一种粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法及系统

摘要

本发明提供了一种粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，原料煤粉碎后，以粉煤形式进入气化炉，与气化剂氧气和水蒸汽反应，产生富含CO和H2的粗煤气，气化炉产生的高温粗煤气经降温后再经过湿洗除尘得到以CO和H2为主的粗合成气，粗合成气通过水汽变换和净化后被调整为作为气基竖炉用还原剂，还原剂进入竖炉与块矿或球团反应生成还原铁。该发明使将煤气化与气基直接还原竖炉工艺相结合，克服气基直接还原法总天然气的局限性，形成大规模生产，且具有低能耗、低污染等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种竖炉直接还原冶金方法及系统，尤其是一种粉煤气化制气及 气基竖炉直接还原冶金的方法及系统。

背景技术

传统的钢铁冶金均是是沿用传统的高炉，转炉流程。碳冶金为该工艺流程 的主要特点。高炉炼铁耗用大量焦炭，必须配以烧结，炼焦工序。焦煤在还原 过程中全部转化为二氧化碳。因此，二氧化碳高排放成为高炉，转炉流程的最 大弊病，同时在生产过程中产生大量的二恶瑛、3,4苯并芘，成为钢铁生产中的 最大污染源。

鉴于此，发展非焦炼铁是钢铁行业摆脱煤焦资源与枯竭、降低能耗、改善 钢铁产品结构、提高钢铁产品质量的重要方向。非焦煤冶金技术的发展已成为 现代冶金技术的热点与发展方向，从工艺上主要分为直接还原法和熔融还原 法，其中，直接还原炼铁是非焦炼铁的主流方向。直接还原分煤基和气基两种， 其中以天然气为气源的气基竖炉直接还原法应用最为广泛，在能源日紧的情况 下，用天然气还原虽然有许多长处，但其价格较贵，无疑加大了生产成本。而 且天然气也不是什么地方都有。因此以天然气为原料的气基还原法的发展受到 了一定的限制。

煤作燃料和还原剂的直接还原方法迫切需要创新技术来推动发展。随着近 年来煤气化技术的取得了重大突破，煤制气技术的商业化实绩为煤制气生产直 接还原铁提供了现实的可能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种粉煤气化制气及气基竖炉直接还 原冶金的方法及系统，该发明结合中国能源特征，将煤气化与气基直接还原竖 炉工艺相结合，克服气基直接还原法总天然气的局限性，形成大规模生产，且 具有低能耗、低污染等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的方法，包括步骤：

A、用粉煤制备还原气，采取气激冷结合水激冷的方式冷却粗煤气；

B、通过水汽变换调整入炉气H2/CO比值在1.4-3.0之间；

C、还原气进入气基竖炉，与铁矿石或者氧化球团反应，生产出还原铁。

步骤A包括下述步骤：

（1）将原料煤粉碎后送入气化炉，以氧气和水蒸气作为气化剂，产生富含 CO和H₂的粗煤气；

（2）采取气激冷结合水激冷的流程将粗煤气的温度降至150-280℃，气激 冷气源来自竖炉炉顶气；

（3）将粗煤气进行除尘和湿洗；

（4）将经过除尘和湿洗后的气体分成两股：第一气体和第二气体，其中第 一气体进行水汽变换；

所述步骤（1）中气化炉的操作压力为0.2-4MPa。

所述步骤（2）中，竖炉炉顶气作为气激冷气源，将粗煤气激冷到600-900 ℃，再进一步通过水激冷流程将温度降至150-280℃。。

所述步骤（3）中，除尘湿洗可采取旋风除尘和湿洗结合的方式，或者采用 多级湿洗结合的方式。

所述步骤B包括:

（1）将气体产物进行脱硫脱碳，

（2）将脱硫脱碳的还原气进行减压膨胀，使得还原气气体H₂和CO的体积 比调整在1.4-3之间，且甲烷体积含量低于0.8%；

所述步骤C中竖炉操作压力为0.1-0.8MPa。

所述步骤C中，还原气进入竖炉前通过加热器加热，加热温度为820-960 ℃。

所述步骤C之后，还包括步骤D：出竖炉的高温烟气进行废热回收、洗涤 后，进行脱硫脱碳得到炉顶煤气和二氧化碳，炉顶煤气可作为步骤C中的加热器 燃料气，也可与净还原气混合，预热后进入竖炉与铁矿石或者氧化球团反应。

一种根据权利要求1所述的粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的系统， 包括气化炉，除灰湿洗单元，水汽变换单元，脱硫脱碳单元，加热单元，还原 竖炉单元、烟气废热回收单元；其中，所述气化炉依次连接除灰湿洗单元、水 汽变换单元，脱硫脱碳单元，加热单元，还原竖炉单元，烟气废热回收单元； 所述除灰湿洗单元连接脱硫脱碳单元。

本发明提供的技术方案，有助于摆脱传统冶金对焦炭的依赖，同时能减排 CO2和有毒有害气体；能克服气基直接还原法中天然气的局限性，可以形成大规 模生产；粉煤气化所产合成气中CH4含量较低，能有效降低还原气加热过程中的 析碳现象；低能耗、低污染、同时可实现化工-冶金-电力多联产模式。

附图说明

图1是本发明粉煤气化制气及气基竖炉直接还原冶金的系统工艺流程图

具体实施方式

为更好的说明本发明，下面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。

（一）具体实施方式一如图1所示，该工艺流程包括：

1、原料煤经粉碎后制成煤粉送入粉煤气化炉，以氧气和水蒸气作为气化剂， 粉煤气化炉设计压力为0.2-4MPa；

2、气化炉燃烧室产生的粗煤气经气激冷和水激冷后湿煤气温度降至 150-280℃，再经除灰和湿洗后，除去粗煤气中夹带的大量粉尘以及部分杂质， 获得以CO和H₂为主要组分的气体，CO和H₂的体积百分含量占干气的80-94%；

3、湿洗后的粗煤气分为两股，煤气1和煤气2，煤气1经水汽变换后进行脱 硫脱碳，煤气2不经过水汽变换直接进行脱硫脱碳，经脱硫脱碳后的还原气气体 组主要成份是CO和H₂，且H₂/CO比例在1.4-3之间可调，CH4含量低于0.8%（vol）；

4、脱硫脱碳后的还原气压力较高，需要对其进行减压处理（附注：此步 骤不是必需的，如果气化炉操作压力不高、脱硫脱碳后还原气压力不高，能够 实现气化与竖炉的等压对接，则不存在减压膨胀步骤），

5、还原气经加热器后加热到820-960℃，与预热后的氧气进入竖炉，在与 矿石的对流运动中，还原气完成对矿石的还原和预热，然后作为炉顶烟气从炉 顶排出竖炉。

6、炉顶烟气首先经过废热回收、再经过洗涤将还原过程产生的水蒸气冷凝 脱除同时除去灰尘，冷却净化后的炉顶气部分作为驰放气排掉，部分作为气化 炉气激冷气源。