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CN113373273A - 颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用 - Google Patents

颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用 Download PDF

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CN113373273A
CN113373273A CN202110674010.3A CN202110674010A CN113373273A CN 113373273 A CN113373273 A CN 113373273A CN 202110674010 A CN202110674010 A CN 202110674010A CN 113373273 A CN113373273 A CN 113373273A
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iron ore
hydrogen
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魏小波
靳辉
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Beijing Jinbowei Technology Co ltd
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Beijing Jinbowei Technology Co ltd
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Abstract

本发明提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用，涉及冶炼技术领域。该气基还原方法不需要纯氧、也不需要高热值燃气，以天然气为原料，将压缩天然气通过脱硫、水蒸汽重整、变换反应、第一脱水处理和第一脱CO2处理转化为富氢气体，再将富氢气体预热与特定粒径及特定预热温度下的颗粒状铁矿石逆流接触使进行还原反应，制得颗粒直接还原铁；由于颗粒状铁矿石的颗粒尺寸较小，在相同温度下的还原反应速度快于传统的球团矿，且无需引入其它粘结剂和烧结过程，大大降低污染，同时将特定预热温度下的颗粒状铁矿石与富氢气体直接进行还原反应，利用颗粒状铁矿石与富氢气体本身的热量实现低温下还原反应的进行。

Description

颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用
技术领域
本发明涉及冶炼技术领域，尤其是涉及一种颗粒状铁矿石的气基还原方法、气基还原系统和应用。
背景技术
目前全球钢铁冶炼行业，炼铁的技术有多种，包括高炉炼铁技术和非高炉炼铁技术，非高炉炼铁技术又分直接还原和熔融还原，直接还原又分气基还原和煤基还原。其中高炉炼铁技术生产规模和使用量最大，在高炉炼铁过程中炼焦和烧结过程中会排放大量的粉尘、二氧化碳和其它气体，给环境带来了很大的压力。非高炉炼铁技术中，气基还原工艺使用还原性气体将铁矿石中的氧化铁还原为金属化球团，比传统的碳还原法炼铁效率更高，不需要炼焦和烧结，生产过程更清洁。
目前气基还原技术以Midrex气基竖炉技术和HYL气基竖炉技术为主，使用气基竖炉需要先把铁矿和粘结剂混合、焙烧获得氧化球团，然后使用还原性气体高温下进行还原。Midrex气基竖炉中还原性气体在850-950℃下进入竖炉，反应压力在0.5MPa左右，能获得金属化率92-93％的金属化球团。HYL气基竖炉的还原气需要预热至900-960℃，反应压力在0.4-0.6MPa，H2/CO为5.6-5.9，可获得平均金属化率在91-95％的金属化球团。
除了竖炉技术以外，气基还原技术还有流化床技术。Hydro carbon Research Inc和Bethlehom Steel Conp联合开发的氢气流化床技术，采用三段流化床，矿粉在还原床内共停留45h，获得金属化率98％的还原铁粉，H2转化率5％左右，间断操作；美国钢铁公司开发的HIB流化床技术，采用两段流化床，得到金属化率75％和温度700℃的还原铁粉，H2转化率为32-36％；以及Exxon研究与工程公司开发的FIOR技术，操作条件为1.05MPa和880℃，采用四个流化床进行反应，获得金属化率>90％的铁粉。
目前直接还原技术基本大部分都采用竖炉技术，少量采用煤基直接还原技术，以产出高金属化率的金属球团，或将球团热压成块作为产品。以铁粉为产品的流化床技术由于还原气停留时间长、还原气利用效率低、产品金属化率低、高温下铁颗粒之间相互粘结影响流态化等原因，装置运行不平稳，经济效益差等原因，仅有极少数工厂还在运行。
有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种颗粒状铁矿石的气基还原方法。
本发明的第二目的在于提供一种颗粒状铁矿石的气基还原系统。
本发明的第三目的在于提供上述颗粒状铁矿石的气基还原方法和气基还原系统的应用。
为了实现上述目的，特提出以下技术方案：
本发明提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法，包括以下步骤：
(a)将压缩天然气脱硫后与水蒸汽混合，使进行重整反应，得到粗合成气；
将粗合成气进行变换反应，得到变换气；
将变换气进行第一脱水处理和脱二氧化碳处理，得到富氢气体；
(b)富氢气体经预热后与预热后的颗粒状铁矿石逆流接触，使进行还原反应，得到颗粒直接还原铁；
其中，所述颗粒状铁矿石的平均粒径为0.015-4.00mm，预热后的颗粒状铁矿石的温度为500-750℃，预热后的富氢气体的温度为450-650℃，富氢气体的平均流速小于颗粒状铁矿石的最小流化速度。
进一步的，步骤(a)中，压缩天然气的压力为1.5-3.0MPa；
优选的，天然气预热至200-400℃后进行脱硫，脱硫后天然气中硫的质量分数不高于0.1ppm；
优选的，压缩天然气与水蒸汽的体积比为(2.5-3.6)：1；
优选的，天然气与水蒸汽混合后预热至450-600℃后进行重整反应，重整反应的温度为800-900℃；
优选的，以体积百分数为100％计，粗合成气中的干气组成包括：H255-75％，CO10-20％，CO2 10-20％和CH4 1-3％；
优选的，变换反应的温度为200-400℃；
优选的，以体积百分数为100％计，富氢气体的干气组成包括：H285-99％，CO 0-10％，CO20-1％，CH4 1-10％。
进一步的，步骤(b)中，所述富氢气体中的还原气体与颗粒状铁矿石的流量比为500-2000Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石；
优选的，还原反应的压力为0.05-3.00MPa；
优选的，还原反应的时间为1-15h。
进一步的，步骤(b)中，还包括将还原反应过程中产生的还原尾气进行第二脱水处理得到净化后尾气的步骤；
优选的，至少部分净化后尾气与经第一脱水处理后的变换气混合以进行回用；或，至少部分净化后尾气与经第一脱CO2处理后的富氢气体混合以进行回用；
优选的，净化后尾气与燃料气以及含氧气体混合作为燃料使用，燃料燃烧产生的热量可用于预热颗粒状铁矿石。
进一步的，步骤(b)中，还包括将还原反应过程中产生的还原尾气进行第二脱CO2处理后，再进行第二脱水处理得到净化后尾气的步骤；
优选的，所述第二脱CO2处理中所采用的脱碳剂包括氧化钙；
优选的，氧化钙经过第二脱CO2处理后得到碳酸钙，碳酸钙于650-950℃进行再生，再生得到的氧化钙可作为脱碳剂回用。
本发明还提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原系统，采用上述颗粒状铁矿石的气基还原方法进行颗粒直接还原铁的生产；
所述颗粒状铁矿石的气基还原系统包括脱硫装置、重整装置、变换装置、第一脱水装置、第一脱CO2装置、气体预热装置、固体预热装置和还原反应装置；
压缩天然气经管道输送至所述脱硫装置内，所述脱硫装置与重整装置、变换装置、第一脱水装置和第一脱CO2装置依次连接，以使压缩天然气转化为富氢气体；
富氢气体和颗粒状铁矿石分别通过管路输送至所述还原反应装置内，用于输送富氢气体的管路上设置有气体预热装置，用于输送颗粒状铁矿石的管路上设置有固体预热装置。
进一步的，所述还原反应装置内设置有旋转部件。
进一步的，所述还原反应装置包括穿流式多段炉反应器、空悬式回转窑反应器或蛟龙式反应器中的任意一种。
进一步的，还包括第二脱水装置，所述还原反应装置与所述第二脱水装置连接，所述第二脱水装置与所述第一脱CO2装置连接；或，还包括第二脱CO2装置和第二脱水装置，所述还原反应装置依次与所述第二脱CO2装置和第二脱水装置连接，所述第二脱水装置与所述第一脱CO2装置连接或与所述的还原反应装置连接；
优选的，所述气基还原系统还包括热风炉，第二脱水装置与热风炉连接，所述热风炉与所述固体预热装置连接；
优选的，所述气基还原系统还包括再生装置，所述再生装置和所述第二脱CO2装置连接。
本发明还提供了上述颗粒状铁矿石的气基还原方法或颗粒状铁矿石的气基还原系统在直接还原铁生产领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法，将压缩天然气通过脱硫、水蒸汽重整、变换反应、第一脱水处理和第一脱CO2处理转化为富氢气体，该气基还原方法不需要纯氧、也不需要高热值燃气，以天然气为原料，将天然气转化为富氢气体，再将富氢气体预热与特定粒径及特定预热温度下的颗粒状铁矿石逆流接触使进行还原反应，制得颗粒直接还原铁；由于颗粒状铁矿石的颗粒尺寸较小，在相同温度下的还原反应速度快于传统的球团矿，且无需引入其它粘结剂和烧结过程，大大降低污染，同时将特定预热温度下的颗粒状铁矿石与富氢气体直接进行还原反应，利用颗粒状铁矿石与富氢气体本身的热量实现低温下还原反应的进行，低温还原反应不仅无需特殊耐高温材料，更减小了还原过程中颗粒直接还原铁的粘结机率；富氢气体的平均流速低于颗粒状铁矿石的最小流化速度，使气体不会以气泡形式穿过床层(颗粒状铁矿石)而造成气体反应不充分转化率不高的结果；此外，采用本发明提供的颗粒状铁矿石的气基还原方法相对于现有铁矿石还原技术，其CO2、粉尘排放量低，具有清洁、高效的特点。
(2)本发明提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原系统，该气基还原系统采用上述颗粒状铁矿石的气基还原方法进行颗粒直接还原铁的生产，该气基还原系统工艺流程简单，操作方便。
(3)本发明还提供了上述颗粒状铁矿石的气基还原方法或气基还原系统的应用，鉴于上述颗粒状铁矿石的气基还原方法或气基还原系统所具有的优势，使其在直接还原铁的生产领域具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种实施方式下的颗粒状铁矿石的气基还原系统；
图2为本发明提供的另一种实施方式下的颗粒状铁矿石的气基还原系统；
图3为本发明提供的空悬式回转窑反应器的结构示意图；
图4为图3提供的空悬式回转窑反应器中抄扬组件的结构示意图；
图5为本发明提供的蛟龙式反应器的结构示意图；
图6为图5提供的蛟龙式反应器中螺旋叶片的结构示意图；
图7为本发明提供的穿流式多段炉反应器的结构示意图。
图标：R1-脱硫装置；R2-重整装置；R3-变换装置；R4-第一脱CO2装置；R5-还原反应装置；R6-固体预热装置；R7-还原铁粉热压块机；R8-电炉；R9-还原铁粉装罐车；R10-热风炉；R11-第二脱CO2装置；E0-第一脱水装置；E1-第一换热器；E2-第二换热器；E3-第三换热器；E4-第四换热器；E5-第五换热器；E6-第六换热器；E7-第七换热器；E8-第八换热器；E9-第二脱水装置；E10-气体预热装置；E11-第十一换热器；E12-第十二换热器；C1-压缩机；
1-压缩天然气；2-水蒸汽；3-含氧气体a；4-燃料气a；5-燃烧气尾气；6-冷凝水a；7-脱碳剂；8-吸收二氧化碳的脱碳剂；9-海绵铁热压块；10-冷凝水b；11-循环还原气尾气；12-燃料还原气尾气；13-燃料气b；14-含氧气体b；15-热风炉燃烧尾气；16-颗粒状铁矿石；17-氧化钙；18-碳酸钙；
20-主筒体；21-变径；22-回转筒节；23-封闭机构；24-抄扬组件；30-转轴；31-螺旋叶片；32-气路通道；33-密封件；40-壳体；41-搅拌轴；42-物料盘；43-落料管；44-搅拌臂；45-刮板；46-气孔。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的第一个方面，提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法，包括以下步骤：
(a)将压缩天然气脱硫后与水蒸汽混合，使进行重整反应，得到粗合成气；
将粗合成气进行变换反应，得到变换气；
将变换气进行第一脱水处理和第一脱CO2处理，得到富氢气体；
(b)富氢气体经预热后与预热后的颗粒状铁矿石逆流接触，使进行还原反应，得到颗粒直接还原铁；
其中，颗粒状铁矿石的平均粒径为0.015-4.00mm，预热后的颗粒状铁矿石的温度为500-750℃，预热后的富氢气体的温度为450-650℃，富氢气体的平均流速小于颗粒状铁矿石的最小流化速度。
具体的，步骤(a)中，使用压缩天然气进行颗粒直接还原铁的制备，在成本上可行，并有利于减小二氧化碳排放。
由于天然气中可能含有一定量的硫，故先将天然气中的硫脱除后再与水蒸汽混合进行重整反应，重整反应生成主要含有氢气、一氧化碳等的粗合成气。
粗合成气经过变换反应以将大部分一氧化碳转化为氢气和二氧化碳，得到变换气。
变换气经过第一脱水处理以将变换气中含有的水蒸汽转变为冷凝水后脱除，再经过第一脱CO2处理将CO2脱除，得到富氢气体。
步骤(b)中，主要利用富氢气体中的还原气体(氢气、一氧化碳)与颗粒状铁矿石进行还原反应。
采用平均粒径处于0.015-4.00mm这一特定范围内的颗粒状铁矿石作为原料，由于颗粒状铁矿石的颗粒尺寸较小，在相同温度下的还原反应速度比传统的氧化球团或块矿的反应速度要快，且无需引入其它粘结剂和烧结过程，可大大降低能源消耗以及污染。
颗粒状铁矿石平均粒径的大小直接关系到还原反应速度的大小。颗粒状铁矿石平均粒径过低(低于0.015mm)，容易造成粉尘过大，空隙率太低影响气体的通过，增加了压降和能耗，颗粒状铁矿石平均粒径过高(高于4.0mm)，容易造成还原速率慢、产品金属化率低、反应管路堵塞等问题，故颗粒状铁矿石的平均粒径应限定在特定的数值范围内。典型但非限制性的颗粒状铁矿石的平均粒径为0.015mm、0.02mm、0.04mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.2mm、0.4mm、0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm、2.4mm、2.5mm、2.8mm、3.0mm、3.2mm、3.4mm、3.5mm、3.8mm或4.0mm。
颗粒状铁矿石和富氢气体在进行还原反应前都进行预热处理，通过利用物料本身的热量即可实现低温下还原反应的进行，还原反应的温度可达450-750℃(现有技术中还原反应温度一般为850-1050℃)，低温还原反应不仅无需特殊耐高温材料，更减小了还原过程中颗粒直接还原铁的粘结机率。预热后的颗粒状铁矿石的温度为500-750℃，典型但非限制性的温度为500℃、550℃、600℃、650℃、700℃或750℃。预热后的富氢气体的温度为450-650℃，典型但非限制性的温度为450℃、480℃、500℃、520℃、550℃、580℃、600℃、620℃或650℃。
将预热后的颗粒状铁矿石和预热后的富氢气体逆流接触，可增强富氢气体与颗粒状铁矿石的气固接触效率，使还原反应更充分，在低温下仍能获得高的转化率和金属化率。
在本发明还原反应过程中，富氢气体的平均流速低于颗粒状铁矿石的最小流化速度(Umf)，使得颗粒状铁矿石处于非流化状态，可使富氢气体和颗粒状铁矿石的接触更加充分，而无需像流化床中为保证颗粒处于流化状态需要采用较高的气速(一般最小为0.8-1m/s，停留时间较短，且会以气泡形式通过床层，因此转化率较低，气体单程转化率仅为5％左右)，富氢气体的利用效率比流化床大幅度提高，降低过程能耗。同时由于不需要保持颗粒时刻处于流化状态，该生产方法的操作弹性和稳定性大幅度提升。
需要说明的是，颗粒状铁矿石的最小流化速度(Umf)可由实验测得，也可由经验公式计算得到，通常采用的经验公式为
Figure BDA0003120320780000091
(流态化工程原理，金涌等，P19)。
本发明提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法，将压缩天然气通过脱硫、水蒸汽重整、变换反应、第一脱水处理和第一脱CO2处理转化为富氢气体，该气基还原方法不需要纯氧、也不需要高热值燃气，以天然气为原料，将天然气转化为富氢气体，再将富氢气体预热与特定粒径及特定预热温度下的颗粒状铁矿石逆流接触使进行还原反应，制得颗粒直接还原铁；由于颗粒状铁矿石的颗粒尺寸较小，在相同温度下的还原反应速度快于传统的球团矿，且无需引入其它粘结剂和烧结过程，大大降低污染，同时将特定预热温度下的颗粒状铁矿石与富氢气体直接进行还原反应，利用颗粒状铁矿石与富氢气体本身的热量实现低温下还原反应的进行，低温还原反应不仅无需特殊耐高温材料，更减小了还原过程中颗粒直接还原铁的粘结机率；富氢气体的平均流速低于颗粒状铁矿石的最小流化速度，使气体不会以气泡形式穿过床层(颗粒状铁矿石)而造成气体反应不充分转化率不高的结果；此外，采用本发明提供的颗粒状铁矿石的气基还原方法相对于现有铁矿石还原技术，其CO2、粉尘排放量低，具有清洁、高效的特点。
作为本发明的一种优选实施方式中，步骤(a)中，压缩天然气的压力为1.5-3.0MPa；典型但非限制性的压缩天然气的压力为1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa或3.0MPa。
本发明中的天然气的压力是管道天然气的常用压力，可能由于管道距离压力会有波动，即使超过本发明所述的1.5-3.0MPa的范围，采用本发明所述的工艺和技术，也在本发明保护范围之内。
作为本发明的一种优选实施方式，天然气预热至200-400℃后进行脱硫，脱硫后天然气中硫的质量分数不高于0.1ppm。天然气预热的温度为200℃、220℃、240℃、250℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、350℃、360℃、380℃或400℃。
作为本发明的一种优选实施方式，压缩天然气与水蒸汽的体积比为(2.5-3.6)：1；压缩天然气与水蒸汽典型但非限制性的体积比为2.5：1、2.6：1、2.8：1、3.0：1、3.2：1、3.4：1、3.5：1或3.6：1。
作为本发明的一种优选实施方式，天然气与水蒸汽混合后预热至450-600℃后进行重整反应，重整反应的温度为800-900℃；重整反应典型但非限制性的温度为800℃、820℃、840℃、850℃、860℃、880℃或900℃。
通过对压缩天然气与水蒸汽的体积比、重整反应的温度的限定，使得粗合气中CH4尽量低，并使H2占比尽可能大。
作为本发明的一种优选实施方式，以体积百分数100％计，粗合成气中的干气组成包括：H2 55-75％，CO 10-20％，CO2 10-20％和CH4 1-3％。
由于粗合成气中CO含量较高，故对粗合成气进行变换反应，得到变换气，变换气再经第一脱水处理和第一脱CO2处理，得到主要含有氢气、一氧化碳还原气体的富氢气体。
作为本发明的一种优选实施方式，以体积百分数100％计，富氢气体的干气组成包括：H285-99％，CO 0-10％，CO20-1％和CH4 1-10％。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤(b)中，富氢气体中的还原气体与颗粒状铁矿石的流量比为500-2000Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石。典型但非限制性的流量比为500Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石、800Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石、900Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石、1000Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石、1500Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石、1800Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石或2000Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石。
需要说明的是，针对本发明中富氢气体的具体组成，富氢气体的还原气体包括氢气和一氧化碳。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤(b)中，还原反应的压力为0.05-3.00MPa；典型但非限制性的还原反应压力为0.05MPa、0.06MPa、0.08MPa、0.10MPa、0.2MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.8MPa、1.00MPa、1.20MPa、1.40MPa、1.50MPa、1.80MPa、2.00MPa、2.20MPa、2.40MPa、2.50MPa、2.80MPa或3.00MPa。
通过对还原反应压力的进一步限定，既使得天然气和水蒸汽在合适的压力下进行重整，又使得粗合成气不需要再进行压缩，经过变换反应、第一脱水处理和第一脱CO2处理后可以直接进入还原反应器进行还原反应。
作为本发明的一种优选实施方式，还原反应的时间为1-15h。典型但非限制性的还原反应时间为1h、2h、4h、5h、6h、8h、10h、12h、14h或15h。
通过对还原反应时间的进一步限定，使得颗粒状铁矿石具有足够的还原反应时间以能获得高的金属化率，又不会由于反应时间过长造成效率低下。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤(b)中，还包括将还原反应过程中产生的还原尾气进行任选的第二脱CO2处理和第二脱水处理得到净化后尾气的步骤。
需要说明的是，“任选的第二脱CO2处理”是指第二脱CO2处理可进行也可不进行，即还原反应过程中产生的还原尾气进行第二脱CO2处理和第二脱水处理得到净化后尾气，或者还原反应过程中产生的还原尾气只进行第二脱水处理得到净化后尾气。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤(b)中，第二脱CO2处理中所采用的脱碳剂包括氧化钙；
优选的，氧化钙经第二脱CO2处理后得到碳酸钙，碳酸钙于650-950℃进行再生，再生得到的氧化钙可作为脱碳剂回用。
净化后尾气还可以有多种循环利用的方式。
作为本发明的一种优选实施方式，至少部分净化后尾气与经第一脱水处理后的变换气混合以进行回用；或，至少部分净化后尾气与经第一脱CO2处理后的富氢气体混合以进行回用。
作为本发明的一种优选实施方式，净化后尾气与燃料气以及含氧气体混合作为燃料使用，燃烧产生的热量可用于预热颗粒状铁矿石。
本发明提供的颗粒状铁矿石的气基还原方法不仅能够实现较高金属化率的颗粒直接还原铁的制备，还能实现还原气的高效利用，过程中能源消耗大为降低，热量以及物料也被充分循环利用，在工业化制备颗粒直接还原铁领域具有良好的应用前景。
根据本发明的第二个方面，还提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原系统，采用上述颗粒状铁矿石的气基还原方法进行颗粒直接还原铁的生产；
颗粒状铁矿石的气基还原系统包括脱硫装置R1、重整装置R2、变换装置R3、第一脱水装置E0、第一脱CO2装置R4、气体预热装置E10、固体预热装置R6和还原反应装置R5，具体如图1和图2所示。
压缩天然气1经管道输送至脱硫装置R1内，脱硫装置R1与重整装置R2、变换装置R3、第一脱水装置E0和第一脱CO2装置R4依次连接，以使压缩天然气转化为富氢气体；
富氢气体和颗粒状铁矿石16分别通过管路输送至还原反应装置R5内，用于输送富氢气体的管路上设置有气体预热装置E10，用于输送颗粒状铁矿石的管路上设置有固体预热装置R6。
具体的，压缩天然气1通过脱硫装置R1进行脱硫，脱硫后的天然气与水蒸汽2混合后进入到重整装置R2中发生重整反应，以使天然气与水蒸气转化为主要含有氢气、一氧化碳等的粗合成气。粗合成气进入到变换装置R3中以使大部分一氧化碳转化为氢气，得到变换气。变换气经过第一脱水装置E0以将变换气中含有的水蒸汽转变为冷凝水a6后脱除，再经过第一脱CO2装置R4处理将二氧化碳脱除得到富氢气体。
气体预热装置E10对于富氢气体进行预热，固体预热装置R6对于颗粒状铁矿石16进行预热，预热后的富氢气体与预热后的颗粒状铁矿石分别进入到还原反应装置R5内，并发生逆流接触进行还原反应。还原反应结束后，还原尾气和颗粒直接还原铁分别从还原反应装置R5排出。
作为本发明的一种可选实施方式，气基还原系统还包括第二脱水装置E9，还原反应装置R5与第二脱水装置E9连接。
还原反应结束后，将从还原反应装置R5排出的还原尾气引入到第二脱水装置E9排除冷凝水b 10，还原尾气脱除水后得到净化后尾气。
作为本发明的一种可选实施方式，第二脱水装置E9与第一脱CO2装置R4连接。
当净化后尾气含有的二氧化碳较多时，至少部分净化后尾气返回至第一脱水处理装置E0之后，与第一脱水处理装置E0处理后的变换气混合作为原料回用，然后进入第一脱CO2装置R4进行脱CO2处理。或，当净化后尾气含有的二氧化碳较少时，至少部分净化后尾气与经第一脱CO2装置R4处理后的富氢气体混合。
作为本发明的一种可选实施方式，气基还原系统还包括第二脱CO2装置R11和第二脱水装置E9，还原反应装置R5依次与第二脱CO2装置和第二脱水装置E9连接。
还原反应结束后，将从还原反应装置R5排出的还原尾气引入到第二脱CO2装置R11脱除CO2后，再经过第二脱水装置E9排除冷凝水，还原尾气脱除水后得到净化后尾气。
作为本发明的一种可选实施方式，第二脱水装置E9与第一脱CO2装置R4连接，或，第二脱水装置E9与还原反应装置R5连接，即净化后尾气与经第一脱CO2装置R4处理后的富氢气体混合。
优选的，第二脱CO2装置R11中所采用的脱碳剂包括氧化钙；
优选的，将脱二氧化碳处理后得到的碳酸钙于650-950℃进行再生，再生得到的氧化钙可作为脱碳剂回用。
通过使用固体氧化钙脱碳剂，使还原尾气无需降温即可直接脱除尾气中的二氧化碳，与现有脱除二氧化碳装不同的是，目前通常使用液体二氧化碳吸收剂或固体吸附剂来脱除合成气或还原尾气中的二氧化碳，在使用时首先要对气体进行降温，通常要降到常温，在采用低温甲醇洗的时候甚至要在-50℃的温度下操作，降温和升温过程中能耗很大。而本发明使用氧化钙直接吸收热的还原尾气中的二氧化碳，无需降温，并且可以减少对还原尾气进行降温的幅度，只需考虑在第二脱水处理时所需要的温度(200℃左右)即可，在使用脱水后的气体回用为还原气的时候，也就不需再进行大幅度升温，降低了过程的能耗，这种方式在还原尾气中含有少量二氧化碳时，尤为合适，仅需使用少量氧化钙或对少量氧化钙进行再生，即可获得低二氧化碳含量的气体。而且使用氧化钙吸收二氧化碳，无需消耗昂贵的液体二氧化碳吸收剂(多为有机胺类)或其它吸附剂。
作为本发明的一种可选实施方式，气基还原系统还包括热风炉R10，第二脱水装置E9与热风炉R10、固体预热装置R6依次连接；
至少部分净化后尾气作为燃料还原气尾气12与燃料气b 13混合后，与含氧气体b14在热风炉R10内燃烧，将得到的燃烧尾气引入固体预热装置R6进行热量利用后再排出。
作为本发明的一种可选实施方式，气基还原系统还包括再生装置(图中未示出)，再生装置分别与第一脱CO2装置和/或第二脱CO2装置连接。
再生装置主要用于第一脱CO2装置和第二脱CO2装置中脱碳剂的再生。
第二脱CO2装置中可采用氧化钙作为脱碳剂，氧化钙经过脱CO2处理后生成碳酸钙18从第二脱CO2装置排出，然后进入再生装置进行再生处理，再生处理得到的氧化钙17可重新返回至第二脱CO2装置作为脱碳剂进行回用。
由于颗粒状铁矿石的气基还原系统中各装置不同程度的需要利用大量热量，故对各装置之间的热量进行循环利用。
作为本发明的一种优选实施方式，颗粒状铁矿石的气基还原系统包括脱硫装置R1、重整装置R2、变换装置R3、第一脱水装置E0、第一脱CO2装置R4、气体预热装置E10、固体预热装置R6、还原反应装置R5、热风炉R10、还原铁粉热压块机R7、电炉R8和还原铁粉装罐车R9，上述装置之间还设有换热器，换热器包括第一换热器E1、第二换热器E2、第三换热器E3、第四换热器E4、第五换热器E5、第六换热器E6、第七换热器E7、第八换热器E8、第十一换热器E11和第十二换热器E12以实现热量的循环利用；
压缩天然气1经管道输送至脱硫装置R1内，脱硫装置R1与重整装置R2、变换装置R3、第一脱水装置E0和第一脱CO2装置R4依次连接，以使压缩天然气转化为富氢气体；
富氢气体和颗粒状铁矿石16分别通过管路输送至还原反应装置R5内，用于输送富氢气体的管路上设置有气体预热装置E10，用于输送颗粒状铁矿石的管路上设置有固体预热装置R6；
还原反应装置R5还与还原铁粉热压块机R7、电炉R8或还原铁粉装罐车R9连接。
具体的，压缩天然气1经过第一换热器E1预热处理后进入脱硫装置R1进行脱硫，脱硫后的天然气经过第二换热器E2换热处理后与经过第五换热器E5和第四换热器E4逐级换热后的水蒸汽2混合，再经过第三预热器E3预热后进入到重整装置R2中发生重整反应，以使天然气与水蒸汽转化为主要含有氢气、一氧化碳等的粗合成气。燃料气a4经过第七换热器E7与经过第六换热器E6的含氧气体a3混合后进入到重整装置R2中作为燃料燃烧以提供重整所需的热量，燃料燃烧形成的燃烧气尾气5经过第三预热器E3、第四预热器E4、第五预热器E5、第六预热器E6和第七预热器E7进行逐级换热后排出。由于粗合成气的温度较高(约为800-900℃)，故粗合成气经过第二换热器E2和第一换热器E1逐级换热后，温度降低至200-400℃后进入变换装置R3中，将其中的大部分一氧化碳转化为氢气和二氧化碳，得到变换气。变换气经过第一脱水装置E0以将变换气中含有的水蒸汽转变为冷凝水a6后脱除，再经过第一脱CO2装置R4处理将二氧化碳脱除得到富氢气体。其中，第一脱CO2装置R4中利用脱碳剂7实现二氧化碳的脱除，吸收二氧化碳的脱碳剂8从第一脱CO2装置R4中排出。
富氢气体经过第八换热器E8换热后进入到气体预热装置E10进行预热。颗粒状铁矿石16进入到固体预热装置R6进行预热，预热后的富氢气体与预热后的颗粒状铁矿石分别进入还原反应装置R5内，发生逆流接触进行还原反应，还原反应结束后，颗粒状铁矿石转化成颗粒直接还原铁，富氢气体转化为还原尾气。颗粒直接还原铁根据需要进入还原铁粉热压块机R7制成热压铁块9，或直接进入电炉R8进行下一步冶炼，或进入还原铁粉装罐车R9进入下一个工序。
根据还原尾气的处理方式的不同，还可采用不同的工艺流程。如图1所示，还原尾气从还原反应装置R5排出进入第二脱水装置E9排除冷凝水b 10后，得到净化后尾气。部分净化后尾气作为循环还原气尾气11经过压缩机C1返回至第一脱水处理装置E0之后，与第一脱水处理装置E0处理后的变换气混合，然后进入第一脱CO2装置R4进行脱二氧化碳处理。部分净化后尾气作为燃料还原气尾气12与燃料气b 13混合后，与含氧气体b14在热风炉R10内燃烧，将得到的燃烧尾气引入固体预热装置R6进行热量利用后作为热风炉燃烧尾气15再排出。
或者，如图2所示，还原尾气从还原反应装置R5排出进入第二脱CO2装置R11进行脱二氧化碳处理后再进入第二脱水装置E9排除冷凝水b 10后，得到净化后尾气。部分净化后尾气作为循环还原气尾气11经过压缩机C1返回至第一脱CO2装置R4之后，与第一脱CO2装置R4处理后的富氢气体混合，然后进入还原反应装置R5进行还原反应。部分净化后尾气作为燃料还原气尾气12与燃料气b 13混合后，与含氧气体b 14在热风炉R10内燃烧，将得到的燃烧尾气引入固体预热装置R6进行热量利用后作为热风炉燃烧尾气15再排出。
通过对颗粒状铁矿石的气基还原系统具体结构以及工艺流程的进一步限定，使得在获得实现颗粒状铁矿石的同时，还充分实现了热量的回收利用。
需要说明的是，还原反应装置是作为该颗粒状铁矿石的气基还原系统中重要的一部分。
作为本发明的一种可选实施方式，还原反应装置内设置有旋转部件，其中旋转部件为螺旋、旋转臂或回转筒中的任意一种。
为了进一步实现颗粒状铁矿石和富氢气体的充分接触，使得还原反应充分进行，作为本发明的一种优选实施方式，还原反应装置包括空悬式回转窑反应器、蛟龙式反应器或穿流式多段炉反应器中的任意一种。
空悬式回转窑反应器、蛟龙式反应器和穿流式多段炉反应器为发明人根据实际反应需求自行研发设计的还原反应装置。下面就各反应器的结构进行说明。
具体的，空悬式回转窑反应器如图3和图4所示，包括：回转窑筒体，回转窑筒体包括主筒体20以及连接在主筒体两端分别向外收缩的变径21，变径21的缩口端均连接有回转筒节22，回转筒节22连接有封闭机构23，封闭机构23与回转筒节的相接处设置有密封组件；主筒体20的内部设置有多个抄扬组件24，能够使颗粒状铁矿石在回转窑筒体转动时形成多层物料帘，并使富氢气体穿行于多层物料帘与颗粒状铁矿石充分接触。通过在缩颈后的回转筒节22上连接封闭机构23，降低了密封组件在回转筒节22与封闭机构23之间的安装难度，构成的多层物料帘有效增大了颗粒状铁矿石与富氢气体的接触面积，能够更加充分完全地进行反应。
蛟龙反应器如图5和图6所示，包括壳体，壳体的轴心安装有转轴30，转轴30上连接有用于输送固体物料的螺旋叶片31，螺旋叶片31上设置有多个用于供富氢气体穿过的气路通道32；固体物料充满壳体的反应腔，并与富氢气体逆向接触进行还原反应。通过在蛟龙反应器内部安装的转轴30以及在转轴与壳体之间的密封件33，有效提高了蛟龙反应器的密封性，并使蛟龙反应器能够承压操作。通过在转轴30上安装的螺旋叶片31，并结合蛟龙反应器的密闭结构，能够使颗粒状铁矿石充满整个反应器的反应腔空间，有效提高了颗粒状铁矿石的填充率。
穿流式多段炉反应器如图7所示，包括：壳体40、搅拌轴41以及沿壳体40的轴向间隔设置的多个物料盘42，物料盘42上连接有用于落料的落料管43；物料盘42的上部均设置有搅拌臂44，搅拌臂44上连接有用于对物料盘42上的颗粒状铁矿石进行均匀布料的刮板45；每个物料盘42上均布有多个气孔46，用于使均布在物料盘42上的颗粒状铁矿石与富氢气体中的还原气体充分接触。通过在物料盘42上均布的多个气孔46实现了对富氢气体的均匀分布，能够使富氢气体由下向上逐层流出，并能够与均布在物料盘42上的颗粒状铁矿石充分接触，有效增大了颗粒状铁矿石与富氢气体的接触面积，能够更加充分完全地进行反应。
根据本发明的第三个方面，还提供了上述颗粒状铁矿石的气基还原方法或颗粒状铁矿石的气基还原系统在直接还原铁生产领域中的应用。
鉴于上述颗粒状铁矿石的气基还原方法或颗粒状铁矿石的气基还原系统所具有的优势，使其在直接还原铁的生产领域具有良好的应用。
下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。
实施例1
本实施例提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法，包括以下步骤：
(a)将压力为2.8MPa的气化后的液化天然气脱硫后与水蒸汽以体积比为(3.5-3.6)：1的比例混合，使进行重整反应，重整反应的温度870℃，得到粗合成气；其中，脱硫后天然气中硫的质量分数为小于1ppm；粗合成气中的干气组成包括：H268-70％，CO 12-13％，CO216-18％和CH41-1.5％；
将粗合成气进行变换反应，变换反应的温度为360-380℃，得到变换气；
将变换气进行第一脱水处理和第一脱CO2处理，得到富氢气体；其中，富氢气体的干气组成包括：H293-96％，CO 3-5％，CO20-0.2％，CH41.2-1.7％。
(b)富氢气体经预热后与预热后的颗粒状铁矿石逆流接触，使进行还原反应，还原反应压力为2.5MPa，还原反应的时间为6h，得到颗粒直接还原铁；
还原尾气降温至180-210℃，脱除冷凝水后，95％返回第一脱CO2装置前处理。
其中，颗粒状铁矿石的化学组成为全铁、FeO、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、MnO，含量分别为62.7％、27.3％、1.32％、1.53％、3.45％、0.82％、0.28％，颗粒状铁矿石的粒径为48-150μm，平均粒径为0.105mm，预热后的颗粒状铁矿石的温度为650-700℃，富氢气体预热后的温度为600-630℃；
富氢气体流过床层时其平均流速在0.065m/s，而在此粒径的颗粒状铁矿石、富氢气体及反应压力的条件下，最小流化速度Umf为0.086m/s。
还原反应器中，富氢气体中的还原气体与颗粒状铁矿石的流量之比为1400Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石。
还原反应装置为穿流式多段炉反应器，该过程可获得金属化率为97.8％的直接还原铁粉，碳含量为1.4％，还原气单程利用效率为24.2％。
实施例2
本实施例提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法，包括以下步骤：
(a)将压力为2MPa的压缩天然气脱硫后与水蒸汽以体积比为(3.2-3.3)：1的比例混合，使进行重整反应，重整反应的温度850℃，得到粗合成气；其中，脱硫后天然气中硫的质量分数为小于1ppm；粗合成气中的干气组成包括：H263-65％，CO 15-16％，CO213-15％和CH43-3.5％，N22-3％；
将粗合成气进行变换反应，变换反应的温度为230-250℃，得到变换气；
将变换气进行第一脱水处理和第一脱CO2处理，得到富氢气体；其中，富氢气体的干气组成包括：H292-94％，CO 0.3-0.5％，CO20-0.1％，CH43.5-4.1％，N2 2.3-3.5％。
(b)富氢气体经预热后与预热后的颗粒状铁矿石逆流接触，使进行还原反应，还原反应压力为1.5MPa，还原反应的时间为3.5h，得到颗粒直接还原铁；
还原尾气降温至160-190℃，脱除冷凝水后90％返回第一脱二氧化碳装置后处理。
其中，颗粒状铁矿石的化学组成为全铁、FeO、SiO2、Al2O3和MnO，其含量分别为66.2％、1.4％、5.2％、0.43％和0.06％，颗粒状铁矿石的粒径为75-270μm，平均粒径为0.15mm，预热后的颗粒状铁矿石的温度为630-660℃，富氢气体预热后的温度为540-560℃；
富氢气体流过床层时其平均流速在0.09m/s，而在此粒径的颗粒状铁矿石、富氢气体及反应压力的条件下，最小流化速度Umf为0.13m/s。
还原反应器中，富氢气体中的还原气体与颗粒状铁矿石的流量之比为1500Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石。
还原反应器为蛟龙反应器。该过程可获得金属化率为98.5％的颗粒直接还原铁，碳含量为0.1％，还原气单程利用效率为26.3％。
实施例3
本实施例提供了一种颗粒状铁矿石的气基还原方法，包括以下步骤：
(a)将压力为1MPa的压缩天然气脱硫后与水蒸汽以体积比为(3.1-3.2)：1的比例混合，使进行重整反应，重整反应的温度860℃，得到粗合成气；其中，脱硫后天然气中硫的质量分数为小于1ppm；粗合成气中的干气组成包括：H260-64％，CO 14-15％，CO214-16％和CH42-2.5％，N26-8％；
将粗合成气进行变换反应，变换反应的温度为260-280℃，得到变换气；
将变换气进行第一脱水处理和第一脱CO2处理，得到富氢气体；其中，富氢气体的干气组成包括：H285-88％，CO 2-2.2％，CO20-0.1％，CH42.4-2.9％，N27-9.5％。
(b)富氢气体经预热后与预热后的颗粒状铁矿石逆流接触，使进行还原反应，还原反应压力为0.6MPa，还原反应的时间为5h，得到颗粒直接还原铁；
还原尾气先经过第二脱CO2装置，其中CO2含量降至0.1％以下，再降温至130-150℃，脱除冷凝水后80％返回第一脱CO2装置后处理。
其中，颗粒状铁矿石的化学组成为全铁、FeO、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、MnO，其含量分别为55.2％、0.29％、8.69％、0.01％、0.01％、6.53％、0.07％，颗粒状铁矿石的粒径为380-4000μm，平均粒径为1.05mm，预热后的颗粒状铁矿石的温度为710-730℃，富氢气体预热后的温度为500-520℃；
富氢气体流过床层时其平均流速在0.4m/s，而在此粒径的颗粒状铁矿石、富氢气体及反应压力的条件下，最小流化速度0.63m/s。
还原反应器中，富氢气体中的还原气体与颗粒状铁矿石的流量之比为950Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石。
还原反应器为空悬式回转窑反应器。该过程可获得金属化率为96.5％的直接还原铁粉，碳含量为0.7％，还原气单程利用效率为30.6％。
实施例4
本实施例提供了实施例1颗粒状铁矿石的气基还原方法所对应的颗粒状铁矿石的气基还原系统，具体如图1所示。
该颗粒状铁矿石的气基还原系统包括脱硫装置R1、重整装置R2、变换装置R3、第一脱水装置E0、第一脱CO2装置R4、气体预热装置E10、固体预热装置R6、还原反应装置R5、热风炉R10、还原铁粉热压块机R7、电炉R8和还原铁粉装罐车R9，上述装置之间还设有换热器，换热器包括第一换热器E1、第二换热器E2、第三换热器E3、第四换热器E4、第五换热器E5、第六换热器E6、第七换热器E7、第八换热器E8、第十一换热器E11和第十二换热器E12以实现热量的循环利用；
压缩天然气1经管道输送至脱硫装置R1内，脱硫装置R1与重整装置R2、变换装置R3、第一脱水装置E0和第一脱CO2装置R4依次连接，以使压缩天然气转化为富氢气体；
富氢气体和颗粒状铁矿石16分别通过管路输送至还原反应装置R5内，用于输送富氢气体的管路上设置有气体预热装置E10，用于输送颗粒状铁矿石的管路上设置有固体预热装置R6；
还原反应装置R5还与还原铁粉热压块机R7、电炉R8或还原铁粉装罐车R9连接。
实施例5
本实施例提供了实施例2颗粒状铁矿石的气基还原方法所对应的颗粒状铁矿石的气基还原系统，具体如图1所示。
该颗粒状铁矿石的气基还原系统除了第二脱水装置E9与第一脱CO2装置R4之后的管路连接，以使部分净化后尾气与经第一脱CO2处理后的富氢气体混合，其余结构以及连接关系与实施例4相同。
实施例6
本实施例提供了实施例3颗粒状铁矿石的气基还原方法所对应的颗粒状铁矿石的气基还原系统，具体如图2所示。
该颗粒状铁矿石的气基还原系统除了还原尾气从还原反应装置排出进入第二脱CO2装置R11和第二脱水装置E9排除冷凝水后，得到净化后尾气。第二脱水装置E9与第一脱CO2装置R4之后的管路连接，以使部分净化后尾气与经第一脱CO2处理后的富氢气体混合，其余结构以及连接关系与实施例4相同。
上述实施例表明，本发明提供颗粒状铁矿石的气基还原方法以天然气为原料，经过水蒸汽重整、变换、脱水脱碳等工序，得到富氢气体，并采用富氢气体可以将颗粒状铁矿石还原为颗粒直接还原铁产品，且产品的金属化率达到96-99％，属于高规格的还原铁产品。此加工过程即无需采用气基竖炉专属的球团原料，和900℃以上的高温，也不需要像流化床一样需要几十个小时的反应时间，还大幅度的提高了还原气的转化率，避免了转化率过低造成的大量气体循环，减少了动力消耗，是一种清洁、高效的直接还原铁方法，采用这种方法的系统可以降低钢铁冶炼过程的能耗，而且通过采用氧化钙作为脱碳剂，可以使还原尾气在高温下脱除二氧化碳，进一步降低能量消耗，提高了效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将压缩天然气脱硫后与水蒸汽混合，使进行重整反应，得到粗合成气；
将粗合成气进行变换反应，得到变换气；
将变换气进行第一脱水处理和第一脱CO2处理，得到富氢气体；
(b)富氢气体经预热后与预热后的颗粒状铁矿石逆流接触，使进行还原反应，得到颗粒直接还原铁；
其中，所述颗粒状铁矿石的平均粒径为0.015-4.00mm，预热后的颗粒状铁矿石的温度为500-750℃，预热后的富氢气体的温度为450-650℃，富氢气体的平均流速小于颗粒状铁矿石的最小流化速度。
2.根据权利要求1所述的颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，步骤(a)中，压缩天然气的压力为1.5-3.0MPa；
优选的，天然气预热至200-400℃后进行脱硫，脱硫后天然气中硫的质量分数不高于0.1ppm；
优选的，压缩天然气与水蒸汽的体积比为(2.5-3.6)：1；
优选的，天然气与水蒸汽混合后预热至450-600℃后进行重整反应，重整反应的温度为800-900℃；
优选的，以体积百分数为100％计，粗合成气中的干气组成包括：H255-75％，CO 10-20％，CO2 10-20％和CH4 1-3％；
优选的，变换反应的温度为200-400℃；
优选的，以体积百分数为100％计，富氢气体的干气组成包括：H285-99％，CO 0-10％，CO20-1％和CH4 1-10％。
3.根据权利要求1或2所述的颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，步骤(b)中，所述富氢气体中的还原气体与颗粒状铁矿石的流量比为500-2000Nm3还原气体/t颗粒状铁矿石；
优选的，还原反应的压力为0.05-3.00MPa；
优选的，还原反应的时间为1-15h。
4.根据权利要求1或2所述的颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，步骤(b)中，还包括将还原反应过程中产生的还原尾气进行第二脱水处理得到净化后尾气的步骤；
优选的，至少部分净化后尾气与经第一脱水处理后的变换气混合以进行回用；或，至少部分净化后尾气与经第一脱CO2处理后的富氢气体混合以进行回用；
优选的，至少部分净化后尾气与燃料气以及含氧气体混合作为燃料使用，燃料燃烧产生的热量可用于预热颗粒状铁矿石。
5.根据权利要求1或2所述的颗粒状铁矿石的气基还原方法，其特征在于，步骤(b)中，还包括将还原反应过程中产生的还原尾气进行第二脱CO2处理，再进行第二脱水处理得到净化后尾气的步骤；
优选的，所述第二脱CO2处理中所采用的脱碳剂包括氧化钙；
优选的，氧化钙经过第二脱CO2处理后得到碳酸钙，碳酸钙于650-950℃进行再生，再生得到的氧化钙可作为脱碳剂回用。
6.一种颗粒状铁矿石的气基还原系统，其特征在于，采用权利要求1-5任意一项所述颗粒状铁矿石的气基还原方法进行颗粒直接还原铁的生产；
所述颗粒状铁矿石的气基还原系统包括脱硫装置、重整装置、变换装置、第一脱水装置、第一脱CO2装置、气体预热装置、固体预热装置和还原反应装置；
压缩天然气经管道输送至所述脱硫装置内，所述脱硫装置与重整装置、变换装置、第一脱水装置和第一脱CO2装置依次连接，以使压缩天然气转化为富氢气体；
富氢气体和颗粒状铁矿石分别通过管路输送至所述还原反应装置内，用于输送富氢气体的管路上设置有气体预热装置，用于输送颗粒状铁矿石的管路上设置有固体预热装置。
7.根据权利要求6所述的气基还原系统，其特征在于，所述还原反应装置内设置有旋转部件。
8.根据权利要求6所述的气基还原系统，其特征在于，所述还原反应装置包括穿流式多段炉反应器、空悬式回转窑反应器或蛟龙式反应器中的任意一种。
9.根据权利要求6-8任意一项所述的气基还原系统，其特征在于，还包括第二脱水装置，所述还原反应装置与所述第二脱水装置连接，所述第二脱水装置与所述第一脱CO2装置连接；或，还包括第二脱CO2装置和第二脱水装置，所述还原反应装置依次与所述第二脱CO2装置和第二脱水装置连接，所述第二脱水装置与所述第一脱CO2装置连接或与所述的还原反应装置连接；
优选的，所述气基还原系统还包括热风炉，所述第二脱水装置与所述热风炉连接，所述热风炉与所述固体预热装置连接；
优选的，所述气基还原系统还包括再生装置，所述再生装置和所述第二脱CO2装置连接。
10.权利要求1-5任意一项所述的颗粒状铁矿石的气基还原方法或权利要求6-9任意一项所述的颗粒状铁矿石的气基还原系统在直接还原铁生产领域中的应用。
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