[发明专利]一种煤气化生产海绵铁工艺

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及钢铁厂利用煤气化产生的还原煤气生产海绵铁的工程领域，公开了一种煤气化生产海绵铁工艺。

技术背景

在国内外节能减排的大环境下，在高炉中利用焦炭、烧结矿或球团矿生产铁水，进而送转炉炼钢的长流程炼钢工艺的缺陷十分明显，例如焦煤资源的短缺、焦化和烧结的占地及成本、三废的大量排放等等。利用海绵铁和废钢炼钢的短流程工艺可省去焦化、烧结方面的投资，废弃物排放较少，经济和环境效益十分明显。短流程炼钢中海绵铁的获得是关键，除了炼钢外，高质量的海绵铁可直接应用于粉末冶金等领域。

目前国内外利用煤气化产生的还原煤气生产海绵铁的工艺主要分三类：1)西门子奥钢联(SVAI)公司的COREX专利体系中，指明了可以利用产生铁水的熔分炉的出炉煤气作为还原气生产海绵铁。目前国内外比较成熟的生产海绵铁工艺和工业装置都没有脱出西门子奥钢联(SVAI)的COREX专利体系，因牵涉到COREX专利，此类工艺的成本均十分昂贵。2)宝钢公司和山东鲁化公司提出的利用水煤浆和氧反应生成的还原气进行处理加工，最后得到富氢(H₂∶CO＝0.73～8.5)还原气进入竖炉的工艺。该工艺对还原气成分要求严格，且煤气利用率不高，废弃物排放没有解决。3)中冶赛迪工程技术股份有限公司针对粉煤气化生产海绵铁进行了深入的研究，提出了利用高压粉煤气化技术来生产CO+H₂＞90％的还原气，并且利用CO₂作为气力输送的输送介质返流至气化炉的新工艺，其余的CO₂以液态形式储存备用。该工艺对还原气成分要求高(CO+H₂＞90％)，只针对成本昂贵的高压粉煤气化技术，投资较高；其次，该工艺提出将竖炉炉顶气经洗涤后再次加热后进入竖炉，这将会大大降低还原煤气还原度，因为竖炉炉顶气的CO+H₂仅为60％左右；另外，该工艺采用的管式炉和部分氧化法二步煤气加热方式会损失～5％的还原气，这种情况下再混合CO+H₂为～60％的竖炉炉顶煤气进入竖炉，此时的煤气还原度能否保证值得商榷。

综上所述，除西门子奥钢联(SVAI)公司的COREX专利体系外，目前国内外的煤气化生产海绵铁工艺都存在一些缺陷，如要工业化，还需进一步改进。

本发明所涉及到的煤气成分百分比，除特别说明外，均为干煤气成分百分比。

发明内容

针对国内外的煤气化生产海绵铁工艺所存在的问题，从节能减排和技术国产化的思路出发，提出了一种煤气化生产海绵铁工艺。本发明特征在于：煤与氧气、水或水蒸汽在高温高压气流床气化炉内发生反应，生成富CO+H₂的还原煤气，该还原煤气经气化炉出炉煤气工艺系统进行除尘、脱硫以及压力、热量变换后，然后加热到竖炉所要求的温度范围，再进入竖炉生产海绵铁；竖炉炉顶气经回流煤气工艺系统和二氧化碳分离系统的富CO₂解析气，回流至高温高压气流床气化炉内，与煤、氧气、水或水蒸汽在高温高压气流床气化炉内发生反应。

通过流程优化计算，降低还原煤气还原成分要求至CO+H₂≥80％，以降低高温高压气流床气化炉成本；充分利用竖炉炉顶气循环回流，以降低生产单位质量海绵铁所需消耗的用煤量，节约成本；将CO₂进行收集并循环利用，使CO₂零排放，以达到减少废气排放的目的。

本发明提出的工艺包括6个子工艺系统，分别是：1)高温高压气流床气化炉；2)气化炉出炉煤气工艺系统；3)热风炉加热系统；4)煤气还原海绵铁系统；5)回流煤气工艺系统；6)二氧化碳分离系统。通过输送管道和输送装置将上述6个工艺系统连接在一起，达到煤气化生产海绵铁的目的。

工艺的流程如下：

1)首先是煤、氧气、水或水蒸气以及一部分从竖炉回流煤气中解析出来的富CO₂解析气(此部分富CO₂解析气可为零)，在高温高压气流床气化炉内发生反应，气化炉内气化压力为0.5～8.5MPa，气化温度为1000～1700℃，生成CO+H₂≥80％的还原煤气。富CO₂解析气与煤的反应(C+CO₂＝2CO)是吸热反应，可通过这部分解析气来调节气化炉出口煤气温度。

2)气化炉出口煤气经过气化炉出炉煤气工艺系统处理，包括煤气的除尘、脱硫、热量交换，余压回收处理后，得到满足竖炉进口压力要求的低温煤气。