一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114959153A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210673903.0(22)申请日2022.06.14(71)申请人中冶赛迪工程技术股份有限公司地址400013重庆市渝中区双钢路1号(72)发明人何学坤吴开基李佳楣张涛郑军翟晓波蒋历俊(74)专利代理机构上海光华专利事务所(普通合伙)31219专利代理师张博(51)Int.Cl.C21B13/02(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图1页(54)发明名称一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺(57)摘要本发明提供一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，包括：竖炉顶部排出的炉顶煤气经脱碳分离出副产CO2气体以及富含H2和CO的脱碳气，副产CO2气体与补充氢气混合生成混合气；混合气经逆水煤气变换反应后，生成合成气；合成气与脱碳气混合，生成竖炉循环气；竖炉循环气与补充氢气和补充化石类含碳气体混合后，生成竖炉还原气，并经升温后通入竖炉以生产直接还原铁。本发明利用炉顶煤气中分离的CO2与补充氢气结合的逆水煤气变换反应生成还原气体来生产直接还原铁，主要补充的原料是“绿氢”及少量化石类含碳气体，实现了竖炉流程系统中碳素的变换及循环利用，无碳氧化物直接排放，更为绿色低碳，满足节能和低碳排放的要求。CN114959153ACN114959153A权利要求书1/2页1.一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于，包括以下步骤：竖炉顶部排出的炉顶煤气经脱碳分离后，分离出副产CO2气体以及富含H2和CO的脱碳气；所述副产CO2气体与补充氢气混合后生成混合气；所述混合气经加热、逆水煤气变换反应、换热后生成合成气；所述合成气与所述脱碳气混合后生成竖炉循环气；所述竖炉循环气与补充氢气和补充化石类含碳气体混合后形成竖炉还原气，并经升温后通入竖炉以生产直接还原铁；竖炉生产的直接还原铁从竖炉底部排出，竖炉顶部排出的炉顶煤气重复循环上述步骤。2.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述合成气的主要成分包括H2、CO、CO2和H2O。3.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述竖炉顶部排出的炉顶煤气经脱碳分离的步骤之前，还包括将所述炉顶煤气依次经干法除尘、换热冷却和热能循环、加压处理的步骤。4.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：分离出的所述副产CO2气体中，CO2的体积占比＞95％，CO2的压力为0.05MPa～0.9MPa，CO2的温度为30℃～40℃。5.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述副产CO2气体与补充氢气混合的步骤之前，还包括将所述副产CO2气体依次经加压、降温和脱水处理的步骤。6.根据权利要求5所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述副产CO2气体经加压后的压力≥1.0MPa。7.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述副产CO2气体与补充氢气按照设定比例混合，所述补充氢气与副产CO2气体的摩尔比例≥3.0，所述补充氢气的压力≥1.0MPa，所述补充氢气的纯度＞95％。8.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述逆水煤气变换反应的主要化学反应为H2+CO2→CO+H2O。9.根据权利要求1或8所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述逆水煤气变换反应的温度要求为200℃～900℃，所述逆水煤气变换反应中CO2的总转化率＞50％。10.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述合成气与所述脱碳气混合的步骤之前，还包括将所述合成气依次经换热、冷却、脱除游离水的步骤。11.根据权利要求10所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述合成气经换热、冷却后的温度为30℃～40℃，处理后生成的水以游离水形态脱出并回用。12.根据权利要求10所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：所述合成气依次经换热、冷却、脱除游离水后，H2体积占比为60％～80％，CO体积占比为15％～35％，H2O体积占比为0.4％～0.6％，残存的CO2体积占比为5.0％～15.0％。2CN114959153A权利要求书2/2页13.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其特征在于：分离出的所述脱碳气中，H2体积占比为70％～90％，CO体积占比为8.0％～25％，H2O体积占比为0.5％～1.0％，残存的CO2体积占比为0.1％～0.5％，N2体积占比为0.1％‑2.0％，所述脱碳气的温度为30℃～40℃。14.根据权利要求1所述的一种富氢竖炉生产直接还原铁的工艺，其