[发明专利]直接还原铁、建材、煤气化多联产的系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，具体而言，本发明涉及直接还原铁、建材、煤气化多联产的系统和方法。

背景技术

直接还原炼铁是钢铁生产短流程的基础，是以非焦煤为主要能源，在铁矿石的软化温度以下进行还原获得固态金属铁的方法。由于生产过程中可以避免有害成分的污染，其产品直接还原铁(DRI)的化学成分较为纯净，是钢铁生产中重要的废钢替代品，是解决废钢资源不足的重要途径，是废钢残留元素的稀释剂，是电炉冶炼高品质纯净钢、优质钢不可或缺的控制残留元素的原料，是装备制造业生产石油、合成化工、核设施等所必需的原材料，是转炉炼钢最好的冷却剂。因此，全球电炉钢厂对直接还原铁的需求将继续增长。

现代煤气化过程是以煤为原料，纯氧和水蒸气等为气化剂，在1500摄氏度温度下反应生成有效组分(CO+H₂)大于90％的合成气，渣以液态形式流至气化炉激冷段被水激冷固化为粒状排出。煤气化是煤化工的关键技术，是目前煤制燃料油、煤制燃料气、煤制化学品等工艺的基础。气化也是煤化工过程投资较大、能耗较高、工艺条件苛刻和材料要求较高的工段。

因此，急需找到一种成本低、工艺简单的生产直接还原铁和煤气的工艺。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种直接还原铁、建材、煤气化多联产的系统和方法。该系统可同时实现生产煤气和铁水，所得铁水可熔铸或进一步精炼特种钢，且所得的渣液可用于生产建筑装饰材料，整个工艺生产效率高、成本低且环保。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种直接还原铁、建材、煤气化多联产的系统，根据本发明的实施例，该系统包括：

反应塔，所述反应塔内自上而下依次限定出气化段、还原段和熔分段，所述气化段布置有供给氧气和煤粉的第一撞击流喷嘴，所述还原段布置有预还原铁矿粉入口，所述还原段和所述熔分段之间布置有锥形缩口，所述锥形缩口侧壁处的所述反应塔上布置有第一煤气出口，所述熔分段布置有渣液出口和铁水出口；

煤气激冷塔，所述煤气激冷塔具有第一煤气入口、冷煤气入口、换热后煤气出口和粉尘出口，所述第一煤气入口与所述第一煤气出口相连；

预还原塔，所述预还原塔具有供给铁矿粉和煤气的第二撞击流喷嘴、第二煤气出口和预还原铁矿粉出口，所述第二撞击流喷嘴与所述换热后煤气出口相连，所述预还原铁矿粉出口与所述预还原铁矿粉入口相连。

根据本发明实施例的直接还原铁、建材、煤气化多联产的系统，通过在反应塔气化段采用撞击流喷嘴将煤粉与氧气以一定角度撞击以实现煤粉和氧气的快速混合，加快煤粉与氧气的反应速度，同时形成平推流反应器形式，以减少流场返混，并且通过在反应塔还原段喷入预还原铁矿粉，可显著提高铁矿粉的还原度，且可利用气化段产生的高温煤气的显热对预还原铁矿粉进行进一步的还原，同时降低第一煤气的温度，节能降耗，减少煤气冷却废水的产生量，同时在还原段和熔化段之间布置锥形缩口，并且将第一煤气出口布置在锥形缩口侧壁处的反应塔上，可以显著减少第一煤气中的粉尘量，并且在反应塔的下部设置熔分段，还原段得到的还原产物在重力作用下进入熔分段实现渣铁的熔分，进而实现铁水和渣液的后续再利用，铁水可熔铸或进一步精炼特种钢，渣液可用于生产建材产品，在将第一煤气供给至预还原塔中还原铁矿粉之前，预先采用冷煤气对第一煤气进行激冷换热，由此可进一步降低换热后煤气中的粉尘含量，提高换热后煤气的还原性，进而提高铁矿粉的预还原率，同时可降低换热后煤气的温度，避免铁矿粉熔融粘结在预还原塔中，其次铁矿粉在进入反应塔之前，预先进入预还原塔进行预还原处理，一方面可进一步利用换热后煤气的显热，提高整个系统的热利用效率，另一方面可显著提高反应塔内的还原率，另外，在预还原塔内，采用撞击流喷嘴将铁矿粉和换热后煤气以一定角度撞击以实现铁矿粉和换热后煤气的快速混合，加快铁矿粉与换热后煤气的反应速度，缩短反应时间，同时减小反应器体积，降低系统投资。

另外，根据本发明上述实施例的直接还原铁、建材、煤气化多联产的系统还可以具有如下附加的技术特征：