鐵水制造裝置及利用該裝置的鐵水制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鐵水制造裝置及其制造方法，該鐵水制造裝置，包括：原料預(yù)處理裝置，用于篩選及預(yù)處理鐵礦原料以使其適合于還原；預(yù)還原反應(yīng)器，包括從所述原料預(yù)處理裝置輸送預(yù)處理的鐵礦原料的第一上升管和連接于所述第一上升管的第二上升管，所述輸送的鐵礦原料被還原氣體預(yù)還原；還原反應(yīng)器，用于對從所述預(yù)還原反應(yīng)器輸送的部分還原鐵進(jìn)行還原；熔融還原反應(yīng)器，利用還原氣體對從所述還原反應(yīng)器得到的部分還原鐵進(jìn)行熔融還原，以生產(chǎn)鐵水；煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置，用于將煉鐵副產(chǎn)氣體或者鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳混合并重整以生成還原氣體，并將所生成的還原氣體供應(yīng)到熔融還原反應(yīng)器或者所述預(yù)還原反應(yīng)器；及鐵礦還原工藝裝置，用于供應(yīng)所述鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳。
【專利說明】鐵水制造裝置及利用該裝置的鐵水制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵水鐵制造裝置及利用該裝置的鐵水制造方法，更具體地涉及一種重整煉鐵工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)氣體并利用所產(chǎn)生的氣體對粉鐵礦進(jìn)行還原，同時(shí)通過熔融還原生產(chǎn)鐵水的裝置及利用該裝置的鐵水制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]以往使用流化床還原反應(yīng)器的粉鐵礦還原技術(shù)是二十世紀(jì)五十年代通過重整甲烷-水蒸氣來供應(yīng)氫氣的基于甲烷氣體的還原鐵生產(chǎn)技術(shù)。美國授權(quán)專利第2821471號或第3022156號揭示了一種主要以90%的氫還原劑并在600°C以下的反應(yīng)溫度及5個(gè)大氣壓以上的條件下，通過鐵礦的流化還原來生產(chǎn)還原鐵的技術(shù)，而美國授權(quán)專利第3246978號揭示了一種基于煤炭(C)氣化所產(chǎn)生的還原劑氣體，在600°C以上的反應(yīng)溫度下，通過對鐵礦進(jìn)行還原來生產(chǎn)還原鐵的技術(shù)。
[0003]所述兩種方式根據(jù)所使用的還原劑類型，鐵礦的物理化學(xué)特性變化、流化性質(zhì)、解決粘結(jié)(sticking)等生產(chǎn)還原鐵的反應(yīng)條件會有所不同。所述專利使用鼓泡流化床，另一方面開發(fā)出循環(huán)流化床形式的鐵礦還原技術(shù)，以對煉鐵廠廢棄的微粉狀鐵礦進(jìn)行還原(美國授權(quán)專利第5431711號)。
[0004]所述技術(shù)持續(xù)得到發(fā)展成為在流化床反應(yīng)器中對幾毫米以下的粉鐵礦進(jìn)行還原而生產(chǎn)還原鐵的商業(yè)技術(shù)，如FINEX技術(shù)，還介紹了一種利用除去副產(chǎn)氣體中的CO2后殘留的還原劑氣體，以提高鐵水生產(chǎn)效率的技術(shù)(美國授權(quán)專利第5846268號)。然而，基于甲烷氣體或煤碳(C)的還原鐵生產(chǎn)工藝主要還是局限于使用高級鐵礦，而目前不使用的各種細(xì)鐵礦(包括以幾百微米以下的細(xì)粉形態(tài)存在的磁鐵礦)的還原受到限制。
[0005]而且，需要研發(fā)出一種新的技術(shù)，以克服基于煤炭(C)的煉鐵工藝中大量排出二氧化碳的局限性，并解決隨著鋼鐵產(chǎn)量的增加不斷發(fā)生的環(huán)境問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的
[0007]本發(fā)明的實(shí)施例的目的在于提供一種鐵水制造裝置及利用該裝置的鐵水制造方法，利用煉鐵工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)氣體來篩選出氫氣和一氧化碳并對鐵礦原料進(jìn)行還原，以生產(chǎn)鐵水。
[0008]技術(shù)方案
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可提供一種鐵水制造裝置，包括:原料預(yù)處理裝置，用于篩選及預(yù)處理鐵礦原料以使其適合于還原；預(yù)還原反應(yīng)器，包括從所述原料預(yù)處理裝置輸送預(yù)處理的鐵礦原料的第一上升管和連接于所述第一上升管的第二上升管，所述鐵礦原料被還原氣體預(yù)還原；還原反應(yīng)器，用于對從所述預(yù)還原反應(yīng)器輸送的部分還原鐵進(jìn)行還原；熔融還原反應(yīng)器，利用還原氣體對從所述還原反應(yīng)器得到的部分還原鐵進(jìn)行熔融還原，以生產(chǎn)鐵水；煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置，用于將煉鐵副產(chǎn)氣體或者鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳混合并重整以生成還原氣體，并將所生成的還原氣體供應(yīng)到熔融還原反應(yīng)器或者所述預(yù)還原反應(yīng)器；及鐵礦還原工藝裝置，用于供應(yīng)所述鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的所述鐵礦還原工藝裝置，包括:
[0011]第二預(yù)還原反應(yīng)器，通過從所述還原反應(yīng)器供應(yīng)的還原氣體對鐵礦原料進(jìn)行預(yù)還原；第二原料預(yù)處理裝置，將由所述第二預(yù)還原反應(yīng)器供應(yīng)的還原氣體被篩選及預(yù)處理成適合于所述第二預(yù)還原反應(yīng)器的鐵礦原料供應(yīng)到所述第二預(yù)還原反應(yīng)器；及二氧化碳管線，從與所述原料預(yù)處理裝置連接的還原氣體管線分離出二氧化碳，并將二氧化碳供應(yīng)至所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置，包括:煉鐵副產(chǎn)氣體分離裝置，從煉鐵副產(chǎn)氣體分離出氫氣，并將所述被分離的氫氣供應(yīng)到所述第二上升管；第一加熱器，通過與經(jīng)所述原料預(yù)處理裝置循環(huán)的循環(huán)氣體進(jìn)行換熱，借以向所述分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體供應(yīng)熱量；第一重整反應(yīng)器，用通過所述第一加熱器已補(bǔ)充熱量的所述分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體來產(chǎn)生氫氣和碳，并將所產(chǎn)生的氫氣供應(yīng)到所述第一上升管；及第二重整反應(yīng)器，連接于所述第一重整反應(yīng)器，由所述第一重整反應(yīng)器產(chǎn)生的碳與通過所述第一加熱器的氣體燃燒而產(chǎn)生的二氧化碳及鐵礦還原裝置中產(chǎn)生的二氧化碳一起流入所述第二重整反應(yīng)器，從而生產(chǎn)一氧化碳，并將所生產(chǎn)的一氧化碳供應(yīng)到所述熔融還原反應(yīng)器。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例還可包括向所述第二重整反應(yīng)器供應(yīng)熱量的第二加熱器。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置，包括:煉鐵副產(chǎn)氣體分離裝置，分離出氫氣并將所述被分離的氫氣供應(yīng)到所述第二上升管；第一加熱器，與經(jīng)所述原料預(yù)處理裝置循環(huán)的循環(huán)氣進(jìn)行換熱，借以向所述分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體供應(yīng)熱量；及第三重整反應(yīng)器，通過所述第一加熱器的氣體燃燒而產(chǎn)生的二氧化碳和所述鐵礦還原工藝裝置中產(chǎn)生的二氧化碳一起流入所述第三重整反應(yīng)器，從而生產(chǎn)包含氫氣和一氧化碳的還原氣體，并將所生產(chǎn)的還原氣體供應(yīng)到所述熔融還原反應(yīng)器。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，其特征在于，第一上升管在800°C以上運(yùn)轉(zhuǎn)，而所述第二上升管在350?650°C范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，其特征在于，所述煉鐵副產(chǎn)氣體分離裝置與所述第二上升管之間設(shè)置有第一換熱器，通過與從所述第一上升管及第二上升管排出的氫氣進(jìn)行換熱來補(bǔ)充供應(yīng)到所述第二上升管的還原氣體的熱量，可連接所述第一上升管和所述第二上升管的第二礦石導(dǎo)管上設(shè)置有第二換熱器，將從所述第二上升管排出的氫氣與流過所述第二礦石導(dǎo)管的部分還原鐵進(jìn)行換熱后供應(yīng)到所述第一上升管，所述原料預(yù)處理裝置從還原氣體管線接收熱量，所述還原氣體管線從還原反應(yīng)器供應(yīng)還原氣體。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，其特征在于，熔融還原反應(yīng)器上設(shè)置有用于供應(yīng)高熱和還原氣體的碳?xì)涮幚硌b置，并且所述熔融還原反應(yīng)器上可設(shè)置用于供應(yīng)純氧的氧氣管線，所述碳?xì)涮幚硌b置為使粉煤、焦煤及壓塊形態(tài)的煤塊燃燒的裝置。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，還可包括連接于所述還原氣體管線，用于從所述還原氣體分離出二氧化碳的二氧化碳分離裝置，還可包括連接于所述二氧化碳分離裝置，用于將通過所述二氧化碳分離裝置的還原氣體供應(yīng)到還原反應(yīng)器的還原氣體管線以及將所述被分離的二氧化碳供應(yīng)到所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置的二氧化碳管線，并且還可包括設(shè)置在所述二氧化碳管線上，用于儲存所述被分離的二氧化碳的二氧化碳儲存裝置。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，還可包括:水蒸氣-氣體重整反應(yīng)器，連接于所述第二原料預(yù)處理裝置，用于重整通過所述第二原料預(yù)處理裝置排出的氣體，以產(chǎn)生水蒸氣；以及氫分離裝置，連接于所述水蒸氣-氣體重整反應(yīng)器，用于分離出所述水蒸氣和二氧化碳。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，還可包括:二氧化碳管線，連接于所述氫分離裝置，用于將所述被分離的二氧化碳供應(yīng)到煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置；以及氫氣管線，連接于所述氫分離裝置，用于將所述被分離的氫供應(yīng)到所述還原反應(yīng)器和第一上升管。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中，在所述氫氣管線上可形成第四換熱器，所述第四換熱器通過與從所述熔融還原反應(yīng)器供應(yīng)到所述還原反應(yīng)器的氣體進(jìn)行換熱，借以向所述氫氣管線的氫氣補(bǔ)充熱源，還可以包括設(shè)置在所述二氧化碳管線上用于儲存所述被分離的二氧化碳的二氧化碳儲存裝置，并且所述氫氣管線和從所述還原反應(yīng)器連接至所述原料預(yù)處理裝置的還原氣體管線上可以設(shè)置第三加熱器，以向經(jīng)過所述第四換熱器的氫氣補(bǔ)充熱量。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，可提供一種鐵水制造方法，包括:原料預(yù)處理步驟，預(yù)處理鐵礦原料以使其適合于還原；預(yù)還原步驟，將所述預(yù)處理的原料輸送到包括第一上升管和第二上升管的預(yù)還原反應(yīng)器，并由還原氣體進(jìn)行預(yù)還原；還原步驟，對經(jīng)預(yù)還原后輸送到還原反應(yīng)器的部分還原鐵進(jìn)行還原；熔融還原步驟，利用還原氣體對從還原反應(yīng)器得到的部分還原鐵進(jìn)行熔融還原，以生產(chǎn)鐵水；煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理步驟，將煉鐵副產(chǎn)氣體和鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳混合并重整，以生成還原氣體，并將所生成的還原氣體供應(yīng)到所述熔融還原步驟或者所述預(yù)還原步驟；及鐵礦還原工藝步驟，供應(yīng)所述鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳。
[0023]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中，所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理步驟，可包括:從所述煉鐵副產(chǎn)氣體中分離出氫氣，并將所述被分離的氫氣供應(yīng)到所述第一上升管；通過與經(jīng)所述原料預(yù)處理裝置循環(huán)的循環(huán)氣體進(jìn)行換熱來加熱所述分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體并供應(yīng)到第一重整反應(yīng)器，以生產(chǎn)碳和氫氣，并將所生產(chǎn)的氫氣供應(yīng)到所述預(yù)還原反應(yīng)器；所生產(chǎn)的碳與通過所述加熱而產(chǎn)生的二氧化碳及所述鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳流入第二重整反應(yīng)器，從而生產(chǎn)一氧化碳，并將所生產(chǎn)的一氧化碳供應(yīng)到所述熔融還原反應(yīng)器。
[0024]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中，所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理步驟可包括:從所述煉鐵副產(chǎn)氣體分離出氫氣，并將所述被分離的氫氣供應(yīng)到所述預(yù)還原反應(yīng)器；通過與經(jīng)所述原料預(yù)處理裝置循環(huán)的循環(huán)氣體進(jìn)行換熱來加熱所述分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體；及將所述經(jīng)加熱的分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體供應(yīng)到第三重整反應(yīng)器，以生產(chǎn)包括碳和氫氣的還原氣體，并將所生產(chǎn)的還原氣體供應(yīng)到所述熔融還原反應(yīng)器。
[0025]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中，所述還原氣體生產(chǎn)步驟還可包括將未反應(yīng)的二氧化碳回收并重新再循環(huán)到第三重整反應(yīng)器。
[0026]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中，所述原料預(yù)處理步驟其特征在于，由所述還原反應(yīng)器排出的還原氣體接收熱量，使所述鐵礦原料變形或者調(diào)整成分，以進(jìn)行預(yù)熱，并且所述鐵礦原料為赤鐵礦、磁鐵礦、含水分的鐵礦或者煉鐵工藝粉塵中的任何一種細(xì)粉形態(tài)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，其特征在于，所述第一上升管在800°C以上運(yùn)轉(zhuǎn)，而所述第二上升管在350?650°C范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，從所述煉鐵副產(chǎn)氣體分離出的氫氣通過與從所述第一上升管和第二上升管排出的氫氣進(jìn)行換熱而供應(yīng)到所述第二上升管，并且設(shè)置在連接所述第一上升管和第二上升管的第二礦石導(dǎo)管上，并使從所述第二上升管排出的氫氣與流過所述第二礦石導(dǎo)管的部分還原鐵進(jìn)行換熱而升溫后，供應(yīng)到所述第一上升管。
[0028]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中，所述熔融還原步驟還包括通過連接于所述熔融還原反應(yīng)器的碳?xì)涮幚硌b置接收高熱和還原氣體，并通過氧氣管線接收純氧。
[0029]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中，所述鐵礦還原工藝步驟可包括:通過從所述還原反應(yīng)器供應(yīng)到第二預(yù)還原反應(yīng)器的還原氣體對鐵礦原料進(jìn)行預(yù)還原；將通過從所述第二預(yù)還原反應(yīng)器供應(yīng)到第二原料預(yù)處理裝置的還原氣體預(yù)處理成適合于所述第二預(yù)還原反應(yīng)器的鐵礦原料供應(yīng)到所述第二預(yù)還原反應(yīng)器；及從所述第二預(yù)還原反應(yīng)器排出的還原氣體分離出二氧化碳，并供應(yīng)到所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理步驟。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，其特征在于，所述二氧化碳的分離是通過與第二原料預(yù)處理裝置連接的二氧化碳分離裝置或者氫分離裝置來進(jìn)行的，在所述氫分離裝置的前端設(shè)置水蒸氣-氣體重整反應(yīng)器，以從由所述第二原料預(yù)處理裝置流入的還原氣體中產(chǎn)生水蒸氣，并且從所述氫分離裝置分離出的氫通過與從所述熔融還原反應(yīng)器供應(yīng)到還原反應(yīng)器的還原氣體進(jìn)行換熱而被加熱，并供應(yīng)到所述第一上升管。
[0031]有益效果
[0032]本發(fā)明的實(shí)施例對包含二氧化碳的煉鐵副產(chǎn)氣體進(jìn)行重整而生產(chǎn)富氫還原劑氣體，并且有選擇地將還原劑氣體中的氫氣和一氧化碳用于鐵礦還原，使赤鐵礦和磁鐵礦系列的細(xì)鐵礦還原，從而能夠制造鐵水。
[0033]而且，回收二氧化碳并利用煉鐵工藝氣體對二氧化碳進(jìn)行重整、再利用，從而具有減少二氧化碳，同時(shí)確保大量的氫還原劑有利于還原低品位鐵礦的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的鐵水制造裝置的示意圖。
[0035]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的鐵水制造裝置的示意圖。
[0036]圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的鐵水制造裝置的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037]參照附圖和下述實(shí)施例，就可以清楚地理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、特征及實(shí)現(xiàn)這些的方法。然而，本發(fā)明能夠以各種不同的方式實(shí)施，并不局限于下面公開的實(shí)施例。提供本實(shí)施例的目的在于，充分公開本發(fā)明以使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員對
【發(fā)明內(nèi)容】
有整體和充分的了解，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。在通篇說明書中，對相同構(gòu)件采用了相同的附圖標(biāo)記。
[0038]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的鐵水制造裝置的示意圖。請參見圖1，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鐵水制造裝置，包括鐵礦等原料預(yù)處理裝置10、煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置20、預(yù)還原/還原反應(yīng)器30及熔融還原反應(yīng)器40，以有效利用煉鐵副產(chǎn)氣體來制造鐵水。本發(fā)明實(shí)施例的鐵水制造裝置根據(jù)所使用的原料形態(tài)可以改變或者可設(shè)置附加裝置。
[0039]所述原料預(yù)處理裝置10通過鐵礦原料管線5供應(yīng)得到一般以幾毫米以下的細(xì)粉形態(tài)存在的低品位礦石，并使其變得適合還原或者調(diào)整成分進(jìn)行預(yù)熱。
[0040]所述原料預(yù)處理裝置10根據(jù)鐵礦的還原及熔融反應(yīng)器的形式有所不同，當(dāng)預(yù)還原/還原反應(yīng)器30為固定床形式時(shí)，以細(xì)粉形態(tài)存在的鐵礦顆粒變?yōu)榍驁F(tuán)礦(pellet)形態(tài)更有利。尤其，不僅是不適合高爐形式反應(yīng)器的包括磁鐵礦的幾百微米以下的細(xì)鐵礦，而且在煉鐵工藝中以粉塵(dust)形態(tài)排出的幾十微米以下的細(xì)鐵礦，也可在鐵礦原料預(yù)處理過程中變?yōu)榍驁F(tuán)礦形態(tài)。這些細(xì)鐵礦還可與煤炭混合或者與粘合劑一起以混碳形態(tài)存在。
[0041]當(dāng)所述預(yù)還原/還原反應(yīng)器30為流化床形式時(shí)，幾千微米至幾微米的細(xì)粉形態(tài)的鐵礦，根據(jù)其形態(tài)和物理化學(xué)性質(zhì)可被適當(dāng)?shù)睾Y選及預(yù)處理，以適合于鼓泡流化床、循環(huán)型流化床或者上升管(riser)、旋轉(zhuǎn)式流化床、圓筒(drum)或者噴霧形式等多種流化床反應(yīng)器。
[0042]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的細(xì)粉形態(tài)的鐵礦包括不能直接用于高爐形式的赤鐵礦和磁鐵礦、含有大量水分的低級鐵礦、作為煉鐵工藝副產(chǎn)物排出的粉塵(dust)形態(tài)的鐵礦等。根據(jù)所述預(yù)還原/還原反應(yīng)器30的形式篩選的細(xì)粉形態(tài)的鐵礦可被加熱到適當(dāng)?shù)臏囟然蛘咄ㄟ^物理化學(xué)方法產(chǎn)生形態(tài)變形。尤其，如褐鐵礦(Iimonite)包含大量水分的鐵礦可被干燥或者預(yù)熱，而如鐵燧石(Taconite)雜質(zhì)多或者鐵含量低的鐵礦可經(jīng)預(yù)破碎或者選礦等原料預(yù)處理工藝得到處理。
[0043]而且，所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置20通過二氧化碳管線37回收在鐵礦還原工藝排出的氣體中的二氧化碳后，煉鐵副產(chǎn)氣體如焦?fàn)t煤氣通過煉鐵副產(chǎn)氣體管線6得到供應(yīng)時(shí)一起供應(yīng)二氧化碳，以進(jìn)行混合重整，并且篩選及分離后，通過還原氣體管線70將所述還原氣體適當(dāng)分配供應(yīng)到熔融還原反應(yīng)器40。
[0044]所述重整后的還原氣體其主成分為氫氣和一氧化碳，根據(jù)要還原的鐵礦種類，有選擇地適當(dāng)分配供應(yīng)所述氫氣和一氧化碳，就能有效地加強(qiáng)預(yù)還原/還原反應(yīng)器30及熔融還原反應(yīng)器40的還原能力。為此，煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置20不僅利用反應(yīng)器的熱回收和熱供應(yīng)系統(tǒng)，而且利用二氧化碳回收及再利用技術(shù)適當(dāng)?shù)毓?yīng)適合于低級鐵礦還原的還原氣體。
[0045]如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，通過回收并再利用煉鐵工藝中產(chǎn)生的二氧化碳，能夠減少二氧化碳。
[0046]參見圖1，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，經(jīng)原料預(yù)處理裝置10預(yù)處理的鐵礦原料通過礦石導(dǎo)管52裝入預(yù)還原/還原反應(yīng)器30，所述鐵礦原料在所述預(yù)還原/還原反應(yīng)器30中被預(yù)還原及還原，并通過部分還原鐵輸送管線54裝入到熔融還原反應(yīng)器40。
[0047]此時(shí)，所述預(yù)還原/還原反應(yīng)器30利用從所述熔融還原反應(yīng)器40通過還原氣體管線64上升的還原氣體和通過還原氣體管線60供應(yīng)的產(chǎn)自煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置20的重整還原氣體，對從原料預(yù)處理裝置10輸送的鐵礦進(jìn)行預(yù)還原或者還原。
[0048]可以串聯(lián)或者并聯(lián)I個(gè)以上的所述預(yù)還原/還原反應(yīng)器30，以根據(jù)鐵礦顆粒大小和反應(yīng)器形式控制從鐵礦去氧的還原反應(yīng)速度。所述預(yù)還原/還原反應(yīng)器30其適當(dāng)?shù)倪€原反應(yīng)溫度、壓力范圍等取決于鐵礦形態(tài)和反應(yīng)器，當(dāng)所述鐵礦的還原工藝為固定床(fixedbed)形式時(shí)，可在900°C以上的高溫下進(jìn)行還原和焙燒。所述預(yù)還原/還原反應(yīng)器30還可以相互連接多種形式的反應(yīng)器。尤其，對于流化床(fluidized bed)反應(yīng)器,連接時(shí)應(yīng)調(diào)整反應(yīng)溫度和流化程度等，以免發(fā)生積碳(carbon deposit1n)或者粘結(jié)(sticking)。
[0049]通常,赤鐵礦(hematite)在壓力大于常壓且在600?850°C的溫度下順利還原,而磁鐵礦(magnetite)在350?650°C的溫度下順利還原。而且,為了使難還原的礦石等低級鐵礦有效地進(jìn)行還原反應(yīng)，根據(jù)鐵礦的形態(tài)和還原反應(yīng)器送入并調(diào)節(jié)從煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置20分離篩選出的還原氣體。若使用大量的氫還原劑，可增加低級鐵礦的還原速度。
[0050]而且，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熔融還原反應(yīng)器40利用供應(yīng)高熱量和還原氣體的碳?xì)涮幚硌b置80對從所述預(yù)還原/還原反應(yīng)器30得到的部分還原鐵進(jìn)行熔融還原，從而制造鐵水90。所述碳?xì)涮幚硌b置80使粉煤、焦煤或者壓塊形態(tài)的煤塊燃燒，以提供所需的熱量和還原氣體。
[0051]此時(shí)，從減少二氧化碳的方面考慮，作為調(diào)整發(fā)熱量的介質(zhì)比空氣更優(yōu)選利用純氧，所述純氧通過氧氣管線85來供應(yīng)。在送入純氧時(shí)，為了反應(yīng)器內(nèi)的還原氣體滲透和確保空間，不足的驅(qū)動力(driving force)可通過送入由碳?xì)?還原氣體)氣體管線70從煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置20得到的碳?xì)鋪磉M(jìn)行調(diào)整。而且，還可以通過送入大量氫氣來增加還原熔融速度，從而降低反應(yīng)器內(nèi)所需的還原氣體量和發(fā)熱量。
[0052]下面，參照圖2更具體地描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例。
[0053]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的鐵水制造裝置的示意圖，基本構(gòu)成和功能與圖1相同。但根據(jù)要還原的鐵礦種類和特性，發(fā)明的構(gòu)成可以改變或者可設(shè)置附加裝置。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，為了促進(jìn)以細(xì)粉形態(tài)存在的低級鐵礦的間接還原，作為預(yù)還原/還原反應(yīng)器使用了流化床形式的反應(yīng)器。所述流化床反應(yīng)器通過一氧化碳、氫氣等還原氣體來還原以細(xì)粉形態(tài)存在的鐵礦，與使用高爐及豎爐(shaft)的固定床反應(yīng)器相比，無需進(jìn)行鐵礦的球團(tuán)礦工藝或者燒結(jié)工藝等的預(yù)處理工藝，因此可簡化工藝，而且由于鐵礦以細(xì)粉形態(tài)存在，因此鐵礦還原速度快。
[0055]此時(shí)，細(xì)粉形態(tài)的鐵礦根據(jù)顆粒大小和還原時(shí)的鐵礦密度變化，適用不同形式的流化床反應(yīng)器。即，幾毫米以下的所有鐵礦顆粒在還原工藝中優(yōu)選多個(gè)流化床反應(yīng)器形式的結(jié)合，而非一種反應(yīng)器形式。這樣會減少對細(xì)粉形態(tài)的鐵礦進(jìn)行還原時(shí)產(chǎn)生的積碳或者粘結(jié)現(xiàn)象，并且最大限度地減少因流化床反應(yīng)器形式而產(chǎn)生的飛散損失，從而可實(shí)現(xiàn)有效的鐵礦還原工藝。這是根據(jù)鐵礦形態(tài)適當(dāng)選擇流化床反應(yīng)器即可以實(shí)現(xiàn)的。
[0056]在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例中，為還原通常以幾百微米以下、平均顆粒分布為幾十微米的磁鐵礦形態(tài)存在的細(xì)鐵礦，適用上升管(riser)形式的流化床反應(yīng)器，而為了還原通常以幾毫米以下、平均顆粒分布為幾百微米的赤鐵礦形態(tài)存在的細(xì)鐵礦，適用鼓泡流化床反應(yīng)器。在適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件下，所述細(xì)鐵礦與還原氣體接觸并生成還原鐵后，在熔融還原反應(yīng)器40中可制成鐵水90。
[0057]如下式(I)所示，所述磁鐵礦系列的鐵礦原料通過含有大量氫氣的還原氣體順利地進(jìn)行還原，鐵礦間接還原反應(yīng)在350?650°C的溫度下順利地進(jìn)行。
[0058]1/4 Fe304+H2 — 3/4 Fe+H20----------------------------(I)
[0059]因此，磁鐵礦系列的鐵礦在原料預(yù)處理裝置1b中被混合成具有幾十微米顆粒大小的正規(guī)分布，并處理成屬于Geldart A范圍內(nèi)，因此在上升管33、34進(jìn)行還原為佳。此時(shí)，還可以將水分多的鐵礦經(jīng)干燥工藝或者將雜質(zhì)多的礦石經(jīng)選礦工藝進(jìn)行預(yù)處理。通常，將幾十微米的細(xì)磁鐵礦用氫氣來還原時(shí)，還原反應(yīng)初期在800°C以上的溫度下作為還原劑比一氧化碳更快發(fā)生還原反應(yīng)，因此將鐵礦通過上升管(riser)還原比通過鼓泡流化床還原更適合。此時(shí)，在所述預(yù)處理工藝中，可以對細(xì)鐵礦進(jìn)行預(yù)熱，以便能夠在800°C以上的溫度下進(jìn)行(預(yù))還原。所述預(yù)熱可通過以下方式來實(shí)現(xiàn)，將還原反應(yīng)器32排出的部分氣體循環(huán)至細(xì)磁鐵礦原料預(yù)處理裝1b并使其燃燒升溫至800°C以上。
[0060]通常，使用氫氣的磁鐵礦系列的還原反應(yīng)，鐵礦還原率達(dá)到40?50%以下為止，在800°C以上的還原溫度下快速還原，然而還原率為40?50%以上時(shí)，還原反應(yīng)速度會顯著降低。因此，為了獲得50%以上的鐵礦還原率，反應(yīng)溫度為350?650°C較為合適。這是因?yàn)橥ㄟ^氫氣對細(xì)磁鐵礦進(jìn)行還原，還原率提高的同時(shí)因積碳或者粘結(jié)會降低還原反應(yīng)速度。為此，連接2個(gè)以上的用于還原細(xì)磁鐵礦的上升管來進(jìn)行還原較為合適。
[0061]S卩，將第一上升管34調(diào)節(jié)成在800°C以上的溫度下還原率達(dá)到40?50%，并使第二上升管33在350?650°C溫度下加速進(jìn)行還原反應(yīng)。
[0062]如此獲得的還原鐵可與赤鐵礦系列的還原鐵混合并被還原后裝入熔融還原反應(yīng)器40。此時(shí)，還可以將磁鐵礦系列和赤鐵礦系列的還原鐵分開來裝入熔融還原反應(yīng)器40。對于用于還原所述磁鐵礦系列鐵礦的還原氣體，利用產(chǎn)自煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置20-1的氫氣有利于還原。但，還原氣體可以是多種混合氣體的形態(tài)。另外，此時(shí)使用的反應(yīng)器并不局限于上升管，而且鐵礦的種類不限于磁鐵礦系列的鐵礦，可包括赤鐵礦系列及作為煉鐵工藝副產(chǎn)物排出的粉塵形態(tài)的鐵礦等，所述還原反應(yīng)器根據(jù)還原率和鐵礦滯留時(shí)間也可以連接2個(gè)以上。
[0063]參照圖2，鐵礦原料通過鐵礦原料管線5b供應(yīng)到原料預(yù)處理裝置10b，原料預(yù)處理裝置1b對鐵礦原料進(jìn)行篩選及預(yù)處理使其適合還原，在所述原料預(yù)處理裝置1b預(yù)處理的鐵礦原料輸送到預(yù)還原反應(yīng)器，所述預(yù)還原反應(yīng)器由輸送所述預(yù)處理的鐵礦原料的第一上升管34和連接于所述第一上升管34的第二上升管33組成。
[0064]鐵礦原料從所述原料預(yù)處理裝置1b通過第一礦石導(dǎo)管52a、第二礦石導(dǎo)管52b及第三礦石導(dǎo)管52c依序移動至第一上升管34、第二上升管33及還原反應(yīng)器32并被還原。
[0065]S卩，所述被輸送的鐵礦原料在預(yù)還原反應(yīng)器33、34由還原氣體被預(yù)還原，而從預(yù)還原反應(yīng)器33、34輸送的部分還原鐵在還原反應(yīng)器32被還原，將從所述還原反應(yīng)器32獲得的部分還原鐵在熔融還原反應(yīng)器40利用還原氣體進(jìn)行熔融還原，從而生產(chǎn)鐵水90。
[0066]另外，圖2中顯示了煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置20-1和鐵礦還原工藝裝置100-1，所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置20-1用于混合及重整煉鐵副產(chǎn)氣體或者在鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳以生成還原氣體，并將所生成的還原氣體供應(yīng)到所述熔融還原反應(yīng)器40或者所述預(yù)還原反應(yīng)器33、34，所述鐵礦還原工藝裝置100-1用于供應(yīng)所述二氧化碳。
[0067]此時(shí)，所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置20-1，包括:
[0068]煉鐵副產(chǎn)氣體分離裝置21，從煉鐵副產(chǎn)氣體分離出氫氣，并將所述被分離的氫氣供應(yīng)到所述第二上升管33 ；
[0069]第一加熱器12a，與經(jīng)所述原料預(yù)處理裝置1b循環(huán)的循環(huán)氣體管線72內(nèi)的循環(huán)氣體進(jìn)行換熱，借以向所述分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體供應(yīng)熱量；
[0070]第一重整反應(yīng)器20a，將所述氫氣供應(yīng)到所述第一上升管34 ;及
[0071]第二重整反應(yīng)器20b，連接于所述第一重整反應(yīng)器20a，由所述第一重整反應(yīng)器20a產(chǎn)生的碳與通過所述第一加熱器12a的氣體完全燃燒而產(chǎn)生的二氧化碳及鐵礦還原裝置100-1中產(chǎn)生的二氧化碳一起流入所述第二重整反應(yīng)器，從而生產(chǎn)一氧化碳，并將所生產(chǎn)的一氧化碳供應(yīng)到所述熔融還原反應(yīng)器40。此時(shí)，向所述第二重整反應(yīng)器20b供碳是通過碳管線18來實(shí)現(xiàn)的。
[0072]通過所述第一加熱器12a補(bǔ)充熱量的所述分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體主要由甲烷組成，并通過甲烷管線19流入第一加熱器12a，在所述第一重整反應(yīng)器20a中通過如下式
(2)的反應(yīng)產(chǎn)生氫和碳。
[0073]CH4 — C+2H2----------------------------------------(2)
[0074]此時(shí)，經(jīng)所述原料預(yù)處理裝置1b循環(huán)的氣體溫度為800°C以上。
[0075]用于所述第一加熱器12a的氣體中的一部分被完全燃燒，從而向第二重整反應(yīng)器20b供應(yīng)二氧化碳，同時(shí)還可通過第二加熱器12b供應(yīng)熱量。其余的氣體可供應(yīng)到發(fā)電廠13a,以生產(chǎn)電力。在所述第一重整反應(yīng)器20a產(chǎn)生的氫氣送入第一上升管34,所述氫氣溫度可為800°C以上，不足的熱量還可利用燃燒氣體來補(bǔ)充，從還原反應(yīng)器32排出的部分氣體可用作燃燒氣體。此時(shí)，還可將從第二上升管33排出的氫氣在第二換熱器Ilb中換熱后補(bǔ)充到第一上升管34。
[0076]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的氫還原劑氣體是通過對鋼鐵廠制造焦炭的過程中產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣(COG)和從本發(fā)明實(shí)施例的鐵礦還原工藝裝置100-1排出的氣體中的二氧化碳進(jìn)行回收和重整而生產(chǎn)的。這是有效利用基于煤炭的煉鐵工藝中產(chǎn)生的氣體的技術(shù)。
[0077]如下式(3)所示，所述第二重整反應(yīng)器20b對從第一重整反應(yīng)器20a獲得的碳(C)、從鐵礦還原工藝裝置100回收的通過二氧化碳管線37供應(yīng)的二氧化碳及從向第二重整反應(yīng)器20b供應(yīng)熱量的第二加熱器12b獲得的二氧化碳進(jìn)行重整而獲得一氧化碳。
[0078]C+C02 — 2C0-----------------------------------(3)
[0079]另外，所述第一上升管34在800°C以上運(yùn)轉(zhuǎn)，因此供應(yīng)到所述第一上升管34的還原氣體(氫)應(yīng)滿足800°C以上的溫度。因此，在煉鐵副產(chǎn)氣體分離裝置21和所述第二上升管33之間設(shè)置有第一換熱器11a，通過與從所述第一上升管34及第二上升管33排出的氫氣進(jìn)行換熱，借以補(bǔ)充供應(yīng)到所述第二上升管33的還原氣體的熱量。
[0080]所述換熱分別通過第一上升管排出管線34a和第二上升管排出管線33a實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，在所述第一上升管排出管線34a及第二上升管排出管線33a上流著高溫氫氣，高溫氫氣在所述第一換熱器Ila中與供應(yīng)低溫氫氣的氫氣管線17a中的氫氣進(jìn)行換熱，同時(shí)當(dāng)所供應(yīng)的氫氣的量不足時(shí)，換熱后可將氫氣供應(yīng)到第二上升管33。
[0081 ] 第二換熱器I Ib設(shè)置在連接所述第一上升管33和所述第二上升管34的第二礦石導(dǎo)管52b上，并將從所述第二上升管33排出的氫氣與流過所述第二礦石導(dǎo)管33的部分還原鐵進(jìn)行換熱后供應(yīng)到所述第一上升管34。在所述換熱后供應(yīng)到第一上升管34的氫氣與通過氫氣管線17a從第一重整反應(yīng)器20a供應(yīng)到第一上升管34的氫氣混合后供應(yīng)到第一上升管34。
[0082]所述原料預(yù)處理裝置1b為了鐵礦原料的預(yù)處理需要熱量，此時(shí)通過從所述還原反應(yīng)器32供應(yīng)到所述原料預(yù)處理裝置1b的還原氣體管線62d的還原氣體(循環(huán)氣體)供應(yīng)熱量。即，所述高溫還原氣體加熱所述原料預(yù)處理裝置1b后，通過循環(huán)氣體(還原氣體)管線72流動。流經(jīng)所述循環(huán)氣體管線72的還原氣體亦為高溫，因此如上所述，在第一加熱器12a中可使去氫的煉鐵副產(chǎn)氣體換熱和燃燒。
[0083]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的鐵礦還原工藝裝置100-1，包括:
[0084]第二預(yù)還原反應(yīng)器31，通過從所述還原反應(yīng)器32供應(yīng)的還原氣體對鐵礦原料進(jìn)行預(yù)還原；
[0085]第二原料預(yù)處理裝置10a，將通過從所述第二預(yù)還原反應(yīng)器31供應(yīng)的還原氣體經(jīng)篩選及預(yù)處理成適合于所述第二預(yù)還原反應(yīng)器31的鐵礦原料供應(yīng)到所述第二預(yù)還原反應(yīng)器31 ;以及
[0086]二氧化碳管線37，從與所述第二原料預(yù)處理裝置1a連接的還原氣體管線62c分離出二氧化碳，并將二氧化碳供應(yīng)到所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置20-1。鐵礦原料通過第五礦石導(dǎo)管52e、第四礦石導(dǎo)管52d依序輸送到第二預(yù)還原反應(yīng)器31及還原反應(yīng)器32進(jìn)行還原。
[0087]根據(jù)本發(fā)明的鐵礦還原工藝裝置100-1，還原氣體通過還原氣體管線62a、62b依序流過第二預(yù)還原反應(yīng)器31及第二原料預(yù)處理裝置10a，并通過還原氣體管線62c部分還原氣體被儲存在發(fā)電廠13b，并從剩余的還原氣體中分離出二氧化碳。
[0088]所述二氧化碳的分離在二氧化碳分離裝置14中進(jìn)行，分離出的二氧化碳通過二氧化碳管線37供應(yīng)到所述第二重整反應(yīng)器20b，從所述二氧化碳分離裝置14中分離出的還原氣體通過還原氣體管線66與從所述熔融還原反應(yīng)器40流入還原反應(yīng)器32的還原氣體管線64的氣體混合并供應(yīng)到還原反應(yīng)器32。
[0089]此時(shí)，在所述二氧化碳管線37上可設(shè)置二氧化碳儲存裝置15。
[0090]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在供應(yīng)二氧化碳的鐵礦還原工藝中，使用作為還原氣體大量含有一氧化碳的還原氣體對平均顆粒分布為幾百微米大小的赤鐵礦系列的細(xì)鐵礦進(jìn)行還原而生成還原鐵，在600?850°C的溫度下更容易還原。
[0091]此時(shí)的反應(yīng)式如下式(4)。
[0092]1/3 Fe203+C0 — 2/3 Fe+C02-------------------------(4)
[0093]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，赤鐵礦系列鐵礦在第二原料預(yù)處理裝置1a中被混合成具有幾百微米顆粒大小的正規(guī)分布，并使用鼓泡流化床反應(yīng)器進(jìn)行還原，鼓泡流化床反應(yīng)器使Geldart B顆粒流化。此時(shí)，還可以將水分多的鐵礦經(jīng)干燥工藝或者將雜質(zhì)多的礦石經(jīng)選礦工藝進(jìn)行預(yù)處理。
[0094]預(yù)處理工藝以后，鐵礦還可以通過使用從熔融還原反應(yīng)器40上升的含有大量一氧化碳的還原氣體，并經(jīng)還原反應(yīng)器31與磁鐵礦系列的還原鐵礦混合后，在還原反應(yīng)器32被還原。此時(shí)，還原溫度在650°C?800°C的范圍，以使大量的一氧化碳促進(jìn)還原。還原氣體的形態(tài)通常優(yōu)選為從熔融還原反應(yīng)器上升的大量一氧化碳，但是能夠以多種混合氣體的形態(tài)存在。另外，此時(shí)使用的反應(yīng)器并不局限于鼓泡流化床反應(yīng)器，而且鐵礦的種類不限于赤鐵礦系列的鐵礦，可包括磁鐵礦和作為煉鐵工藝副產(chǎn)物排出的粉塵形態(tài)的鐵礦等。
[0095]從所述鐵礦還原工藝裝置100-1回收的二氧化碳為從第二原料預(yù)處理裝置1a或者第二預(yù)還原反應(yīng)器31排出的副產(chǎn)氣體，其一部分供應(yīng)到發(fā)電廠13b，以生產(chǎn)電力，而剩余的在工藝過程中作為再循環(huán)氣體被回收并在二氧化碳分離裝置14被分離為二氧化碳后，一部分送入第二重整反應(yīng)器20b，剩余的可通過二氧化碳儲存裝置15儲存在地下。在所述二氧化碳分離裝置14被分離的還原氣體與從熔融還原反應(yīng)器40上升的還原氣體混合而再送入還原反應(yīng)器32。所述重整反應(yīng)器的形式可為固定床或者流化床形式，但優(yōu)選為流化床形式。從第二重整反應(yīng)器20b獲得的一氧化碳可送入熔融還原反應(yīng)器40。
[0096]所述熔融還原反應(yīng)器40對從還原反應(yīng)器32得到的部分還原鐵利用供應(yīng)高熱量和還原氣體的碳?xì)涮幚硌b置80a、80b進(jìn)行熔融還原，從而生產(chǎn)鐵水90。
[0097]所述碳?xì)涮幚硌b置80a、80b使粉煤、焦煤或者壓塊形態(tài)的煤塊燃燒，以提供反應(yīng)器所需的熱量和還原氣體。此時(shí)，從減少二氧化碳的方面考慮，作為調(diào)整發(fā)熱量的介質(zhì)比空氣更優(yōu)選利用純氧，在通過氧氣管線85送入純氧時(shí)，為了反應(yīng)器內(nèi)的還原氣體滲透和確?？臻g，不足的驅(qū)動力(driving force)可通過還原氣體管線68供應(yīng)從第二重整反應(yīng)器20b獲得的一氧化碳來進(jìn)行調(diào)整。不足時(shí)，還可通過另外的碳?xì)涔?yīng)管線80b供應(yīng)。
[0098]下面，參照圖3說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例。
[0099]圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的鐵水制造裝置的示意圖。對于第二實(shí)施例的鐵水制造裝置的構(gòu)成和功能，如無特別說明，與第一實(shí)施例相同，但在煉鐵副產(chǎn)氣體分離裝置20-2的二氧化碳回收及副產(chǎn)氣體重整方法可以改變或者可設(shè)置附加裝置。
[0100]第二實(shí)施例中，細(xì)鐵礦在流化床還原反應(yīng)器中的流向與第一實(shí)施例相同，赤鐵礦系列的細(xì)鐵礦在鼓泡流化床反應(yīng)器、磁鐵礦系列的細(xì)鐵礦在上升管分別被還原后，在還原反應(yīng)器32中混合的同時(shí)被還原并送入熔融還原反應(yīng)器40。然而，細(xì)鐵礦還原反應(yīng)器32的還原氣體的流向根據(jù)副產(chǎn)氣體重整及還原氣體循環(huán)方式可以改變。
[0101]根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，使用煉鐵副產(chǎn)氣體COG由煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置20-2分離出的氫氣通過氫氣管線17a與第一及第二上升管33、34所排出的氫氣在第一換熱器Ila進(jìn)行換熱后，送入第二上升管33。
[0102]而且，從COG或者F0G(FINEX OFF GAS)等煉鐵副產(chǎn)氣體中除去氫氣的氣體主要由甲烷氣體組成，所述甲烷氣體利用經(jīng)原料預(yù)處理裝置1b循環(huán)的800°C以上的循環(huán)氣體并通過第三換熱器Ilc補(bǔ)充熱量后送入第三重整反應(yīng)器20c。此時(shí)，經(jīng)所述原料預(yù)處理裝置1b循環(huán)的循環(huán)氣體通過第三換熱器I Ic后，一部分供應(yīng)到發(fā)電廠13a，以生產(chǎn)電力，其余通過完全燃燒向第三重整反應(yīng)器20c供應(yīng)熱量的同時(shí)還可以供應(yīng)二氧化碳。
[0103]供應(yīng)到所述第三重整反應(yīng)器20c的另一個(gè)二氧化碳來源可以是使從第二原料預(yù)處理裝置1a或者第二預(yù)還原反應(yīng)器31排出的部分氣體再循環(huán)，并通過使用水蒸氣-氣體重整反應(yīng)器25和氫分離裝置27分離氫后排出的氣體。此時(shí)，被分離的氫氣與還原氣體管線64的氣體在第四換熱器Ild換熱后，通過氫氣管線17c作為還原氣體供應(yīng)到第一上升管34，所述還原氣體管線64連接于熔融還原反應(yīng)器40和還原反應(yīng)器32并向所述還原反應(yīng)器32供應(yīng)還原氣體。
[0104]此時(shí)，通過所述第四換熱器Ild的氫氣可通過與從還原反應(yīng)器32供應(yīng)到原料預(yù)處理裝置1b的還原氣體換熱被加熱并供應(yīng)到第一上升管34。
[0105]從所述氫分離裝置27排出的部分氣體通過二氧化碳儲存裝置15儲存在地下，其余的輸送至第三重整反應(yīng)器20c生產(chǎn)還原氣體即氫氣和一氧化碳，如下式(5)所示。
[0106]CH4+C02 — 2C0+2H2-----------------------------------(5)
[0107]在所述第三重整反應(yīng)器(20c)中未完全反應(yīng)的二氧化碳可通過二氧化碳再循環(huán)管線22回收并再循環(huán)至第三重整反應(yīng)器20c。由所述第三重整反應(yīng)器生產(chǎn)的還原氣體通過還原氣體管線68送入熔融還原反應(yīng)器40，從而加快熔融還原反應(yīng)。而且，還可以通過大量送入氫氣加快還原熔融速度，從而降低反應(yīng)器內(nèi)所需的還原氣體的量和發(fā)熱量。其余構(gòu)成與第一實(shí)施例相同，但并不局限于上述變化。
[0108]以上，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了說明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，在不改變技術(shù)思想或必要特征的情況下，本發(fā)明能夠以其他方式實(shí)施。
[0109]因此，上述的實(shí)施例應(yīng)理解為在所有方面只是示例性的并非限制性的。本發(fā)明的范圍應(yīng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)而非上述說明，由權(quán)利要求書的含義、范圍及等效概念導(dǎo)出的所有變更或變更的形式，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵水制造裝置，包括: 原料預(yù)處理裝置，用于篩選及預(yù)處理鐵礦原料以使其適合于還原； 預(yù)還原反應(yīng)器，包括從所述原料預(yù)處理裝置輸送預(yù)處理的鐵礦原料的第一上升管和連接于所述第一上升管的第二上升管，所述鐵礦原料被還原氣體預(yù)還原； 還原反應(yīng)器，用于對從所述預(yù)還原反應(yīng)器輸送的部分還原鐵進(jìn)行預(yù)還原； 熔融還原反應(yīng)器，利用還原氣體對從所述還原反應(yīng)器得到的部分還原鐵進(jìn)行熔融還原，以生產(chǎn)鐵水； 煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置，用于將煉鐵副產(chǎn)氣體或者鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳混合并重整以生成還原氣體，并將所生成的還原氣體供應(yīng)到熔融還原反應(yīng)器或者所述預(yù)還原反應(yīng)器；及 鐵礦還原工藝裝置，用于供應(yīng)所述鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵水制造裝置，其中， 所述鐵礦還原工藝裝置，包括: 第二預(yù)還原反應(yīng)器，通過從所述還原反應(yīng)器供應(yīng)的還原氣體對鐵礦原料進(jìn)行預(yù)還原；第二原料預(yù)處理裝置，將由所述第二預(yù)還原反應(yīng)器供應(yīng)的還原氣體被篩選及預(yù)處理成適合于所述第二預(yù)還原反應(yīng)器的鐵礦原料供應(yīng)到所述第二預(yù)還原反應(yīng)器；及 二氧化碳管線，從與所述原料預(yù)處理裝置連接的還原氣體管線分離出二氧化碳，并將二氧化碳供應(yīng)到所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵水制造裝置，其中， 所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置，包括: 煉鐵副產(chǎn)氣體分離裝置，從煉鐵副產(chǎn)氣體分離出氫氣，并將所述被分離的氫氣供應(yīng)到所述第二上升管； 第一加熱器，通過與經(jīng)所述原料預(yù)處理裝置循環(huán)的循環(huán)氣體進(jìn)行換熱，借以向所述分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體供應(yīng)熱量； 第一重整反應(yīng)器，用通過所述第一加熱器已補(bǔ)充熱量的所述分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體來產(chǎn)生氫氣和碳，并將所產(chǎn)生的氫氣供應(yīng)到所述第一上升管 '及 第二重整反應(yīng)器，連接于所述第一重整反應(yīng)器，由所述第一重整反應(yīng)器產(chǎn)生的碳與通過所述第一加熱器的氣體燃燒而產(chǎn)生的二氧化碳及鐵礦還原裝置中產(chǎn)生的二氧化碳一起流入所述第二重整反應(yīng)器，從而生產(chǎn)一氧化碳，并將所生產(chǎn)的一氧化碳供應(yīng)到所述熔融還原反應(yīng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐵水制造裝置，還包括， 第二加熱器，向所述第二重整反應(yīng)器供應(yīng)熱量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵水制造裝置，其中， 所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置，包括: 煉鐵副產(chǎn)氣體分離裝置，分離出氫氣并將所述被分離的氫氣供應(yīng)到所述第二上升管；第一加熱器，與經(jīng)所述原料預(yù)處理裝置循環(huán)的循環(huán)氣進(jìn)行換熱，借以向所述分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體供應(yīng)熱量；及 第三重整反應(yīng)器，通過所述第一加熱器的氣體燃燒而產(chǎn)生的二氧化碳和所述鐵礦還原工藝裝置中產(chǎn)生的二氧化碳一起流入第三重整反應(yīng)器，從而生產(chǎn)包含氫氣和一氧化碳的還原氣體，并將所生產(chǎn)的還原氣體供應(yīng)到所述熔融還原反應(yīng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵水制造裝置，其中， 所述第一上升管在800°C以上運(yùn)轉(zhuǎn)，而所述第二上升管在350?650°C范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的鐵水制造裝置，其中， 所述煉鐵副產(chǎn)氣體分離裝置與所述第二上升管之間設(shè)置有第一換熱器，通過與從所述第一上升管及第二上升管排出的氫氣進(jìn)行換熱來補(bǔ)充供應(yīng)到所述第二上升管的還原氣體的熱量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的鐵水制造裝置，其中， 連接所述第一上升管和所述第二上升管的第二礦石導(dǎo)管上設(shè)置有第二換熱器，所述第二換熱器將從所述第二上升管排出的氫氣與流過所述第二礦石導(dǎo)管的部分還原鐵進(jìn)行換熱后供應(yīng)到所述第一上升管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的鐵水制造裝置，其中， 所述原料預(yù)處理裝置從還原氣體管線接收熱量，所述還原氣體管線從還原反應(yīng)器供應(yīng)還原氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵水制造裝置，其中， 所述熔融還原反應(yīng)器上設(shè)置有用于供應(yīng)高熱和還原氣體的碳?xì)涮幚硌b置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鐵水制造裝置，其中， 所述熔融還原反應(yīng)器上設(shè)置有用于供應(yīng)純氧的氧氣管線。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或者11所述的鐵水制造裝置，其中， 所述碳?xì)涮幚硌b置為使粉煤、焦煤及壓塊形態(tài)的煤塊燃燒的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵水制造裝置，還包括， 二氧化碳分離裝置，連接于所述還原氣體管線，用于從所述還原氣體分離出二氧化碳。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鐵水制造裝置，還包括， 還原氣體管線，連接于所述二氧化碳分離裝置，用于將通過所述二氧化碳分離裝置的還原氣體供應(yīng)到還原反應(yīng)器； 二氧化碳管線，用于將所述被分離的二氧化碳供應(yīng)到所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鐵水制造裝置，還包括， 二氧化碳儲存裝置，設(shè)置在所述二氧化碳管線上，用于儲存所述被分離的二氧化碳。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵水制造裝置，還包括， 水蒸氣-氣體重整反應(yīng)器，連接于所述第二原料預(yù)處理裝置，用于重整通過所述第二原料預(yù)處理裝置排出的氣體，以產(chǎn)生水蒸氣；以及 氫分離裝置，連接于所述水蒸氣-氣體重整反應(yīng)器，用于分離出所述水蒸氣和二氧化碳。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的鐵水制造裝置，還包括， 二氧化碳管線，連接于所述氫分離裝置，用于將所述被分離的二氧化碳供應(yīng)到煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理裝置；以及 氫氣管線，連接于所述氫分離裝置，用于將所述被分離的氫供應(yīng)到所述還原反應(yīng)器和第一上升管。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的鐵水制造裝置，其中， 在所述氫管線上形成第四換熱器，所述第四換熱器通過與從所述熔融還原反應(yīng)器供應(yīng)到所述還原反應(yīng)器的氣體進(jìn)行換熱，借以向所述氫氣管線的氫氣補(bǔ)充熱源。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的鐵水制造裝置，還包括， 二氧化碳儲存裝置，設(shè)置在所述二氧化碳管線上，用于儲存所述被分離的二氧化碳。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的鐵水制造裝置，其中， 在所述氫氣管線和從所述還原反應(yīng)器連接至所述原料預(yù)處理裝置的還原氣體管線上設(shè)置第三加熱器，以向經(jīng)過所述第四換熱器的氫氣補(bǔ)充熱量。
21.一種鐵水制造方法，包括: 原料預(yù)處理步驟，預(yù)處理鐵礦原料以使其適合于還原； 預(yù)還原步驟，將所述預(yù)處理的原料輸送到包括第一上升管和第二上升管的預(yù)還原反應(yīng)器，并由還原氣體進(jìn)行預(yù)還原； 還原步驟，對經(jīng)預(yù)還原后輸送到還原反應(yīng)器的部分還原鐵進(jìn)行還原； 熔融還原步驟，利用還原氣體對從還原反應(yīng)器得到的部分還原鐵進(jìn)行熔融還原，以生產(chǎn)鐵水； 煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理步驟，將煉鐵副產(chǎn)氣體和鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳混合并重整，以生成還原氣體，并將所生成的還原氣體供應(yīng)到所述熔融還原步驟或者所述預(yù)還原步驟；及 鐵礦還原工藝步驟，供應(yīng)所述鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的鐵水制造方法，其中， 所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理步驟，包括: 從所述煉鐵副產(chǎn)氣體中分離出氫氣，并將所述被分離的氫氣供應(yīng)到所述第一上升管； 通過與經(jīng)所述原料預(yù)處理裝置循環(huán)的循環(huán)氣體進(jìn)行換熱來加熱所述分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體并供應(yīng)到第一重整反應(yīng)器，以生產(chǎn)碳和氫氣，并將所生產(chǎn)的氫氣供應(yīng)到所述預(yù)還原反應(yīng)器； 所生產(chǎn)的碳與通過所述加熱而產(chǎn)生的二氧化碳及所述鐵礦還原工藝中產(chǎn)生的二氧化碳流入第二重整反應(yīng)器，從而生產(chǎn)一氧化碳，并將所生產(chǎn)的一氧化碳供應(yīng)到所述熔融還原反應(yīng)器。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的鐵水制造方法，其中， 所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理步驟，包括: 從所述煉鐵副產(chǎn)氣體分離出氫氣，并將所述被分離的氫氣供應(yīng)到所述預(yù)還原反應(yīng)器； 通過與經(jīng)所述原料預(yù)處理裝置循環(huán)的循環(huán)氣體進(jìn)行換熱來加熱所述分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體 '及 將所述經(jīng)加熱的分離出氫氣的煉鐵副產(chǎn)氣體供應(yīng)到第三重整反應(yīng)器，以生產(chǎn)包括碳和氫氣的還原氣體，并將所生產(chǎn)的還原氣體供應(yīng)到所述熔融還原反應(yīng)器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的鐵水制造方法，其中， 所述還原氣體生產(chǎn)步驟還包括將未反應(yīng)的二氧化碳回收并重新再循環(huán)到第三重整反應(yīng)器。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的鐵水制造方法，其中， 在所述原料預(yù)處理步驟，由所述還原反應(yīng)器排出的還原氣體接收熱量，使所述鐵礦原料變形或者調(diào)整成分，以進(jìn)行預(yù)熱。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的鐵水制造方法，其中， 所述鐵礦原料為赤鐵礦、磁鐵礦、含水分的鐵礦或者煉鐵工藝的粉塵中的任何一種細(xì)粉形態(tài)。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的鐵水制造方法，其中， 所述第一上升管在800°C以上運(yùn)轉(zhuǎn)，而所述第二上升管在350?650°C范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。
28.根據(jù)權(quán)利要求22或者23所述的鐵水制造方法，其中， 從所述煉鐵副產(chǎn)氣體分離出的氫氣通過與從所述第一上升管和第二上升管排出的氫氣進(jìn)行換熱而供應(yīng)到所述第二上升管。
29.根據(jù)權(quán)利要求22或者23所述的鐵水制造方法，其中， 設(shè)置在連接所述第一上升管和第二上升管的第二礦石導(dǎo)管上，并使從所述第二上升管排出的氫氣與流過所述第二礦石導(dǎo)管的部分還原鐵進(jìn)行換熱而升溫后，供應(yīng)到所述第一上升管。
30.根據(jù)權(quán)利要求22或者23所述的鐵水制造方法，其中， 所述熔融還原步驟還包括通過連接于所述熔融還原反應(yīng)器的碳?xì)涮幚硌b置接收高熱和還原氣體，并通過氧氣管線接收純氧。
31.根據(jù)權(quán)利要求21所述的鐵水制造方法，其中， 所述鐵礦還原工藝步驟，包括: 通過從所述還原反應(yīng)器供應(yīng)到第二預(yù)還原反應(yīng)器的還原氣體對鐵礦原料進(jìn)行預(yù)還原； 將通過從所述第二預(yù)還原反應(yīng)器供應(yīng)到第二原料預(yù)處理裝置的還原氣體預(yù)處理成適合于所述第二預(yù)還原反應(yīng)器的鐵礦原料供應(yīng)到所述第二預(yù)還原反應(yīng)器；及 從所述第二預(yù)還原反應(yīng)器排出的還原氣體分離出二氧化碳，并供應(yīng)到所述煉鐵副產(chǎn)氣體預(yù)處理步驟。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的鐵水制造方法，其中， 所述二氧化碳的分離是通過與第二原料預(yù)處理裝置連接的二氧化碳分離裝置或者氫分離裝置來進(jìn)行的。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的鐵水制造方法，其中， 在所述氫分離裝置的前端設(shè)置水蒸氣-氣體重整反應(yīng)器，以從由所述第二原料預(yù)處理裝置流入的還原氣體中產(chǎn)生水蒸氣。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的鐵水制造方法，其中， 從所述氫分離裝置分離出的氫通過與從所述熔融還原反應(yīng)器供應(yīng)到還原反應(yīng)器的還原氣體進(jìn)行換熱而被加熱，并供應(yīng)到所述第一上升管。
【文檔編號】C21B11/00GK104302789SQ201380025114
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月16日
【發(fā)明者】鄭宗憲, 李承紋, 金基鉉, 金聲萬, 申明均, 金賢用 申請人:Posco公司