颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113373273A(43)申请公布日2021.09.10(21)申请号202110674010.3(22)申请日2021.06.17(71)申请人北京金博威科技有限公司地址100000北京市海淀区中关村北二条13号25幢平房102房间(72)发明人魏小波靳辉(74)专利代理机构北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙)11463代理人刘桐亚(51)Int.Cl.C21B13/00(2006.01)C21B13/08(2006.01)C01B3/34(2006.01)C01B3/12(2006.01)权利要求书2页说明书14页附图6页(54)发明名称颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用(57)摘要本发明提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用，涉及冶炼技术领域。该气基还原方法不需要纯氧、也不需要高热值燃气，以天然气为原料，将压缩天然气通过脱硫、水蒸汽重整、变换反应、第一脱水处理和第一脱CO2处理转化为富氢气体，再将富氢气体预热与特定粒径及特定预热温度下的颗粒状铁矿石逆流接触使进行还原反应，制得颗粒直接还原铁；由于颗粒状铁矿石的颗粒尺寸较小，在相同温度下的还原反应速度快于传统的球团矿，且无需引入其它粘结剂和烧结过程，大大降低污染，同时将特定预热温度下的颗粒状铁矿石与富氢气体直接进行还原反应，利用颗粒状铁矿石与富氢气体本身的热量实现低温下还原反应的进行。CN113373273ACN113373273A权利要求书1/2页1.一种颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将压缩天然气脱硫后与水蒸汽混合，使进行重整反应，得到粗合成气；将粗合成气进行变换反应，得到变换气；将变换气进行第一脱水处理和第一脱CO2处理，得到富氢气体；(b)富氢气体经预热后与预热后的颗粒状铁矿石逆流接触，使进行还原反应，得到颗粒直接还原铁；其中，所述颗粒状铁矿石的平均粒径为0.015‑4.00mm，预热后的颗粒状铁矿石的温度为500‑750℃，预热后的富氢气体的温度为450‑650℃，富氢气体的平均流速小于颗粒状铁矿石的最小流化速度。2.根据权利要求1所述的颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，步骤(a)中，压缩天然气的压力为1.5‑3.0MPa；优选的，天然气预热至200‑400℃后进行脱硫，脱硫后天然气中硫的质量分数不高于0.1ppm；优选的，压缩天然气与水蒸汽的体积比为(2.5‑3.6)：1；优选的，天然气与水蒸汽混合后预热至450‑600℃后进行重整反应，重整反应的温度为800‑900℃；优选的，以体积百分数为100％计，粗合成气中的干气组成包括：H255‑75％，CO10‑20％，CO210‑20％和CH41‑3％；优选的，变换反应的温度为200‑400℃；优选的，以体积百分数为100％计，富氢气体的干气组成包括：H285‑99％，CO0‑10％，CO20‑1％和CH41‑10％。3.根据权利要求1或2所述的颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，步骤(b)中，所述富氢气体中的还原气体与颗粒状铁矿石的流量比为500‑2000Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石；优选的，还原反应的压力为0.05‑3.00MPa；优选的，还原反应的时间为1‑15h。4.根据权利要求1或2所述的颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，步骤(b)中，还包括将还原反应过程中产生的还原尾气进行第二脱水处理得到净化后尾气的步骤；优选的，至少部分净化后尾气与经第一脱水处理后的变换气混合以进行回用；或，至少部分净化后尾气与经第一脱CO2处理后的富氢气体混合以进行回用；优选的，至少部分净化后尾气与燃料气以及含氧气体混合作为燃料使用，燃料燃烧产生的热量可用于预热颗粒状铁矿石。5.根据权利要求1或2所述的颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，步骤(b)中，还包括将还原反应过程中产生的还原尾气进行第二脱CO2处理，再进行第二脱水处理得到净化后尾气的步骤；优选的，所述第二脱CO2处理中所采用的脱碳剂包括氧化钙；优选的，氧化钙经过第二脱CO2处理后得到碳酸钙，碳酸钙于650‑950℃进行再生，再生得到的氧化钙可作为脱碳剂回用。6.一种颗粒状铁矿石的气基还原系统，其特征在于，采用权利要求1‑5任意一项所述颗2CN113373273A权利要求书2/2页粒状铁矿石的气基还原方法进行颗粒直接还原铁的生产；所述颗粒状铁矿石的气基还原系统包括脱硫装置、重整装置、变换装置、第一脱水装置、第一脱CO2装置、气体预热装置、固体预热装置和还原反应装置；压缩天然气经管道输送至所述脱硫装置内，所述脱硫装置与重整装置、变换装置、第一脱水装置和第一脱CO2装置依次连接，以使压缩天然气转化为富氢气体；富氢气体