本发明公开了一种合成气还原燃烧制取烧结矿并分离CO2的装置及其方法。原料铁矿进入还原反应室与合成气反应，得到CO2、H2O与还原态铁矿；还原态铁矿被气体夹带出还原反应室，经过旋风分离器，气体产物CO2和水蒸汽进行冷凝，得到纯净的CO2，还原态铁矿经下料管进入氧化反应室；在氧化反应室中通入空气，还原态铁矿与氧气发生氧化反应，释放热量，铁矿吸热烧结，得到烧结矿，烧结矿溢流出氧化反应室；在还原反应室和氧化反应室内布置导热油管，导热油在氧化反应室中吸收热量后进入还原反应室，在还原反应室中放出热量后回到氧化反应室，实现反应器热量平衡。
1.一种合成气还原燃烧制取烧结矿并分离CO2的装置，其特征在于，该装置包括还原反应流化床(1)与氧化反应流化床(2)；
还原反应流化床(1)包括还原反应室(1-4)、还原反应室过渡段(1-3)、还原反应室提升管(1-2)、还原床旋风分离器(1-1)、送料槽(1-5)、给料器(1-6)以及还原反应侧热油管(1-
还原反应室提升管(1-2)的下端通过还原反应室过渡段(1-3)与还原反应室(1-4)相连，还原反应室提升管(1-2)的上端与还原床旋风分离器(1-1)的上端相连，还原床旋风分离器(1-1)的下端与送料槽(1-5)相连，还原反应室(1-4)的下端侧与给料器(1-6)相连；
氧化反应流化床(2)包括氧化反应室(2-4)、氧化反应室过渡段(2-3)、氧化反应室提升管(2-2)、氧化床旋风分离器(2-1)、返料槽(2-6)、排料口(2-5)以及氧化反应侧热油管(2-
氧化反应室提升管(2-2)的下端通过氧化反应室过渡段(2-3)与氧化反应室(2-4)相连，氧化反应室提升管(2-2)的上端与氧化床旋风分离器(2-1)的上端相连，氧化床旋风分离器(2-1)的下端与返料槽(2-6)相连，返料槽(2-6)与氧化反应室(2-4)下端相连，排料口(2-5)与氧化反应室(2-4)上端相连，送料槽(1-5)与氧化反应室(2-4)下端相连；
还原反应侧热油管(1-7)与氧化反应侧热油管(2-7)形成闭合管路；在还原反应流化床(1)的还原反应室(1-4)底部设有合成气口(A)，在氧化反应流化床(2)的氧化反应室(2-4)底部设有空气口(E)，送料槽(1-5)的底部(G)与返料槽(2-6)的底部(F)设有松动风口。
2.根据权利要求1所述的合成气还原燃烧制取烧结矿并分离CO2的装置，其特征在于，通入送料槽(1-5)的底部(G)的松动风采用CO2，返料槽(2-6)的底部(F)的松动风采用空气。
3.一种合成气还原燃烧制取烧结矿并分离CO2的方法，其特征在于：给料器(1-6)将原料铁矿加入还原反应室(1-4)，在还原反应室底端(A)通入合成气，还原反应室控制在750-850℃，还原反应室(1-4)内处于流化状态；原料铁矿与合成气发生反应，得到CO2、H2O与还原态铁矿；还原态铁矿被CO2、H2O气流带出还原反应室(1-4)，经过还原反应室过渡段(1-3)，进入还原反应室提升管(1-2)；还原态铁矿与CO2、H2O气体在还原床旋风分离器(1-1)中分离，CO2、H2O气体进行冷凝，实现CO2的分离；
还原态铁矿固体经过送料槽(1-5)送入氧化反应室(2-4)；在氧化反应室底部通入空气(E)，氧化反应室控制在1400℃，氧化反应室(2-4)内处于鼓泡流化床状态；还原态铁矿与空气中O2发生反应，释放热量，高温下得到烧结矿；部分铁矿石被贫氧空气带出氧化反应室(2-4)，经过氧化反应室过渡段(2-3)，进入氧化反应室提升管(2-2)；被带出的铁矿石与贫氧空气在氧化床旋风分离器(2-1)中分离，贫氧空气进行再利用，被带出的铁矿石经过返料槽(2-6)回到氧化反应室(2-4)；氧化反应室内烧结矿达到排料口(2-5)后，通过排料口(2-
4.根据权利要求3所述的合成气还原燃烧制取烧结矿并分离CO2的方法，其特征在于，将原料铁矿在还原反应流化床(1)中还原，再将还原态铁矿在氧化反应流化床(2)中氧化并烧结，并使用导热油将热量从氧化反应室(2-4)传递到还原反应室(1-4)，实现还原反应流化床(1)与氧化反应流化床(2)的热量平衡。
5.根据权利要求3所述的合成气还原燃烧制取烧结矿并分离CO2的方法，其特征在于，原料铁矿的主要成分是Fe2O3，合成气主要成分是CO与H2，还原态铁矿主要成分是Fe、FeO与Fe3O4，烧结矿主要成分是Fe2O3。
一种合成气还原燃烧制取烧结矿并分离CO2的装置及其方法
技术领域
[0001] 本发明涉及制取烧结矿的方法和装置，特别是涉及一种利用合成气还原燃烧制取烧结矿并分离CO2的方法和装置。
背景技术
[0002] 烧结矿是多孔结构，透气性、熔化性能都较好。高炉生产时，从炉顶不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风，喷入油、煤或天然气等燃料，从高炉炼铁的工艺流程可见，块状烧结矿，有利于高炉煤气通过矿层，加热并还原铁矿石。目前制取烧结矿的工艺主要是抽风烧结，抽风烧结工艺是将铁矿粉配料后置于带式烧结机，燃料在配料表面燃烧，配料吸热发生烧结，获得烧结矿。由于制取烧结矿需要燃料燃烧提供热量，燃料中都含有碳元素，含碳燃料燃烧产生二氧化碳。二氧化碳是一种典型的温室气体，随着“温室气体排放温室效应”以及“环境保护”问题日益严峻，如果将生产烧结矿过程中含碳燃料燃烧产生的二氧化碳不进行处理而排放到大气中，将加剧温室效应，导致全球气候变化。我国的钢铁消耗量巨大，炼钢需要大量的烧结矿，制取烧结矿需要燃烧大量的含碳燃料，所以在生产烧结矿的过程中，有效分离并捕集CO2成为高炉炼铁的关键之一。
发明内容
[0003] 本发明提供一种合成气还原燃烧制取烧结矿并分离CO2的装置及其方法。本发明在利用合成气燃烧制取烧结矿的同时能够有效分离CO2，具有减少温室气体排放的优点。
[0004] 本发明的方法技术方案如下：
[0005] 该装置包括还原反应流化床与氧化反应流化床；
[0006] 还原反应流化床包括还原反应室、还原反应室过渡段、还原反应室提升管、还原床旋风分离器、送料槽、给料器以及还原反应侧热油管；
[0007] 还原反应室提升管的下端通过还原反应室过渡段与还原反应室相连，还原反应室提升管的上端与还原床旋风分离器的上端相连，还原床旋风分离器的下端与送料槽相连，还原反应室的下端侧与给料器相连；
[0008] 氧化反应流化床包括氧化反应室、氧化反应室过渡段、氧化反应室提升管、氧化床旋风分离器、返料槽、排料口以及氧化反应侧热油管；
[0009] 氧化反应室提升管的下端通过氧化反应室过渡段与氧化反应室相连，氧化反应室提升管的上端与氧化床旋风分离器的上端相连，氧化床旋风分离器的下端与返料槽相连，返料槽与氧化反应室下端相连，排料口与氧化反应室上端相连，送料槽与氧化反应室下端相连；
[0010] 还原反应侧热油管与氧化反应侧热油管形成闭合管路；在还原反应流化床的还原反应室底部设有合成气口，在氧化反应流化床的氧化反应室底部设有空气口，送料槽的底部与返料槽的底部设有松动风口。
[0011] 优选的，通入送料槽的底部的松动风采用CO2，返料槽的底部的松动风采用空气。
[0012] 本发明还提供了一种合成气还原燃烧制取烧结矿并分离CO2的方法，给料器将原料铁矿加入还原反应室，在还原反应室底端通入合成气，还原反应室控制在750-850℃，还原反应室内处于流化状态；原料铁矿与合成气发生反应，得到CO2、H2O与还原态铁矿；还原态铁矿被CO2、H2O气流带出还原反应室，经过还原反应室过渡段，进入还原反应室提升管；还原态铁矿与CO2、H2O气体在还原床旋风分离器中分离，CO2、H2O气体进行冷凝，实现CO2的分离；
[0013] 还原态铁矿固体经过送料槽送入氧化反应室；在氧化反应室底部通入空气，氧化反应室控制在1400℃左右，氧化反应室内处于鼓泡流化床状态；还原态铁矿与空气中O2发生反应，释放热量，高温下得到烧结矿；部分铁矿石被贫氧空气带出氧化反应室，经过氧化反应室过渡段，进入氧化反应室提升管；被带出的铁矿石与贫氧空气在氧化床旋风分离器中分离，贫氧空气进行再利用，被带出的铁矿石经过返料槽回到氧化反应室；氧化反应室内烧结矿达到排料口后，通过排料口排出氧化反应室，得到烧结矿。
[0014] 优选的，将原料铁矿在还原反应流化床中还原，再将还原态铁矿在氧化反应流化床中氧化并烧结，并使用导热油将热量从氧化反应室传递到还原反应室，实现还原反应流化床与氧化反应流化床的热量平衡。
[0015] 优选的，原料铁矿的主要成分是Fe2O3，合成气主要成分是CO与H2，还原态铁矿主要成分是Fe、FeO与Fe3O4，烧结矿主要成分是Fe2O3。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0017] (1)、本发明的方法及其装置在使用合成气燃烧制取烧结矿的同时能够分离CO2，实现CO2捕集。在还原反应流化床中原料铁矿中Fe2O3被还原成低价态的铁氧化物(FeO、 Fe3O4)及单质铁(Fe)，反应吸热，还原反应流化床处于流态化状态，合成气与原料铁矿的混合剧烈，接触面积大，并且停留时间长，合成气可以充分地与原料铁矿反应，生成CO2与H2O。提升管的横截面积小于床体的横截面，处于快速流化状态，气体的输送能力提高，将被还原的铁矿带出还原床反应室，经过旋风分离器，被还原的铁矿与CO2、 H2O实现分离，CO2被封存，被还原的铁矿被送入氧化反应流化床，达到了分离CO2的目的。氧化反应流化床处于鼓泡流态化，低价态的铁氧化物(FeO、Fe3O4)与单质铁(Fe) 与空气中的O2充分反应，生成Fe2O3；该反应为强放热反应，放出热量，实现铁矿石高温烧结，通过出料口溢流出流化床，得到烧结矿固体，达到制取烧结矿的目的。部分铁矿固体被气体带出流化床反应室，通过旋风分离器之后，铁矿固体重新回到流化床反应室，矿石利用效率很高。并且通过导热油平衡还原反应流化床与氧化反应流化床的温度，本发明在不增加其它能耗的情况下，实现了烧结矿的制取和CO2的分离。
[0018] (2)、传统的烧结矿制取工艺是抽风烧结方式，与抽风烧结方式相比，本发明由两部分反应器组成，还原反应器中，合成气CO、H2与原料铁矿充分混合，充分反应，燃料的利用率非常高。在氧化反应器中，还原态铁矿与O2充分混合反应，温度均匀，生产得到的烧结矿均匀性好，反应进行充分，得到的烧结矿氧化性好，有利于高炉炼铁。
[0019] (3)、传统的抽风烧结方式，采用带式烧结机，本发明使用流化床反应器，更有利于连续生产，可以实现比带式烧结机更高的产能。
附图说明
[0020] 图1为本发明基于合成气燃烧制取烧结矿并分离CO2的装置图。
[0021] 其中，B为进料口，C为还原床旋风分离器出气口，D为氧化床旋风分离器出气口。
具体实施方式
[0022] 参见图1，本发明提供的一种合成气还原燃烧制取烧结矿并分离CO2的装置，该装置包括还原反应流化床1与氧化反应流化床2。
[0023] 还原反应流化床1包括还原反应室1-4、还原反应室过渡段1-3、还原反应室提升管 1-2、还原床旋风分离器1-1、送料槽1-5、给料器1-6以及还原反应侧热油管1-7；
[0024] 还原反应室提升管1-2的下端通过还原反应室过渡段1-3与还原反应室1-4相连，还原反应室提升管1-2的上端与还原床旋风分离器1-1的上端相连，还原床旋风分离器1-1的下端与送料槽1-5相连，还原反应室1-4的下端侧与给料器1-6相连；
[0025] 氧化反应流化床2包括氧化反应室2-4、氧化反应室过渡段2-3、氧化反应室提升管 2-2、氧化床旋风分离器2-1、返料槽2-6、排料口2-5以及氧化反应侧热油管2-7；
[0026] 氧化反应室提升管2-2的下端通过氧化反应室过渡段2-3与氧化反应室2-4相连，氧化反应室提升管2-2的上端与氧化床旋风分离器2-1的上端相连，氧化床旋风分离器 2-1的下端与返料槽2-6相连，返料槽2-6与氧化反应室2-4下端相连，排料口2-5与氧化反应室2-4上端相连，送料槽1-5与氧化反应室2-4下端相连；
[0027] 还原反应侧热油管1-7与氧化反应侧热油管2-7形成闭合管路；在还原反应流化床 1的还原反应室1-4底部设有合成气口A，在氧化反应流化床2的氧化反应室2-4底部设有空气口E，送料槽1-5的底部G与返料槽2-6的底部F设有松动风口。
[0028] 通入送料槽1-5的底部G的松动风采用CO2，返料槽2-6的底部F的松动风采用空气。
[0029] 本发明还提供了一种合成气还原燃烧制取烧结矿并分离CO2的方法，给料器1-6将原料铁矿加入还原反应室1-4，在还原反应室底端A通入合成气，还原反应室控制在 750-850℃，还原反应室1-4内处于流化状态；原料铁矿(主要是Fe2O3)与合成气(主要是CO与H2)发生反应，得到CO2、H2O与还原态铁矿(Fe、FeO与Fe3O4)；还原态铁矿被CO2、H2O气流带出还原反应室1-4，经过还原反应室过渡段1-3，进入还原反应室提升管1-2；还原态铁矿与CO2、H2O气体在还原床旋风分离器1-1中分离，CO2、H2O 气体进行冷凝，实现CO2的分离，还原态铁矿固体经过送料槽1-5送入氧化反应室2-4；在氧化反应室底部通入空气E，氧化反应室控制在
1400℃左右，氧化反应室2-4内处于鼓泡流化床状态；还原态铁矿(Fe、FeO与Fe3O4)与空气中O2发生反应，释放热量，高温下得到烧结矿(Fe2O3)；部分铁矿石被贫氧空气带出氧化反应室
2-4，经过氧化反应室过渡段2-3，进入氧化反应室提升管2-2；被带出的铁矿石与贫氧空气在氧化床旋风分离器2-1中分离，贫氧空气进行再利用，被带出的铁矿石经过返料槽2-6回到氧化反应室2-4；氧化反应室内烧结矿达到排料口2-5后，通过排料口2-5排出氧化反应室
2-4，得到烧结矿。
[0030] 将原料铁矿在还原反应流化床1中还原，再将还原态铁矿在氧化反应流化床2中氧化并烧结，并使用导热油将热量从氧化反应室2-4传递到还原反应室1-4，实现还原反应流化床1与氧化反应流化床2的热量平衡。
[0031] 原料铁矿的主要成分是Fe2O3，合成气主要成分是CO与H2，还原态铁矿主要成分是Fe、FeO与Fe3O4，烧结矿主要成分是Fe2O3。
