一种利用焦炉煤气生产直接还原铁的竖炉工艺方法

技术领域

本发明属于非高炉炼铁技术领域，特别涉及一种利用焦炉煤气生产直接还原铁的竖炉工艺方法。

背景技术

直接还原铁工艺是钢铁生产短流程，即海绵铁(DRI)—电炉流程的重要环节。是实现冶金行业双碳目标，钢铁行业产业升级，节能减排，可持续发展的重要方向和途径。目前成熟的直接还原铁工艺有竖炉法、流化床法、回转窑法等，其中竖炉法为主要生产工艺，约占世界直接还原铁产量的80％以上，典型生产工艺是Midrex法和HYL/Energiron法，竖炉生产直接还原铁大多采用天然气为原料气，经催化裂解后制取高温还原性气体用于含铁炉料的还原反应。我国天然气资源短缺，不适合使用天然气，所以发展焦炉煤气、热解煤气等作为原料气的竖炉生产工艺是我国直接还原铁生产技术的发展方向。对于焦炉煤气生产直接还原铁，国外只有HYL公司提出利用焦炉煤气进入竖炉(炉内压力>0.6MPa)的HYL-ZR工艺流程，对于焦炉煤气的使用，Hyl-ZR工艺有如下的工艺流程，进一步脱除焦油后的COG从竖炉底部通入，在竖炉冷却段利用热DRI的高温使COG中的BTX(苯、甲苯、二甲苯)、萘、酚、重烃等杂质分解，净化好的COG从竖炉出来，经除尘回到工艺气体管路中。此方法，原料气中COG的比例仅能使用30％以下。净化后的COG与其它气体(天然气或氢气)组成的原料气加湿后进入煤气加热炉加热到950-970℃，再在热煤气管路通入氧气升温到1060-1080℃进入竖炉还原。竖炉炉顶煤气采用余热回收，湿法除尘并脱水，再加压(1.0-1.1MPa)脱CO

现有技术中，利用焦炉煤气生产海绵铁的方法及设备(CN200510012823.7)其方法是用加热炉将焦炉煤气加热至950℃作为还原剂,送入竖炉中对球团矿或富铁矿进行还原,还原后的炉顶气从竖炉上部导出,进行净化和降温,净化和降温后的炉顶气一部分送到加热炉燃烧后加热焦炉煤气,另一部分在加热炉前掺入焦炉煤气中,使炉顶气中的CO

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用焦炉煤气生产直接还原铁的竖炉工艺方法，该方法为新的直接还原铁生产工艺，可以全部使用COG作为原料气，而且尾气不需要脱水脱碳，使工艺流程简化。

本发明的技术方案：

本发明提出的技术方案如下：

一种利用焦炉煤气生产直接还原铁的竖炉工艺方法，步骤为：精制后的COG分为两路，COGⅠ和COGⅡ。COGⅠ通入到红焦加热炉进行换热使温度达到700-900℃，再通入到或与一定比例水蒸气混合后通入到净化炉进行杂质裂解净化，净化后的COG进入还原气混合器。COGⅡ通入到还原竖炉下部的冷却段冷却直接还原铁DRI并进行杂质裂解净化，净化后的COG进入还原气混合器。还原气混合器中净化后的COG通入到还原气加热炉加热至850-950℃，再在热煤气管路通入氧气升温到1000-1100℃进入还原竖炉去还原氧化球团。还原后的尾气由还原竖炉顶部排出经过高温除尘后分为两路，还原尾气Ⅰ和还原尾气Ⅱ，还原尾气Ⅰ与COGⅠ混合后通入到红焦加热炉，还原尾气中的H

本文所述的COG部分成分的体积百分比组成范围大致如下，氢气40-70％、甲烷10-40％、一氧化碳0-15％、二氧化碳0-10％、氮气0-10％、C

本文所述的精制后的COG分为两路，COGⅠ和COGⅡ，其中COGⅠ占总COG体积比例为60-90％，COGⅡ占总COG体积比例为10-40％。

本文所述的红焦加热炉其中的红焦指煤经过炭化后从焦炉推出没有经过熄焦的焦炭，温度在950-1050℃；红焦加热炉是一种竖炉，红焦从竖炉上部加入，竖炉底部可通入氧气或空气，COG由加热炉底部通入，顶部出来；其中红焦加热炉为2套，一套用于加热COG，一套用于蓄热，当用于加热的加热炉出口COG温度小于650-750℃时将该炉转为蓄热状态，COG通入另一加热炉中进行换热。蓄热的加热炉由底部通入一定量的氧气或空气，使红焦部分燃烧升温，当加热炉温度达到1100-1200℃停止蓄热状态，即可加热COG。

本文所述的净化炉是一种竖炉，内部装有预还原球团，COG由净化炉底部通入，顶部出来；其中预还原球团的金属化率要求为75-95％。

本文所述的COGⅠ通入到红焦加热炉进行换热使温度达到700-900℃，再通入到或与一定比例水蒸气混合后通入到净化炉进行杂质裂解净化，一定比例的水蒸气指水蒸气/焦炉煤气＝0.01-0.2。

本文所述的还原气混合器是一气罐用于COGⅠ和COGⅡ的混合。

本文所述的还原气加热炉是一种管式加热器，管外使用还原尾气Ⅱ燃烧供管内COG加热，换热后的COG温度在850-950℃。

本文所述的煤气管路氧气加热单元通过通入部分氧气将COG再加热到1000-1100℃。

本文所述的还原竖炉中装有氧化球团，要求氧化球团TFe≧60％，还原竖炉压力为0.6-1.0MPa，其中COGⅡ由还原竖炉冷却段下部通入，与冷却段的直接还原铁进行换热并净化杂质，然后由冷却段上部排出。

本文所述的还原竖炉顶部排出的还原尾气分为两路，还原尾气Ⅰ和还原尾气Ⅱ，其中还原尾气Ⅰ占总还原尾气体积比例为10-80％，其中还原尾气Ⅱ占总还原尾气体积比例为20-90％。

本文所述的高温除尘系统指袋式除尘设备或陶瓷除尘设备。

本文所述的由还原竖炉排出的直接还原铁DRI的金属化率为80-95％。

本发明有益效果

本发明方法的有益效果是可以全部使用COG进行直接还原铁生产，不会出现COG加热积碳问题；还原竖炉尾气不需要脱水脱碳；合理使用了直接还原铁和红焦的显热；工艺流程简单，投资小，能耗低。

附图说明

图1：一种利用焦炉煤气生产直接还原铁的竖炉工艺流程图。

其中：1、红焦加热炉；2、净化炉；3、还原气混合器；4、还原气加热炉；5、煤气管路氧气加热单元；6、还原竖炉；7、高温除尘单元。

具体实施方式

实施例1

钢铁厂精制后COG组成如下：氢气60％、甲烷21％、一氧化碳6％、二氧化碳4％、氮气5％、C

实施例2

钢铁厂精制后COG组成如下：氢气45％、甲烷30％、一氧化碳15％、二氧化碳3％、氮气2％、C

实施例3

钢铁厂精制后COG组成如下：氢气50％、甲烷25％、一氧化碳9％、二氧化碳6％、氮气5％、C

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。