本發(fā)明涉及燒結鐵礦石并分離CO2的方法和裝置，特別是涉及一種利用雙流化床間換熱為燒結鐵礦石并分離CO2供熱的方法和裝置。
背景技術：
氣候變暖除自然原因外，還受到工業(yè)革命250多年來，應用化石燃料大量排放溫室氣體的影響。2009年12月通過的《哥本哈根協議》，堅持發(fā)達國家實行強制減排和發(fā)展中國家采取自主減緩行動為原則。由于發(fā)展中國家溫室氣體排放量的快速增長，參與溫室氣體減排或限排承諾的壓力與日俱增。鋼鐵工業(yè)以碳冶金為基礎，生產過程的CO2排放占全球總量的5％～6％。隨著鋼產量的增加，降低二氧化碳排放已成為中國鋼鐵工業(yè)亟待解決的問題。當前，鋼鐵工業(yè)發(fā)展的主題是高效、低碳和綠色，為有效應對溫室效應和實現社會的可持續(xù)發(fā)展，在整個鋼鐵生產流程中，減少高爐煉鐵過程的CO2排放成為人們研究的熱點。在煉鐵過程中，有效分離并捕集CO2又不耗費過多資源成為制約鋼鐵工業(yè)發(fā)展的關鍵。同時，高爐煉鐵過程中還會產生副產品，即高爐煤氣，約占鋼鐵企業(yè)排放可燃廢氣的88.7％，這部分氣體不經任何利用直接排出是極大的浪費，因此，對高爐煤氣的有效利用是鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗的關鍵。
技術實現要素：
技術問題：本發(fā)明的目的是提供一種燒結鐵礦石并內在分離二氧化碳的裝置及方法。本發(fā)明利用還原礦粉氧化為原鐵礦粉還原反應供熱，產生塊狀燒結礦并有效分離CO2，具有減少溫室氣體排放的優(yōu)點。
技術方案：本發(fā)明的一種燒結鐵礦石并內在分離二氧化碳的的裝置由原鐵礦還原反應流化床與還原礦氧化反應流化床組成；其中：
原鐵礦還原反應流化床包括原鐵礦還原反應室、還原反應室過渡段、還原床提升管、二氧化碳旋風分離器、下料管、溢流槽、第一換熱器以及給料器；
還原礦氧化反應流化床包括還原礦氧化反應室、氧化反應室過渡段、氧化床提升管、第二換熱器以及螺旋排渣口；
還原礦氧化反應流化床中的還原礦氧化反應室通過溢流槽與原鐵礦還原反應流化床中的下料管相連。
所述的原鐵礦還原反應流化床中，還原床提升管的下端通過還原反應室過渡段與原鐵礦還原反應室相連，還原床提升管的上端與二氧化碳旋風分離器的上端相連，二氧化碳旋風分離器的下端通過下料管與溢流槽相連，原鐵礦還原反應室的下端側與給料器相連，第一換熱器布置在原鐵礦還原反應室的周圍；在原鐵礦還原反應室底端設有高爐煤氣口，二氧化碳旋風分離器頂端設有二氧化碳排氣口；溢流槽底部設有松動風口。
所述的還原礦氧化反應流化床中，氧化床提升管的下端通過氧化反應室過渡段與還原礦氧化反應室相連，還原礦氧化反應室的下端側與螺旋排渣口相連，第二換熱器布置在還原礦氧化反應室的周圍；在還原礦氧化反應室底端設有空氣口，氧化床提升管頂端設有欠氧空氣排氣口。
第一換熱器和第二換熱器之間的接口b至接口c和接口d至接口a由熱管連接的，熱管中導熱油的流動順序為a-b-c-d-a。
通入溢流槽底部的松動風采用空氣。
本發(fā)明的一種燒結鐵礦石并內在分離CO2的方法是：將原鐵礦粉通過給料器送入原鐵礦還原反應室中，在原鐵礦還原反應室的下端通入高爐煤氣，原鐵礦粉被高爐煤氣還原為低價態(tài)的還原礦粉，氣體產物為H2O與CO2；由于還原床提升管呈快速流態(tài)化，還原礦粉隨著H2O與CO2離開還原反應室，并經過還原反應室過渡段進入還原床提升管；經過二氧化碳旋風分離器，H2O與CO2排出并被捕集，冷凝并分離出其中的水后即可得到純凈的CO2；還原礦粉從二氧化碳旋風分離器下端經下料管、溢流槽至還原礦氧化反應室底部；原鐵礦粉還原反應所需的熱量由還原礦粉在氧化反應室的劇烈氧化反應提供。在還原礦氧化反應室下端通入空氣，還原礦粉與氧氣劇烈氧化，釋放熱量，發(fā)生燒結，生成塊狀燒結礦，并經排渣口排出；燃燒后的欠氧空氣經氧化床提升管排出；氧化床反應室產生的大量熱量通過第二換熱器、第一換熱器傳遞到還原反應室，為原鐵礦粉的還原反應供熱，最終實現原鐵礦粉的燒結及CO2的分離。
有益效果：與現有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
(1)本發(fā)明的方法及其裝置能夠從原鐵礦中分離CO2并捕集。在原鐵礦還原反應流化床中，原鐵礦還原反應室的橫截面積大于還原床提升管的橫截面積，床體橫截面積的縮小使還原床提升管內處在快速流化狀態(tài)。其優(yōu)勢在于，原鐵礦粉與高爐煤氣發(fā)生變換反應(Fe2O3)m(Fe3O4)n+CH4Fex(FeO)y+CO2+H2O，該反應是可逆的，但是產物的混合物由于氣力輸送不斷向上運動，這樣，變化反應平衡發(fā)生移動，原鐵礦粉不斷被還原為還原礦粉，同時有CO2析出；由于還原床提升管中氣體的流速高，夾帶作用顯著，大部分還原礦粉不能直接落入還原反應室，而是在還原床提升管中與H2O和CO2流化提升，經二氧化碳旋風分離器落入還原礦氧化反應室中。還原礦氧化反應室中處于鼓泡流化狀態(tài)，固體物料停留時間長，有充分的化學反應時間。
原鐵礦粉經過高爐煤氣還原，生成還原礦粉、H2O以及CO2；還原礦粉在氧化室的內劇烈氧化，生成塊狀燒結礦，從排渣口排出。與傳統的煉鐵工藝相比，本發(fā)明實現了對CO2的捕集，能夠有效減輕溫室效應。
(2)本發(fā)明的串行流化床，氧化反應室將釋放的大量熱量傳遞到第二換熱器，換熱介質水從第二換熱器流入第一換熱器，將熱量傳遞給還原室，為還原室的還原反應供熱，使得原鐵礦粉在沒有額外耗能的基礎上進行還原反應。
(3)當前減少高爐煉鐵過程的CO2排放的技術，主要集中于使用新型爐料、高爐噴吹含氫物質和高爐爐頂煤氣的循環(huán)利用等方面，主要缺點是生產工藝復雜，成本高昂。本發(fā)明使用串行流化床間熱量交換，使得原鐵礦分離二氧化碳過程中生產簡便，無二次污染問題，整套裝置系統運行成本低廉。
附圖說明
圖1為本發(fā)明燒結鐵礦石并內在分離CO2的裝置圖。
其中有：原鐵礦還原反應流化床1、第一換熱器1-1、以及給料器1-2、原鐵礦還原反應室1-3、還原反應室過渡段1-4、溢流槽1-5、還原床提升管1-6、下料管1-7、二氧化碳旋風分離器1-8。
還原礦氧化反應流化床2、螺旋排渣口2-1、第二換熱器2-2、還原礦氧化反應室2-3、氧化反應室過渡段2-4、氧化床提升管2-5。
具體實施方式
本發(fā)明的燒結鐵礦石并內在分離CO2的方法的裝置，由原鐵礦還原反應流化床1與還原礦氧化反應流化床2組成。原鐵礦還原反應流化床1由原鐵礦還原反應室1-3、還原反應室過渡段1-4、還原床提升管1-6、二氧化碳旋風分離器1-8、下料管1-7、溢流槽1-5、第一換熱器1-1以及給料器1-2組成。還原床提升管1-6的下端通過還原反應室過渡段1-4與原鐵礦還原反應室1-3相連，還原床提升管1-6的上端與二氧化碳旋風分離器1-8的上端相連，二氧化碳旋風分離器1-8的下端通過下料管1-7與溢流槽1-5相連，原鐵礦還原反應室1-3的下端側與給料器1-2相連，第一換熱器1-1布置在原鐵礦還原反應室1-3的周圍。還原礦氧化反應流化床2由還原礦氧化反應室2-3、氧化反應室過渡段2-4、氧化床提升管2-5、第二換熱器2-2以及螺旋排渣口2-1組成。氧化床提升管2-5的下端通過氧化反應室過渡段2-4與還原礦氧化反應室2-3相連，還原礦氧化反應室2-3通過溢流槽1-5與下料管1-7相連，還原礦氧化反應室2-3的下端側與螺旋排渣口2-1相連，第二換熱器2-2布置在還原礦氧化反應室2-3的周圍；冷卻水在第一換熱器1-1、第二換熱器2-2的流動順序為a-b-c-d-a；在原鐵礦還原反應流化床1的原鐵礦還原反應室1-3底端設有高爐煤氣口A，二氧化碳旋風分離器1-8頂端設有二氧化碳排氣口B；在還原礦氧化反應流化床2的還原礦氧化反應室2-3底端設有空氣口D，氧化床提升管2-5頂端設有欠氧空氣排氣口E；溢流槽1-5的底部C設有松動風口；如附圖1。
本發(fā)明燒結鐵礦石并內在分離CO2的方法，將原鐵礦粉通過給料器1-2加入原鐵礦還原反應室1-3，在原鐵礦還原反應室底端A通入高爐煤氣，原鐵礦粉與高爐煤氣發(fā)生反應，得到還原礦粉，氣體產物為H2O與CO2，產物的混合物經過原鐵礦還原反應室過渡段1-4進入還原床提升管1-6。還原床提升管1-6的橫截面積小于原鐵礦還原反應室1-3的橫截面積，還原床提升管1-6內的物質處于快速流化狀態(tài)，還原礦粉被來自原鐵礦還原反應室1-3的氣體H2O與CO2提升。含有H2O的CO2從二氧化碳旋風分離器1-8上端出口排出并捕集，冷凝并分離出其中的水后即可得到純凈的CO2。還原礦粉從二氧化碳旋風分離器1-8下端經下料管1-7、溢流槽1-5進入還原礦氧化反應室2-3。在還原礦氧化反應室下端D通入空氣，還原礦粉與氧氣劇烈氧化，釋放的熱量使還原礦氧化反應室2‐3內溫度的控制在1480℃以上，生成的塊狀燒結礦經螺旋排渣口2-1排出，燃燒后的欠氧空氣經過還原礦氧化反應室過渡段2-4、氧化床提升管2-5排出。氧化床反應室2-3產生的大量熱量通過第二換熱器2-2、第一換熱器1-1傳遞到還原反應室1-3，為還原反應供熱；如附圖1。