[发明专利]一种多段气流床煤炭气化及悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置和方法

权利要求书

1.一种多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置，其特征在于：包括自上到下依次连接的气流床煤炭气化装置、煤气变换制氢装置、悬态熔融还原冶炼装置、熔池装置，熔池另一侧设有上升烟道和高温煤气出口，出口外端依次连接热能发电装置和煤气化产装置；

所述气流床煤炭气化装置位于一体化装置的上部，炉体顶部设有煤粉进口、氧气进口和第一水蒸汽进口；

在气流床煤炭气化装置下方连接煤气变换制氢装置，煤气变换制氢装置的上部两侧面设有物料进口和第二水蒸气进口；该物料进口与物料预热装置连接；

在煤气变换制氢装置下方连接悬态熔融还原冶炼装置；

所述气流床煤炭气化装置、煤气变换制氢装置和悬态熔融还原冶炼装置为带有水冷壁、内衬耐火材料的一体化装置 ；

所述一体化装置是圆形的或方形或多边形的；

所述一体化装置下部有熔池，熔池为长方形或长圆形，熔池上设有渣出口、铁水出口和交错分布于熔池两侧的高温煤气、氧气和氧化钙喷吹进口，熔池底部向铁水出口倾斜；熔池另一端为上升烟道和高温煤气出口。

2.根据权利要求1所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置，其特征在于：所述气流床煤炭气化装置高度小于1.5米；气流床煤炭气化装置、煤气变换制氢装置、悬态熔融还原冶炼装置组成一体化立式气化还原冶炼炉，炉体直径为从上到下依次增大的喇叭形。

3.根据权利要求1所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化节能环保装置，其特征在于：所述熔池的上升烟道的直径，比悬态熔融还原冶炼装置的直径大。

4.一种多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，采用权利要求1~3任一项所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化装置，其特征在于包括以下步骤：

（1）粉煤气化过程：

将粉煤、氧气、水蒸汽总量的30%，从气流床煤炭气化装置顶部的进口喷入气化炉；上述物料进入气化炉进行粉煤气化，煤气温度达到1500-1800℃；气化炉内工作压力为常压；

粉煤是粒度低于2毫米粉煤的混合体，其中粒度低于75μm的粉煤占比不高于85%；

（2）煤气变换制氢和物料喷入过程：

上部气化后的粗煤气和灰分熔渣高温混合气流进入位于中部的煤气制氢装置，第二水蒸汽进口喷入水蒸气总量的70%，进行CO变换制H₂，提高煤气成分中的氢气含量；物料经物料预热装置预热后进入煤气变换制氢装置；

（3）悬态熔融还原冶炼：

物料进入炉内后，在高温还原气氛和悬浮飘落状态下，进行熔融还原反应，完成80%以上物料的还原熔炼；

（4）通过熔池上的高温煤气、氧气和氧化钙喷吹进口向熔池内的铁渣混合物间歇喷吹高温煤气、氧气和氧化钙粉，为熔池补充热量并搅动铁、渣混合物促进造渣、铁渣分离和渗碳过程：

（5）利用煤炭气化过程没有完全气化的碳颗粒不断飘落进入熔池补充熔池的炭，并漂浮于熔池的上层形成一个碳层，完成悬态熔融还原降落下来的没有彻底还原的氧化亚铁的继续还原反应，实现煤炭气化过程碳的充分、完全利用；

（6）利用悬态熔融还原熔池的造渣、析渣、排渣功能，解决煤炭气化过程的渣处理；

（7）完成悬态熔融还原冶炼过程的从上升烟道出口出来的高温气流，用于热能发电和煤气制氢或其它化产生产，实现“煤炭气化-悬态冶炼-热能发电-煤气化产”技术的一体化。

5.根据权利要求4所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：步骤（2）中所述的物料，包括各种冶金尘、泥、渣固体废物，铁矿粉及难冶炼铬、镍金属矿 ；其中铁矿粉及难冶炼铬、镍金属矿粉粒度小于75μm。

6.根据权利要求5所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：步骤（2）中反应物料经过预热，预热温度在100-500℃；水蒸汽与粉煤的重量比为0.1-0.2：1。

7.根据权利要求4所述的多段气流床煤炭气化悬态熔融还原冶炼一体化方法，其特征在于：上部煤炭气化过程加入的粉煤产生的热量和还原剂量，为下部物料悬态熔融还原冶炼需要热量和还原剂量的1.2—2倍。