处理矿石的系统及方法

申请号 CN201710374828.7 申请日 2017-05-24 公开(公告)号 CN107022663A 公开(公告)日 2017-08-08
申请人 江苏省冶金设计院有限公司; 发明人 员晓; 邓君; 范志辉; 曹志成; 吴道洪;
摘要 本 发明 公开了处理 褐 煤 和 铁 矿石 的系统及方法,系统包括: 热解 炉,其内 自上而下 依次形成加料区、热解区和冷却区;热解区自上而下包括 辐射 管层和混合物料层,辐射管层具有多层蓄热式辐射管,多层蓄热式辐射管在辐射管层中沿热解炉高度方向间隔分布,并且每层蓄热式辐射管包括多个沿 水 平方向间隔分布的蓄热式辐射管;混合物料层具有集气装置,集气装置包括集气环管、环形 挡板 和导气管,环形挡板从上向下遮挡集气环管,集气环管的底部具有多个开孔,导气管从热解区延伸至热解炉外;除尘装置,具有混合气入口、除尘后气出口和固体颗粒物出口;加热炉,具有除尘后气入口和加热后气出口; 竖炉 ,具有铁矿石入口、加热后气入口、炉顶气出口和海绵铁出口。
权利要求

1.一种处理矿石的系统,其特征在于,包括:
热解炉,
所述热解炉内自上而下依次形成加料区、热解区和冷却区;
所述加料区包括:褐煤入口和红土镍矿入口;
所述热解区自上而下包括辐射管层和混合物料层,
所述辐射管层具有多层蓄热式辐射管,所述多层蓄热式辐射管在所述辐射管层中沿所述热解炉高度方向间隔分布,并且每层所述蓄热式辐射管包括多个沿平方向间隔分布的蓄热式辐射管;
所述混合物料层具有集气装置,所述集气装置包括集气环管、环形挡板和导气管,所述环形挡板从上向下遮挡所述集气环管,且覆盖所述集气环管的全部竖向投影,所述集气环管的底部具有多个开孔,所述导气管从所述热解区延伸至所述热解炉外,并且所述导气管的一端与所述集气环管相连;
所述冷却区包括:出料口;
除尘装置,所述除尘装置具有混合气入口、除尘后气出口和固体颗粒物出口,所述混合气入口与所述导气管的另一端相连;
加热炉,所述加热炉具有除尘后气入口和加热后气出口,所述除尘后气入口与所述除尘后气出口相连;
竖炉,所述竖炉具有铁矿石入口、加热后气入口、炉顶气出口和海绵铁出口,所述加热后气入口与所述加热后气出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述环形挡板包括内挡板和外挡板,所述内挡板和所述外挡板的顶端相连,所述内挡板和所述外挡板的底端彼此分离,并且所述集气环管位于所述内挡板和所述外挡板之间;
任选的,所述集气环管的外环直径为所述热解区炉膛直径的三分之一到三分之二,优选二分之一;
任选的,所述内挡板和所述外挡板之间夹为60~80度;
任选的,所述开孔为8~20个,并且所述开孔的孔径为0.04~0.08m。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,进一步包括:
焙烧装置,所述焙烧装置具有红土镍矿进口和脱水后红土镍矿出口,所述脱水后红土镍矿出口与所述红土镍矿入口相连。
4.根据权利要求1和2所述的系统,其特征在于,进一步包括:
筛分-磁选单元,所述筛分-磁选单元具有混合物料入口、半焦出口和还原后红土镍矿出口,所述混合物料入口与所述出料口相连;
熔分装置,所述熔分装置具有还原后红土镍矿入口、镍铁合金出口和尾渣出口,所述还原后红土镍矿入口与所述还原后红土镍矿出口相连。
5.一种采用权利要求1-4中任一项所述的系统处理褐煤和铁矿石的方法,其特征在于,包括:
(1)将褐煤和红土镍矿供给至所述热解炉中,以便使得所述褐煤和所述红土镍矿在所述热解区的辐射管层发生反应,得到热解油气以及含有半焦和部分还原后红土镍矿的混合物料,并且所述热解油气在所述混合物料层进行重整和焦油裂解反应,得到含有一和氢气的混合气,所述含有一氧化碳和氢气的混合气经所述集气装置收集后再经所述导气管排出所述热解炉;
(2)将含有一氧化碳和氢气的混合气供给至所述除尘装置中进行除尘处理,以便得到除尘后气和固体颗粒;
(3)将所述除尘后气供给至所述加热炉进行加热处理,以便得到加热后气;
(4)将铁矿石和所述加热后气供给至所述竖炉进行还原处理,以便得到海绵铁和炉顶气。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,进一步包括:在将所述红土镍矿供给至所述热解炉之前:预先将所述红土镍矿供给至所述焙烧装置中进行脱水处理,以便得到脱水后红土镍矿,并将所述脱水后红土镍矿供给至所述热解炉中。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其特征在于,进一步包括:
将所述含有半焦和部分还原后红土镍矿的混合物料供给至所述筛分-磁选单元进行筛分和磁选处理,以便得到半焦和还原后红土镍矿;
将所述还原后红土镍矿供给至所述熔分装置中进行熔分处理,以便得到镍铁合金和尾渣。
8.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述褐煤的粒径为8-14mm;
任选的,在步骤(1)中,所述红土镍矿的粒径为0.5-1mm;
任选的,在步骤(1)中,所述辐射管层的温度为800-1000摄氏度,优选900摄氏度。
9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述除尘后气的含尘量不高于15g/Nm3;
任选的,在步骤(3)中,所述加热后气的温度为900-1000摄氏度,优选950摄氏度。

说明书全文

处理矿石的系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于冶金技术及煤炭利用领域,具体而言,本发明涉及一种处理褐煤和铁矿石的系统及方法。

背景技术

[0002] 褐煤,又名柴煤,是煤化程度最低的煤种。它是泥炭沉积后经脱压实转变为有机生物岩的初期产物,因外表呈褐色或暗褐色而得名。水分高达30%~60%,热值底(原煤
2700Kcal/kg左右),燃点低,不粘结,化学反应性强,热稳定性差,具有低硫、低磷、高挥发
分、高灰熔点的“两高两低”显著特点。若直接燃烧则效率低,经济价值也远低于烟煤等高
阶煤。目前褐煤常用处理工艺为热解提质工艺,是指在隔绝空气(或在非化气氛)条件下
将煤加热,发生热解反应,最终得到焦油、煤气和半焦的加工过程(方法)。褐煤热解提质主
要得到半焦、煤焦油和煤气。其中热解煤气中含有大量CO和H2,可以作为各种矿石气基还原
的还原气。但在高温热解过程中产生的煤热解油气中含有焦油,如果直接热送至竖炉还原
铁矿石,高沸点焦油则会在管道内冷凝并与灰尘结合,在管道积累,堵塞管道。另外,焦油成
分中含有有毒物质,对整个生产系统人员健康构成威胁。焦油中含有较多酸性的酚类物质,
容易造成废水的二次污染。
[0003] 因此,亟需探索研究适于褐煤的处理技术。

发明内容

[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种处理褐煤和铁矿石的系统及方法,采用该系统可以同时实现褐煤的
热解和红土镍矿的还原,并且褐煤热解所得热解油气经重整和裂解反应后得到的混合气中
含有丰富的一氧化和氢气,从而将其作为竖炉中铁矿石中的还原气使用,可以得到高金
属化率的海绵铁。
[0005] 在本发明的一个方面,本发明提出了一种处理褐煤和铁矿石的系统。根据本发明的实施例,所述系统包括:
[0006] 热解炉,
[0007] 所述热解炉内自上而下依次形成加料区、热解区和冷却区;
[0008] 所述加料区包括:褐煤入口和红土镍矿入口;
[0009] 所述热解区自上而下包括辐射管层和混合物料层,
[0010] 所述辐射管层具有多层蓄热式辐射管,所述多层蓄热式辐射管在所述辐射管层中沿所述热解炉高度方向间隔分布,并且每层所述蓄热式辐射管包括多个沿水平方向间隔分
布的蓄热式辐射管;
[0011] 所述混合物料层具有集气装置,所述集气装置包括集气环管、环形挡板和导气管,所述环形挡板从上向下遮挡所述集气环管,且覆盖所述集气环管的全部竖向投影,所述集
气环管的底部具有多个开孔,所述导气管从所述热解区延伸至所述热解炉外,并且所述导
气管的一端与所述集气环管相连;
[0012] 所述冷却区包括:出料口;
[0013] 除尘装置,所述除尘装置具有重整气入口、除尘后气出口和固体颗粒物出口,所述重整气入口与所述导气管的另一端相连;
[0014] 加热炉,所述加热炉具有除尘后气入口和加热后气出口,所述除尘后气入口与所述除尘后气出口相连;
[0015] 竖炉,所述竖炉具有铁矿石入口、加热后气入口、炉顶气出口和海绵铁出口,所述加热后气入口与所述加热后气出口相连。
[0016] 根据本发明实施例的处理褐煤和铁矿石的系统通过在热解炉内布置辐射管层和混合物料层,使得褐煤和红土镍矿在辐射管层中发生反应,得到热解油气以及含有半焦和
还原后红土镍矿的混合物料,其中,含有半焦和还原后红土镍矿的混合物料形成热解区中
的混合物料层,得到的热解油气通过混合物料层时,在反应性半焦、还原后红土镍矿中铁和
镍的催化作用下,热解油气中甲烷与二氧化碳和水发生重整反应,生成一氧化碳和氢气,同
时焦油也被催化裂解为小分子碳氢化合物、一氧化碳和氢气,得到的含有一氧化碳和氢气
的混合气经布置在混合物料层的集气装置收集,然后将得到的混合气经除尘、加热后供给
至竖炉中作为还原气使用,由于混合气中含有丰富的一氧化碳和氢气,从而可以得到高金
属化率的海绵铁,进而可以解决以往热解油气排出过程中焦油对管道的堵塞腐蚀问题,同
时解决了现有技术中经济价值较差的褐煤的经济化利用。
[0017] 另外,根据本发明上述实施例的处理褐煤和铁矿石的系统还可以具有如下附加的技术特征:
[0018] 在本发明的一些实施例中,所述环形挡板包括内挡板和外挡板,所述内挡板和所述外挡板的顶端相连,所述内挡板和所述外挡板的底端彼此分离,并且所述集气环管位于
所述内挡板和所述外挡板之间。由此,可以有效避免混合物料对集气环管上开孔的堵塞。
[0019] 在本发明的一些实施例中,所述集气环管的外环直径为所述热解区炉膛直径的三分之一到三分之二,优选二分之一。
[0020] 在本发明的一些实施例中,所述内挡板和所述外挡板之间夹为60~80度。
[0021] 在本发明的一些实施例中,所述开孔为8~20个,并且所述开孔的孔径为0.04~0.08m。
[0022] 在本发明的一些实施例中,所述处理褐煤和铁矿石的系统进一步包括:焙烧装置,所述焙烧装置具有红土镍矿进口和脱水后红土镍矿出口,所述脱水后红土镍矿出口与所述
红土镍矿入口相连。由此,可以显著提高红土镍矿的还原效率。
[0023] 在本发明的一些实施例中,所述处理褐煤和铁矿石的系统进一步包括:筛分-磁选单元,所述筛分-磁选单元具有混合物料入口、半焦出口和还原后红土镍矿出口,所述混合
物料入口与所述出料口相连;熔分装置,所述熔分装置具有还原后红土镍矿入口、镍铁合金
出口和尾渣出口,所述还原后红土镍矿入口与所述还原后红土镍矿出口相连。
[0024] 在本发明的再一个方面,本发明提出了一种采用上述系统处理褐煤和铁矿石的方法。根据本发明的实施例,所述方法包括:
[0025] (1)将褐煤和红土镍矿供给至所述热解炉中,以便使得所述褐煤和所述红土镍矿在所述热解区的辐射管层发生反应,得到热解油气以及含有半焦和部分还原后红土镍矿的
混合物料,并且所述热解油气在所述混合物料层进行重整和焦油裂解反应,得到含有一氧
化碳和氢气的混合气,所述含有一氧化碳和氢气的混合气经所述集气装置收集后再经所述
导气管排出所述热解炉;
[0026] (2)将含有一氧化碳和氢气的重整气供给至所述除尘装置中进行除尘处理,以便得到除尘后气和固体颗粒;
[0027] (3)将所述除尘后气供给至所述加热炉进行加热处理,以便得到加热后气;
[0028] (4)将铁矿石和所述加热后气供给至所述竖炉进行还原处理,以便得到海绵铁和炉顶气。
[0029] 根据本发明实施例的处理褐煤和铁矿石的方法通过将褐煤和红土镍矿在辐射管层中发生反应,得到热解油气以及含有半焦和还原后红土镍矿的混合物料,其中,含有半焦
和还原后红土镍矿的混合物料形成热解区中的混合物料层,得到的热解油气通过混合物料
层时,在反应性半焦、还原后红土镍矿中铁和镍的催化作用下,热解油气中甲烷与二氧化碳
和水发生重整反应,生成一氧化碳和氢气,同时焦油也被催化裂解为小分子碳氢化合物、一
氧化碳和氢气,得到的含有一氧化碳和氢气的混合气经布置在混合物料层的集气装置收
集,然后将得到的混合气经除尘、加热后供给至竖炉中作为还原气使用,由于混合气中含有
丰富的一氧化碳和氢气,从而可以得到高金属化率的海绵铁,进而可以解决以往热解油气
排出过程中焦油对管道的堵塞腐蚀问题,同时解决了现有技术中经济价值较差的褐煤的经
济化利用。
[0030] 另外,根据本发明上述实施例的处理褐煤和铁矿石的系统还可以具有如下附加的技术特征:
[0031] 在本发明的一些实施例中,所述处理褐煤和铁矿石的方法进一步包括:在将所述红土镍矿供给至所述热解炉之前:预先将所述红土镍矿供给至所述焙烧装置中进行脱水处
理,以便得到脱水后红土镍矿,并将所述脱水后红土镍矿供给至所述热解炉中。由此,可以
显著提高红土镍矿的还原效率。
[0032] 在本发明的一些实施例中,所述处理褐煤和铁矿石的方法进一步包括:将所述含有半焦和部分还原后红土镍矿的混合物料供给至所述筛分-磁选单元进行筛分和磁选处
理,以便得到半焦和还原后红土镍矿;将所述还原后红土镍矿供给至所述熔分装置中进行
熔分处理,以便得到镍铁合金和尾渣。
[0033] 在本发明的一些实施例中,在步骤(1)中,所述褐煤的粒径为8-14mm。由此,可以显著提高褐煤的热解效率。
[0034] 在本发明的一些实施例中,在步骤(1)中,所述红土镍矿的粒径为0.5-1mm。可以进一步提高红土镍矿的还原效率。
[0035] 在本发明的一些实施例中,在步骤(1)中,所述辐射管层的温度为800-1000摄氏度,优选900摄氏度。
[0036] 在本发明的一些实施例中,在步骤(2)中,所述除尘后气的含尘量不高于15g/Nm3。由此,可以提高所得海绵铁的品质。
[0037] 在本发明的一些实施例中,在步骤(3)中,所述加热后气的温度为900-1000摄氏度,优选950摄氏度。由此,可以进一步提高所得海绵体的品质。
[0038] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0039] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
[0040] 图1是根据本发明一个实施例的处理褐煤和铁矿石的系统结构示意图;
[0041] 图2是根据本发明再一个实施例的处理褐煤和铁矿石的系统中的热解炉的结构示意图;
[0042] 图3是根据本发明又一个实施例的处理褐煤和铁矿石的系统中的热解炉中的集气装置的纵截面图;
[0043] 图4是根据本发明又一个实施例的处理褐煤和铁矿石的系统中的热解炉的结构示意图;
[0044] 图5是根据本发明又一个实施例的处理褐煤和铁矿石的系统中的热解炉的结构示意图;
[0045] 图6是根据本发明一个实施例的处理褐煤和铁矿石的方法流程示意图;
[0046] 图7是根据本发明再一个实施例的处理褐煤和铁矿石的方法流程示意图;
[0047] 图8是根据本发明又一个实施例的处理褐煤和铁矿石的方法流程示意图。

具体实施方式

[0048] 下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0049] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0050] 此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三
个等,除非另有明确具体的限定。
[0051] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连
接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0052] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0053] 在本发明的一个方面,本发明提出了一种处理褐煤和铁矿石的系统。根据本发明的实施例,参考图1-3,该系统包括:热解炉100、除尘装置200、加热炉300和竖炉400。
[0054] 根据本发明的实施例,参考图2,热解炉100内自上而下依次形成加料区11、热解区12和冷却区13。
[0055] 根据本发明的一个实施例,参考图1和2,加料区11的截面尺寸自下而上逐渐减小,并且加料区11上布置有褐煤入口101和红土镍矿入口102,根据本发明的一个具体实施例,
褐煤入口101和红土镍矿入口102可以布置在加料区11的顶端。具体的,褐煤的粒径可以为8
~14mm,红土镍矿的粒径可以为0.5~1mm。需要说明的是,褐煤入口101和红土镍矿入口102
可以为同一个入口或两个不同的入口,即当为同一个入口时,先将二者混合后再加入到热
解炉中;而当为两个不同的入口时,将二者分别通过不同的入口加入到热解炉中,物料在热
解炉中下落过程进行混合接触。
[0056] 根据本发明的再一个具体实施例,褐煤和红土镍矿的混料比并不受特别限制,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择,根据本发明的一个具体实施例,褐煤和红土镍
矿可以按照质量比为7~11:1进行混合,优选9:1。发明人发现,对于热解后的热解油气中
CH4含量为10~14%的褐煤,在热解炉内,需要添加较高比例的红土镍矿,才会对褐煤热解
产生的CH4有较好的催化重整效果。而对于热解后的热解油气中CH4含量为5~8%的褐煤,
则可以降低红土镍矿的配比。具体的,红土镍矿比例根据催化效果即CH4转化率达到80%时
的使用量为最好。
[0057] 根据本发明的再一个实施例,参考图2,热解区12自上而下包括辐射管层121和混合物料层122,根据本发明的一个具体实施例,辐射管层121布置有多层蓄热式辐射管14,并
且多层蓄热式辐射管14在辐射管层121中沿热解炉100高度方向间隔分布,并且每层蓄热式
辐射管包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管14。具体的,每层蓄热式辐射管包括
多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管且每个蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射
管中的每一个蓄热式辐射管平行。由此,可以显著提高褐煤热解效率和红土镍矿的还原效
率。
[0058] 根据本发明的再一个实施例,蓄热式辐射管可以为单向蓄热式燃气蓄热式辐射管,即通过蓄热式辐射管管体将燃烧燃气产生的热量以辐射的方式进行供热。根据本发明
的具体实施例,蓄热式辐射管上可以设置有燃气调节(未示出)。由此,可以通过调整燃气
调节阀调节通入蓄热式辐射管的燃气的流量来等实现对热解区精确控温,从而可以显著提
高褐煤的热解效率以及红土镍矿的还原效率。
[0059] 根据本发明的又一个实施例,辐射管层121区域可以占热解区12的四分之三。由此,可以保证物料在热解区中充分反应,从而提高褐煤的热解效率以及红土镍矿的还原效
率。
[0060] 根据本发明的又一个实施例,参考图2,混合物料层122中可以布置集气装置15,参考图3,集气装置15可以包括集气环管151、环形挡板152和导气管153。
[0061] 根据本发明的一个具体实施例,参考图2,集气环管151可以水平布置在混合物料层122中,优选的,集气环管151可以布置在混合物料层122的中心位置,并且集气环管151的
底部可以布置有多个开孔(未示出),例如,可以在集气环管151底部布置8~20个开孔,并且
开孔的孔径可以为0.04~0.08m。由此,可以使得热解油气均匀穿过混合物料层,防止出现
局部气流过大导致的降低热解油气的重整以及焦油的裂解效果。需要说明的是,本领域技
术人员可以根据实际需要对集气环管底部上多个开孔的布置方式进行选择,例如多个开孔
可以均匀间隔的布置在集气环管的底部。
[0062] 根据本发明再一个具体实施例,集气环管的管径可以为0.1~0.2m,并且集气环管151的外径直径可以为热解区12炉膛直径的三分之一至三分之二,优选二分之一。由此,可
以快速导出混合物料层中得到的含有氢气和一氧化碳的混合气。
[0063] 根据本发明又一个具体实施例,环形挡板152从上向下遮挡集气环管151,并且覆盖集气环管141的全部竖向投影,以便将集气环管和混合物料层的混合物料隔离开。需要说
明的是,本领域技术人员可以根据实际需要对环形挡板的具体形状结构进行选择,只要能
够实现将集气环管与混合物料隔离开即可,例如可以采用环形三角挡板。具体的,参考图3,
环形挡板152可以包括内挡板154和外挡板155,内挡板154和外挡板155的顶端相连,内挡板
154和外挡板155的底端彼此分离,并且集气环管151位于内挡板154和外挡板155之间。需要
解释的是,靠近集气环管中心一侧的挡板定义为内挡板,远离集气环管中心一侧的挡板定
义为外挡板。
[0064] 根据本发明的又一个具体实施例,内挡板154和外挡板155之间的夹角可以为60~80度。
[0065] 根据本发明的又一个具体实施例,参考图2,导气管143从热解区12延伸至热解炉100外,并且导气管143的一端与集气环管141相连,且适于将集气环管中收集到的含有一氧
化碳和氢气的混合气排出热解炉后供给至后续工序中。
[0066] 根据本发明的又一个实施例,参考图2,冷却区13的截面尺寸自上而下逐渐减小,并且冷却区13上布置有出料口103,且适于将热解炉中得到的含有半焦和还原后红土镍矿
的混合物料排出热解炉,根据本发明的一个具体实施例,出料口103可以布置在出料区13的
底端。
[0067] 该热解炉中,具体的,将褐煤和红土镍矿分别经加料区上的褐煤入口和红土镍矿入口供给至加料区,褐煤和红土镍矿经加料区下落进入热解区中的辐射管层,在下落过程
中经辐射管层(温度为800-1000摄氏度,优选900摄氏度)辐射加热使得褐煤发生热解反应,
得到热解油气和半焦,热解油气中含有一定比例H2O、CO2、CH4、焦油,红土镍矿中部分铁、镍
氧化物发生还原反应得到金属铁和镍,生成的半焦和部分还原的红土镍矿在热解炉下部堆
积,控制褐煤和铁矿石的加速度以及冷却区的排料速度,使得混合物料堆积至热解区中形
成混合物料层,并且混合物料层下移速率为4~10m/h,在高活性半焦及还原后红土镍矿中
铁和镍的作用下,热解油气中甲烷与二氧化碳和水发生重整反应,生成一氧化碳和氢气,同
时焦油被催化裂解生成小分子碳氢化合物、一氧化碳和氢气,而热解油气中未参与甲烷重
整反应的H2O、CO2与高反应性半焦反应生成CO和H2,得到的含有一氧化碳和氢气的混合气经
集气装置上的集气环管底部的开孔进入到集气环管后经导气管排出热解炉。
[0068] 根据本发明的实施例,参考图1,除尘装置200具有混合气入口201、除尘后气出口202和固体颗粒物出口203,混合气入口201与导气管143的另一端相连,且适于将热解炉中
得到含有一氧化碳和氢气的混合气进行除尘处理,以便得到除尘后气和固体颗粒。具体的,
本领域可以根据实际除尘需要对除尘装置的数量及类型进行选择,优选串联两个高温旋
除尘器,并且为了最大限度的减少气体温降,可以在高温旋风除尘器外壁上布置保温层和
耐火层,本领域技术人员可以根据实际需要对保温层和耐火层的具体类型进行选择,例如
保温层可以采用藻土砖砌筑,耐火层可以采用轻质高砖砌筑而成。
[0069] 根据本发明的一个具体实施例,经除尘装置处理后的除尘后气的含尘量不高于15g/Nm3。由此,可以显著提高后续作为竖炉中还原气的品质,从而提高所得海绵体的品质。
[0070] 根据本发明的实施例,参考图1,加热炉300具有除尘后气入口301和加热后气出口302,除尘后气入口301与除尘后气出口202相连,且适于将除尘装置中所得除尘后气进行加
热处理,以便得到加热后气。具体的,加热炉可以采用蓄热式辐射管加热除尘后气,即将蓄
热式辐射管布置在加热炉内,通过在蓄热式辐射管中燃烧燃料对加热炉膛进行辐射加热。
根据本发明的一个具体实施例,加热后气的温度可以为900-1000摄氏度,优选950摄氏度。
由此,可以显著后续铁矿石的还原效率,从而得到优质的海绵铁。
[0071] 根据本发明的实施例,参考图1,竖炉400具有铁矿石入口401、加热后气入口402、炉顶气出口403和海绵铁出口404,加热后气入口402与加热后气出口302相连,且适于在竖
炉内采用加热后气对铁矿石进行还原处理,得到海绵铁和炉顶气。需要说明的是,本领域技
术人员可以根据实际需要对竖炉的具体类型进行选择,例如可以采用MIDREX、HYL、PERED竖
炉。
[0072] 根据本发明实施例的处理褐煤和铁矿石的系统通过在热解炉内布置辐射管层和混合物料层,使得褐煤和红土镍矿在辐射管层中发生反应,得到热解油气以及含有半焦和
还原后红土镍矿的混合物料,其中,含有半焦和还原后红土镍矿的混合物料形成热解区中
的混合物料层,得到的热解油气通过混合物料层时,在反应性半焦、还原后红土镍矿中铁和
镍的催化作用下,热解油气中甲烷与二氧化碳和水发生重整反应,生成一氧化碳和氢气,同
时焦油也被催化裂解为小分子碳氢化合物、一氧化碳和氢气,得到的含有一氧化碳和氢气
的混合气经布置在混合物料层的集气装置收集,然后将得到的混合气经除尘、加热后供给
至竖炉中作为还原气使用,由于混合气中含有丰富的一氧化碳和氢气,从而可以得到高金
属化率的海绵铁,进而可以解决以往热解油气排出过程中焦油对管道的堵塞腐蚀问题,同
时解决了现有技术中经济价值较差的褐煤的经济化利用。
[0073] 根据本发明的实施例,参考图4,处理褐煤和铁矿石的系统进一步包括:焙烧装置500。
[0074] 根据本发明的实施例,焙烧装置500具有红土镍矿进口501和脱水后红土镍矿出口502,脱水后红土镍矿出口502与红土镍矿入口102相连,且适于在将红土镍矿供给至热解炉
中之前,预先对红土镍矿进行焙烧处理,以便去除红土镍矿中含有的结晶水,得到脱水后红
土镍矿,并将脱水后红土镍矿供给至热解炉中。由此,可以显著提高红土镍矿在热解炉中的
还原效率。具体的,本领域技术人员可以根据实际需要对焙烧处理的温度进行选择,例如可
以采用600~800摄氏度,优选700摄氏度。
[0075] 根据本发明的实施例,参考图5,处理褐煤和铁矿石的系统进一步包括:筛分-磁选单元600和熔分装置700。
[0076] 根据本发明的实施例,筛分-磁选单元600具有混合物料入口601、半焦出口602和还原后红土镍矿出口603,混合物料入口601与出料口103相连,且适于将热解炉中得到的含
有半焦和部分还原后红土镍矿的混合物料进行依次进行筛分和磁选处理,由于混合物料中
半焦和部分还原后红土镍矿粒度差异,经过筛分和磁选分离可以回收红土镍矿,分离得到
的半焦可以用于电厂发电。具体的,筛分-磁选单元为筛分装置和磁选装置的联用装置,本
领域技术人员可以根据实际需要对筛分装置和磁选装置中具体操作条件进行选择。
[0077] 根据本发明的实施例,熔分装置700具有还原后红土镍矿入口701、镍铁合金出口702和尾渣出口703,还原后红土镍矿入口701与还原后红土镍矿出口603相连,且适于将上
述筛分-磁选单元中分离得到的部分还原后红土镍矿进行熔分处理,从而得到镍铁合金和
尾渣。需要说明的是,本领域技术人员可以根据实际熔分需要对熔分装置中的具体操作条
件进行选择。
[0078] 如上所述,根据本发明实施例的处理褐煤和铁矿石的系统可具有选自下列的优点至少之一:
[0079] 根据本发明实施例的处理褐煤和铁矿石的系统根据褐煤高挥发分特性,利用热解油气作为竖炉还原气,气体来源成本低,可有效降低直接还原铁生产成本。
[0080] 根据本发明实施例的处理褐煤和铁矿石的系统采用热解炉内热解油气依靠热解半焦和红土镍矿为催化剂,甲烷进行自重整反应、焦油催化裂解和热解油气中H2O、CO2与高
温半焦反应,生成CO和H2和小分子碳氢化合物,可有效降低热解油气中H2O、CO2、CH4,提高热
解油气质量,达到竖炉对还原气的要求。焦油的脱除,可避免在管道积累,堵塞管道,以及有
害组分对整个生产系统人员健康的威胁。
[0081] 根据本发明实施例的处理褐煤和铁矿石的系统从热解炉排出高温热解油气经过除尘再加热直接热送竖炉作为还原气,无需水洗降温、脱除焦油设备和重整变换设备,降低
投资,简化工序,充分利用高温热解油气所含热量,只需在入炉前补热就可送至竖炉还原铁
矿石,可有效降低工艺能耗。
[0082] 根据本发明实施例的处理褐煤和铁矿石的系统中的催化剂为热解产生的半焦和红土镍矿,在竖式热解炉中,原有的半焦、红土镍矿随炉料下移排出炉外,新半焦又在上部
形成,以及不断添加新红土镍矿,可避免催化剂长时间下,催化活性降低,催化效果变差。
[0083] 在本发明的再一个方面,本发明提出了采用上述系统处理褐煤和铁矿石的方法。根据本发明的实施例,参考图6,该方法包括:
[0084] S100:将褐煤和红土镍矿供给至热解炉中
[0085] 该步骤中,将褐煤和红土镍矿供给至热解炉中,使得褐煤和红土镍矿在热解区的辐射管层发生反应,得到热解油气以及含有半焦和部分还原后红土镍矿的混合物料,并且
热解油气在混合物料层进行重整和焦油裂解反应,得到含有一氧化碳和氢气的混合气,含
有一氧化碳和氢气的混合气经集气装置收集后再经导气管排出热解炉。其中,褐煤的粒径
可以为8~14mm,红土镍矿的粒径可以为0.5~1mm。
[0086] 根据本发明的一个具体实施例,褐煤和红土镍矿的混料比并不受特别限制,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择,根据本发明的一个具体实施例,褐煤和红土镍矿
可以按照质量比为7~11:1进行混合,优选9:1。发明人发现,对于热解后的热解油气中CH4
含量为10~14%的褐煤,在热解炉内,需要添加较高比例的红土镍矿,才会对褐煤热解产生
的CH4有较好的催化重整效果。而对于热解后的热解油气中CH4含量为5~8%的褐煤,则可
以降低红土镍矿的配比。具体的,红土镍矿比例根据催化效果即CH4转化率达到80%时的使
用量为最好。
[0087] 该过程中,具体的,将褐煤和红土镍矿分别经加料区上的褐煤入口和红土镍矿入口供给至加料区,褐煤和红土镍矿经加料区下落进入热解区中的辐射管层,在下落过程中
经辐射管层(温度为800-1000摄氏度,优选900摄氏度)辐射加热使得褐煤发生热解反应,得
到热解油气和半焦,红土镍矿中部分铁、镍氧化物发生还原反应得到金属铁和镍,生成的半
焦和部分还原的红土镍矿在热解炉下部堆积,控制褐煤和铁矿石的加速度以及冷却区的排
料速度,使得混合物料堆积至热解区中形成混合物料层,并且混合物料层下移速率为4~
10m/h,在高活性半焦及还原后红土镍矿中铁和镍的作用下,热解油气中甲烷与二氧化碳和
水发生重整反应,生成一氧化碳和氢气,同时焦油被催化裂解生成小分子碳氢化合物、一氧
化碳和氢气,而热解油气中未参与甲烷重整反应的H2O、CO2与高反应性半焦反应生成CO和
H2,得到的含有一氧化碳和氢气的混合气经集气装置上的集气环管底部的开孔进入到集气
环管后经导气管排出热解炉。
[0088] S200:将含有一氧化碳和氢气的混合气供给至除尘装置中进行除尘处理
[0089] 该步骤中,将上述得到的含有一氧化碳和氢气的混合气供给至除尘装置中进行除尘处理,以便得到除尘后气和和固体颗粒。具体的,本领域可以根据实际除尘需要对除尘装
置的数量及类型进行选择,优选串联两个高温旋风除尘器,并且为了最大限度的减少气体
温降,可以在高温旋风除尘器外壁上布置保温层和耐火层,本领域技术人员可以根据实际
需要对保温层和耐火层的具体类型进行选择,例如保温层可以采用硅藻土砖砌筑,耐火层
可以采用轻质高铝砖砌筑而成。
[0090] 根据本发明的一个具体实施例,经除尘装置处理后的除尘后气的含尘量不高于15g/Nm3。由此,可以显著提高后续作为竖炉中还原气的品质,从而提高所得海绵体的品质。
[0091] S300:将除尘后气供给至加热炉进行加热处理
[0092] 该步骤中,将上述得到的除尘后气供给至加热炉中进行加热处理,以便得到加热后气。具体的,加热炉可以采用蓄热式辐射管加热除尘后气,即将蓄热式辐射管布置在加热
炉内,通过在蓄热式辐射管中燃烧燃料对加热炉膛进行辐射加热。根据本发明的一个具体
实施例,加热后气的温度可以为900-1000摄氏度,优选950摄氏度。由此,可以显著后续铁矿
石的还原效率,从而得到优质的海绵铁。
[0093] S400:将铁矿石和加热后气供给至竖炉进行还原处理
[0094] 该步骤中,将铁矿石和上述得到的加热后气供给至竖炉中进行还原处理,得到海绵铁和炉顶气。需要说明的是,本领域技术人员可以根据实际需要对竖炉的具体类型进行
选择,例如可以采用MIDREX、HYL、PERED竖炉。
[0095] 根据本发明实施例的处理褐煤和铁矿石的方法通过将褐煤和红土镍矿在辐射管层中发生反应,得到热解油气以及含有半焦和还原后红土镍矿的混合物料,其中,含有半焦
和还原后红土镍矿的混合物料形成热解区中的混合物料层,得到的热解油气通过混合物料
层时,在反应性半焦、还原后红土镍矿中铁和镍的催化作用下,热解油气中甲烷与二氧化碳
和水发生重整反应,生成一氧化碳和氢气,同时焦油也被催化裂解为小分子碳氢化合物、一
氧化碳和氢气,得到的含有一氧化碳和氢气的混合气经布置在混合物料层的集气装置收
集,然后将得到的混合气经除尘、加热后供给至竖炉中作为还原气使用,由于混合气中含有
丰富的一氧化碳和氢气,从而可以得到高金属化率的海绵铁,进而可以解决以往热解油气
排出过程中焦油对管道的堵塞腐蚀问题,同时解决了现有技术中经济价值较差的褐煤的经
济化利用。
[0096] 根据本发明的实施例,参考图7,处理褐煤和铁矿石的方法进一步包括:
[0097] S500:在将红土镍矿供给至热解炉之前,预先将红土镍矿供给至焙烧装置中进行脱水处理,并将脱水后红土镍矿供给至热解炉中
[0098] 该步骤中,在将红土镍矿供给至热解炉中之前,预先将红土镍矿供给至焙烧装置中进行焙烧处理,以便去除红土镍矿中含有的结晶水,得到脱水后红土镍矿,并将脱水后红
土镍矿供给至热解炉中。由此,可以显著提高红土镍矿在热解炉中的还原效率。具体的,本
领域技术人员可以根据实际需要对焙烧处理的温度进行选择,例如可以采用600~800摄氏
度,优选700摄氏度。
[0099] 根据本发明的实施例,参考图8,处理褐煤和铁矿石的方法进一步包括:
[0100] S600:将含有半焦和部分还原后红土镍矿的混合物料供给至筛分-磁选单元进行筛分和磁选处理
[0101] 该步骤中,将热解炉中得到的含有半焦和部分还原后红土镍矿的混合物料供给至筛分-磁选单元进行筛分和磁选处理,由于混合物料中半焦和部分还原后红土镍矿粒度差
异,经过筛分和磁选分离可以回收红土镍矿,分离得到的半焦可以用于电厂发电。具体的,
筛分-磁选单元为筛分装置和磁选装置的联用装置,本领域技术人员可以根据实际需要对
筛分装置和磁选装置中具体操作条件进行选择。
[0102] S700:将还原后红土镍矿供给至熔分装置中进行熔分处理
[0103] 该步骤中,将上述筛分-磁选单元中分离得到的部分还原后红土镍矿供给至熔分装置中进行熔分处理,从而得到镍铁合金和尾渣。需要说明的是,本领域技术人员可以根据
实际熔分需要对熔分装置中的具体操作条件进行选择。
[0104] 需要说明的是,上述针对处理褐煤和铁矿石的系统所描述的特征和优点同样适用于该处理褐煤和铁矿石的方法,此处不再赘述。
[0105] 下面参考具体实施例,对本发明进行描述,需要说明的是,这些实施例仅仅是描述性的,而不以任何方式限制本发明。
[0106] 实施例
[0107] 将红土镍矿预先在700℃下进行高温焙烧,去除矿石中含有的结晶水,然后将粒度为8~14mm的褐煤原料与粒度为0.5~1mm的焙烧后红土镍矿充分混合,得到混合料,其中红
土镍矿比例为10wt%,全铁含量为18.42wt%,镍含量为2.31wt%,将混合料供给至热解炉,
在辐射管加热下,热解区温度为900℃,在混合料自由下降过程中,褐煤原料进行热解反应,
生成热解油气和半焦,红土镍矿在下降过程中部分铁、镍氧化物得到还原生成金属铁和镍,
生成的半焦和部分还原的红土镍矿在热解炉下部堆积,并由热解炉下部出料口排出,在热
解区产生的热解油气中含有15.4v%H2O、6.1v%CO2、12v%CH4,焦油含量为17g/Nm3,热解油
气通过半焦与部分还原的红土镍矿混合物料层,在高反应性半焦、及红土镍矿中铁、镍催化
作用下,热解油气中甲烷与CO2、H2O发生重整反应,生成CO和H2,同时焦油也被催化裂解生成
小分子碳氢化合物、CO、H2,热解油气中未参与甲烷重整反应的H2O、CO2与高反应性半焦反应
生成CO和H2,热解油气经过混合料层反应后,其中H2O比例由15.4v%降至4v%,CO2比例由
6.1v%降至2.3v%,甲烷比例由12v%降至3v%,焦油转化率为95wt%,然后由混合物料层
中的集气装置导出炉外至高温旋风除尘器,采用两个高温除尘器串联,以提高除尘效率,使
得热解油气中含尘量<15g/Nm3,除尘后的热解油气进入加热炉升温至950℃,然后通入竖
炉,还原铁矿石得到金属化率为92~94%的优质海绵铁,而由热解炉排出的混合料经过筛
分、磁选分离可回收红土镍矿,在热解炉内被还原的红土镍矿经熔分炉熔分,得到镍铁合
金,热解半焦可用于电厂发电。
[0108] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
[0109] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。
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