[发明专利]一种气基和煤基相结合的竖炉直接还原工艺

说明书

本发明涉及一种气基和煤基相结合的竖炉直接还原工艺，固体炭素料与含铁矿物混合后装入竖炉反应器，并在竖炉反应器内完成固体炭素料热解气化反应及含铁矿物还原反应；炉内还原气与炉料一起向下运行，炉内还原气向下运行速度大于物料向下运行速度；还原后产品从竖炉反应器底部排料口排出，炉内还原气从竖炉反应器下部排气口排出；还原气排出后，根据需要对其成分进行调整，并重新加热升温至800～1350℃温度作为载热气体，从竖炉反应器上部进气口通入炉内，为炉内固体炭素料热解气化反应及含铁矿物的还原反应提供所需热量。本发明将固体炭素料热解气化与含铁矿物还原过程集于一套竖炉装置内完成，有利于提高能源利用效率，降低生产成本和工程投资。

技术领域

本发明属于非高炉炼铁领域，具体涉及一种气基和煤基相结合的竖炉直接还原工艺。

背景技术

非高炉炼铁工艺包括直接还原工艺和熔融还原工艺两大类，直接还原炼铁工艺根据使用还原剂的不同，可分为两大类：使用气体还原剂的气基直接还原法和使用固体还原剂的煤基直接还原法。

目前的气基直接还原工艺的典型代表为Midrex竖炉法和Energiron/HYL竖炉法。这两种竖炉法是目前应用最广泛的气基直接还原工艺，其典型特点是：在气基竖炉外部通过一系列的装置制备合格的高温还原气后，通入炉内与物料直接接触，炉内的物料依靠自身重力从上往下运行，而高温还原气是从下往上运行的，现有的气基竖炉直接还原工艺可以高效的、大规模的生产高品质的直接还原铁，单台套设备的最大年产能可以达到250万吨及以上的生产规模。但是，气基直接还原工艺通常需要大量廉价的天然气作为支撑，因此该工艺主要分布在中东、中北美洲等天然气资源丰富的地区。

煤基直接还原工艺的典型代表是回转窑法，回转窑法也是目前广泛应用的煤基直接还原工艺，该工艺的特点是：炉内物料通过高温火焰和烟气进行加热，炉内氧化性气氛和还原性气氛无法有效隔离，炉内物料依靠窑体的转动而实现迁移；由于该工艺的先天不足，导致产品质量不稳定、能源消耗过高，且产能规模通常做不大，单台套设备的最大产能规模一般不超过20万吨/年；此外，由于窑体内部易于发生结圈故障，导致设备作业率通常偏低。煤基直接还原工艺不过度依赖天然气，因此主要分布在印度、南非等天然气资源有限而煤炭资源丰富的地区。

由于以Midrex竖炉法和Energiron/HYL竖炉法为代表的气基直接还原工艺具有规模大、产品质量高等诸多技术优势，近年来，冶金工作者相继开发出了以发生炉煤气或焦炉煤气作为还原气气源的气基直接还原技术，这为气基直接还原工艺在煤炭资源丰富的地区的推广应用提供了一定的技术支撑。但是，该技术需要额外配置一套煤气发生炉及与之相关的附属处理设施，使得该技术的生产成本和工程投资很难具有竞争力，这些不足将严重制约现有的气基竖炉直接还原工艺的广泛应用。

发明内容

鉴于以上所述，针对天然气资源有限而煤炭资源丰富的地区，本发明提供了一种气基和煤基相结合的竖炉直接还原工艺，能够有效解决现有煤基直接还原和气基直接还原工艺存在的不足，从而为直接还原技术在该地区的推广应用，提供一种经济有效的解决方案。

为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种气基和煤基相结合的竖炉直接还原工艺，其特征在于按以下步骤进行：采用高挥发分的固体炭素料作为产生还原气的主要原料，所述固体炭素料与含铁矿物混合后装入竖炉反应器，并在所述竖炉反应器内完成固体炭素料的热解气化反应及含铁矿物的还原反应；所述竖炉反应器的的炉内温度分布，沿高度方向从上而下逐步降低，炉内的还原气与炉料一起向下运行，所述炉内的还原气向下运行的速度大于物料向下运行的速度；还原后的产品从竖炉反应器底部的排料口排出，炉内的还原气从竖炉反应器下部的排气口排出；所述还原气排出竖炉反应器后，根据需要对其成分进行调整，并重新加热升温至800～1350℃之间的合适温度作为载热气体，从竖炉反应器上部的进气口通入炉内，为炉内固体炭素料的热解气化反应及含铁矿物的还原反应提供所需的热量。