[發明專利]利用熔融還原煉鐵排放尾氣制備二甲醚的方法

無效

• 申請號: 200910094926.0
• 申請日: 2009-09-03
• 公開（公告）號: CN101723812A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 卿山;王華;馬林轉;岳爭超;趙魯梅;湯忖江;齊翼龍;唐千喻
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C07C43/04
• 分類號: C07C43/04;C07C41/01;C21B11/00;C21B13/02
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司 53115
• 代理人: 趙云

技術領域

本發明涉及一種利用熔融還原煉鐵輸出煤氣直接制備二甲醚的方法，屬于冶金與能源技術領域。

背景技術

我國是一個鋼鐵冶煉大國，但焦煤資源卻相對較少，到2070年以后我國的焦煤資源將面臨枯竭，傳統高爐煉鐵工藝將無法進行正常的生產。與此相反，大量的非焦煤資源在煉鐵工藝中卻無法得到充分利用，因此開發和采用非焦煤煉鐵工藝已勢在必行。熔融還原煉鐵工藝直接使用非煉焦煤、精礦或塊礦生產液態鐵，它省略了煉焦工序和燒結工序，縮短了工藝流程，降低了成本，增加生產靈活性，提高了鐵水質量。但生產過程中附產的大量非常有價值的煤氣(主要組成為CO，H₂和CO₂)需要處理。如果不對其加以利用，大量的能源將被浪費，這勢必會影響到熔融還原煉鐵工藝的推廣和利用。

因此有必要開發一種將熔融還原煉鐵輸出煤氣直接制備二甲醚的方法，在采用短流程煉鐵技術的同時，不僅能提高能源利用效率，減少環境污染，還可獲得優質的二甲醚液體燃料，這將是我國冶金行業可持續發展與能源戰略發展的一條有效途徑。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用熔融還原煉鐵排放尾氣制備二甲醚方法，能大幅度減少對環境的污染，有利于節能減排；可打破甲醇合成反應的熱力學平衡限制，使CO轉化率比間接法中單獨甲醇合成反應顯著提高；具有流程短、設備規模小、操作壓力低和CO單程轉化率高等特點，可使得設備投資費用和操作費用大大減少。

解決本發明的技術問題所采用的技術方案是：將來自熔融鐵浴爐內的熱煤氣引入預還原豎爐，與預還原豎爐的頂部加入的煉鐵物料逆流接觸，進行氣固還原反應；還原料被送入熔融鐵浴爐，預還原豎爐的未反應完的煤氣經水煤氣變換反應轉化成富氫合成氣；以該富氫合成氣(CO和H₂)為原料，利用合成氣一步法，使合成甲醇反應和甲醇脫水反應在一個反應器中完成，同時伴隨CO的變換反應，直接合成二甲醚。其反應式為：

2CO+4H₂＝2CH₃OH

CO+H₂O＝CO₂+H₂

2CH₃OH＝CH₃OCH₃+H₂O

總反應：3CO+3H₂＝CH₃OCH₃+CO₂

本發明的具體工藝方法是：

熔融還原煉鐵尾氣經凈化、水煤氣變換反應后轉化成富氫合成氣，應再經過調質，調質氣中的CO和H₂的比例配成約1∶1，再進入二甲醚合成反應器進行反應；二甲醚合成反應的催化劑采用SCTM-98催化劑和HZSM-5沸石分子篩制得的雙功能催化劑，反應的空速為2400h^-1，反應壓力2.0～10.0Mpa，反應溫度230℃～280℃，氫碳比3∶1。該方法的主要特點在于反應的優勢，合成甲醇反應和甲醇脫水反應在一個反應器中完成，反應平衡常數大，克服了合成甲醇反應轉化率低的弱點。

本發明主要由熔融還原煉鐵裝置(預還原豎爐和鐵浴熔融還原爐)、尾氣分離器、水煤氣變換裝置、二甲醚合成裝置及一套液體燃料分離提純裝置構成。

本發明利用短流程熔融還原煉鐵生產過程中排放的高溫尾氣，經水煤氣變換反應轉化成富氫合成氣，合成氣再用于合成二甲醚。二甲醚是一種重要的清潔能源和環保產品，它具有與柴油相近的十六烷值，且燃燒過程可實現低NO和無硫排放，可作為柴油的理想替代燃料，用以緩解我國石油液化氣與煤氣的不足。達到了節能降耗和清潔環保的目的，并且又避免反應過程熱點和三廢的產生。

在熔融還原煉鐵工藝中，塊礦(團球礦)或粉礦與石灰石等混合料加入預還原豎爐頂部，與來自熔融鐵浴爐內的熱煤氣逆流接觸，進行氣固還原反應，還原料被送入熔融鐵浴爐，進行終還原和渣鐵分離。非焦煤由加料系統送入熔融鐵浴爐內氣化，與氧氣和少量水進行氣化反應。出鐵浴爐的煤氣經除塵后，進入豎爐與礦石進行預還原反應。未反應完的煤氣由豎爐放出，熔融鐵浴爐中的熔融鐵水和液態爐渣從鐵口和渣口分別派出。

熔融還原煉鐵過程中排放的尾氣，經水煤氣變換反應轉化成富氫合成氣，直接合成二甲醚。在反應過程中，由于反應協同效應，甲醇一經生成，馬上進行脫水反應轉化成二甲醚，突破了單純甲醇合成中的熱力學平衡限制，增大了反應推動力，反應過程中生成的水又可抑制逆水煤氣變換反應發生，使得CO轉化率較單純甲醇合成時高。