豎爐。同時(shí)，在粗煤氣中含有 > 20X的4，可以抑制直接還原鐵生產(chǎn)過程中單質(zhì)鐵對(duì)H^、 SCO的吸收，由于!12%含量較 高，可以脫除鐵礦及煤中的S。 7)、電捕焦油。煤氣化工藝中的氣流床煤氣化工藝，如干粉煤氣化工藝的粗煤氣一 般都不含煤焦油。在鐵礦煤球團(tuán)直接還原工藝中，每生產(chǎn)1噸還原鐵使用218kg煤做還原 劑，煤中的焦油含量約為4%，重約8. 72kg，由于粗煤氣和還原尾氣的稀釋作用，到了爐頂 氣中的煤焦油含量進(jìn)一步降低，約為3. 2g/m3。解決煤焦油問題的辦法一是選擇煤焦油露點(diǎn) 溫度85°C以上凈化爐頂氣，二是采用電捕焦油工藝清除焦油。 8)、調(diào)整輸入還原豎爐的粗煤氣溫度。鐵礦煤球團(tuán)的最佳還原溫度為1000 1 IO(TC ，為保證還原豎爐內(nèi)的溫度，輸入還原豎爐的粗煤氣溫度可以提高到1 IO(TC 。調(diào)整粗 煤氣溫度的最佳辦法是選擇煤氣化工藝中粗煤氣溫度接近110(TC的工藝，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行 調(diào)整。例如在西安熱工研究院兩段式煤氣化爐的上段，用調(diào)整噴煤量來調(diào)整粗煤氣的出口 溫度，減少上段爐的噴煤量可以提高粗煤氣出口溫度，增加上段爐的噴煤量可以降低粗煤 氣出口溫度。又如，增加上段爐的噴氧量可以提高粗煤氣溫度，減少噴氧量可以降低粗煤氣 溫度。 9)、調(diào)整還原豎爐內(nèi)的氣體壓力。粗煤氣出口壓力根據(jù)不同行業(yè)的需要可以是 2. 5 8. 5MPa。本發(fā)明工藝要求適當(dāng)?shù)臍怏w壓力，是由于鐵礦煤球團(tuán)配煤選用高揮發(fā)分煤 時(shí)，壓力過高有可能造成煤的過度軟化，降低球團(tuán)強(qiáng)度，甚至造成事故。當(dāng)然，提高還原豎爐 內(nèi)氣體壓力有利于提高產(chǎn)量和利用煤氣化爐粗煤氣氣體壓力，不過為了工藝設(shè)備的安全和 穩(wěn)定順行，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臍怏w壓力，一般應(yīng)在0. 1 3MPa。 本發(fā)明的特征之一，是三段干法連續(xù)除塵。與濕法除塵降溫相比，本發(fā)明的三段干
7法連續(xù)除塵不會(huì)產(chǎn)生大量黑水，只是在爐頂氣回收過程中會(huì)有少量污水產(chǎn)生。這一部分污 水可以配制生產(chǎn)鐵礦煤球團(tuán)用粘結(jié)劑，也可以凈化后回用，如生產(chǎn)水蒸氣用于煤炭氣化。因 此可以實(shí)現(xiàn)污水零排放。 第一段除塵為初級(jí)除塵?？梢杂梅蹓m沉降室、擋板將粗顆粒粉塵分離，也可以用旋
風(fēng)除塵器除塵。因?yàn)閺拿簹饣癄t中產(chǎn)出的煤氣帶有一定的壓力，不需要在旋風(fēng)除塵器上加
設(shè)電器及機(jī)械動(dòng)力元器件，避免了高溫對(duì)電器及機(jī)械動(dòng)力元器件的影響，除塵器內(nèi)襯選用
耐高溫的耐火材料，如氧化鋁為原料的高溫陶瓷，在鋼板與耐火材料之間加隔熱材料，也可
以加水套，以防止含塵高溫煤氣高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)旋風(fēng)除塵器壁摩擦產(chǎn)生高溫?fù)p害除塵器。 一段
除塵設(shè)備可以串聯(lián)也可以并聯(lián)，如粉塵沉降室、擋板、旋風(fēng)除塵器串聯(lián)布置，或旋風(fēng)除塵器
多臺(tái)并排或多管布置，也可以只使用粉塵沉降室、擋板、旋風(fēng)除塵器其中的一種。 第二段除塵為移動(dòng)顆粒床除塵。經(jīng)一段除塵后的粗煤氣攜帶部分粉塵進(jìn)入還原豎
爐進(jìn)行第二段除塵，在給直接還原豎爐中的鐵礦煤球團(tuán)施加熱量還原鐵的同時(shí)，還對(duì)粗煤
氣起到了降溫和除塵作用。其中一部分粉塵與煤氣和還原后的尾氣一起經(jīng)爐頂排出豎爐，
進(jìn)入煤氣凈化工序進(jìn)行第三段除塵；另一部分粉塵與直接還原鐵一起下降到還原豎爐下部
的冷卻段，用爐頂氣冷卻凈化后的煤氣做冷卻氣，冷卻氣從直接還原豎爐下部送入還原豎
爐，從還原豎爐中部粗煤氣輸入直接還原豎爐的圍管下部排出豎爐；直接還原鐵和部分粉
塵在還原豎爐下段在冷卻氣作用下進(jìn)行降溫，并不斷下降到出料口一起排出，經(jīng)出料鎖斗
密閉篩分出直接還原鐵和粉塵。爐頂氣經(jīng)電袋復(fù)合第三段除塵后排空，二段篩分出的粉塵
與一、三段除塵產(chǎn)生的粉塵集中回收處理。 豎爐第二段除塵還包括冷卻段除塵，即冷卻煤氣從豎爐下部輸入豎爐，吸收還原 鐵熱量后從粗煤氣輸入圍管口下部排出，反吹出 一部分粉塵，經(jīng)廢鍋冷卻利用余熱，布袋除 塵后冷煤氣循環(huán)利用。也可以將吸收熱量后的冷卻煤氣，輸入豎爐粗煤氣輸入圍管上段的 豎爐中，用于預(yù)熱爐料，需要在粗煤氣輸入豎爐圍管上段加設(shè)煤氣輸入圍管。
第三段除塵為常規(guī)的布袋除塵或電袋復(fù)合除塵。經(jīng)前兩段除塵后，從直接還原豎 爐中排出的爐頂氣溫度已經(jīng)降至150 20(TC，其中含有H2S、 S0C、 ！120、少量焦油和少量粉 塵，需要進(jìn)行第三段除塵與凈化后才能用于IGCC發(fā)電或用作化工原料氣生產(chǎn)化工產(chǎn)品。從 還原豎爐頂部排出的爐頂氣的凈化可以采用常規(guī)的煤氣凈化工藝，因爐頂氣含有大量的 C0、 H2、 C02、 H20、 H2S、 COS、粉塵和少量煤焦油等，要依次清除凈化，才能用于燃?xì)狻⒒蚧ぴ?料氣。爐頂煤氣凈化方法，應(yīng)根據(jù)工藝實(shí)際選擇不同工藝，可以選擇低溫甲醇洗、氨法系列 脫硫技術(shù)、脫碳技術(shù)，以及變壓吸附法等還原氣凈化方法?；厥盏腟和(A可以再利用。凈 化后的煤氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓升溫送入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電，尾氣再經(jīng)余熱鍋爐回收水蒸氣和發(fā) 電。回收的粉塵可以作為建筑材料使用。 本發(fā)明的特征之二，是與余熱發(fā)電比較，熱能利用只是單一的熱量傳輸，沒有余熱 發(fā)電熱量轉(zhuǎn)換為蒸汽、蒸汽轉(zhuǎn)換為動(dòng)能、動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的多次轉(zhuǎn)換，所以粗煤氣顯熱利用 效率比發(fā)電高2 3倍。 本發(fā)明的特征之三，是與余熱發(fā)電比較，不僅余熱利用不消耗碳，而且生產(chǎn)直接還 原鐵產(chǎn)生的(A可以全部在爐頂氣回收凈化過程中以較低的成本回收，可以與粗煤氣中有 毒有害氣體H2S、 S0C等和生產(chǎn)直接還原鐵產(chǎn)生尾氣中的H2S、 S0C等硫化物，以及其他有毒 有害氣體一起回收并加以利用。
本發(fā)明的特征之四，是直接還原鐵生產(chǎn)過程沒有廢氣、廢渣排放，爐頂氣回收過程 中產(chǎn)生的少量水可以用于配制水煤漿，也可以凈化后補(bǔ)充發(fā)電工序用水，或生產(chǎn)水蒸汽，噴 入煤氣化爐中用以增加煤氣中的H2含量，因此可以實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。 本發(fā)明的特征之五，是生產(chǎn)直接還原鐵的能源消耗低。由于只用粗煤氣顯熱、煤 粉還原劑和少量有機(jī)粘結(jié)劑，使得還原劑的理論能耗僅為218kg C/噸鐵，實(shí)際僅為220 240kg標(biāo)準(zhǔn)煤/噸鐵。 本發(fā)明的特征之六，是因?yàn)橹苯舆€原鐵是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，爐內(nèi)溫度只會(huì)因吸熱反應(yīng) 不斷降低，爐溫不會(huì)升高，因此還原豎爐要保溫盡量減少熱量散失。 本發(fā)明的特征之七，是還原豎爐爐頂和爐底用N2做氣封。若還原爐中氣體壓力超 過0. 8Mpa時(shí)，上下氣封應(yīng)改為上下鎖斗，即通過鎖斗裝料、出料，用N2氣作過渡氣體，用以 隔絕空氣保障安全生產(chǎn)，防止安全事故。 本發(fā)明的特征之八，是因?yàn)槔昧嗣簹饣癄t粗煤氣壓力，取消了還原豎爐還原氣 泵增壓系統(tǒng)，這一部分電能、動(dòng)能消耗可以全部節(jié)省下來，有條件的還可以利用余壓發(fā)電。
本發(fā)明也可以選用氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦石為生產(chǎn)直接還原鐵的原料和除塵顆粒， 利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵，包括以下過程 a.選擇煤灰熔點(diǎn)高于直接還原鐵還原溫度至少20(TC的煤炭為原料，在煤氣化爐 中生產(chǎn)粗煤氣； b.控制從煤氣化爐中產(chǎn)出的粗煤氣溫度在790 90(TC，經(jīng)高溫第一段除塵后，由 設(shè)在還原豎爐中部的圍管輸送到裝填有氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦的直接還原豎爐內(nèi)；
c.進(jìn)入還原豎爐的粗煤氣從氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦移動(dòng)顆粒床層中穿過，經(jīng)氧化鐵 球團(tuán)礦和鐵礦移動(dòng)顆粒床第二段除塵，粗煤氣加熱并還原氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦，以生產(chǎn)直 接還原鐵； d.粗煤氣將顯熱傳給氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦用于還原鐵后，降溫到150 200°C ，作 為還原豎爐爐頂氣排出還原豎爐； e.排出的爐頂氣再經(jīng)第三段電袋復(fù)合除塵，脫除H2S、 SCO、 0)2、微量煤焦油后，成 為還原氣，或用于燃?xì)?，或用于發(fā)電，或用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原料氣； f.在還原豎爐中氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦經(jīng)粗煤氣加熱還原生成直接還原鐵，在還原 豎爐下部冷卻到300°C以下，經(jīng)底部出料口鎖斗加N2氣保護(hù)密閉篩分出煤灰和還原鐵后出 爐。 上述直接還原鐵生產(chǎn)方法中，送入還原豎爐的粗煤氣氧化度控制在《8% ，煤灰軟 化點(diǎn)控制在^ IOO(TC，其他工藝參數(shù)及過程(包括粗煤氣壓力、三段除塵、爐頂煤氣凈化 等)與鐵礦煤球團(tuán)為原料的直接還原鐵工藝相同。 以氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦石為生產(chǎn)直接還原鐵的原料和除塵顆粒時(shí)，在利用粗煤氣
顯熱的同時(shí)還要消耗粗煤氣中相應(yīng)的H2和CO，消耗粗煤氣量為700 1000m3。 本發(fā)明還可以選用以煤粉、粘結(jié)劑、石灰粉混合物為包裹層的鐵礦粉制成的球團(tuán)
為直接還原鐵原料和除塵顆粒，利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵，包括以下過程 a.選擇煤灰熔點(diǎn)高于直接還原鐵還原溫度至少20(TC的煤炭為原料，在煤氣化爐
中生產(chǎn)粗煤氣； b.控制從煤氣化爐中產(chǎn)出的粗煤氣溫度在900 130(TC，經(jīng)高溫第一段除塵后，
9由設(shè)在還原豎爐中部的圍管輸送到裝填有以煤粉、粘結(jié)劑、石灰粉混合物為包裹層的鐵礦 粉制成的球團(tuán)的直接還原豎爐內(nèi)； c.進(jìn)入還原豎爐的粗煤氣從上述鐵礦球團(tuán)移動(dòng)顆粒床層中穿過，經(jīng)上述鐵礦球團(tuán) 移動(dòng)顆粒床第二段除塵，粗煤氣加熱上述鐵礦球團(tuán)，由包裹層產(chǎn)生的煤氣對(duì)鐵礦球團(tuán)實(shí)施 還原反應(yīng)； d.粗煤氣將顯熱傳給上述鐵礦球團(tuán)用于還原鐵后，降溫到150 20(TC，作為還原 豎爐爐頂氣排出還原豎爐； e.排出的爐頂氣再經(jīng)第三段電袋復(fù)合除塵，脫除H^、 SCO、 0)2、微量煤焦油后，成 為還原氣，或用于燃?xì)?，或用于發(fā)電，或用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原料氣； f.還原豎爐中的上述鐵礦球團(tuán)經(jīng)粗煤氣加熱還原生成直接還原鐵，在還原豎爐下 部冷卻到30(TC以下，經(jīng)底部出料口鎖斗加Nj呆護(hù)，密閉篩分出煤灰和帶有包裹層的還原 鐵，破碎篩分出直接還原鐵。分離出的碳質(zhì)包裹層可以作為煤氣化爐的原料。
上述直接還原鐵生產(chǎn)方法中，送入還原豎爐的粗煤氣氧化度控制在《8 % ，煤灰軟 化點(diǎn)控制在^ IOO(TC，其他工藝參數(shù)及過程(包括粗煤氣壓力、三段除塵、爐頂煤氣凈化 等)與鐵礦煤球團(tuán)為原料的直接還原鐵工藝相同。 用煤粉、粘結(jié)劑、石灰粉混合物為包裹層的鐵礦粉制成的球團(tuán)生產(chǎn)直接還原鐵的 上述方法中，送入還原豎爐的粗煤氣因有含煤保護(hù)層的保護(hù)以及石灰石的脫硫，氧化度及 其它化學(xué)成分可以不受條件限制，其它工藝參數(shù)及過程(包括粗煤氣壓力、三段除塵、爐頂 煤氣凈化等)與鐵礦煤球團(tuán)為原料的直接還原鐵工藝相同。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 粗煤氣從煤氣化爐出爐，溫度達(dá)到1000 110(TC，煤灰熔點(diǎn)〉130(TC，粗煤氣氧 化度《15%，壓力0. 1 4MPa，經(jīng)過第一段擋板、陶瓷旋風(fēng)除塵器除塵，輸入裝有鐵礦煤球 團(tuán)用于生產(chǎn)直接還原鐵的豎爐中；鐵礦煤球團(tuán)粒度為10 50mm。粗煤氣在還原豎爐中進(jìn)行 移動(dòng)顆粒床第二段除塵，還原鐵后粗煤氣與還原尾氣、煤熱解氣一同從豎爐頂部排出豎爐， 此時(shí)爐頂煤氣溫度已經(jīng)降至150 20(TC。爐頂煤氣再經(jīng)電袋復(fù)合第三段除塵，脫除H2S、 S0C、(A、H20等有毒有害氣體后，作為燃?xì)饣蚧ぴ蠚馐褂?。直接還原鐵成為產(chǎn)品。粉塵 集中后作為建材原料使用，回收的S、 C02可作為化工原料使用。
實(shí)施例2 粗煤氣從煤氣化爐產(chǎn)出，溫度^ 1150"，煤灰熔點(diǎn)> 130(TC，氧化度^ 15%，壓力 0. 25 8MPa，經(jīng)減壓閥減壓到0. 1 4MPa，兌入凈化后的還原豎爐爐頂煤氣，將粗煤氣溫度 降到1000 110(TC，氧化度降低到《15%，經(jīng)過粉塵沉降室、陶瓷旋風(fēng)除塵器第一段除塵 后，輸入裝有鐵礦煤球團(tuán)用于生產(chǎn)直接還原鐵的豎爐中；鐵礦煤球團(tuán)粒度為10 50mm。粗 煤氣在還原豎爐中進(jìn)行移動(dòng)顆粒床第二段除塵，還原鐵后的粗煤氣與還原尾氣、煤熱解氣 一同從豎爐頂部排出豎爐，此時(shí)爐頂煤氣溫度已經(jīng)降至150 200°C。爐頂煤氣經(jīng)電袋復(fù) 合第三段除塵，除焦油、脫除H2S、S0C、C02、H20等有毒有害氣體后，作為燃?xì)饣蚧ぴ蠚馐?用。直接還原鐵成為產(chǎn)品。粉塵集中后作為建材原料使用，回收的S、(A作為化工原料使 用。
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實(shí)施例3 粗煤氣從煤氣化爐產(chǎn)出，溫度達(dá)到1000 110(TC，煤灰熔點(diǎn)〉130(TC，粗煤氣氧 化度《15%，壓力0. 25 8MPa，經(jīng)減壓閥減壓到0. 1 4MPa，再經(jīng)第一段粉塵沉降室、擋板 除塵，輸入裝有鐵礦煤球團(tuán)用于生產(chǎn)直接還原鐵的豎爐中；鐵礦煤球團(tuán)粒度為10 50mm。 粗煤氣在還原豎爐中進(jìn)行移動(dòng)顆粒床第二段除塵，還原鐵后粗煤氣與還原尾氣、煤熱解氣 一同從豎爐頂部排出豎爐，此時(shí)爐頂煤氣溫度已降至150 20(TC。爐頂煤氣再經(jīng)電袋復(fù)合 第三段除塵，脫除H2S、 SOC、 C02、 H20等有毒有害氣體后，作為化工原料氣或燃?xì)馐褂?。直?還原鐵成為產(chǎn)品。粉塵集中后作為建材原料使用，回收的S、(A作為化工原料使用。
實(shí)施例4 以氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦石為生產(chǎn)直接還原鐵的原料和除塵顆粒。從煤氣化爐產(chǎn) 出，溫度達(dá)到90(TC的粗煤氣，煤灰熔點(diǎn)〉IIO(TC，兌入凈化后冷的爐頂氣，將溫度調(diào)整到 830°C ，粗煤氣氧化度< 8% ，壓力0. 25 8MPa，經(jīng)減壓閥減壓到0. 1 4MPa，再經(jīng)過第一段 粉塵沉降室和旋風(fēng)除塵器除塵后，輸入裝有氧化鐵球團(tuán)礦、鐵礦石為原料的用于生產(chǎn)直接 還原鐵的豎爐中；氧化鐵球團(tuán)礦、鐵礦石的粒度為10 50mm。粗煤氣在還原豎爐中進(jìn)行移 動(dòng)顆粒床第二段除塵，還原鐵后的粗煤氣與還原尾氣、煤熱解氣一同從豎爐頂部排出豎爐， 此時(shí)爐頂煤氣溫度已經(jīng)降至200 300°C。爐頂煤氣再經(jīng)布袋第三段除塵，脫除H2S、 SOC、 0)2、1120等有毒有害氣體后，作為化工原料氣或燃?xì)馐褂谩Ｖ苯舆€原鐵成為產(chǎn)品。粉塵集中 后作為建材原料使用?；厥盏腟、 C02作為化工原料使用。
實(shí)施例5 粗煤氣從煤氣化爐中產(chǎn)出，溫度達(dá)到1000 1200"，煤灰熔點(diǎn)> 130(TC，粗煤氣 氧化度8 25%，壓力0. 1 4MPa，經(jīng)過第一段擋板、陶瓷旋風(fēng)除塵器除塵，輸入裝有以煤 粉、粘結(jié)劑、石灰粉混合物為包裹層的鐵礦粉制成的球團(tuán)為直接還原鐵原料和除塵顆粒的 豎爐中；包裹球團(tuán)的粒度為30 80mm。粗煤氣在還原豎爐中進(jìn)行移動(dòng)顆粒床第二段除塵， 還原鐵后的粗煤氣與還原尾氣、煤熱解氣一同從豎爐的頂部排出豎爐，此時(shí)爐頂煤氣溫度 已經(jīng)降至150 200°C。爐頂煤氣再經(jīng)電袋復(fù)合第三段除塵，脫除H2S、S0C、C02、H20等有毒 有害氣體后，作為燃?xì)饣蚧ぴ蠚馐褂?。由干餾炭層包裹的直接還原鐵成為產(chǎn)品，經(jīng)破碎 篩分出直接還原鐵。粉塵集中后作為建材原料使用，回收的S、(A可作為化工原料使用。
權(quán)利要求
利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，包括以下過程a.選擇煤灰熔點(diǎn)高于直接還原鐵還原溫度至少200℃的煤炭為原料，在煤氣化爐中生產(chǎn)粗煤氣；b.控制從煤氣化爐中產(chǎn)出的粗煤氣溫度在1000～1100℃，經(jīng)高溫第一段除塵后，由設(shè)在還原豎爐中部的圍管輸送到裝填有鐵礦煤球團(tuán)的直接還原豎爐內(nèi)；c.進(jìn)入還原豎爐的粗煤氣從鐵礦煤球團(tuán)移動(dòng)顆粒床層中穿過，經(jīng)鐵礦煤球團(tuán)移動(dòng)顆粒床第二段除塵，并加熱鐵礦煤球團(tuán)以生產(chǎn)直接還原鐵；d.粗煤氣將顯熱傳給鐵礦煤球團(tuán)用于還原鐵后，降溫到150～200℃，作為還原豎爐爐頂氣排出還原豎爐；e.排出的爐頂氣再經(jīng)第三段電袋復(fù)合除塵，脫除H2S、SCO、CO2、微量煤焦油后，成為還原氣；f.還原豎爐中的鐵礦煤球團(tuán)經(jīng)粗煤氣加熱還原生成直接還原鐵，在還原豎爐下部冷卻到300℃以下，經(jīng)底部出料口鎖斗密閉篩分出煤灰和還原鐵后出爐。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征是所述的第 一段除塵是沉降室除塵、擋板除塵、旋風(fēng)除塵器除塵中的一種，或者幾種的組合除塵。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征是送入還原 豎爐的粗煤氣氧化度(H2+CO)/(H2+CO+C02+H20) < 15%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征是還原豎爐 中裝填的鐵礦煤球團(tuán)的粒度為10 50mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征是所述直接 還原鐵的冷卻是以凈化的還原氣做冷卻氣，由還原豎爐的下部輸入，從中部還原氣圍管下 部排出豎爐。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征是產(chǎn)出的還 原氣用于燃?xì)?，或用于發(fā)電，或用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原料氣。
7. 利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，包括以下過程a. 選擇煤灰熔點(diǎn)高于直接還原鐵還原溫度至少20(TC的煤炭為原料，在煤氣化爐中生 產(chǎn)粗煤氣；b. 控制從煤氣化爐中產(chǎn)出的粗煤氣溫度在790 90(TC，經(jīng)高溫第一段除塵后，由設(shè)在 還原豎爐中部的圍管輸送到裝填有氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦的直接還原豎爐內(nèi)；c. 進(jìn)入還原豎爐的粗煤氣從氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦移動(dòng)顆粒床層中穿過，經(jīng)氧化鐵球團(tuán) 礦和鐵礦移動(dòng)顆粒床第二段除塵，粗煤氣加熱并還原氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦，以生產(chǎn)直接還 原鐵；d. 粗煤氣將顯熱傳給氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦用于還原鐵后，降溫到150 20(TC，作為還 原豎爐爐頂氣排出還原豎爐；e. 排出的爐頂氣再經(jīng)第三段電袋復(fù)合除塵，脫除H^、 SCO、 (A、微量煤焦油后，成為還 原氣，或用于燃?xì)?，或用于發(fā)電，或用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原料氣；f. 在還原豎爐中氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦經(jīng)粗煤氣加熱還原生成直接還原鐵，在還原豎爐 下部冷卻到30(TC以下，經(jīng)底部出料口鎖斗密閉篩分出煤灰和還原鐵后出爐。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征是所述的第一段除塵是沉降室除塵、擋板除塵、旋風(fēng)除塵器除塵中的一種，或者幾種的組合除塵。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征是送入還原 豎爐的粗煤氣氧化度(H2+C0)/(H2+C0+C02+H20) <8%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征是還原豎 爐中裝填的氧化鐵球團(tuán)礦和鐵礦的粒度為10 50mm。
11. 利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，包括以下過程a. 選擇煤灰熔點(diǎn)高于直接還原鐵還原溫度至少20(TC的煤炭為原料，在煤氣化爐中生 產(chǎn)粗煤氣；b. 控制從煤氣化爐中產(chǎn)出的粗煤氣溫度在1000 130(TC，經(jīng)高溫第一段除塵后，由設(shè) 在還原豎爐中部的圍管輸送到裝填有以煤粉、粘結(jié)劑、石灰粉混合物為包裹層的鐵礦粉制 成的球團(tuán)的直接還原豎爐內(nèi)；c. 進(jìn)入還原豎爐的粗煤氣從上述鐵礦球團(tuán)移動(dòng)顆粒床層中穿過，經(jīng)移動(dòng)顆粒床第二段 除塵，粗煤氣加熱上述鐵礦球團(tuán)，由包裹層產(chǎn)生的干餾煤氣對(duì)鐵礦球團(tuán)實(shí)施還原反應(yīng)；d. 粗煤氣將顯熱傳給上述鐵礦球團(tuán)用于還原鐵后，降溫到150 20(TC，作為還原豎爐 爐頂氣排出還原豎爐；e. 排出的爐頂氣再經(jīng)第三段電袋復(fù)合除塵，脫除H^、 SCO、 (A、微量煤焦油后，成為還 原氣，或用于燃?xì)?，或用于發(fā)電，或用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原料氣；f. 還原豎爐中的上述鐵礦球團(tuán)經(jīng)粗煤氣加熱還原生成直接還原鐵，在還原豎爐下部冷 卻到30(TC以下，經(jīng)底部出料口鎖斗加NJ呆護(hù)，密閉篩分出煤灰和帶有包裹層的還原鐵，破 碎篩分出直接還原鐵。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征是還原 豎爐中裝填的以煤粉、粘結(jié)劑、石灰粉混合物為包裹層的鐵礦粉制成的球團(tuán)的粒度為30 80mm。
全文摘要
利用粗煤氣顯熱生產(chǎn)直接還原鐵的方法，是將粗煤氣通入還原豎爐中，并對(duì)粗煤氣進(jìn)行三段連續(xù)除塵一段用粉塵沉降室、擋板、旋風(fēng)除塵器高溫除塵后，將高溫粗煤氣送入直接還原豎爐中，用于加熱直接還原豎爐中的鐵礦煤球團(tuán)，或氧化鐵球團(tuán)礦、鐵礦石，或以煤粉、粘結(jié)劑、石灰粉混合物為包裹層的鐵礦粉制成的球團(tuán)生產(chǎn)直接還原鐵；二段用還原豎爐中移動(dòng)的料床除塵；三段用常規(guī)的布袋除塵或電袋復(fù)合除塵。經(jīng)除塵后的還原氣用于燃?xì)?，或用于發(fā)電，或用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原料氣。本發(fā)明的粗煤氣顯熱利用效率比發(fā)電高2～3倍，在對(duì)粗煤氣除塵的同時(shí)生產(chǎn)出直接還原鐵，節(jié)省了水資源，減少了污染，提高了經(jīng)濟(jì)效益，可以實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C21B13/02GK101787408SQ20101012454
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者杜英虎, 蘇亞杰, 蘇亞達(dá), 陳壽林 申請(qǐng)人:蘇亞杰