CN108130105A - 冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解工艺及系统，将原煤分成粒径范围不同的末煤和粒煤，将焦粉、半焦粉、焦煤辅以粘结剂制成型煤、型焦，矿石筛制成颗粒矿，末矿压成矿团，型焦首先铺入转底加热炉底部，颗粒矿和矿团通过预还原装置进入转底加热炉并均匀的摊铺在型焦之上，利用循环煤气及还原后的剩余煤气加热转底加热炉炭化型焦同时还原矿物，利用炭化后型焦及还原后矿物的显热中温干馏末煤生产煤气及煤焦油，利用转底加热炉废气烘干预热型焦及型煤，烘干型煤后的废气保护性的循环冷却型焦、还原后的矿物及半焦。本发明不受原料品位限制，可以大规模用于廉价末煤及高品位、低品位氧化矿物。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工技术领域，具体涉及一种煤炭全粒径分级热解耦合冶金还原工艺及系统。
背景技术
中国煤炭储量占全球煤炭资源的12％，我国低阶煤蕴藏量占煤炭储量的50％左右，产量占目前总量的30％。按中国煤的形成时代看，以侏罗纪煤储量最大，约占全国已探明保有储量的45％左右，由这一时代形成的煤除极少数无烟煤以外，其余大多数为褐煤、长焰煤、不粘煤和弱粘煤等低阶煤。在地域分布上，储量大部分集中在内蒙古、陕西、新疆、甘肃、山西、宁夏六个省（区），而这些地区是我国水资源严重匮乏的地方，一定程度上制约了利用这些低阶煤进行加工提质工业的发展。
低阶煤由于高水分，高挥发份，低热值，且极易自燃的特点，从而不适于长期储存和长距离运输，长期被视作一种劣质煤炭资源，目前仅用做坑口电厂燃料和坑口气化原料，限制了低阶煤资源的合理开发利用。如何高效转化利用低阶煤就成了煤炭利用的一个重要问题。
同时我国是钢铁生产大国，因而也是废钢利用大国。目前废钢供应量远远满足不了钢铁生产的需要。虽然我国铁矿资源储量比较丰富，但其品位低，而以往工艺要求以高品位铁矿为原料，因此我国丰富的低品位铁矿资源不适合作现有的高炉炼铁的原料，我国需要长期依赖进口还原铁来满足国内的需求。为了改变我国长期依赖进口还原铁的局面，适时发展利用低品位铁矿炼铁的技术是必要的。而当今炼铁技术的趋势是由高炉间接还原炼铁技术转向直接还原炼铁技术，因此发展直接还原炼铁技术来开发低品位铁矿更是必要的。
我国的低品位氧化矿物资源在富煤地区周边大量存在，且煤又是冶金还原领域所需的还原剂的主要来源，因此，利用煤热解技术耦合直接还原冶金技术来开发富煤地区周边存在的低品位氧化物矿将是发展低阶煤利用的最佳方案。这种方案不仅解决了低阶煤的高附加值利用问题，同时又解决了我国丰富的低品位氧化物矿的开发利用问题。
目前，煤热解耦合冶金还原的技术较多。如公开号为CN103451332A的发明，该发明公开了一种利用小粒径烟煤进行高炉炼铁的系统及方法，该系统包括热解炉，热解炉半焦出口与破碎机入口连通，破碎机出口与振筛机入口连通，振筛机的细焦粉出口与高炉喷粉入口相连通，振筛机的大颗粒半焦出口与成型器入口相连通，成型器出口与烧结炉入口相连通，烧结炉出口与高炉的烧结矿入口相连通，高炉的烟气出口分为两路，一路与热解炉气体入口连通，另一路与热解炉烟气出口连通；解决煤炭开采产生的大量小粒径煤的利用问题；缓解喷吹用煤资源紧缺的问题，为煤热解半焦的利用提供了一条路径；将半焦粉末与铁矿石粉末混合成型并烧结使用，使资源得到充分利用；高炉炼铁的烟气用于烟煤的热解，回收烟气中的热量，减少能耗，提高利用效率。
公开号为CN103710037的发明，该发明提供了一种低阶煤流化床提质利用系统及方法。该发明是将低阶煤的洗选系统、热解系统和炼铁系统耦合起来。低阶煤首先进行洗选处理，在排矸的同时完成了煤炭的粒度分级。对不同粒径的煤粉，用于焦化系统制取焦炭，并参与中低温热解制取半焦。热解得到的半焦分别用于烧结用煤和喷吹配煤，热解副产品煤气送入热风炉供应燃烧，其中烧结和焦化工艺系统产生的余热被回收用于洗选系统和热解系统，最终烧结矿、热风、喷吹煤和焦炭送入高炉进行炼铁。该发明实现了低阶煤分选、分级、干燥和热解，低阶煤的提质利用替代了部分高阶煤，可有效降低吨铁成本，并可减缓钢铁工业对高阶煤需求的压力。
上述提供方案的缺点是：
1、这些技术都是利用粒煤热解产生的焦粉作为炼铁高炉的喷吹煤，炼铁技术采用的是传统的高炉间接还原铁矿石，得到的是含碳量较高的生铁 ，这种生铁作为炼钢原料，还需经过复杂处理工序才可使用，生产成本较高；
2、都是利用高炉出口烟气作为热解的热源，热解过程中产生的热解气被烟气稀释，产生的混合气热值低，有效组分含量低，可利用价值低；
3、都需要高品位的铁矿资源为原料，无法充分利用低品位氧化物矿。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解工艺，实现煤热解技术与直接还原冶金技术的耦合，制作含碳量较低的还原铁产品。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解工艺，包括如下步骤：
a、将煤原料经过洗选车间和型煤型焦成型车间加工后，产出型煤、型焦、末煤和小粒煤；
b、成型后的型煤经过型煤烘干装置烘干后包装输出；
c、成型后的型焦经过型焦烘干装置烘干后，作为第一路原料进入转底加热炉内进行炭化；
d、矿石、铁精粉经过筛分成型车间后，进入矿料预还原装置进行预加热还原，然后作为转底加热炉的第二路原料进入转底炉并均匀的覆盖在第一路原料上，并进行碳化形成还原铁；
e、碳化后的型焦和还原铁进入热解装置；
f、将末煤送入热解装置对型焦和还原铁进行保护性冷却，并在冷却过程对自身进行煤炭干馏；
g、将小粒煤送入小粒煤热解过滤装置中进行初步加热，然后送入热解装置中与末煤、型焦、还原铁进行均质热闷，进一步冷却和煤炭干馏，并形成半焦；
h、热解装置中产生的高温荒煤气作为热源送入小粒煤热解过滤装置中；
i、荒煤气经过小粒煤热解过滤装置过滤除尘后，通过冷凝洗涤回收装置净化形成循环煤气，送回系统自用；
j、将均热后的半焦、型焦、还原铁送入冷却装置冷却后，送入筛分磁选车间，经过磁选、筛分分出还原铁、型焦以及半焦粉，其中还原铁和型焦外供，半焦粉送入洗选车间作为原煤的一部分。
一种冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解系统，包括：
洗选车间、型煤型焦成型车间、型焦烘干装置、型煤烘干装置、小粒煤热解过滤装置、筛分成型车间、矿料预还原装置、转底加热炉、热解装置、冷却装置、筛分磁选车间和冷凝洗涤回收装置；
所述洗选车间设有三个出料口，第一出料口与型煤型焦成型车间的入料口相连，第二出料口与小粒煤热解过滤装置的入料口相连，第三出料口与热解装置的第一入料口相连；所述小粒煤热解过滤装置的出料口与热解装置的第二入料口相连，热解装置的高温煤气出口与小粒煤热解过滤装置的热源入口相连；
所述型煤型焦成型车间的型焦出口与型焦烘干装置的进料口相连，型煤型焦成型车间的型煤出口与型煤烘干装置的进料口相连；型焦烘干装置的出料口与转底加热炉的第一入料口相连，型煤烘干装置的出料口输出型煤产品；
所述筛分成型车间的出料口与矿料预还原装置的入料口相连，所述矿料预还原装置的出料口与转底加热炉的第二入料口相连，转底加热炉的出料口与热解装置的第三入料口相连；
所述冷却装置的入料口与热解装置的出料口相连，冷却装置的出气口排空，冷却装置的出料口与筛分磁选车间的入料口相连；
所述筛分磁选车间的型焦出口输出型焦产品，筛分磁选车间的还原产品出口接入下一工段，筛分磁选车间的半焦粉出口与洗选车间的入料口相连；
所述冷凝洗涤回收装置的入气口与小粒煤热解过滤装置的出气口相连，冷凝洗涤回收装置的出气口与转底加热炉的煤气入口相连。
本发明采用洗选分级系统将原煤分成粒径范围不同的末煤和粒煤，将焦粉、半焦粉、焦煤辅以粘结剂制成型煤、型焦，矿石经过破碎筛后进入转底加热炉还原，利用循环煤气加热转底加热炉，相对于现有技术，具有如下技术效果：
1、利用氧化矿物或矿团加热传导给型焦使其炭化，型焦炭化产生的高温富氢气体上行穿透矿料层使矿料还原，利用型焦炭化热煤气和矿料与型焦和内配半焦颗粒的接触进行气—固、固—固还原，有利于提高还原效率和速度；利用热还原铁矿和热型焦的显热对末煤进行固体热载体热解，利用热解化气体热载体和固体热载体相结合的方式，对小粒径原煤均匀热解；
2、利用热解装置进行高温物料和末煤快速混合并进行均质热解，同时利用热解煤气对小粒径煤进行中温热解，即利用了煤气潜热又提高热解煤气和焦油的产率。
3、利用热型焦、半焦在冶炼炉内的高温环境中进一步发生热解产生的富氢热解气补充还原煤气，始终保持足够的还原剂，保持浓厚的还原气氛，使得还原反应始终朝着平衡的右边进行；
4、利用冷废气与高温型焦、还原铁换热，烘干型煤，转底加热炉出口烟气与型焦换热，转底加热炉热煤气与矿料换热；能量利用效率高；
5、以往工艺由于受焦比的限制，需要以高品位矿为原料，而本发明则不受原料品位限制，可以大规模用于高品位矿、低品位矿和尾矿资源的开发。
附图说明
图1为本发明冶金还原耦合型焦碳化共末煤热解工艺流程图；
图2为本发明冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解系统的结构示意图。
图中：100、洗选车间，110、小粒煤，120、末煤，130、焦煤，140、原煤，150、焦粉，101、型煤（焦）；
200、型煤型焦成型车间，210、粘结剂，220、型焦烘干装置，230，型煤烘干装置，201、型焦，202、型煤，221、型焦，222、废气，231、型煤，232、废气；
300、型煤包装车间，310、型煤产品，320、筛下物；
400、转底加热炉，401、型焦与还原铁，402、转底炉炉内高温煤气，403、转底炉炉内废气；
500、热解装置，510、末煤仓，520、小粒煤热解过滤装置，501、热型焦与还原铁，502、高温煤气，503、热剩余煤气，521、荒煤气；
600、矿料预还原装置，610、矿石或铁精粉，620、筛分成型车间，601、预还原矿料；
700冷却装置，701、型煤与还原铁，702、废气；
800、筛分磁选车间，810、半焦粉，820、预还原矿团，830、型焦；
900、冷凝洗涤回收装置，910、循环煤气风机，901、循环煤气，911、荒煤气，912、荒煤气；
1000、净化装置，1010、剩余煤气风机；
1100、除尘装置，1110、循环风机，1101、废气，1111、废气，1112、多余废气。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
如图1和2所示，本发明冶金还原耦合型焦碳化共末煤热解系统包括：洗选车间100、型煤型焦成型车间200、型焦烘干装置220、型煤烘干装置230、型煤包装车间300、转底加热炉400、热解装置500、矿料预还原装置600、冷却装置700、筛分磁选车间800、冷凝洗涤回收装置900、净化装置1000和除尘装置1100。
所述热解装置500的两个入料口连接末煤仓510和小粒煤热解过滤装置520，所述矿料预还原装置600的入料口连接筛分成型车间620。
所述洗选车间100设有三个出料口，第一出料口与型煤型焦成型车间200的入料口相连，第二出料口与小粒煤热解过滤装置510的入料口相连，第三出料口通过末煤仓510与热解装置500的第一入料口相连；所述小粒煤热解过滤装置520的出料口与热解装置的第二入料口相连，热解装置的高温煤气出口与小粒煤热解过滤装置的热源入口相连。
所述型煤型焦成型车间200的型焦出口与型焦烘干装置220的进料口相连，型煤型焦成型车间的型煤出口与型煤烘干装置230的进料口相连；型焦烘干装置的出料口与转底加热炉400的第一入料口相连，型煤烘干装置的出料口输出型煤产品；
所述筛分成型车间620的出料口与矿料预还原装置600的入料口相连，矿料预还原装置的出料口与转底加热炉400的第二入料口相连，转底加热炉的出料口与热解装置的第三入料口相连；
所述冷却装置700的入料口与热解装置500的出料口相连，冷却装置的出气口排空，冷却装置的出料口与筛分磁选车间800的入料口相连；
所述筛分磁选车间800的型焦出口输出型焦产品，筛分磁选车间的还原产品出口接入下一工段，筛分磁选车间的半焦粉出口与洗选车间100的入料口相连；
所述冷凝洗涤回收装置900的入气口与小粒煤热解过滤装置520的出气口相连，冷凝洗涤回收装置的出气口与转底加热炉400的煤气入口相连。
所述净化装置1000的入气口与矿料预还原装置600的煤气出口相连，矿料预还原装置的煤气入口与转底加热炉400的煤气出口相连，净化装置的出气口与转底加热炉的第一煤气入口相连，所述冷凝洗涤回收装置900的出气口分成两路，一路与转底加热炉的第一煤气入口相连，另一路与转底加热炉的第二煤气入口相连。
所述转底加热炉400的废气出口与型焦烘干装置220的热源入口相连。
所述冷却装置700的冷源入口与型煤烘干装置230的废气出口相连。
下面结合附图1对本发明工艺进行说明：
一种冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解工艺，包括如下步骤：
煤原料包括原煤140、焦粉150、焦煤130，以及筛分磁选车间送出的半焦粉810，其中原煤通过洗选车间100分成末煤120和小粒煤110，焦粉、焦煤和半焦粉辅以粘结剂210，在型煤型焦成型车间200内制成型煤202和型焦201。
型煤202成型后经过型煤烘干装置230烘干后进入型煤包装车间300，该型煤包装车间进行筛分后，筛上物经包装输出型煤产品310，筛下物320返回型煤型焦成型车间再加工。
型焦201进入网带式型焦烘干装置220进行烘干，烘干后的型焦221进入转底加热炉400内进行二次炭化，这是转底加热炉的第一路原料。
矿石、铁精粉610经过筛分成型车间620后进入矿料预还原装置600进行预加热还原。然后作为转底加热炉400的第二路原料进入转底加热炉并均匀的覆盖在第一路原料上。
转底加热炉400分为直焰加热区和辐射管加热区，直焰加热区温度为 550度 ，辐射管加热区的温度为1100 度。在转底加热炉内型焦经过高温炭化释放大量的热解气体并穿透矿石、铁精粉层使其在高温下还原，并导入部分循环煤气901通过辐射加热保证足够的还原气体。转底炉炉内高温煤气402进入矿料预还原装置，对矿石、铁精粉进行预加热还原，荒煤气602经过净化装置1000和剩余煤气风机1010后进入转底加热炉400。转底加热炉400的转底炉炉内废气403进入到型焦烘干装置220中作为热源。
碳化后的型焦与还原铁401通过转底加热炉的热排料装置进入到热解装置500。在热解装置内，从洗选车间过来的末煤120通过末煤仓510的定量给料装置与转底加热炉送入的热物料均匀混合，对型焦、还原铁进行保护性冷却，并在冷却过程对末煤进行干馏。干馏过程中产生大量高温煤气502进入小粒煤热解过滤装置520中作为热源；从洗选车间过来的小粒煤110进入小粒煤热解过滤装置，通过热解过滤装置对高温煤气进行冷却过滤并同时加热小粒煤，被初步加热的小粒煤通过定量给料装置给入到热解装置，末煤和小粒煤在热解炉内和热型焦、还原铁进行均质热闷进一步冷却和煤炭干馏。高温煤气502经过小粒煤热解过滤装置过滤除尘后，进入冷凝洗涤回收装置900，经过焦油回收、煤气脱硫等净化后形成循环煤气901，并用循环鼓风机910送回系统自用。所述循环煤气分成两路，一路的荒煤气912直接进入转底加热炉，另一路荒煤气911与来自净化装置的荒煤气以及空气进入转底加热炉内。同时从后续的热解装置中循环回来的热剩余煤气通过热煤气503导入管进入转底加热炉补充煤气，参与燃烧与还原。
均热后的半焦、型焦、还原铁一并送入到冷却装置700中，被来自型煤烘干装置230的富含水蒸气的80度的废气702冷却到120度排出，经过筛分磁选车间800分出预还原矿团820、型焦830以及半焦粉810，其中半焦粉返回系统自用。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (11)
1.一种冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解工艺，其特征在于，包括如下步骤：
a、将煤原料经过洗选车间和型煤型焦成型车间加工后，产出型煤、型焦、末煤和小粒煤；
b、成型后的型煤经过型煤烘干装置烘干后包装输出；
c、成型后的型焦经过型焦烘干装置烘干后，作为第一路原料进入转底加热炉内进行炭化；
d、矿石、铁精粉经过筛分成型车间后，进入矿料预还原装置进行预加热还原，然后作为转底加热炉的第二路原料进入转底炉并均匀的覆盖在第一路原料上，并进行碳化形成还原铁；
e、碳化后的型焦和还原铁进入热解装置；
f、将末煤送入热解装置对型焦和还原铁进行保护性冷却，并在冷却过程对自身进行煤炭干馏；
g、将小粒煤送入小粒煤热解过滤装置中进行初步加热，然后送入热解装置中与末煤、型焦、还原铁进行均质热闷，进一步冷却和煤炭干馏，并形成半焦；
h、热解装置中产生的高温荒煤气作为热源送入小粒煤热解过滤装置中；
i、荒煤气经过小粒煤热解过滤装置过滤除尘后，通过冷凝洗涤回收装置净化形成循环煤气，送回系统自用；
j、将均热后的半焦、型焦、还原铁送入冷却装置冷却后，送入筛分磁选车间，经过磁选、筛分分出还原铁、型焦以及半焦粉，其中还原铁和型焦外供，半焦粉送入洗选车间作为原煤的一部分。
2.根据权利要求1所述的冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解工艺，其特征在于，所述煤原料包括原煤、焦粉、焦煤，以及筛分磁选车间送出的半焦粉，其中原煤通过洗选分成末煤和小粒煤，焦粉、焦煤和半焦粉辅以粘结剂制成型煤和型焦。
3.根据权利要求2所述的冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解工艺，其特征在于，所述焦粉和半焦粉通过粘接剂在型煤型焦成型车间中混合，形成成型后的型煤和型焦。
4.根据权利要求1所述的冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解工艺，其特征在于，步骤c中，所述转底加热炉产生的废气送入型焦烘干装置中作为热源。
5.根据权利要求1所述的冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解工艺，其特征在于，骤d中，所述转底加热炉产生的高温煤气送入矿料预还原装置中作为热源，该高温煤气经过矿料预还原装置冷却后，送入净化装置净化，然后与冷凝洗涤回收装置送出的循环煤气以及空气混合后进入转底加热炉。
6.根据权利要求5所述的冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解工艺，其特征在于，所述循环煤气还能够单独送入转底加热炉，通过辐射加热保证还原气体。
7.根据权利要求1所述的冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解工艺，其特征在于，步骤j中，冷却装置的冷源来自型煤烘干装置的废气。
8.一种冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解系统，其特征在于，包括：
洗选车间、型煤型焦成型车间、型焦烘干装置、型煤烘干装置、小粒煤热解过滤装置、筛分成型车间、矿料预还原装置、转底加热炉、热解装置、冷却装置、筛分磁选车间和冷凝洗涤回收装置；
所述洗选车间设有三个出料口，第一出料口与型煤型焦成型车间的入料口相连，第二出料口与小粒煤热解过滤装置的入料口相连，第三出料口与热解装置的第一入料口相连；所述小粒煤热解过滤装置的出料口与热解装置的第二入料口相连，热解装置的高温煤气出口与小粒煤热解过滤装置的热源入口相连；
所述型煤型焦成型车间的型焦出口与型焦烘干装置的进料口相连，型煤型焦成型车间的型煤出口与型煤烘干装置的进料口相连；型焦烘干装置的出料口与转底加热炉的第一入料口相连，型煤烘干装置的出料口输出型煤产品；
所述筛分成型车间的出料口与矿料预还原装置的入料口相连，所述矿料预还原装置的出料口与转底加热炉的第二入料口相连，转底加热炉的出料口与热解装置的第三入料口相连；
所述冷却装置的入料口与热解装置的出料口相连，冷却装置的出气口排空，冷却装置的出料口与筛分磁选车间的入料口相连；
所述筛分磁选车间的型焦出口输出型焦产品，筛分磁选车间的还原产品出口接入下一工段，筛分磁选车间的半焦粉出口与洗选车间的入料口相连；
所述冷凝洗涤回收装置的入气口与小粒煤热解过滤装置的出气口相连，冷凝洗涤回收装置的出气口与转底加热炉的煤气入口相连。
9.根据权利要求8所述的冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解系统，其特征在于，还包括净化装置，该净化装置的入气口与矿料预还原装置的煤气出口相连，矿料预还原装置的煤气入口与转底加热炉的煤气出口相连，净化装置的出气口与转底加热炉的第一煤气入口相连，所述冷凝洗涤回收装置的出气口分成两路，一路与转底加热炉的第一煤气入口相连，另一路与转底加热炉的第二煤气入口相连。
10.根据权利要求8所述的冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解系统，其特征在于，所述转底加热炉的废气出口与型焦烘干装置的热源入口相连。
11.根据权利要求8所述的冶金还原耦合型焦炭化共末煤热解系统，其特征在于，所述冷却装置的冷源入口与型煤烘干装置的废气出口相连。
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