一种用于褐煤气化制还原气的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于褐煤气化制还原气的装置及方法，属于冶金技术领域。
【背景技术】
[0002] 直接还原炼铁是使用煤、气体或液体燃料为能源和还原剂，在铁矿石软化温度以 下，不熔化即将铁矿石中氧化铁还原获得固态直接还原铁的工艺，该工艺不使用焦炭，不用 烧结矿，具有优质、低耗、低污染的特点。其中，竖炉气井直接还原炼铁技术是近二十年发展 起来的一种新兴非高炉炼铁技术，其依赖于优质的天然气资源和高品位的矿石资源，近几 年在国外得到很好的应用发展，但在我国一直未得到较好的发展和应用，这主要受制于国 内缺乏廉价的天然气资源和高品位、优质块矿。结合我国富煤、贫油、少气的资源条件及钢 铁产业发展现状，开发以煤制气结合竖炉直接还原炼铁技术是适合我国发展新型炼铁技术 的重要方向。
[0003] -般而言，竖炉直接还原炼铁对还原气的要求是，氏与CO的总体积分数大于90%，唞屮)>(<：0)为L 0-4. 0。现有的煤气化工艺均不能直接提供满足要求的气体组分，需 要转换装置来调节气体组分，且普遍存在气化炉压力高，对原料要求苛刻、制气成本高、能 耗高等不足。因此，开发适合直接还原炼铁工艺要求的新型气化工艺是非常必要的。以我 国相对丰富、成本低廉的褐煤作为原料，采用新型气化工艺生产还原气，可大幅降低直接还 原铁成本，是极具竞争力的技术路线。
[0004] 与尚阶煤比，褐煤具有氧含量尚，富含喊金属、喊土金属，挥发分尚等特点，在热解 和气化时的反应特性不同。褐煤在气化时，产生的活性较高的挥发分与产生的焦颗粒发生 相互作用，这种作用将对气化过程产生一定的不利影响。
【发明内容】
[0005] 为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于褐煤气化制还原气的装 置。
[0006] 本发明的目的还在于提供一种使用上述用于褐煤气化制还原气装置的褐煤气化 制还原气的方法。
[0007] 为达上述目的，本发明提供了一种用于褐煤气化制还原气装置，其包括：气化重整 炉、热解/部分气化炉、高温旋风分离器及半焦储罐；其中：
[0008] 所述气化重整炉自上至下分为气体转换反应区、重整反应区及完全气化反应区，
[0009] 所述完全气化反应区下部自上至下设有半焦返料口、气化剂入口及灰渣出口；所 述气化剂入口对称设置于完全气化反应区下部；所述完全气化反应区与重整反应区之间对 称设有挥发物入口；
[0010] 所述重整反应区与气体转换反应区之间对称设有催化剂入口；所述催化剂入口通 过管路与所述半焦储罐的出口相连；
[0011] 所述气化重整炉的顶端设有还原气出口，该还原气出口通过管路与所述高温旋风 分离器的入口相连；
[0012] 所述热解/部分气化炉炉内设有导流筒，该导流筒将所述热解/部分气化炉分为 热解/部分气化区和半焦储仓；热解/部分气化炉炉体顶端设有喷嘴，底端设有半焦出口， 炉体两侧对称设有热载体入口、挥发物出口；
[0013] 所述半焦出口通过管路与所述半焦储罐的入口及气化重整炉的半焦返料口相 连；
[0014] 所述挥发物出口通过管路与所述气化重整炉的挥发物入口相连；
[0015] 所述热载体入口通过管路分别与所述高温旋风分离器的底端出口相连。
[0016] 根据本发明所述的装置，优选地，该装置还包括废热锅炉，所述废热锅炉的入口通 过管路与所述高温旋风分离器的顶端出气口相连。
[0017] 根据本发明所述的装置，优选地，该装置还包括螺旋进料器，该螺旋进料器通过管 路与所述喷嘴相连。
[0018] 根据本发明所述的装置，优选地，所述气化重整炉的完全气化反应区设有气体分 布板，该气体分布板位于完全气化反应区的下端，介于所述半焦返料口及气化剂入口之间， 且该气体分布板通过出渣管与所述灰渣出口相连。气化过程中使用的气化剂通过气化剂入 口进入重整反应炉后，再经气体分布板后与通过半焦返料口进入的半焦混合，发生完全气 化反应，该气体分布板的作用是可以使得气化剂分布均匀。
[0019] 根据本发明所述的装置，优选地，所述催化剂入口下侧安装有导流板，该导流板具 有透气性，可以增加反应的时间。
[0020] 根据本发明所述的装置，优选地，所述高温旋风分离器包括第一高温旋风分离器 和第二高温旋风分离器，
[0021] 所述气化重整炉的还原气出口通过管路与所述第一高温旋风分离器的入口相连，
[0022] 所述第一高温旋风分离器的顶端出气口与所述第二高温旋风分离器的入口相连，
[0023] 所述热载体入口通过管路分别与所述第一高温旋风分离器、第二高温旋风分离器 的底端出口相连。
[0024] 根据本发明所述的装置，优选地，所述热解/部分气化炉炉体采用耐火砖砌筑，外 壁由不锈钢材料制成。
[0025] 根据本发明所述的装置，所述导流筒为本领域常规装置，该导流筒为竖直圆筒，圆 筒下部直径扩大，导流筒的设置有利于半焦的分离。
[0026] 本发明还提供了一种褐煤气化制还原气的方法，其是通过使用上述装置实现的， 该方法包括以下步骤：
[0027] a、将褐煤、热解/部分气化气化剂及热载体混合后，在所述热解/部分气化炉的热 解/部分气化区发生不完全气化反应，得到挥发分和半焦；所述挥发分通过挥发物入口进 入气化重整炉的重整反应区，所述半焦一部分通过半焦返料口进入气化重整炉的完全气化 反应区，另一部分进入半焦储罐；
[0028] b、进入气化重整炉完全气化反应区的半焦与完全气化气化剂混合后，在完全气化 反应区发生完全气化反应，得到粗煤气；
[0029] c、所述粗煤气、半焦、未反应的完全气化气化剂与进入气化重整炉重整反应区的 挥发物在重整反应区发生重整反应，得到重整后的产物；
[0030] d、所述重整后的产物与催化剂在气化重整炉的气体转换反应区发生气体转换反 应，得到合成气；
[0031 ] e、所述合成气经脱除热载体后，得到所述还原气。
[0032] 根据本发明所述的方法，优选地，步骤a中所述含碳原料的粒径为IOmm以下。
[0033] 根据本发明所述的方法，优选地，以不完全气化反应得到的半焦的总重量为100% 计，步骤a中所述通过半焦返料口进入气化重整炉的完全气化反应区的半焦占60%-90%。
[0034] 根据本发明所述的方法，步骤a中所述的热解/部分气化气化剂包括空气、H20、0 2。 该气化剂为本领域常用的气化剂，本领域技术人员还可以根据现场作业需要，在气化剂中 添加合适的惰性气体组分，如在本发明的步骤a中，因发生的气化反应为不完全气化反应， 所以本发明在步骤a中所用的热解/部分气化气化剂中添加了氮气或二氧化碳，以实现不 完全气化反应；
[0035] 步骤a中所述热载体与褐煤的质量比为1-12:1，热解/部分气化气化剂中的 氧气与褐煤的质量比为〇-〇. 5:1，热解/部分气化气化剂中的水蒸气与褐煤的质量比为 O-O. 6:1 〇
[0036] 根据本发明所述的方法，步骤a中，在得到挥发分和半焦的同时，少量的焦油可以 随着挥发物进入气化重整炉的重整反应区，进而被催化重整，可以提高气体的质量和气体 产率。
[0037] 根据本发明所述的方法，步骤b中所述的完全气化气化剂包括H2O和O2。该气化 剂为本领域常用的气化剂，本领域技术人员还可以根据现场作业需要，在气化剂中添加合 适的其它气体组分（如空气、C02、氏等），如在本发明的步骤b中，还可以在所用的完全气 化气化剂中添加 CO2气体；
[0038] 步骤b所述完全气化气化剂中的氧气与半焦的质量比为0. 5-1. 0:1，完全气化气 化剂中的水蒸气与半焦的质量比为〇. 3-1. 0:1。
[0039] 本发明褐煤气化制还原气的方法中包括的不完全气化反应、完全气化反应、重整 反应及气体转换反应所涉及的反应参数，如反应温度、反应时间等均为本领域的公知技术 常识，本发明对上述不完全气化反应、完全气化反应、重整反应及气体转换反应所涉及的反 应温度、反应时间均不作要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要，选择合理的反应温 度及反应时间进行反应。如，在本发明的优选的实施方式中，步骤a中所述的不完全气化反 应的温度为600-900°C，步骤b中所述的完全气化反应的温度为900-1200°C。
[0040] 根据本