PDF《C21B 5/00 [12] 发明专利申请公开说明书》

[19]中华人民共和国国家知识产权局 [12]发明专利申请公开说明书 [11]公开号 CN 1487097A [43]公开日 2004年4月7日[21]申请号 03131995.

5 [21]申请号03131995.5 [22]申请日2003.06.23 [71]申请人 安徽工业大学 地址 243002安徽省马鞍山市湖东中路59号[72]发明人 李家新 周莉英 [74]专利代理机构 马鞍山市金桥专利代理有限公司 代理人 鲁延生 [51]Int.CI7 C21B 5/00 权利要求书

1 页 说明书

4 页 附图

2 页[54]发明名称 一种高效低CO2排放富氢燃气纯氧高炉炼铁工艺 [57]摘要 本发明提供了一种高效低CO2 排放富氢燃气纯 氧高炉炼铁工艺,该铁铁工艺包括在高炉风口喷吹 富氢燃气(天然气或焦炉煤气),喷吹量500-1000m

3 /吨铁;

采用常温纯氧鼓风,取消传统高炉的热风 炉;

炉腹煤气中H2 含量可达到或高于30%-60%, 其余为CO;

炉顶煤气中CO+H2 含量占85-95%;

理 论燃烧温度可灵活控制在1800-2200℃.该炼铁工 艺可使高炉焦比降低到250kg/吨铁以下,CO2 排放 量可降低400-600kg/吨铁,产出的高热值煤气可 作为二次能源. 03131995.5 权利要求书第1/1页

21、一种高效低CO2排放富氢燃气纯氧高炉炼铁工艺,其特征在 于:在高炉风口喷吹富氢燃气(天然气或焦炉煤气),喷吹量500- 1000m

3 /吨铁;

采用常温纯氧鼓风;

炉腹煤气中H2含量可达到或高 于30%-60%,其余为CO;

理论燃烧温度可灵活控制在1800-2200 ℃;

高炉焦比降低到250kg/吨铁以下.

2、根据权力要求1所述的高炉炼铁工艺,其特征在于富氢燃气 喷吹量500-1000m

3 .

3、根据权力要求1所述的高炉炼铁工艺,其特征在于高炉炉腹 煤气中H2含量在40-60%.

4、根据权力要求1所述的高炉炼铁工艺,其特征在于高炉采用 常温纯氧鼓风,不需要建热风炉. 03131995.5 说明书第1/4页3一种高效低CO2排放富氢燃气纯氧高炉炼铁工艺 技术领域: 本发明属于高炉炼铁工艺,具体涉及一种高效低CO2 排放富氢燃 气纯氧高炉炼铁工艺. 背景技术: CO2 是造成温室效应的气体之一,而钢铁企业是CO2 排放的大户, 其中高炉是钢铁工业中CO2 的主要发生地.在传统高炉炼铁工艺中, 一般以焦炭为主要燃料(焦比400-500kg/吨铁),辅助喷吹煤粉以降低 焦比(煤比0-150kg/吨铁),并在风口鼓热风(风温1000-1200℃), 风中少量富氧,富氧率一般为0-5%,排出的高炉煤气具有一定的热 值(3000-4500kJ/m

3 ),但热值不高,一般与焦炉煤气混合用于烧热风 炉.高炉加入的焦炭或煤粉最终都以CO2 形式排放到大气,排放量约 为1400kg/ 吨铁,占钢铁行业吨钢CO2 排放量的一半以上.目前国内 外的冶金工业,主要通过降低工序的总能耗来降低高炉CO2 排放,但 不改变高炉燃料结构,仅靠工艺和设备的改进以减少CO2 的排放是非 常有限度的. 受国内、外冶金界关注的炼铁工艺还有全氧高炉.高炉全氧鼓风 或用高浓度氧(用O2 >40%)鼓风促进大量煤粉燃烧,在高置换比下可提 高喷煤量到300kg/吨铁以上,使焦比大大降低,煤粉消耗量超过焦炭 用量而成为高炉炼铁的主要能源,它是介于熔融还原和传统高炉工艺 之间的冶炼工艺.全氧高炉在技术上有两个问题需要解决――高炉上 部的热量不足与风口温度过高,解决的方法主要有:采用风口喷吹冷 却剂的方法来调整"下热",炉身喷吹煤气解决"上凉"的问题,曾经 提出带有煤气脱二氧化碳、加热和炉身喷吹的全氧高炉工艺,但工艺 和设备复杂投资大成为开发氧煤炉工艺的障碍.90年代开展了无炉身 喷吹净化煤气的全氧高炉工艺的研究,取消炉身喷吹煤气后,先后出 现了"高富氧"大喷吹高炉,炉顶煤气循环喷吹全氧高炉,某些还伴 有风口喷吹水蒸气或煤气加热喷吹等各种调节措施.总之无论是富氧 还是全氧高炉工艺都是一种以煤为主要能源的炼铁工艺,都难以有效 降低高炉的二氧化碳排放量. 03131995.5 说明书第2/4页4发明内容: 本发明旨在提供一种高效低CO2 排放富氢燃气纯氧高炉炼铁工 艺.针对上述目的,本发明所述的高炉炼铁工艺主要技术内容包括: 在高炉风口喷吹富氢燃气(天然气或焦炉煤气),喷吹量500-1000m

3 / 吨铁;

采用常温下纯氧鼓风;

炉腹煤气中H2 含量可达到或高于30%- 60%,其余为CO;

高炉焦比降低到250kg/吨铁以下;

炉顶煤气中CO+H2 含量占85-95 %;

理论燃烧温度控制在1800-2200 ℃;

高炉CO2 排放 量降低400-600kg/吨铁. 该炼铁工艺示意图见说明书附图1所示. 将富氢燃气(天然气或焦炉煤气)喷入高炉风口,在高炉的风口区, 天然气或焦炉煤气首先裂解,并与氧发生燃烧反应: CH4=C+2H2 CnHm=nC+m/2H2 C+O2=CO2 CO2+C=2CO 如有水份,则有水煤气反应发生:H2O+C=H2+CO 上述反应生成还原性气体CO 和H2 .因鼓入的是纯氧,炉腹煤气 主要为CO 和H2 ,其中H2 含量可达到或高于30 %-60 %,炉腹煤气 量与传统高炉相比体积增加不大;

由于富氢燃气在风口区的裂解需要 吸收部分热量,会导致理论燃烧温度有所降低,但可以采用调整综合 焦比、富氢燃气喷吹量及鼓风湿度等参数来控制理论燃烧温度,使其 在1800-2200℃的范围.虽然比传统高炉有所降低,但不会影响高炉 生产和铁水质量. 高炉中由于还原性气体浓度很高,矿石加入后,与CO 和H2 发生 还原反应: CO还原: 3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3FeO+CO2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 间接还原:FeO+CO=Fe+CO2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 直接还原:FeO+C=Fe+CO H2还原: 3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O 03131995.5 说明书第3/4页5Fe3O4+H2=3FeO+H2O FeO+H2=Fe+H2O 高效低焦比富氢纯氧高炉在高含氢量的煤气条件下,氢气会大量 参与矿石的还原过程,高炉内铁矿石的还原得到极大的加强,矿石在 炉内很快得到较充分的还原. 本发明所提供的炼铁工艺的优点在于:

1 、从冶炼效果比较可以明显看出,该工艺有着鲜明的特点: (1)焦比可以有较大幅度的降低;

(2)与全氧高炉相比,由于采取喷吹天然气的工艺,有效地解决了 纯氧高炉风口理论燃烧温度过高,同时高炉煤气量偏少高炉上部热量 不足的矛盾.风口理论燃烧温度可以较灵活地调节,煤气量充足,与 传统高炉相比在这方面没有太大的差别. (3)由于炉内煤气中含氢量超过30-60%,高炉的冶炼效率大大提高, 高炉利用系数能进一步提高.相同容积高炉其产量将大幅度提高.

2 、 高效低焦比富氢纯氧高炉工艺可以减少CO2排放.在本发明提供的工艺中,由于高浓度氢参与反应,以及取消热风炉 加热,有效地降低了高炉冶炼过程的二氧化碳的排放量.以实施例1(焦比:220kg/吨铁,煤比154kg/吨铁)为例:该工艺 中氢参与还原替代碳量:138kg/吨铁;

减少排放的CO2 :257m

3 /吨铁(约为505kg/吨铁).

3、从经济竞争力角度来说,高效低焦比富氢纯氧高炉工艺具有良好 的资源利用相容性 高效低焦比富氢纯氧高炉产生的炉顶煤气CO+H2 含量占85-95%, H2 含量占炉顶煤气的50%左右,热值达到10000kJ/m

3 以上.这种高热 值煤气可作为二次能源或化工厂的原料.说明书附图2就是将天然气 ( 焦炉煤气) 用于高效低焦比富氢纯氧高炉炼铁工艺与原有用途的流 程比较示意图,可以看出这一工艺实际上不仅仅从提高冶金工艺本身 的效率的角度,而是从更大的范围来考虑天然气和焦炉煤气等富氢燃 气的充分利用,节约焦煤资源提高高炉生产效率,使资源利用和温室 气体排放的控制从源头和更大范围综合考虑.

4、取消传统的热风炉,简化流程降低设备投资 由于本工艺在常温下鼓吹纯氧,因此取消了传统炼铁流程中的热 03131995.5 说明书第4/4页6风炉,简化了流程,降低了设备的投资. 附图说明: 图1是富氢燃气纯氧高炉炼铁工艺示意图. 图2 是富氢燃气的传统应用模式与综合利用模式比较示意图. 具体实施方式: 实施例1: 在某350m

3 高炉风口喷吹天然气和煤粉,并鼓入纯氧,其生产指 标为: 天然气喷吹量:800m

3 /吨铁(即574kg/吨铁) 焦比:220kg/吨铁 煤比:154kg/吨铁 消耗的纯氧量:612m

3 /吨铁(即874kg/吨铁) 炉腹煤气成分:H2:57%;

CO:43% 理论燃烧温度:2006℃ 炉顶煤气成分:CO:37%;

CO2:10.2%;

H2:52.5%;

N2:0.26%;

S:0.05% 炉顶煤气量:2607m

3 /吨铁(折合1869kg/吨铁) 实施例2: 在某350m

3 高炉风口喷吹天然气、焦炉煤气和煤粉,并鼓入纯氧, 其生产指标为: 天然气喷吹量:500m

3 /吨铁(即359kg/吨铁) 焦炉煤气喷吹量:270m

3 /吨铁(即103kg/吨铁) 焦比:200kg/吨铁 煤比:160kg/吨铁 消耗的纯氧量:500m

3 /吨铁(即715kg/吨铁) 炉腹煤气成分,H2:57.2%;

CO:42.8% 理论燃烧温度:2149℃ 炉顶煤气成分:CO:35.3%;

CO2:12.7%;

H2:51.6%;

N2:0.33%;

S:0.06% 炉顶煤气量:2130m

3 /吨铁(折合1589kg/吨铁) 03131995.5 说明书附图第1/2页7图1 03131995.5 说明书附图第2/2页8图2