一种生物质还原炼铁的系统及方法与流程

本申请涉及钢铁冶炼，尤其涉及一种生物质还原炼铁的系统及方法。

背景技术：

1、目前国内高端特钢的产量占比不高，而作为冶炼优质钢的最佳原料，还原铁的工业化、产业化程度会直接制约着国内高端钢材的生产规模。但是目前国内还原铁产量仅为数十万吨，因此高端钢材的冶炼成效甚微，目前制约国内直接还原铁的因素主要有：1.铁精粉品质低；2.还原气源难以保证；3.原料保护策略限制增铁增钢。

2、目前还原铁制备技术是直接还原铁生产工艺，例如气基竖炉直接还原技术，但是目前由于原料及还原气的气源问题，该还原技术至今未实现大规模工业化生产。同时目前国内钢铁联合企业大部分采用传统的高炉-转炉长流程来生产还原铁，普遍存在高污染、高能耗等问题，这与聚焦能源革命中实现节能减排的目标相悖。而直接还原铁的废钢-电炉短流程是世界公认的钢铁行业节能减排、减少碳排放、提高品质的发展方向之一。因此发展直接还原铁的废钢-电炉生产方式即可满足钢铁行业绿色发展的需要，还能突破产品结构中优质钢、洁净钢的质和量难以保障的困局。

3、目前废钢-电炉短流程主要以气基竖炉工艺为主，但是气基竖炉主要以天然气为气源，然而国内的天然气资源条件决定了以天然气为气源的可能性极小，因此短流程中还原气源的问题成了制约气基竖炉直接还原技术的关键性因素。虽然针对直接还原技术探索出了煤制气、焦炉煤气-气基竖炉直接还原技术，且也取得了一定的成果，但是两种工艺技术均存在其局限性：虽然目前煤制气的竖炉法是缺乏天然气资源和需要废钢的地区开发和研究的重要方向，但由于煤气化工艺存在煤气纯度缺陷和基建费用高的特点，并未取得成功应用；将焦炉煤气重整制还原气并用于直接还原铁的生产，虽然具有一定的经济效益与环境效益，但是该技术仅适用于副产大量焦炉煤气的大型焦化或钢铁联合企业，而且对焦炉煤气的洁净度要求极高。

技术实现思路

1、本申请提供了一种生物质还原炼铁的系统及方法，以解决现有技术中目前采用废钢-电炉短流程直接还原铁所存在的对焦炉煤气的洁净度要求高的同时成本高的技术问题。

2、第一方面，本申请提供了一种生物质还原炼铁的系统，所述系统包括：

3、直接还原部，包括直接还原竖炉和熔炼炉，所述直接还原竖炉的出料口连通所述熔炼炉；

4、还原气处理部，包括高温换热器和生物质气化装置，所述高温换热器的煤气进气口连通所述熔炼炉的煤气出口，所述高温换热器的煤气出口连通所述直接还原竖炉的还原气口，所述高温换热器的煤气出口连通所述生物质气化装置的一个进气口，所述生物质气化装置的另一个进气口连通所述直接还原竖炉的出气口；

5、后处理部，包括煤气净化器和加压机，所述煤气净化器的进料口连通所述生物质气化装置的出气口，所述煤气净化器的煤气出口连通所述加压机的进气口，所述加压机的出气口连通所述高温换热器的煤气进口。

6、可选的，所述生物质气化装置包括容纳槽，以容纳生物质碳；所述容纳槽在所述生物质气化装置的内壁上滑动。

7、可选的，所述生物质气化装置包括第一进气口、第二进气口和出气口，所述第一进气口与所述高温换热器的煤气出口连通，所述第二进气口与所述直接还原竖炉的气体出口连通，所述出气口连通所述煤气净化器的进气口。

8、可选的，所述高温换热器包括高温粗煤气进口、低温粗煤气出口、低温净煤气进口和高温净煤气出口，所述高温粗煤气进口与所述熔炼炉的煤气出口连通，所述低温粗煤气出口与所述生物质气化装置的第一进气口连通，所述低温净煤气进口与所述加压机的出气口连通，所述高温净煤气出口与所述直接还原竖炉的还原气进气口连通。

9、第二方面，本申请提供了一种生物质还原炼铁的方法，所述方法适配第一方面所述的系统所述方法包括：

10、采用还原气对含铁团块进行还原，得到直接还原球团；

11、对所述直接还原球团进行还原熔炼反应，分别得到还原铁水和高温粗煤气；

12、对所述高温粗煤气进行换热，得到低温粗煤气；

13、采用生物质炭对所述低温粗煤气进行富化，得到富化煤气；

14、对所述富化煤气进行净化除尘，后进行加压换热升温，得到还原气。

15、可选的，所述还原气的温度为850℃～1150℃，所述还原气的压力为0.15mpa～0.80mpa。

16、可选的，所述直接还原球团的温度为650℃～900℃，所述直接还原球团的金属化率≥85％，所述直接还原球团的碳含量为1％～5％。

17、可选的，所述还原熔炼反应的温度为1350℃～1500℃，所述还原熔炼反应的压力为0.01mpa～0.10mpa；和/或，

18、所述高温粗煤气的温度为1400℃～1500℃，所述高温粗煤气的一氧化碳含量为15％～40％，所述高温粗煤气的二氧化碳含量为50％～80％。

19、可选的，所述低温粗煤气的温度为800℃～1000℃。

20、可选的，所述富化煤气的温度为150℃～300℃，所述富化煤气的一氧化碳含量为70％～85％，所述富化煤气的二氧化碳含量为5％～15％，所述富化煤气的氢气含量为5％～20％。

21、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

22、本申请实施例提供的一种生物质还原炼铁的系统，基于传统废钢-电炉短流程中所用的焦炉煤气-气基竖炉，利用包括直接还原竖炉和熔炼炉的直接还原部，再包括高温换热器和生物质气化装置的还原气处理部，再包括煤气净化器和加压机的后处理部，通过高温换热器使得熔炼炉中还原熔炼反应所产生的高温粗煤气温度降低，从而方便生物质气化装置中的生物质炭和换热后的低温粗煤气中的二氧化碳发生反应生成一氧化碳，同时生物质炭的碳氢化合物被分解成氢气和一氧化碳，以实现低温粗煤气的富化，最后通过煤气净化器和加压机将富化煤气转化为还原气，同时采用高温换热器所交换出的热量加热还原气，以使还原气符合直接还原竖炉的温度要求，并最终提高还原气的纯度；由于整体系统仅仅引入了生物质气化装置、高温换热器、煤气净化器和加压机，整体系统基建成本低，同时引入的生物质气化装置可以富化煤气并配合煤气净化器可以得到大量纯净的还原气，因此该系统还可以有效的利用生物质炭的碳中性特征和负碳排放作用，促进传统高耗能炼铁向低碳化、绿色可持续转变。

技术特征：

1.一种生物质还原炼铁的系统，其特征在于，所述系统包括：所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生物质气化装置(4)包括容纳槽(41)，以容纳生物质碳；所述容纳槽(41)在所述生物质气化装置(4)的内壁上滑动。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生物质气化装置(4)包括第一进气口(42)、第二进气口(43)和出气口(44)，所述第一进气口(42)与所述高温换热器(3)的煤气出口连通，所述第二进气口(43)与所述直接还原竖炉(1)的气体出口连通，所述出气口(44)连通所述煤气净化器(5)的进气口。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述高温换热器(3)包括高温粗煤气进口(31)、低温粗煤气出口(32)、低温净煤气进口(33)和高温净煤气出口(34)，所述高温粗煤气进口(31)与所述熔炼炉(2)的煤气出口连通，所述低温粗煤气出口(32)与所述生物质气化装置(4)的第一进气口(42)连通，所述低温净煤气进口(33)与所述加压机(6)的出气口连通，所述高温净煤气出口(34)与所述直接还原竖炉(1)的还原气进气口连通。

5.一种生物质还原炼铁的方法，其特征在于，所述方法适配如权利要求1-4任一项所述的系统，所述方法包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述还原气的温度为850℃～1150℃，所述还原气的压力为0.15mpa～0.80mpa。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述直接还原球团的温度为650℃～900℃，所述直接还原球团的金属化率≥85％，所述直接还原球团的碳含量为1％～5％。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述还原熔炼反应的温度为1350℃～1500℃，所述还原熔炼反应的压力为0.01mpa～0.10mpa；和/或，

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述低温粗煤气的温度为800℃～1000℃。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述富化煤气的温度为150℃～300℃，所述富化煤气的一氧化碳含量为70％～85％，所述富化煤气的二氧化碳含量为5％～15％，所述富化煤气的氢气含量为5％～20％。

技术总结
本申请涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种生物质还原炼铁的系统及方法；所述系统包括：直接还原部，包括直接还原竖炉和熔炼炉；还原气处理部，包括高温换热器和生物质气化装置，高温换热器的高温粗煤气进口连通熔炼炉的煤气出口，高温换热器的高温净煤气出口连通直接还原竖炉的还原气进气环管，高温换热器的低温粗煤气出口连通生物质气化装置第一进气口，生物质气化装置的第二进气口连通直接还原竖炉的气体出口；后处理部，包括煤气净化器和加压机，煤气净化器的进料口连通生物质气化装置的出料口，煤气净化器的出气口连通加压机的进气口，加压机的出气口连通高温换热器的低温净煤气进口；整体系统基建成本低，同时可以得到大量纯净的还原气，并促进传统高耗能炼铁向低碳化、绿色可持续转变。

技术研发人员：闫方兴,张福明,章启夫,侯健,毛庆武
受保护的技术使用者：北京首钢国际工程技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23