申请日2016.12.14
公开(公告)日2017.05.10
IPC分类号C21B13/02
摘要
本发明公开了一种污泥处理耦合还原炼铁的系统及方法。该系统包括：干化装置、蓄热式旋转床、油气分离装置、净化装置、变压吸附装置、气基竖炉和气化装置。蓄热式旋转床分别与干化装置、油气分离装置、气化装置相连，净化装置分别与油气分离装置、变压吸附装置相连，气基竖炉与变压吸附装置相连。本发明解决了污泥处理困难及还原炼铁高能耗等问题，工艺成本低、无二噁英产生，环保效益好、产品经济效益好，易于实现工业化和规模化。
权利要求书
1.一种污泥处理耦合还原炼铁的系统，其特征在于，所述系统包括：
干化装置，具有污泥入口、干化污泥出口、干燥水出口、水蒸气入口、冷却水出口;
蓄热式旋转床，具有原料入口、燃料气入口、烟气出口、热解水出口、热解油气混合物出口、热解炭出口，所述原料入口与所述干化装置的干化污泥出口相连;
油气分离装置，具有热解油气混合物入口、焦油出口、热解气出口，所述热解油气混合物入口与所述蓄热式旋转床的热解油气混合物出口相连;
净化装置，具有热解气入口、净化热解气出口，所述热解气入口与所述油气分离装置的热解气出口相连;
变压吸附装置，所述变压吸附装置具有净化热解气入口、氢气出口和燃料气出口，所述净化热解气入口与所述净化装置的净化热解气出口相连;
气基竖炉，具有氢气入口、铁矿石入口、海绵铁出口、烟气出口，所述氢气入口与所述变压吸附装置的氢气出口相连;
气化装置，具有热解炭入口、气化剂入口、高温气化气出口、残渣出口，所述热解炭入口与所述蓄热式旋转床的热解炭出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变压吸附装置的燃料气出口与所述蓄热式旋转床的燃料气入口相连。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括换热装置，所述换热装置具有高温气化气入口、气化气出口、循环水入口、水蒸气出口，所述高温气化气入口与所述气化装置的高温气化气出口相连。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述气基竖炉还具有气化气入口;所述换热装置的水蒸气出口与所述干化装置的水蒸气入口相连，所述换热装置的气化气出口与所述气基竖炉的气化气入口相连。
5.一种利用权利要求1-4中任一所述系统处理污泥及还原铁的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将污泥送入所述干化装置进行干化处理，蒸出污泥中的大部分水分，制得干化污泥;
将所述干化污泥送入所述蓄热式旋转床内进行热解处理，制得热解油气混合物和热解炭;
将所述热解油气混合物依次送入所述油气分离装置和所述净化装置，制得干净的热解气;
将所述热解气送入所述变压吸附装置进行分离，得到氢气和燃料气;
将所述氢气送入所述气基竖炉，用以还原铁矿石;
将所述热解炭送入所述气化装置进行气化，制备气化气。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述热解气分离得到的燃料气作为燃料送入所述蓄热式旋转床热解所述污泥。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在900℃-1000℃的温度下，用水蒸气或纯氧作为气化剂对所述热解炭进行气化，得到的气化气为高温气化气;再将所述高温气化气与水进行换热，并将换热后的气化气送入所述气基竖炉中，用以还原铁矿石。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高温气化气与水换热后得到水蒸气，将制得的所述水蒸气作为热源送入所述干化装置，对所述污泥进行干化处理。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述铁矿石为含铁量≤35%的低品位铁矿石。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在500℃-800℃的温度下热解所述污泥;在0.5MPa-2.5MPa的压力下对所述热解气进行分离，制备氢气和燃料气。
说明书
一种污泥处理耦合还原炼铁的系统及方法
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化处理领域，具体涉及一种污泥处理耦合还原炼铁的系统及方法。
背景技术
城市污泥的产量逐年增加，如何有效、无害地处理城市污泥，是目前环保工业非常关注的问题。热解技术是在无氧或绝氧的条件下，将有机物进行热裂解，生成以H2、CH4、CO为主的可燃气体、高热值的燃料油及部分固定碳。污泥含水量高，导致热解所需的热量高，而制得的热解气及热解油的热值却非常低。
气基竖炉技术是利用氢气等还原性气体与铁矿石进行反应，生成海绵铁产品的过程。现有技术中，一些气基竖炉还原炼铁工艺所用的还原性气体主要来自煤炭气化，而煤气化耗水量大，污染严重，在应用中受到很多制约。
发明内容
本发明的目的是针对污泥热解工艺中能耗较大、热解气热值低、热解产品难以有效利用等问题，以及还原炼铁工艺中污染物排放量大、能耗高、成本高、还原剂难以解决等问题，提供一种清洁、高效的污泥处理的工艺。
本发明首先提供了一种污泥处理耦合还原炼铁的系统，所述系统包括：
干化装置，具有污泥入口、干化污泥出口、干燥水出口、水蒸气入口、冷却水出口;
蓄热式旋转床，具有原料入口、燃料气入口、烟气出口、热解水出口、热解油气混合物出口、热解炭出口，所述原料入口与所述干化装置的干化污泥出口相连;
油气分离装置，具有热解油气混合物入口、焦油出口、热解气出口，所述热解油气混合物入口与所述蓄热式旋转床的热解油气混合物出口相连;
净化装置，具有热解气入口、净化热解气出口，所述热解气入口与所述油气分离装置的热解气出口相连;
变压吸附装置，所述变压吸附装置具有净化热解气入口、氢气出口和燃料气出口，所述净化热解气入口与所述净化装置的净化热解气出口相连;
气基竖炉，具有氢气入口、铁矿石入口、海绵铁出口、烟气出口，所述氢气入口与所述变压吸附装置的氢气出口相连;
气化装置，具有热解炭入口、气化剂入口、高温气化气出口、残渣出口，所述热解炭入口与所述蓄热式旋转床的热解炭出口相连。
在本发明的一些实施例中，所述变压吸附装置的燃料气出口与所述蓄热式旋转床的燃料气入口相连。
在本发明的一些实施例中，所述系统还包括换热装置，所述换热装置具有高温气化气入口、气化气出口、循环水入口、水蒸气出口，所述高温气化气入口与所述气化装置的高温气化气出口相连。
在本发明的一些实施例中，所述气基竖炉还具有气化气入口;所述换热装置的水蒸气出口与所述干化装置的水蒸气入口相连，所述换热装置的气化气出口与所述气基竖炉的气化气入口相连。。
此外，本发明还提供了一种利用上述系统处理污泥及还原铁的方法，所述方法包括如下步骤：
将污泥所述干化装置进行干化处理，蒸出污泥中的大部分水分，制得干化污泥;
将所述干化污泥送入所述蓄热式旋转床内进行热解处理，制得热解油气混合物和热解炭;
将所述热解油气混合物依次送入所述油气分离装置和所述净化装置，制得干净的热解气;
将所述热解气送入所述变压吸附装置进行分离，得到氢气和燃料气;
将所述氢气送入所述气基竖炉，用以还原铁矿石;
将所述热解炭送入所述气化装置进行气化，制备气化气。
在本发明的一些实施例中，将所述热解气分离得到的燃料气作为燃料送入所述蓄热式旋转床热解所述污泥。
在本发明的一些实施例中，在900℃-1000℃的温度下，用水蒸气或纯氧作为气化剂对所述热解炭进行气化，得到的气化气为高温气化气;再将所述高温气化气与水进行换热，并将换热后的气化气送入所述气基竖炉中，用以还原铁矿石。
在本发明的一些实施例中，所述高温气化气与水换热后得到水蒸气，将制得的所述水蒸气作为热源送入所述干化装置，对所述污泥进行干化处理。
在本发明的一些实施例中，所述铁矿石为含铁量≤35%的低品位铁矿石。
在本发明的一些实施例中，在500℃-800℃的温度下热解所述污泥。在0.5MPa-2.5MPa的压力下对所述热解气进行分离，制备氢气和燃料气。
本发明采用蓄热式旋转床对干化处理后的污泥进行热解，将热解炭进行气化，并将热解气进行变压吸附分离出氢气等还原气体及甲烷等燃料气，最后将还原气体及气化气通入气基竖炉还原炼铁，并将燃料气用以热解污泥，整个工艺成本低、无二噁英产生，环保效益好，获得的海绵铁品质高，解决了污泥处理困难及还原炼铁高能耗等问题。
污泥热解后制得的热解炭大部分为无机物残渣，通常都直接熄焦后填埋处理，本发明将其气化，制备气化气，提高了产品的经济效益。
此外，本发明工艺简单、产品经济效益好，易于实现工业化和规模化。
