[发明专利]一种还原乏气循环的气基直接还原铁的系统与方法

权利要求书

1.一种还原乏气循环的气基直接还原铁的系统，其特征在于，包括：气化装置、混合单元、矿粉还原单元、矿粉预热单元、回热装置、余热锅炉、除尘装置、变压吸附提纯装置、还原铁粉冷却器、磁选装置和热压装置；所述气化装置、混合单元、矿粉还原单元、矿粉预热单元、回热装置、余热锅炉、除尘装置和变压吸附提纯装置依次相连，所述矿粉预热单元、矿粉还原单元、还原铁粉冷却器、磁选装置和热压装置依次相连。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述系统还包括燃烧装置；所述燃烧装置的入口与除尘装置相连，所述燃烧装置的出口管道和回热装置的出口管道相连并汇合成一管道与混合单元相连。

3.一种还原乏气循环的气基直接还原铁的方法，其特征在于，通过权利要求1或2所述系统执行，所述方法包括如下步骤：

(1)富碳原料在气化装置中与气化剂发生反应，生成富H₂、CO的气体，余热锅炉出口温度较低的部分还原乏气回送至气化装置调温；

(2)气化装置产生的气化气在混合单元，与提纯升温后的循环还原气混合成还原气，进入矿粉还原单元发生铁矿粉的还原反应；铁矿粉转化为直接还原铁粉产品，直接还原铁粉产品经铁粉冷却器冷却，进入磁选装置实现初次筛选提纯，再经热压装置热压成块，然后输送至下一工序；

(3)直接还原反应发生后，还原气转化为还原乏气；还原乏气进入矿粉预热单元对铁矿粉原料进行预热，随后还原乏气进入回热装置，在回热装置中还原乏气与提纯后的循环还原气进行热量交换，还原乏气的温度降至200-500℃，然后进入余热锅炉回收剩余显热能；

(4)从余热锅炉出口排出的还原乏气，经除尘后，大部分还原乏气进入变压吸附提纯装置，脱除还原气中的H₂O和CO₂，得到提纯后的循环还原气，然后循环还原气经过回热装置回收还原乏气部分显热，一部分还原乏气在燃烧装置中燃烧将回热装置出来的循环还原气温度提升，在混合单元与气化装置产的气化气混合；另一部分还原乏气进入气化装置参与气化气调温。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，整个工艺过程实现还原乏气零外排，大部分还原乏气进入变压吸附提纯装置转化为循环还原气，少部分去往气化装置调温或者送至燃烧器燃烧使用；其中，进入变压吸附提纯装置中的还原乏气占总还原气量/还原乏气量的85～95％；进入燃烧器和送往气化装置调温的还原乏气占总还原气量/还原乏气量的5％～15％。

5.根据权利要求3所述方法，其特征在于，富碳原料包括煤炭、生物质；气化剂包括纯O₂、H₂O、CO₂中的一种或多种；

或，气化装置中，富碳原料和气化剂在1200-2000℃的高温范围内发生反应；部分余热锅炉出口温度较低的还原乏气回送至气化装置调温，最终气化装置出口气化气的温度为800-1300℃；

或，气化气的组成为：CO体积百分比为30～60％，H₂体积百分比为20～40％，CO₂体积百分比为0～15％，H₂O的体积百分比为0～10％。

6.根据权利要求3所述方法，其特征在于，还原后的铁矿粉经铁粉冷却器，温度降至25-700℃；

或，还原气组分为：CO体积百分比为40～60％，H₂体积百分比为30～40％，CO2体积百分比为0～5％，H2O的体积百分比为0～5％。还原气温度为800～1300℃；

还原反应温度为800～1100℃。

7.根据权利要求3所述方法，其特征在于，直接还原反应发生后，还原气转化为还原乏气，其温度为700-1000℃；

或，还原乏气将常温下铁矿粉原料预热至500-800℃；

或，从矿粉预热单元出的还原乏气，温度为600-900℃，在回热装置中与提纯后的循环还原气进行热量交换，还原乏气的温度降至200-500℃；

或，从余热锅炉出口排出的还原乏气温度为100-300℃；

或，通过燃烧部分还原乏气将循环还原气温度提升至800-1300℃。