一种利用电石炉尾气制还原气直接还原冶金的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种利用电石炉尾气制还原气直接还原冶金的系统。
【背景技术】
[0002]气基竖炉直接还原铁技术具有短流程、单套设备产量大、节能、减少CO2排放的优势，成为我国直接还原炼铁技术的主要发展方向。目前，气基竖炉直接还原工艺中采用的气源主要有天然气、煤制气、焦炉煤气等，其中以天然气为气源的直接还原法应用最为广泛。由于我国天然气紧缺，且价格较高，以天然气为气源的直接还原法的发展受到了一定限制；煤制气工艺存在原料煤处理工作繁重、操作温度高、氧气消耗量大、设备投资较大等缺点；焦炉煤气中主要含有氢气、一氧化碳和甲烷，利用焦炉煤气作还原气源时，需提供高温条件才能实现焦炉煤气中甲烷的转化，存在能耗高、设备复杂、投资和运行费用均较高等不足之处。
[0003]密闭式电石炉尾气的主要成分是CO，体积分数70?90 %，CO和出总含量约占88 %。预计2015年国内电石需求总量约为2400万t，而每生产一吨电石一般副产400Nm3尾气，对如此大量的电石炉尾气直接排放或高空点燃，不仅造成了资源浪费，也对环境造成严重的污染。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供一种利用电石炉尾气制还原气直接还原冶金的系统，将电石炉尾气与气基竖炉直接还原工艺相结合，电石炉尾气和竖炉炉顶气混合之后经除尘、换热、除焦、脱硫、变换，将其中出/⑶比调节为适合气基竖炉直接还原工艺中所需的比例，变换之后的还原气经脱碳、加热，进入气基竖炉生产直接还原铁。
[0005]具体而言，本实用新型提供了一种利用电石炉尾气制还原气直接还原冶金的系统。所述系统包括依次顺序相连的电石炉尾气输送管道、除尘单元、换热单元降温段、除尘除焦单元、脱硫单元、气体变换单元、脱碳单元、换热单元升温段、加热单元和气基竖炉;所述气基竖炉排放的炉顶气经气体输送管道与所述除尘单元相连。
[0006]所述除尘单元排出的气体进入换热单元降温段，所述脱碳单元排出的气体进入换热单元升温段，所述换热单元降温段与换热单元升温段之间进行热量交换。
[0007]所述系统还包括燃气锅炉，产生CO变换所需要的蒸汽;所述燃气锅炉通过蒸汽管道与所述气体变换单元相连。
[0008]所述气体变换单元可以包括相连的换热器和变换炉;气体进入气体变换单元后，依次通过换热器和变换炉，从变换炉输出的气体再次通过换热器后离开气体变换单元，进入变换炉前的气体和从变换炉输出的气体在所述换热器内进行热量交换，以实现能量的充分利用。所述脱硫单元还可以通过混合燃气管道分别与所述燃气锅炉和加热单元相连，以实现资源的充分利用。
[0009]所述脱硫单元内包括用于脱除H2S的湿法脱除装置或变压吸附装置，还包括用于脱除有机硫的加氢转化装置、水解装置或变压吸附装置。
[0010]所述脱碳单元包括用于脱除CO2的湿法脱除装置或变压吸附装置。
[0011]所述各单元内均设置温度监控和调节装置，以确保气体在各单元内以合适的温度进行处理。
[0012]本实用新型的提供的系统，可采用如下方法进行电石炉尾气制还原气直接还原冶金:
[0013](I)来自电石炉的尾气温度为600?800°C、C0体积分数70?90%，与气基竖炉排出的400?450°C炉顶气混合，混合气体中CO含量降为40?60%，H2含量为20%左右；
[0014](2)混合气体进入除尘单元，除去气体中的大颗粒粉尘，离开除尘单元的混合气体温度为450?550°C;
[0015](3)脱碳之后的还原气与来自除尘单元的混合气体进行换热，混合气体降温，还原气被加热，混合气体温度降至350?420°C，还原气温度升至200?300°C ；
[0016](4)经过降温的混合气体进入除尘、除焦单元，进一步除去其中的粉尘和焦油，混合气体温度降至40°C左右，洗涤水除去焦油后进行循环利用；
[0017](5)经过除尘、除焦工序的混合气体进入脱硫单元，采用湿法或变压吸附技术脱除其中的H2S，采用加氢转化法、水解法或者变压吸附脱除有机硫；
[0018](6)经过脱硫的混合气体一部分进入气体变换单元，将其中的CO转化为H2,转化后H2/C0比值在1.5?4.6之间，优选比值为2.0?3.8之间，变换后的混合气体冷却至40°C左右进脱碳单元；另一部分混合气体作为加热炉和燃气锅炉的清洁燃料;气体变换所需的蒸汽可由所述燃气锅炉产生；
[0019](7)变换之后的混合气体进入脱碳单元，采用湿法或变压吸附技术脱除其中的CO2;脱碳之后的混合气体成份满足气基竖炉还原需求；
[0020](8)脱碳之后的还原气与离开除尘单元的混合气体进行热量交换，回收电石炉尾气和炉顶气显热初步升温，然后进入气体加热炉进一步升温至800?950°C;
[0021 ] (9)高温还原气被送至气基竖炉内与铁矿石或氧化球团反应，生产直接还原铁。
[0022]在竖炉进行还原反应后经炉顶排出的气体中含有未反应的CO和H2,且含有较高的粉尘，将其与电石炉尾气混合，一方面可以升高电石炉尾气中H2的比例，降低变换部分的负荷，另一方面也省去了炉顶气的降温和水洗除尘处理。
[0023]本实用新型对电石炉尾气和炉顶气进行混合处理，不但可以充分回收电石炉尾气和炉顶气显热用于预热脱碳之后的还原气，降低了还原气加热的负荷，而且节省了炉顶气处理设备，增加了电石炉尾气中的H2/C0比，降低了变换部分的负荷，利用部分脱硫后的混合气体作为加热炉和燃气锅炉清洁燃料，由燃气锅炉提供变换所需蒸汽，解决了现有技术还原气制备环节操作温度高、能耗高、设备复杂、气体耗量大(纯氧、蒸汽)、投资和运行费用高等问题，同时也解决了电石炉尾气的排放和利用问题。
【附图说明】
[0024]图1为实施例所述系统的示意图；其中，1、除尘单元，2、换热单元，3、除尘除焦单元，4、脱硫单元，5、气体变换单元，6、脱碳单元，7、加热单元，8、气基竖炉，9、燃气锅炉;a、电石炉尾气输送管道，b、炉顶气输送管道，c、蒸汽管道，d、混合燃气管道。
【具体实施方式】
[0025]以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0026]实施例1
[0027]本实施例提供了一种利用电石炉尾气制还原气直接还原冶金的系统(部分参考图1所示)，包括依次顺序连接的电石炉尾气输送管道a、除尘单元1、换热单元2的降温段、除尘除焦单元3、脱硫单元4、气体变换单元5、脱碳单元6、换热单元2的升温段、加热单元7和气基竖炉8;所述气基竖炉8排出的炉顶气经输送管道b与所述除尘单元I相连；
[0028]所述系统还包括燃气锅炉9;所述燃气锅炉9通过蒸汽管道c与所述气体变换单元5相连。
[0029]实施例2
[0030]本实施例提供了一种利用电石炉尾气制还原气直接还原冶金的系统(参考图1所示)；在实施例1的基础上，所述气体变换单元5内包括相连的换热器和变换炉，气体进入变换单元依次通过换热器和变换炉，从变换炉输出的气体再次通过换热器后离开变换单元，进入变换炉前的气体和从变换炉输出的气体在所