[发明专利]自加热气基竖炉直接还原方法及还原装置

说明书

本发明公开了一种自加热气基竖炉直接还原方法及还原装置，属于直接还原领域。还原装置的竖炉本体过渡段为n个并联腔体，每个腔体两端分别与还原段和冷却段连通，每个腔体均缠绕感应线圈，冷却段布置有围绕冷却段炉身均匀分布的气体入口。过渡段感应线圈对直接还原铁加热，热还原铁重整并加热流过的还原气，热的还原气进入还原段，与落下的铁氧化物反应，将铁氧化物还原；新还原的热还原铁进入过渡段，继续加热和重整新原料气，同时接受电磁感应的再加热，先前在过渡段的还原铁进入冷却段后，排出炉外。本发明既可以避免竖炉外加热原料气产生积碳，堵塞或烧穿加热管道的问题；又可以使CO₂和NO_、废气零排放或减少排放；还能降低工程投资。

技术领域

本发明属于直接还原领域，具体涉及一种自加热气基竖炉直接还原方法及还原装置。

背景技术

气基竖炉直接还原工艺是世界上产量最大的直接还原铁技术。直接还原铁作为电炉、转炉、高炉、粉末冶金等行业使用的优质原料，近年来越来越得到了国家和冶金行业人员的重视。直接还原铁作为电炉炼钢的原料，可提高钢水的纯净度，是特钢冶炼所需的优质原料。尤其是对废钢质量不稳定的电炉企业，加入直接还原铁可以稀释钢中有害元素，稳定钢水质量。直接还原铁不使用焦炭，铁矿不用烧结，既节省焦煤资源又减少了钢铁企业废气排放量最大的炼焦和烧结两个环节，比高炉工艺更有利于环保。但是现有使用的气基竖炉工艺，都是以天然气为原料气，而中国燃料资源现状是少气多煤，最可以利用的气源是焦炉煤气和煤制气，尤其是焦炉煤气。我国是焦炭生产大国，焦炉煤气丰富，但以焦炉煤气为原料气的技术不能套用以天然气为气源的气基竖炉的工艺，焦炉煤气在竖炉外的加热过程中更易积碳，影响生产的正常运行，严重的造成生产事故，这已经成为制约气基竖炉在我国推广的主要原因之一；影响气基竖炉在我国推广的另一原因是投资大。还原气原料的重整、竖炉外加热设备及其配套的深度净化设备的投资占设备总投资的50％以上，使得整体投资过大；此外，现有使用的气基竖炉工艺，至少要燃烧掉1/3的竖炉炉顶煤气，用于加热还原反应所需气体，这不仅浪费了宝贵的还原气体资源，还排放出大量的CO₂和NO_x。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自加热气基竖炉直接还原方法。利用该方法既可以避免在竖炉外加热原料气时，产生积碳，堵塞加热管道的问题，确保生产正常运行；又可以使CO₂和NO_x废气零排放或降低CO₂和NO_x的排放量；还能降低设备投资。本发明的其它目的将在后面指出，或者对本领域的技术人员显而易见。

本发明的原料气指焦炉煤气、天然气、氢气以及脱二氧化碳和氮气后的煤制气、转炉煤气、高炉煤气、煤层气中的一种或几种的混合气体。

为实现上述目的，本发明方法采用以下的技术方案：

一种自加热气基竖炉直接还原方法，包括将一定粒度的铁氧化物从炉顶加入气基竖炉，还原气从竖炉外进入炉内，在竖炉内，铁氧化物与还原气发生还原反应生成直接还原铁，直接还原铁经过竖炉冷却段后排出炉外，其特征在于竖炉炉身缠绕电磁感应线圈，缠绕电磁感应线圈的炉身部分位于已生成直接还原铁的炉身区域，通过感应线圈对直接还原铁电磁感应加热，还原气从电磁感应线圈以下的炉身气体入口进入竖炉，流经电磁感应加热区，被高温直接还原铁加热，已加热的还原气向上流动，遇铁氧化物后发生反应，生成直接还原铁。

与现有技术相比，本发明方法具有以下有益效果：

1)本发明应用电磁感应加热技术，实现了，在竖炉内利用高温直接还原铁对还原气的加热，直接还原铁能使还原气中的各种碳氢化合物与水和/或二氧化碳反应生成有用的还原性气体，既完成了各种碳氢化合物的自重整，又避免了竖炉外加热原料气产生积碳，堵塞加热管道问题；

2)还原气全部被热的直接还原铁加热时，就不再需要燃料燃烧加热，整个工艺废气零排放；