本實(shí)用新型屬于直接還原煉鐵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用氣基法生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
直接還原鐵(DRI)又稱海綿鐵，是鐵礦石在低于熔化溫度下直接還原得到的含鐵產(chǎn)品。海綿鐵是一種廢鋼的代用品，是電爐煉純凈鋼、優(yōu)質(zhì)鋼不可缺少的雜質(zhì)稀釋劑，是轉(zhuǎn)爐煉鋼優(yōu)質(zhì)的冷卻劑，是發(fā)展鋼鐵冶金短流程不可或缺的原料。
生產(chǎn)直接還原鐵的工藝稱為直接還原法，屬于非高爐煉鐵工藝，分為氣基法和煤基法兩大類。其中，76％的直接還原鐵是通過氣基法生產(chǎn)的。氣基法采用還原氣(其主要成分為CO和H2)還原鐵礦石，制備直接還原鐵。目前，還原氣主要以天然氣為原料制得。現(xiàn)有的采用天然氣制備還原氣的工藝所需熱量多、設(shè)備昂貴，導(dǎo)致所得的直接還原鐵的成本也很高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是提供一種采用氣基法生產(chǎn)直接還原鐵的新工藝，降低直接還原鐵的生產(chǎn)成本。
本實(shí)用新型提供了采用氣基法生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
氣基豎爐，具有鐵礦石入口、還原氣入口、高溫爐頂氣出口和直接還原鐵出口；
干法除塵器，具有高溫爐頂氣入口和除塵爐頂氣出口，所述高溫爐頂氣入口與所述氣基豎爐的高溫爐頂氣出口相連；
壓縮機(jī)，具有爐頂氣入口和壓縮爐頂氣出口，所述爐頂氣入口與所述干法除塵器的除塵爐頂氣出口相連；
脫硫器，具有天然氣入口和脫硫天然氣出口；
分段式部分氧化-重整爐，具有第一脫硫天然氣入口、第二脫硫天然氣入口、氧氣入口、壓縮爐頂氣入口和還原氣出口，所述第一脫硫天然氣入口和所述第二脫硫天然氣入口分別與所述脫硫器的脫硫天然氣出口相連，所述壓縮爐頂氣入口與所述壓縮機(jī)的壓縮爐頂氣出口相連；
所述分段式部分氧化-重整爐包括部分氧化裝置和重整裝置，所述部分氧化裝置位于所述重整裝置的下方，所述第一脫硫天然氣入口和所述氧氣入口設(shè)置在所述部分氧化裝置上，所述第二脫硫天然氣入口、所述壓縮爐頂氣入口和所述還原氣出口設(shè)置在所述重整裝置上。
在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括換熱器，所述換熱器具有除塵爐頂氣入口、低溫天然氣入口、低溫爐頂氣出口和預(yù)熱天然氣出口，所述除塵爐頂氣入口與所述干法除塵器的除塵爐頂氣出口相連，所述低溫爐頂氣出口與所述壓縮機(jī)的爐頂氣入口相連，所述預(yù)熱天然氣出口與所述脫硫器的天然氣入口相連。
在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括加熱爐，所述加熱爐具有燃料氣入口、低溫壓縮爐頂氣入口和高溫壓縮爐頂氣出口，所述燃料氣入口與所述換熱器的低溫爐頂氣出口相連，所述低溫壓縮爐頂氣入口與所述壓縮機(jī)的壓縮爐頂氣出口相連，所述高溫壓縮爐頂氣出口與所述分段式部分氧化-重整爐的壓縮爐頂氣入口相連。
本實(shí)用新型所用的還原氣由分段式部分氧化-重整爐制得。該分段式部分氧化-重整爐先用天然氣與氧氣進(jìn)行氧化，再用氧化產(chǎn)生的混合氣體與天然氣和爐頂氣進(jìn)行重整反應(yīng)，制備還原氣。天然氣與氧氣的氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，制得的混合氣體為高溫混合氣體，因此，在重整反應(yīng)時(shí)，無需外部供熱，降低了生產(chǎn)成本。
此外，該分段式部分氧化-重整爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且在使用中無需昂貴的鎳 基催化劑，維護(hù)成本低。
此外，爐頂氣在進(jìn)行循環(huán)利用時(shí)，無需進(jìn)行脫碳處理，減少了系統(tǒng)中的設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本。
其次，本實(shí)用新型制得的還原氣品質(zhì)高、還原能力強(qiáng)，還原氣中CO和H2的含量高于85％，且還原氣中水蒸氣的含量低于5％。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種采用氣基法生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本實(shí)用新型的方案以及其各個(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)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制。
本實(shí)用新型提供的采用氣基法生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)包括：氣基豎爐，具有鐵礦石入口、還原氣入口、高溫爐頂氣出口和直接還原鐵出口；干法除塵器，具有高溫爐頂氣入口和除塵爐頂氣出口，高溫爐頂氣入口與氣基豎爐的高溫爐頂氣出口相連；壓縮機(jī)，具有爐頂氣入口和壓縮爐頂氣出口，爐頂氣入口與干法除塵器的除塵爐頂氣出口相連；脫硫器，具有天然氣入口和脫硫天然氣出口；分段式部分氧化-重整爐，具有第一脫硫天然氣入口、第二脫硫天然氣入口、氧氣入口、壓縮爐頂氣入口和還原氣出口，第一脫硫天然氣入口和第二脫硫天然氣入口分別與脫硫器的脫硫天然氣出口相連，壓縮爐頂氣入口與壓縮機(jī)的壓縮爐頂氣出口相連。
本實(shí)用新型使用的分段式部分氧化-重整爐包括部分氧化裝置和重整裝置，部分氧化裝置位于重整裝置的下方，第一脫硫天然氣入口和氧氣入口設(shè)置在部分氧化裝置上，第二脫硫天然氣入口、壓縮爐頂氣入口和還原氣出口設(shè)置在重整裝置上。
該分段式部分氧化-重整爐先用天然氣與氧氣進(jìn)行氧化，再用氧化產(chǎn)生的混合氣體與天然氣和壓縮爐頂氣進(jìn)行重整反應(yīng)，制備還原氣。天然氣與氧氣的氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，制得的混合氣體為高溫混合氣體，因此，在重整反應(yīng)時(shí)，無需外部供熱，降低了生產(chǎn)成本。
爐頂氣中也含有不少CO和H2，經(jīng)過壓縮、重整后，剩下的氣體大部分為CO和H2，本實(shí)用新型將其與天然氣制得的還原氣體混合，用于還原鐵礦石。本實(shí)用新型中，爐頂氣被進(jìn)一步利用，不僅降低了直接還原鐵的生產(chǎn)成本，同時(shí)也避免了爐頂氣中N2的富集。此外，爐頂氣在進(jìn)行循環(huán)利用時(shí)，無需進(jìn)行脫碳處理，減少了系統(tǒng)中的設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本。
此外，該分段式部分氧化-重整爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且在使用中無需昂貴的鎳基催化劑，維護(hù)成本低。
上述系統(tǒng)制得的還原氣品質(zhì)高、還原能力強(qiáng)，還原氣中CO和H2的含量高于85％，且還原氣中水蒸氣的含量低于5％。
其次，還原氣還原鐵礦石的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，而從該分段式部分氧化-重整爐排出的還原氣溫度較高，能夠?yàn)殍F礦石的還原反應(yīng)提供一部分熱量，降低了直接還原鐵的生產(chǎn)成本。
在本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施例中，參考圖1，上述系統(tǒng)還包括換熱器，換熱器具有除塵爐頂氣入口、低溫天然氣入口、低溫爐頂氣出口和預(yù)熱天然氣出口，除塵爐頂氣入口與干法除塵器的除塵爐頂氣出口相連，低溫爐頂氣出口與壓縮機(jī)的爐頂氣入口相連，預(yù)熱天然氣出口與脫硫器的天然氣入口相連。
其中，換熱器用于回收高溫爐頂氣的熱量，回收的熱量被用于預(yù)熱天然氣，熱量利用率高。
在本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，參考圖1，上述系統(tǒng)還進(jìn)一步包括加熱爐。加熱爐具有燃料氣入口、低溫壓縮爐頂氣入口和高溫壓縮爐頂氣出口，燃料氣入口與換熱器的低溫爐頂氣出口相連，低溫壓縮爐頂氣入口與壓縮機(jī)的壓縮爐頂氣出口相連，高溫壓縮爐頂氣出口與分段式部分氧 化-重整爐的壓縮爐頂氣入口相連。
同前所述，爐頂氣中含有不少CO和H2，在上述優(yōu)選實(shí)施例中，一部分爐頂氣經(jīng)過壓縮和重整處理，用于制備還原氣；另一部分爐頂氣被燃燒，燃燒得到的熱量用于預(yù)熱壓縮爐頂氣，可以為重整反應(yīng)提供熱量，降低直接還原鐵的生產(chǎn)成本。
需要說明的是，本實(shí)用新型所有提及的氣體的百分含量均為體積含量，氣體的百分比均為體積百分比。
下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說明。下述實(shí)施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述實(shí)用新型內(nèi)容中所示。下述實(shí)施例所用的檢測(cè)方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測(cè)方法。
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種采用氣基法生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)，圖1為其結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示，該系統(tǒng)包括：氣基豎爐1、干法除塵器2、脫硫器3、壓縮機(jī)4、分段式部分氧化-重整爐5、換熱器6和加熱爐7。
氣基豎爐1具有鐵礦石入口、還原氣入口、高溫爐頂氣出口和直接還原鐵出口。
干法除塵器2具有高溫爐頂氣入口和除塵爐頂氣出口，高溫爐頂氣入口與氣基豎爐1的高溫爐頂氣出口相連。
換熱器6具有除塵爐頂氣入口、低溫天然氣入口、低溫爐頂氣出口和預(yù)熱天然氣出口，除塵爐頂氣入口與干法除塵器2的除塵爐頂氣出口相連。
脫硫器3具有天然氣入口和脫硫天然氣出口，天然氣入口與換熱器6的預(yù)熱天然氣出口相連。
壓縮機(jī)4具有爐頂氣入口和壓縮爐頂氣出口，爐頂氣入口與換熱器6的低溫爐頂氣出口相連。
加熱爐7具有燃料氣入口、低溫壓縮爐頂氣入口和高溫壓縮爐頂氣出口，燃料氣入口與換熱器6的低溫爐頂氣出口相連，低溫壓縮爐頂氣入口與壓縮機(jī)4的壓縮爐頂氣出口相連。
分段式部分氧化-重整爐5具有第一脫硫天然氣入口、第二脫硫天然氣入口、氧氣入口、壓縮爐頂氣入口和還原氣出口，第一脫硫天然氣入口和第二脫硫天然氣入口分別與脫硫器3的脫硫天然氣出口相連，壓縮爐頂氣入口與加熱爐7的高溫壓縮爐頂氣出口相連，還原氣出口與氣基豎爐1的還原氣入口相連。
如圖1所示，分段式部分氧化-重整爐5包括部分氧化裝置(即圖1所示的分段式部分氧化-重整爐5中的虛線的下方)和重整裝置(即圖1所示的分段式部分氧化-重整爐5中的虛線的上方)，部分氧化裝置位于重整裝置的下方，第一脫硫天然氣入口和氧氣入口設(shè)置在部分氧化裝置上，第二脫硫天然氣入口、壓縮爐頂氣入口和還原氣出口設(shè)置在重整裝置上。
實(shí)施例2
本實(shí)施例利用實(shí)施例1所述的系統(tǒng)生產(chǎn)直接還原鐵，具體流程如下：
準(zhǔn)備原料：準(zhǔn)備天然氣、氧氣、鐵礦石。
制備還原氣：
1)將從氣基豎爐1排出的高溫爐頂氣送入干法除塵器2中除塵凈化，再將除塵后的爐頂氣與天然氣換熱，高溫爐頂氣變?yōu)榈蜏貭t頂氣。
2)將72％的低溫爐頂氣送入壓縮機(jī)4中壓縮，獲得壓縮爐頂氣。將剩下的28％的低溫爐頂氣送入加熱爐7中燃燒，并用產(chǎn)生的熱量預(yù)熱壓縮爐頂氣。預(yù)熱后的壓縮爐頂氣的溫度約為960℃。
3)將預(yù)熱后的天然氣送入脫硫器3中脫硫。78％的脫硫天然氣被送入分段式部分氧化-重整爐5的部分氧化裝置與預(yù)熱的氧氣進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，制得混合氣體，反應(yīng)溫度為1320℃?；旌蠚怏w被進(jìn)一步送入分段式部分氧化-重整爐4的重整裝置，與剩下的22％的脫硫天然氣和壓縮爐頂氣進(jìn) 行重整反應(yīng)，生成還原氣。制得的混合還原氣的溫度大約為860℃，混合還原氣中水蒸氣的含量為4.5％，CO和H2的含量為88％。
還原鐵礦石：將還原氣送入氣基豎爐1中還原鐵礦石，制備直接還原鐵。制得的直接還原鐵的金屬化率為93％。
實(shí)施例3
本實(shí)施例利用實(shí)施例1所述的系統(tǒng)生產(chǎn)直接還原鐵，具體流程如下：
準(zhǔn)備原料：準(zhǔn)備天然氣、氧氣、鐵礦石。
制備還原氣：
1)將從氣基豎爐1排出的高溫爐頂氣送入干法除塵器2中除塵凈化，再將除塵后的爐頂氣與天然氣換熱，高溫爐頂氣變?yōu)榈蜏貭t頂氣。
2)將66％的低溫爐頂氣送入壓縮機(jī)4中壓縮，獲得壓縮爐頂氣。將剩下的34％的低溫爐頂氣送入加熱爐7中燃燒，并用產(chǎn)生的熱量預(yù)熱壓縮爐頂氣。預(yù)熱后的壓縮爐頂氣的溫度約為990℃。
3)將預(yù)熱后的天然氣送入脫硫器3中脫硫。75％的脫硫天然氣被送入分段式部分氧化-重整爐5的部分氧化裝置與預(yù)熱的氧氣進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，制得混合氣體，反應(yīng)溫度為1270℃。混合氣體被進(jìn)一步送入分段式部分氧化-重整爐4的重整裝置，與剩下的25％的脫硫天然氣和壓縮爐頂氣進(jìn)行重整反應(yīng)，生成還原氣。制得的混合還原氣的溫度大約為830℃，混合還原氣中水蒸氣的含量為4.7％，CO和H2的含量為90％。
還原鐵礦石：將還原氣送入氣基豎爐1中還原鐵礦石，制備直接還原鐵。制得的直接還原鐵的金屬化率為95％。
從上述實(shí)施例可知，采用本實(shí)用新型提供的工藝制得的直接還原鐵的品質(zhì)高，且生產(chǎn)成本低。
綜上，本實(shí)用新型所用的還原氣由分段式部分氧化-重整爐制得。該分 段式部分氧化-重整爐先用天然氣與氧氣進(jìn)行氧化，再用氧化產(chǎn)生的混合氣體與天然氣和爐頂氣進(jìn)行重整反應(yīng)，制備還原氣。天然氣與氧氣的氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，制得的混合氣體為高溫混合氣體，因此，在重整反應(yīng)時(shí)，無需外部供熱，降低了生產(chǎn)成本。
此外，該分段式部分氧化-重整爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且在使用中無需昂貴的鎳基催化劑，維護(hù)成本低。
此外，爐頂氣在進(jìn)行循環(huán)利用時(shí)，無需進(jìn)行脫碳處理，減少了系統(tǒng)中的設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本。
其次，本實(shí)用新型制得的還原氣品質(zhì)高、還原能力強(qiáng)，還原氣中CO和H2的含量高于85％，且還原氣中水蒸氣的含量低于5％。
最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本實(shí)用新型所作的舉例，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)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(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的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。