本發(fā)明屬于直接還原煉鐵技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及制備海綿鐵的系統(tǒng)和方法。

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。2015年，全世界直接還原鐵的年產(chǎn)量達(dá)7520萬噸，創(chuàng)歷史新高。我國將直接還原工藝列為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的主要方向之一。

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。其中氣基法具有能耗低、污染小、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點。目前世界范圍內(nèi)，76％的直接還原鐵是通過氣基法生產(chǎn)，主要以天然氣為制氣原料以制備高品質(zhì)的還原氣，還原氣中一氧化碳和氫氣的總含量大于85％。目前這類工藝工業(yè)化生產(chǎn)裝置主要集中在中東、南美等天然氣儲量豐富、價格低廉的地區(qū)，而對于天然氣比較稀缺、價格昂貴的地區(qū)，則無法采用該工藝技術(shù)進(jìn)行建設(shè)生產(chǎn)以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。中國的能源稟賦特點是“富煤少氣缺油”，難以采用天然氣重整—?dú)饣Q爐直接還原工藝。

因此，現(xiàn)有制備海綿鐵的技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種制備海綿鐵的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)可充分利用價格低廉的低階煤生產(chǎn)還原鐵礦石用的還原氣，得到金屬化率不低于90％的海綿鐵，同時可顯著降低整個系統(tǒng)的能耗，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種制備海綿鐵的系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的實施例，該系統(tǒng)包括：

熱解裝置，所述熱解裝置具有低階煤入口、布料氣入口、熱解油氣出口和半焦出口；

氣基豎爐，所述氣基豎爐具有鐵礦石入口、熱解油氣入口、爐頂氣出口和海綿鐵出口，所述熱解油氣入口與所述熱解油氣出口相連。

根據(jù)本發(fā)明實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)通過將低階煤熱解產(chǎn)生的熱解油氣供給至氣基豎爐中作為還原氣使用，可充分高效地利用熱解油氣的顯熱，從而提高工藝的能源利用率，同時可顯著降低系統(tǒng)的維護(hù)成本，使得氣基豎爐的生產(chǎn)能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金屬化率不低于90％的海綿鐵，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請中無需使用大量的天然氣，使得天然氣稀缺的地區(qū)可建立氣基豎爐生產(chǎn)線，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的海綿鐵。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實施例中，上述制備海綿鐵的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：加熱裝置，所述加熱裝置具有熱解油氣進(jìn)口和預(yù)熱后熱解油氣出口，所述熱解油氣進(jìn)口與所述熱解油氣出口相連，所述預(yù)熱后熱解油氣出口與所述熱解油氣入口相連。由此，可進(jìn)一步降低氣基豎爐的能耗。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述制備海綿鐵的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：旋風(fēng)分離器，所述旋風(fēng)分離器具有物料入口、粉塵顆粒出口和氣體出口，所述物料入口與所述熱解油氣出口相連，所述氣體出口與所述熱解油氣進(jìn)口相連。由此，有利于提高熱解油氣的品質(zhì)，可提高氣基豎爐的還原效率。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述制備海綿鐵的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：爐頂氣凈化單元，所述爐頂氣凈化單元具有爐頂氣入口、熱解油出口、燃料出口和凈化爐頂氣出口，所述爐頂氣入口與所述爐頂氣出口相連，所述燃料出口與所述熱解裝置和所述加熱裝置的至少之一相連，所述凈化爐頂氣出口分別與所述布料氣入口、所述熱解裝置上的燃料入口和凈化氣入口相連。由此，可提高凈化爐頂氣的利用價值。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述凈化氣入口的出料方向與垂直于所述熱解裝置軸線的橫截面呈向上的0～45度。由此，可提高熱解裝置的熱解效率。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述爐頂氣凈化單元包括依次相連的洗滌凈化裝置、加壓裝置和脫硫脫碳塔。由此，可進(jìn)一步提高凈化爐頂氣的利用價值。

在本發(fā)明的再一個方面，本發(fā)明提出了一種采用上述制備海綿鐵的系統(tǒng)制備海綿鐵的方法，根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法包括：

(1)將低階煤和布料氣供給至所述熱解裝置中，以便得到熱解油氣和半焦；

(2)將所述熱解油氣和鐵礦石供給至所述氣基豎爐中進(jìn)行還原處理，以便得到爐頂氣和海綿鐵。

根據(jù)本發(fā)明實施例的制備海綿鐵的方法通過將低階煤熱解產(chǎn)生的熱解油氣供給至氣基豎爐中作為還原氣使用，可充分高效地利用熱解油氣的顯熱，從而提高工藝的能源利用率，同時可顯著降低系統(tǒng)的維護(hù)成本，使得氣基豎爐的生產(chǎn)能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金屬化率不低于90％的海綿鐵，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請中無需使用大量的天然氣，使得天然氣稀缺的地區(qū)可建立氣基豎爐生產(chǎn)線，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的海綿鐵。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的制備海綿鐵的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實施例中，在將所述熱解油氣和鐵礦石供給至所述氣基豎爐中進(jìn)行還原處理之前，預(yù)先將所述熱解油氣供給至所述加熱裝置中進(jìn)行加熱，以便得到預(yù)熱后熱解油氣，并將所述預(yù)熱后熱解油氣供給至所述氣基豎爐中。由此，可進(jìn)一步降低氣基豎爐的能耗。

在本發(fā)明的一些實施例中，在將所述熱解油氣供給至所述加熱裝置中進(jìn)行加熱之前，預(yù)先將所述熱解油氣供給至所述旋風(fēng)分離器中進(jìn)行旋風(fēng)分離，以便得到粉塵顆粒和氣體，并將所述氣體供給至所述加熱裝置中。由此，有利于提高熱解油氣的品質(zhì)，可提高氣基豎爐的還原效率。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述制備海綿鐵的方法進(jìn)一步包括：(3)將所述爐頂氣供給至所述爐頂氣凈化單元中進(jìn)行凈化處理，以便得到熱解油、燃料和凈化爐頂氣，并將所述燃料供給至所述加熱裝置和所述熱解裝置中的至少之一作為燃料使用，將所述凈化爐頂氣的一部分供給至所述熱解裝置中作為布料氣使用，一部分作為熱解裝置的燃料使用，剩余的部分供給至所述熱解裝置中循環(huán)使用。由此，可提高凈化爐頂氣的利用價值。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述凈化處理依次包括洗滌凈化處理、加壓處理和脫硫脫碳處理。由此，可進(jìn)一步提高凈化爐頂氣的利用價值。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制備海綿鐵的方法流程示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的制備海綿鐵的方法流程示意圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種制備海綿鐵的系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖1，該系統(tǒng)包括：熱解裝置100和氣基豎爐200。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，熱解裝置100具有低階煤入口101、布料氣入口102、熱解油氣出口103和半焦出口104，且適于將低階煤和布料氣進(jìn)行熱解處理，以便得到熱解油氣和半焦。具體的，將價格低廉的且粒徑小于3mm的低階煤從熱解裝置的頂部供給至熱解裝置中，布料氣(氮?dú)?從熱解裝置的中上部通入熱解裝置，低階煤在布料氣的作用下散開，在熱解裝置爐膛中，經(jīng)熱解后得到溫度為700-900攝氏度的熱解油氣和半焦，所得的熱解油氣從熱解裝置的中下部排出。需要說明的是，低階煤的具體類型并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，例如可以為長焰煤、褐煤中的至少之一。熱解裝置也不受特別限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，例如可以為熱解爐，優(yōu)選蓄熱室輻射管熱解爐。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過采用低階煤生產(chǎn)熱解油氣來作為還原鐵礦石的還原氣，可以顯著降低海綿鐵的生產(chǎn)成本，并且與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請中無需使用大量的天然氣，可使得天然氣稀缺的地區(qū)建立氣基豎爐生產(chǎn)線，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的海綿鐵，同時可顯著降低工藝的成本。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，氣基豎爐200具有鐵礦石入口201、熱解油氣入口202、爐頂氣出口203和海綿鐵出口204，熱解油氣入口202與熱解油氣出口103相連，且適于將熱解油氣和鐵礦石進(jìn)行還原處理，以便得到爐頂氣和海綿鐵。具體的，將熱解裝置所得的熱解油氣從氣基豎爐的中部送至氣基豎爐，鐵礦石從氣基豎爐的頂部送入，熱解油氣與鐵礦石接觸，熱解油氣中的還原氣體與鐵礦石發(fā)生還原反應(yīng)，而其中的熱解油揮發(fā)從豎爐頂部排出，得到溫度為400-450攝氏度的爐頂氣和金屬化率不小于90％的海綿鐵。需要說明的是，鐵礦石的具體類型并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，例如可以為釩鈦海砂氧化球團(tuán)、鐵精礦氧化球團(tuán)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，熱解裝置所得的熱解油氣可無需經(jīng)水洗脫水冷卻，也無需使用大量昂貴的重整催化劑，且對硫含量無嚴(yán)格限制，可直接將其送至氣基豎爐還原鐵礦石，可充分高效地利用熱解油氣的顯熱、提高工藝的能源利用率，同時可顯著降低系統(tǒng)的維護(hù)成本，使得氣基豎爐的生產(chǎn)能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金屬化率不低于90％的海綿鐵。

根據(jù)本發(fā)明實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)通過將低階煤熱解產(chǎn)生的熱解油氣供給至氣基豎爐中作為還原氣使用，可充分高效地利用熱解油氣的顯熱，從而提高工藝的能源利用率，同時可顯著降低系統(tǒng)的維護(hù)成本，使得氣基豎爐的生產(chǎn)能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金屬化率不低于90％的海綿鐵，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請中無需使用大量的天然氣，使得天然氣稀缺的地區(qū)可建立氣基豎爐生產(chǎn)線，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的海綿鐵。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖2，上述制備海綿鐵的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：加熱裝置300。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，加熱裝置300具有熱解油氣進(jìn)口301和預(yù)熱后熱解油氣出口302，熱解油氣進(jìn)口301與熱解油氣出口103相連，預(yù)熱后熱解油氣出口302與熱解油氣入口202相連。具體的，在將熱解油氣和鐵礦石供給至氣基豎爐中進(jìn)行還原處理之前，預(yù)先將熱解油氣供給至加熱裝置中進(jìn)行加熱，以便得到預(yù)熱后熱解油氣，并將預(yù)熱后熱解油氣供給至氣基豎爐中。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了降低氣基豎爐的能耗，可在熱解油氣送至氣基豎爐之前對熱解油氣進(jìn)行加熱處理。由此，進(jìn)一步提高了整個工藝的經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖3，上述制備海綿鐵的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：旋風(fēng)分離器400。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，旋風(fēng)分離器400具有物料入口401、粉塵顆粒出口402和氣體出口403，物料入口401與熱解油氣出口103相連，氣體出口403與熱解油氣進(jìn)口301相連。具體的，在將熱解油氣供給至加熱裝置中進(jìn)行加熱之前，可預(yù)先將熱解油氣供給至旋風(fēng)分離器中進(jìn)行旋風(fēng)分離，以便得到粉塵顆粒和氣體，并將氣體供給至加熱裝置中。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將熱解油氣進(jìn)行旋風(fēng)分離，可將熱解油氣中的粉塵顆粒除去，從而提高熱解油氣的品質(zhì)，進(jìn)而可提高鐵礦石的還原率。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖4，上述制備海綿鐵的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：爐頂氣凈化單元500。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，爐頂氣凈化單元500具有爐頂氣入口501、熱解油出口502、燃料出口503和凈化爐頂氣出口504，爐頂氣入口501與爐頂氣出口203相連，燃料出口503與熱解裝置100和加熱裝置300中的至少之一相連，凈化爐頂氣出口504分別與布料氣入口102、熱解裝置上的燃料入口105和凈化氣入口106相連，且適于將爐頂氣進(jìn)行凈化處理，以便得到熱解油、燃料和凈化爐頂氣，并將燃料供給至加熱裝置和熱解裝置中的至少之一作為燃料使用，將凈化爐頂氣的一部分供給至熱解裝置中作為布料氣使用，再一部分作為熱解裝置中蓄熱式輻射管中的燃料使用，另一部分供給至熱解裝置中循環(huán)使用。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將爐頂氣進(jìn)行凈化處理，可提高爐頂氣的利用價值，進(jìn)一步降低整個系統(tǒng)的能耗，提高整個工藝的經(jīng)濟(jì)性，所得的燃料可作為加熱裝置和熱解裝置的燃料使用，可降低加熱裝置和熱解裝置的能耗；一部分凈化爐頂氣可作為熱解裝置的布料氣，一方面可將低階煤吹散，提高低階煤在熱解裝置中停留的時間，進(jìn)而可提高低階煤的熱解率，另一方面相比于采用氮?dú)庾鳛椴剂蠚?，可避免熱解油氣中氮?dú)夂枯^高，從而可提高熱解油氣的還原性；再一部分凈化爐頂氣作為熱解裝置中蓄熱式輻射管中的燃料使用，另一部分凈化爐頂氣可分為多支路通入熱解裝置中，達(dá)到了循環(huán)使用爐頂氣的目的，同時可進(jìn)一步增加低階煤在熱解裝置內(nèi)停留的時間，而且降低熱解油氣中水蒸氣的體積比。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，熱解裝置上凈化氣入口的出料方向與垂直于熱解裝置軸線的橫截面的角度并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，凈化氣入口的出料方向與垂直于熱解裝置軸線的橫截面可以呈向上的0～45度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，凈化氣入口的出料方向與垂直于熱解裝置軸線的橫截面呈向上的0～45度時，將有利于延長低階煤在熱解裝置的停留時間，從而使其熱解更加充分；另還有利于提高熱解油氣中的H₂/CO比，且還可以降低熱解油氣中H₂O(g)的體積比，進(jìn)而提高氣基豎爐的還原效率。

根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，爐頂氣凈化單元可以包括依次相連的洗滌凈化裝置、加壓裝置和脫硫脫碳塔。具體的，爐頂氣先經(jīng)洗滌凈化裝置進(jìn)行洗滌凈化，分離出熱解油和洗滌凈化爐頂氣，然后將少部分洗滌凈化爐頂氣作為燃料供給至熱解裝置和加熱裝置中的至少之一作為燃料使用，剩余大部分洗滌凈化爐頂氣經(jīng)加壓裝置加壓，然后送至脫硫脫碳塔進(jìn)行脫硫脫碳處理，得到凈化爐頂氣。由此，可進(jìn)一步提高凈化爐頂氣的還原性。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要對洗滌凈化、加壓和脫硫脫碳過程的具體操作條件進(jìn)行選擇。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)可具有選自下列的優(yōu)點至少之一：

根據(jù)本發(fā)明實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)，熱解裝置生產(chǎn)的700-900攝氏度的高溫?zé)峤庥蜌獾娘@熱得到充分利用，整個系統(tǒng)的能量利用效率高，氣基豎爐生成能耗能降低0.1-0.3Gcal/DRI，同時整個系統(tǒng)無需建設(shè)復(fù)雜的洗滌冷卻凈化、脫硫等裝置，降低成本；

根據(jù)本發(fā)明實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)，熱解油氣可只需經(jīng)簡單的旋風(fēng)除塵和加熱后直接熱送至氣基豎爐，無需使用大量昂貴的重整催化劑，系統(tǒng)得到簡化，維護(hù)成本低；

根據(jù)本發(fā)明實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)，熱解裝置的布料氣采用凈化爐頂氣，可降低熱解油氣中氮?dú)獾暮?，有利于其作為氣基豎爐的還原氣；

根據(jù)本發(fā)明實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)，無需使用大量的天然氣，而使用價格低廉的低階煤做原料生產(chǎn)還原氣，使得天然氣稀缺地區(qū)建設(shè)氣基豎爐生產(chǎn)線以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)直接還原鐵成為可能，而且產(chǎn)品成本顯著降低；

根據(jù)本發(fā)明實施例的制備海綿鐵的系統(tǒng)，將大量的凈化爐頂氣從熱解裝置中上部水平偏上方向通入，將有利于延長低階煤在熱解裝置的停留時間，從而使其熱解更加充分；另還有利于提高熱解油氣中的H₂/CO比，且還可以降低熱解油氣中H₂O(g)的體積比，進(jìn)而提高氣基豎爐的還原效率。

在本發(fā)明的再一個方面，本發(fā)明提出了一種采用上述制備海綿鐵的系統(tǒng)制備海綿鐵的方法，根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖5，該方法包括：

S100：將低階煤和布料氣供給至熱解裝置中

該步驟中，將低階煤和布料氣供給至熱解裝置中，以便得到熱解油氣和半焦。具體的，將價格低廉的且粒徑小于3mm的低階煤從熱解裝置的頂部供給至熱解裝置中，布料氣(氮?dú)?從熱解裝置的中上部通入熱解裝置，低階煤在布料氣的作用下散開，在熱解裝置爐膛中，經(jīng)熱解后得到溫度為700-900攝氏度的熱解油氣和半焦，所得的熱解油氣從熱解裝置的中下部排出。需要說明的是，低階煤的具體類型并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，例如可以為長焰煤、褐煤中的至少之一。熱解裝置也不受特別限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，例如可以為熱解爐，優(yōu)選蓄熱室輻射管熱解爐。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過采用低階煤生產(chǎn)熱解油氣來作為還原鐵礦石的還原氣，可以顯著降低海綿鐵的生產(chǎn)成本，并且與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請中無需使用大量的天然氣，可使得天然氣稀缺的地區(qū)可建立氣基豎爐生產(chǎn)線，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的海綿鐵，同時可顯著降低工藝的成本。

S200：將熱解油氣和鐵礦石供給至氣基豎爐中進(jìn)行還原處理

該步驟中，將熱解油氣和鐵礦石供給至氣基豎爐中進(jìn)行還原處理，以便得到爐頂氣和海綿鐵。具體的，將熱解裝置所得的熱解油氣從氣基豎爐的中部送至氣基豎爐，鐵礦石從氣基豎爐的頂部送入，熱解油氣與鐵礦石接觸，熱解油氣中的還原氣體與鐵礦石發(fā)生還原反應(yīng)，而其中的熱解油揮發(fā)從豎爐頂部排出，得到溫度為400-450攝氏度的爐頂氣和金屬化率不小于90％的海綿鐵。需要說明的是，鐵礦石的具體類型并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，例如可以為釩鈦礦氧化球團(tuán)、鐵精礦氧化球團(tuán)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，熱解裝置所得的熱解油氣可無需經(jīng)水洗脫水冷卻，也無需使用大量昂貴的重整催化劑，且對硫含量無嚴(yán)格限制，可直接將其送至氣基豎爐還原鐵礦石，可充分高效地利用熱解油氣的顯熱、提高工藝的能源利用率，同時可顯著降低系統(tǒng)的維護(hù)成本，使得氣基豎爐的生產(chǎn)能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金屬化率不低于90％的海綿鐵。

根據(jù)本發(fā)明實施例的制備海綿鐵的方法通過將低階煤熱解產(chǎn)生的熱解油氣供給至氣基豎爐中作為還原氣使用，可充分高效地利用熱解油氣的顯熱，從而提高工藝的能源利用率，同時可顯著降低系統(tǒng)的維護(hù)成本，使得氣基豎爐的生產(chǎn)能耗降低0.1-0.3Gcal/DRI，并得到金屬化率不低于90％的海綿鐵，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請中無需使用大量的天然氣，使得天然氣稀缺的地區(qū)可建立氣基豎爐生產(chǎn)線，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的海綿鐵。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在將熱解油氣和鐵礦石供給至氣基豎爐中進(jìn)行還原處理之前，預(yù)先將熱解油氣供給至加熱裝置中進(jìn)行加熱，以便得到預(yù)熱后熱解油氣，并將預(yù)熱后熱解油氣供給至氣基豎爐中。具體的，在將熱解油氣和鐵礦石供給至氣基豎爐中進(jìn)行還原處理之前，預(yù)先將熱解油氣供給至加熱裝置中進(jìn)行加熱，以便得到預(yù)熱后熱解油氣，并將預(yù)熱后熱解油氣供給至氣基豎爐中。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了降低氣基豎爐的能耗，可在熱解油氣送至氣基豎爐之前對熱解油氣進(jìn)行加熱處理。由此，進(jìn)一步提高了整個工藝的經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，在將熱解油氣供給至加熱裝置中進(jìn)行加熱之前，預(yù)先將熱解油氣供給至旋風(fēng)分離器中進(jìn)行旋風(fēng)分離，以便得到粉塵顆粒和氣體，并將氣體供給至加熱裝置中。具體的，在將熱解油氣供給至加熱裝置中進(jìn)行加熱之前，可預(yù)先將熱解油氣供給至旋風(fēng)分離器中進(jìn)行旋風(fēng)分離，以便得到粉塵顆粒和氣體，并將氣體供給至加熱裝置中。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將熱解油氣進(jìn)行旋風(fēng)分離，可將熱解油氣中的粉塵顆粒除去，從而提高熱解油氣的品質(zhì)，進(jìn)而可提高鐵礦石的還原率。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖6，上述制備海綿鐵的方法進(jìn)一步包括：

S300：將爐頂氣供給至爐頂氣凈化單元中進(jìn)行凈化處理

該步驟中，將爐頂氣供給至爐頂氣凈化單元中進(jìn)行凈化處理，以便得到熱解油、燃料和凈化爐頂氣，并將燃料供給至加熱裝置和熱解裝置中的至少之一作為燃料使用，將凈化爐頂氣的一部分供給至熱解裝置中作為布料氣使用，再一部分作為熱解裝置中蓄熱式輻射管中的燃料使用，另一部分供給至熱解裝置中循環(huán)使用。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將爐頂氣進(jìn)行凈化處理，可提高爐頂氣的利用價值，進(jìn)一步降低整個系統(tǒng)的能耗，提高整個工藝的經(jīng)濟(jì)性，所得的燃料可作為加熱裝置和熱解裝置的燃料使用，可降低加熱裝置和熱解裝置的能耗；一部分凈化爐頂氣可作為熱解裝置的布料氣，一方面可將低階煤吹散，提高低階煤在熱解裝置中停留的時間，進(jìn)而可提高低階煤的熱解率，另一方面相比于采用氮?dú)庾鳛椴剂蠚?，可避免熱解油氣中氮?dú)夂枯^高，從而可提高熱解油氣的還原性；再一部分凈化爐頂氣作為熱解裝置中蓄熱式輻射管中的燃料使用，另一部分凈化爐頂氣可分為多支路通入熱解裝置中，達(dá)到了循環(huán)使用爐頂氣的目的，同時可進(jìn)一步增加低階煤在熱解裝置內(nèi)停留的時間，而且降低熱解油氣中水蒸氣的體積比。

根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，凈化處理可以依次包括依次洗滌凈化處理、加壓處理和脫硫脫碳處理。具體的，爐頂氣先經(jīng)洗滌凈化裝置進(jìn)行洗滌凈化，分離出熱解油和洗滌凈化爐頂氣，然后將少部分洗滌凈化爐頂氣作為燃料供給至熱解裝置和加熱裝置中的至少之一作為燃料使用，剩余大部分洗滌凈化爐頂氣經(jīng)加壓裝置加壓，然后送至脫硫脫碳塔進(jìn)行脫硫脫碳處理，得到凈化爐頂氣。由此，可進(jìn)一步提高凈化爐頂氣的還原性。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要對洗滌凈化、加壓和脫硫脫碳過程的具體操作條件進(jìn)行選擇。

下面參考具體實施例，對本發(fā)明進(jìn)行描述，需要說明的是，這些實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發(fā)明。

實施例1

將粒度小于3mm的長焰煤從熱解爐頂部投入，在900攝氏度的溫度下熱解，生成熱解油氣與半焦，從熱解爐中下部排出的溫度約850攝氏度、H₂/CO＝1.45的熱解油氣直接經(jīng)加熱爐加熱至980攝氏度，然后從氣基豎爐中部送入，與從頂部送入的全鐵58wt％的釩鈦海砂氧化球團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng)，生成約420攝氏度的爐頂氣從氣基豎爐爐頂排出爐外，同時得到金屬化率為90％的海綿鐵。爐頂氣經(jīng)洗滌凈化裝置進(jìn)行除塵脫水處理，回收熱解油，并將5vt％洗滌凈化爐頂氣作為燃料，該燃料可送至熱解爐或加熱爐中的至少之一作為燃料使用，剩余95vt％的洗滌凈化爐頂氣經(jīng)加壓、脫硫脫碳處理后生成凈化爐頂氣，其中5vt％的凈化爐頂氣作為熱解爐的布料氣，剩余95％分為4個支路且與熱解爐的軸向方向呈向上5度的角度通入熱解爐。

實施例2

將粒度小于3mm的褐煤從熱解爐頂部投入，在880攝氏度的溫度下熱解，生成熱解油氣與半焦，從熱解爐中下部排出的溫度約820攝氏度、H₂/CO＝1.35的熱解油氣先送至旋風(fēng)除塵器脫除90wt％的粉塵后，再經(jīng)加熱爐加熱至940攝氏度，然后從氣基豎爐中部送入，與從頂部送入的全鐵67wt％的鐵精礦氧化球團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng)，生成約400攝氏度的爐頂氣從氣基豎爐爐頂排出爐外，同時得到金屬化率為92％的海綿鐵。爐頂氣經(jīng)洗滌凈化裝置進(jìn)行除塵脫水處理，回收熱解油，并將15vt％洗滌凈化爐頂氣作為燃料，該燃料可送至熱解爐或加熱爐中的至少之一作為燃料使用，剩余85vt％的洗滌凈化爐頂氣經(jīng)加壓、脫硫脫碳處理后生成凈化爐頂氣，其中25vt％的凈化爐頂氣作為熱解爐的布料氣，剩余75％分為6個支路且與熱解爐的軸向方向呈向上45度的角度通入熱解爐。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。