一種用于褐煤氣化制還原氣的裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于褐煤氣化制還原氣的裝置及方法，屬于冶金技術領域。
【背景技術】
[0002] 直接還原煉鐵是使用煤、氣體或液體燃料為能源和還原劑，在鐵礦石軟化溫度以 下，不熔化即將鐵礦石中氧化鐵還原獲得固態直接還原鐵的工藝，該工藝不使用焦炭，不用 燒結礦，具有優質、低耗、低污染的特點。其中，豎爐氣井直接還原煉鐵技術是近二十年發展 起來的一種新興非高爐煉鐵技術，其依賴于優質的天然氣資源和高品位的礦石資源，近幾 年在國外得到很好的應用發展，但在我國一直未得到較好的發展和應用，這主要受制于國 內缺乏廉價的天然氣資源和高品位、優質塊礦。結合我國富煤、貧油、少氣的資源條件及鋼 鐵產業發展現狀，開發以煤制氣結合豎爐直接還原煉鐵技術是適合我國發展新型煉鐵技術 的重要方向。
[0003] -般而言，豎爐直接還原煉鐵對還原氣的要求是，氏與CO的總體積分數大于90%，唞屮)>(<：0)為L 0-4. 0。現有的煤氣化工藝均不能直接提供滿足要求的氣體組分，需 要轉換裝置來調節氣體組分，且普遍存在氣化爐壓力高，對原料要求苛刻、制氣成本高、能 耗高等不足。因此，開發適合直接還原煉鐵工藝要求的新型氣化工藝是非常必要的。以我 國相對豐富、成本低廉的褐煤作為原料，采用新型氣化工藝生產還原氣，可大幅降低直接還 原鐵成本，是極具競爭力的技術路線。
[0004] 與尚階煤比，褐煤具有氧含量尚，富含喊金屬、喊土金屬，揮發分尚等特點，在熱解 和氣化時的反應特性不同。褐煤在氣化時，產生的活性較高的揮發分與產生的焦顆粒發生 相互作用，這種作用將對氣化過程產生一定的不利影響。
【發明內容】
[0005] 為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種用于褐煤氣化制還原氣的裝 置。
[0006] 本發明的目的還在于提供一種使用上述用于褐煤氣化制還原氣裝置的褐煤氣化 制還原氣的方法。
[0007] 為達上述目的，本發明提供了一種用于褐煤氣化制還原氣裝置，其包括：氣化重整 爐、熱解/部分氣化爐、高溫旋風分離器及半焦儲罐；其中：
[0008] 所述氣化重整爐自上至下分為氣體轉換反應區、重整反應區及完全氣化反應區，
[0009] 所述完全氣化反應區下部自上至下設有半焦返料口、氣化劑入口及灰渣出口；所 述氣化劑入口對稱設置于完全氣化反應區下部；所述完全氣化反應區與重整反應區之間對 稱設有揮發物入口；
[0010] 所述重整反應區與氣體轉換反應區之間對稱設有催化劑入口；所述催化劑入口通 過管路與所述半焦儲罐的出口相連；
[0011] 所述氣化重整爐的頂端設有還原氣出口，該還原氣出口通過管路與所述高溫旋風 分離器的入口相連；
[0012] 所述熱解/部分氣化爐爐內設有導流筒，該導流筒將所述熱解/部分氣化爐分為 熱解/部分氣化區和半焦儲倉；熱解/部分氣化爐爐體頂端設有噴嘴，底端設有半焦出口， 爐體兩側對稱設有熱載體入口、揮發物出口；
[0013] 所述半焦出口通過管路與所述半焦儲罐的入口及氣化重整爐的半焦返料口相 連；
[0014] 所述揮發物出口通過管路與所述氣化重整爐的揮發物入口相連；
[0015] 所述熱載體入口通過管路分別與所述高溫旋風分離器的底端出口相連。
[0016] 根據本發明所述的裝置，優選地，該裝置還包括廢熱鍋爐，所述廢熱鍋爐的入口通 過管路與所述高溫旋風分離器的頂端出氣口相連。
[0017] 根據本發明所述的裝置，優選地，該裝置還包括螺旋進料器，該螺旋進料器通過管 路與所述噴嘴相連。
[0018] 根據本發明所述的裝置，優選地，所述氣化重整爐的完全氣化反應區設有氣體分 布板，該氣體分布板位于完全氣化反應區的下端，介于所述半焦返料口及氣化劑入口之間， 且該氣體分布板通過出渣管與所述灰渣出口相連。氣化過程中使用的氣化劑通過氣化劑入 口進入重整反應爐后，再經氣體分布板后與通過半焦返料口進入的半焦混合，發生完全氣 化反應，該氣體分布板的作用是可以使得氣化劑分布均勻。
[0019] 根據本發明所述的裝置，優選地，所述催化劑入口下側安裝有導流板，該導流板具 有透氣性，可以增加反應的時間。
[0020] 根據本發明所述的裝置，優選地，所述高溫旋風分離器包括第一高溫旋風分離器 和第二高溫旋風分離器，
[0021] 所述氣化重整爐的還原氣出口通過管路與所述第一高溫旋風分離器的入口相連，
[0022] 所述第一高溫旋風分離器的頂端出氣口與所述第二高溫旋風分離器的入口相連，
[0023] 所述熱載體入口通過管路分別與所述第一高溫旋風分離器、第二高溫旋風分離器 的底端出口相連。
[0024] 根據本發明所述的裝置，優選地，所述熱解/部分氣化爐爐體采用耐火磚砌筑，外 壁由不銹鋼材料制成。
[0025] 根據本發明所述的裝置，所述導流筒為本領域常規裝置，該導流筒為豎直圓筒，圓 筒下部直徑擴大，導流筒的設置有利于半焦的分離。
[0026] 本發明還提供了一種褐煤氣化制還原氣的方法，其是通過使用上述裝置實現的， 該方法包括以下步驟：
[0027] a、將褐煤、熱解/部分氣化氣化劑及熱載體混合后，在所述熱解/部分氣化爐的熱 解/部分氣化區發生不完全氣化反應，得到揮發分和半焦；所述揮發分通過揮發物入口進 入氣化重整爐的重整反應區，所述半焦一部分通過半焦返料口進入氣化重整爐的完全氣化 反應區，另一部分進入半焦儲罐；
[0028] b、進入氣化重整爐完全氣化反應區的半焦與完全氣化氣化劑混合后，在完全氣化 反應區發生完全氣化反應，得到粗煤氣；
[0029] c、所述粗煤氣、半焦、未反應的完全氣化氣化劑與進入氣化重整爐重整反應區的 揮發物在重整反應區發生重整反應，得到重整后的產物；
[0030] d、所述重整后的產物與催化劑在氣化重整爐的氣體轉換反應區發生氣體轉換反 應，得到合成氣；
[0031 ] e、所述合成氣經脫除熱載體后，得到所述還原氣。
[0032] 根據本發明所述的方法，優選地，步驟a中所述含碳原料的粒徑為IOmm以下。
[0033] 根據本發明所述的方法，優選地，以不完全氣化反應得到的半焦的總重量為100% 計，步驟a中所述通過半焦返料口進入氣化重整爐的完全氣化反應區的半焦占60%-90%。
[0034] 根據本發明所述的方法，步驟a中所述的熱解/部分氣化氣化劑包括空氣、H20、0 2。 該氣化劑為本領域常用的氣化劑，本領域技術人員還可以根據現場作業需要，在氣化劑中 添加合適的惰性氣體組分，如在本發明的步驟a中，因發生的氣化反應為不完全氣化反應， 所以本發明在步驟a中所用的熱解/部分氣化氣化劑中添加了氮氣或二氧化碳，以實現不 完全氣化反應；
[0035] 步驟a中所述熱載體與褐煤的質量比為1-12:1，熱解/部分氣化氣化劑中的 氧氣與褐煤的質量比為〇-〇. 5:1，熱解/部分氣化氣化劑中的水蒸氣與褐煤的質量比為 O-O. 6:1 〇
[0036] 根據本發明所述的方法，步驟a中，在得到揮發分和半焦的同時，少量的焦油可以 隨著揮發物進入氣化重整爐的重整反應區，進而被催化重整，可以提高氣體的質量和氣體 產率。
[0037] 根據本發明所述的方法，步驟b中所述的完全氣化氣化劑包括H2O和O2。該氣化 劑為本領域常用的氣化劑，本領域技術人員還可以根據現場作業需要，在氣化劑中添加合 適的其它氣體組分（如空氣、C02、氏等），如在本發明的步驟b中，還可以在所用的完全氣 化氣化劑中添加 CO2氣體；
[0038] 步驟b所述完全氣化氣化劑中的氧氣與半焦的質量比為0. 5-1. 0:1，完全氣化氣 化劑中的水蒸氣與半焦的質量比為〇. 3-1. 0:1。
[0039] 本發明褐煤氣化制還原氣的方法中包括的不完全氣化反應、完全氣化反應、重整 反應及氣體轉換反應所涉及的反應參數，如反應溫度、反應時間等均為本領域的公知技術 常識，本發明對上述不完全氣化反應、完全氣化反應、重整反應及氣體轉換反應所涉及的反 應溫度、反應時間均不作要求，本領域技術人員可以根據現場作業需要，選擇合理的反應溫 度及反應時間進行反應。如，在本發明的優選的實施方式中，步驟a中所述的不完全氣化反 應的溫度為600-900°C，步驟b中所述的完全氣化反應的溫度為900-1200°C。
[0040] 根據本