本實用新型屬于直接還原煉鐵技術領域，具體涉及一種利用氣基豎爐制備直接還原鐵的系統(tǒng)。
背景技術：
直接還原鐵(DRI)又稱海綿鐵，是鐵礦石在低于熔化溫度下直接還原得到的含鐵產(chǎn)品。海綿鐵是一種廢鋼的代用品，是電爐煉純凈鋼、優(yōu)質(zhì)鋼不可缺少的雜質(zhì)稀釋劑，是轉(zhuǎn)爐煉鋼優(yōu)質(zhì)的冷卻劑，是發(fā)展鋼鐵冶金短流程不可或缺的原料。2014年，全世界直接還原鐵的年產(chǎn)量達7450萬噸，創(chuàng)歷史新高。我國將直接還原工藝列為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的主要方向之一。
生產(chǎn)直接還原鐵的工藝稱為直接還原法，屬于非高爐煉鐵工藝，分為氣基法和煤基法兩大類。其中，76％的直接還原鐵是通過氣基法生產(chǎn)的。氣基法采用還原氣(其主要成分為CO和H2)還原鐵礦石，制備直接還原鐵。目前，還原氣主要以天然氣為原料制得，其制備成本很高。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供了一種利用氣基豎爐制備直接還原鐵的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
氣基豎爐，具有氧化物料入口、高溫還原氣入口、第一CO2入口、爐頂氣出口和直接還原鐵出口；
洗滌器，具有爐頂氣入口和凈爐頂氣出口，所述爐頂氣入口與所述氣基豎爐的爐頂氣出口相連；
壓縮機，具有凈爐頂氣入口和壓縮爐頂氣出口，所述凈爐頂氣入口與所述洗滌器的凈爐頂氣出口相連；
除氮裝置，具有壓縮爐頂氣入口、凈化氣出口和富氮氣出口，所述壓縮爐頂氣入口與所述壓縮機的壓縮爐頂氣出口相連；
換熱器，具有凈化氣入口、H2入口、高溫逆變換氣體入口、預熱混合氣體出口和低溫逆變換氣體出口，所述凈化氣入口與所述除氮裝置的凈化氣出口相連；
逆變換爐，具有預熱混合氣體入口和高溫逆變換氣體出口，所述預熱混合氣體入口與所述換熱器的預熱混合氣體出口相連，所述高溫逆變換氣體出口與所述換熱器的高溫逆變換氣體入口相連；
間冷器，具有低溫逆變換氣體入口、還原氣出口和冷凝水出口，所述低溫逆變換氣體入口與所述換熱器的低溫逆變換氣體出口相連；
加熱爐，具有還原氣入口和高溫還原氣出口，所述還原氣入口與所述間冷器的還原氣出口相連，所述高溫還原氣出口與所述氣基豎爐的高溫還原氣入口相連。
進一步地，所述換熱器還具有第二CO2入口。
本實用新型采用爐頂氣作為原料，制備氣基豎爐用還原氣，提高了爐頂氣的利用價值，降低了還原氣的制備成本，且減少了對環(huán)境的污染。
其次，本實用新型采用逆變換爐制備還原氣，所用的逆變換爐只需裝填廉價催化劑即可獲得高品質(zhì)的還原氣，既減少了投資，又降低了能耗。
進一步地，本實用新型制得的直接還原鐵的金屬化率高于90％。
此外，本實用新型的氣基豎爐采用CO2進行動態(tài)密封，不僅能起到良好的密封作用，同時降低了爐頂氣中N2的富集，因此可提高爐頂氣的循環(huán)利用率，且泄漏進爐頂氣中的CO2可作為后續(xù)逆變換工序的反應原料。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例中的一種利用氣基豎爐制備直接還原鐵的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案以及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。
如圖1所示，本實用新型提供的利用氣基豎爐制備直接還原鐵的系統(tǒng)包括：氣基豎爐1、洗滌器2、壓縮機3、除氮裝置4、換熱器5、逆變換爐6、間冷器7和加熱爐8。
氣基豎爐1具有氧化物料入口、高溫還原氣入口、第一CO2入口、爐頂氣出口和直接還原鐵出口。
洗滌器2具有爐頂氣入口和凈爐頂氣出口，爐頂氣入口與氣基豎爐1的爐頂氣出口相連。
壓縮機3具有凈爐頂氣入口和壓縮爐頂氣出口，凈爐頂氣入口與洗滌器2的凈爐頂氣出口相連。
除氮裝置4具有壓縮爐頂氣入口、凈化氣出口和富氮氣出口，壓縮爐頂氣入口與壓縮機3的壓縮爐頂氣出口相連。
換熱器5具有凈化氣入口、第二CO2入口、H2入口、高溫逆變換氣體入口、預熱混合氣體出口和低溫逆變換氣體出口，凈化氣入口與除氮裝置4的凈化氣出口相連。
逆變換爐6具有預熱混合氣體入口和高溫逆變換氣體出口，預熱混合氣體入口與換熱器5的預熱混合氣體出口相連，高溫逆變換氣體出口與換熱器5的高溫逆變換氣體入口相連。
間冷器7具有低溫逆變換氣體入口、還原氣出口和冷凝水出口，低溫逆變換氣體入口與換熱器5的低溫逆變換氣體出口相連。
加熱爐8具有還原氣入口和高溫還原氣出口，還原氣入口與間冷器7的還原氣出口相連，高溫還原氣出口與氣基豎爐1的高溫還原氣入口相連。
換熱器5設置第二CO2入口的目的是為了往系統(tǒng)中加入新的CO2，以制備更多的CO。顯而易見的，換熱器5也可以不設第二CO2入口，此時，制備還原氣的CO2可全是從除氮裝置4排出的凈化氣。
本實用新型采用爐頂氣作為原料，制備氣基豎爐用還原氣，提高了爐頂氣的利用價值，降低了還原氣的制備成本，且減少了對環(huán)境的污染。
其次，本實用新型采用逆變換爐制備還原氣，所用的逆變換爐只需裝填廉價催化劑即可獲得高品質(zhì)的還原氣，既減少了投資，又降低了能耗。
進一步地，本實用新型制得的直接還原鐵的金屬化率高于90％。
此外，本實用新型的氣基豎爐采用CO2進行動態(tài)密封，不僅能起到良好的密封作用，同時降低了爐頂氣中N2的富集，因此可提高爐頂氣的循環(huán)利用率，且泄漏進爐頂氣中的CO2可作為后續(xù)逆變換工序的反應原料。
CO2和H2在催化劑的作用下進行如下反應(本實用新型亦將其稱為逆變換反應)：
CO2+H2＝CO+H2O
本實用新型采用逆變換爐制備還原氣，所用的逆變換爐只需裝填廉價的銅基催化劑或鐵基催化劑即可獲得高品質(zhì)的還原氣。既能減少投資，又能降低能耗。本實用新型制得的還原氣的還原能力強，還原氣中CO和H2的含量高于85％，由其制得的直接還原鐵的品質(zhì)高。
爐頂氣中含有N2，為了防止N2無限制循環(huán)，本實用新型采用除氮裝置除氮。
需要說明的是，除特別指明外，本實用新型所有提及的氣體的百分含量均為體積含量，氣體的百分比均為體積百分比。
下面參考具體實施例，對本實用新型進行說明。下述實施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述實用新型內(nèi)容中所示。下述實施例所用的檢測方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測方法。
實施例1
本實施例生產(chǎn)直接還原鐵的具體過程如下：
(1)制備還原氣：
準備第一CO2、第二CO2和H2；第一CO2、第二CO2和H2的純度為95％，其余成分為N2。
將從氣基豎爐1中排出的爐頂氣送入洗滌器2中除塵、脫水，獲得凈爐頂氣。
將凈爐頂氣送入壓縮機3中進行壓縮，獲得壓縮爐頂氣。
將壓縮爐頂氣送入除氮裝置4中除氮，獲得凈化氣。凈化氣中的N2含量為5％。
將凈化氣、H2和第二CO2送入換熱器5中進行預熱，獲得預熱混合氣體。凈化氣、H2和第二CO2的體積比為75：25：0.1，獲得的預熱混合氣體的溫度為400℃。
將預熱混合氣體送入逆變換爐6中在催化劑的作用下進行反應，獲得高溫逆變換氣體。預熱混合氣體在逆變換爐6中的反應溫度為500℃，逆變換爐6所用的催化劑為銅基催化劑。
將高溫逆變換氣體送回換熱器5中與凈化氣、H2和CO2形成的混合氣體換熱，混合氣體被預熱，高溫逆變換氣體變?yōu)榈蜏啬孀儞Q氣體。
將低溫逆變換氣體送入間冷器7中冷卻，除去低溫逆變換氣體中的水蒸氣，獲得還原氣。還原氣的水蒸氣的含量為3.5％、CO2的含量為4.5％，N2的含量為6％。
(2)制備直接還原鐵
準備全鐵品位為65％的氧化球團；
將還原氣送入加熱爐8中加熱至800℃，獲得高溫還原氣。高溫還原氣中CO和H2的含量為89％，H2/CO的比值為1.3。
將高溫還原氣送入氣基豎爐1中還原上述氧化球團，制備直接還原鐵。氣基豎爐1采用第一CO2進行動態(tài)密封，第一CO2的泄入量為20標立/DRI。
制得的直接還原鐵的金屬化率為93％。
實施例2
本實施例生產(chǎn)直接還原鐵的具體過程如下：
(1)制備還原氣：
準備第一CO2和H2；第一CO2和H2的純度為99％，其余成分為N2。
將從氣基豎爐1中排出的爐頂氣送入洗滌器2中除塵、脫水，獲得凈爐頂氣。
將凈爐頂氣送入壓縮機3中進行壓縮，獲得壓縮爐頂氣。
將壓縮爐頂氣送入除氮裝置4中除氮，獲得凈化氣。凈化氣中的N2含量為4.5％。
將凈化氣、H2和CO2送入換熱器5中進行預熱，獲得預熱混合氣體。凈化氣和H2的體積比為60：40，獲得的預熱混合氣體的溫度為650℃。
將預熱混合氣體送入逆變換爐6中在催化劑的作用下進行反應，獲得高溫逆變換氣體。預熱混合氣體在逆變換爐6中的反應溫度為700℃，逆變換爐6所用的催化劑為鐵基催化劑。
將高溫逆變換氣體送回換熱器5中與凈化氣和H2形成的混合氣體換熱，混合氣體被預熱，高溫逆變換氣體變?yōu)榈蜏啬孀儞Q氣體。
將低溫逆變換氣體送入間冷器7中冷卻，除去低溫逆變換氣體中的水蒸氣，獲得還原氣。還原氣的水蒸氣的含量為1.7％、CO2的含量為2.5％，N2的含量為5％。
(2)制備直接還原鐵
準備全鐵品位為65％的氧化球團；
將還原氣送入加熱爐8中加熱至1000℃，獲得高溫還原氣。高溫還原氣中CO和H2的含量為91％，H2/CO的比值為1.5。
將高溫還原氣送入氣基豎爐1中還原上述氧化球團，制備直接還原鐵。氣基豎爐1采用第一CO2進行動態(tài)密封，第一CO2的泄入量為10標立/DRI。
制得的直接還原鐵的金屬化率為95％。
實施例3
本實施例生產(chǎn)直接還原鐵的具體過程如下：
(1)制備還原氣：
準備第一CO2、第二CO2和H2；第一CO2、第二CO2和H2的純度為99.5％，其余成分為N2。
將從氣基豎爐1中排出的爐頂氣送入洗滌器2中除塵、脫水，獲得凈爐頂氣。
將凈爐頂氣送入壓縮機3中進行壓縮，獲得壓縮爐頂氣。
將壓縮爐頂氣送入除氮裝置4中除氮，獲得凈化氣。凈化氣中的N2含量為4％。
將凈化氣、H2和CO2送入換熱器5中進行預熱，獲得預熱混合氣體。凈化氣、H2和第二CO2的體積比為50：40：10，獲得的預熱混合氣體的溫度為500℃。
將預熱混合氣體送入逆變換爐6中在催化劑的作用下進行反應，獲得高溫逆變換氣體。預熱混合氣體在逆變換爐6中的反應溫度為600℃，逆變換爐6所用的催化劑為銅基催化劑。
將高溫逆變換氣體送回換熱器5中與凈化氣、H2和第二CO2形成的混合氣體換熱，混合氣體被預熱，高溫逆變換氣體變?yōu)榈蜏啬孀儞Q氣體。
將低溫逆變換氣體送入間冷器7中冷卻，除去低溫逆變換氣體中的水蒸氣，獲得還原氣。還原氣的水蒸氣的含量為1.5％、CO2的含量為2％，N2的含量為5.5％。
(2)制備直接還原鐵
準備全鐵品位為62％的氧化球團；
將還原氣送入加熱爐8加熱至900℃，獲得高溫還原氣。高溫還原氣中CO和H2的含量為89％，H2/CO的比值為1.6。
將高溫還原氣送入氣基豎爐1中還原上述氧化球團，制備直接還原鐵。氣基豎爐1采用第一CO2進行動態(tài)密封，第一CO2的泄入量為15標立/DRI。
制得的直接還原鐵的金屬化率為92％。
綜上，本實用新型采用爐頂氣作為原料，制備氣基豎爐用還原氣，提高了爐頂氣的利用價值，降低了還原氣的制備成本，且減少了對環(huán)境的污染。
其次，本實用新型采用逆變換爐制備還原氣，所用的逆變換爐只需裝填廉價催化劑即可獲得高品質(zhì)的還原氣，既減少了投資，又降低了能耗。
進一步地，本實用新型制得的直接還原鐵的金屬化率高于90％。
此外，本實用新型的氣基豎爐采用CO2進行動態(tài)密封，不僅能起到良好的密封作用，同時降低了爐頂氣中N2的富集，因此可提高爐頂氣的循環(huán)利用率，且泄漏進爐頂氣中的CO2可作為后續(xù)逆變換工序的反應原料。
顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。