[發明專利]利用焦爐氣催化轉化生產氣基直接還原鐵的方法及系統

有效

• 申請號: 201310464490.6
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103525964A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 周紅軍;余長春;李然家;周廣林;吳全貴
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京);北京中石大新能源研究院有限公司
• 主分類號: C21B13/02
• 分類號: C21B13/02;C22B5/12
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮

技術領域

本發明涉及一種利用焦爐氣催化轉化生產氣基直接還原鐵的方法及系統，屬于直接還原鐵生產技術領域。

背景技術

直接還原鐵(DRI)又稱海綿鐵，是一種不用高爐冶煉而得到的金屬鐵，生產DRI的工藝叫非高爐煉鐵工藝。DRI的生產工藝分煤基和氣基兩類。其中目前氣基法占DRI產量的90%，典型工藝是罐式法(HYL法)和豎爐法(Midrex法)，豎爐法采用豎型移動床還原反應器，其主要分兩個部分：還原區，在高溫下還原氣體在該區中循環，800℃以上的氫氣和一氧化碳還原氧化鐵生成DRI，氫氣和一氧化碳生成水和二氧化碳；以及位于還原區下部的冷區，在DRI出料前，經過在一冷卻回路中循環的含氫氣和一氧化碳的冷卻氣體將冷卻區的DRI冷卻至環境溫度。

氣基法所用還原劑主要是天然氣，經蒸汽轉化或部分氧化生產合成氣CO+H₂，而中國天然氣價格昂貴，在東部沿海一些地區天然氣價格已達5元/m³，而采用大型煤氣化生產的精制合成氣價格也在0.8元/m³以上，因此尋找一條價格便宜的還原氣原料渠道是大力發展中國DRI生產所必須面對的問題。

中國有大量的焦爐氣(COG)資源，除一部分用于發電、生產純氫、加熱燃料和生產甲醇外，約三分之一資源放入火炬燒掉。并且在鋼鐵企業中存在大量的低熱值燃氣富余，放空的高爐氣和轉爐氣等。隨著節能技術的進步，熱風爐的雙預熱技術、蓄熱化加熱爐技術等不斷涌現，大量的低熱值燃氣被利用，焦爐氣的富余已無可置疑。以鞍鋼為例，預測2006年高爐煤氣富余46萬m³/h，焦爐氣富余4-6萬m³/h。

焦爐氣主要成分為H₂(55-66%)、CH₄(18-26%)、CO(6-8%)，其余為二氧化碳、氮氣和C₂以上烴及少量氧和硫雜質，是優質的DRI還原氣。

中國專利申請CN100523228C公開了一種利用焦爐氣制還原氣生產海綿鐵的方法，是把焦爐氣精脫硫后補加一定量的CO₂，利用焦爐氣中的CH₄和CO₂的轉化來生產高質量的還原鐵合成氣，一部分還原尾氣用作燃料，由于CO₂的補加和與CH₄的吸熱反應，需燃燒大量的焦爐氣來外供反應熱，供熱效率低，煙氣能耗損失大，與加O₂氧化直接產熱相比，設備投資大，熱損失大，能耗高，補加的CO₂也增加能耗和分離成本。

中國專利申請CN101392192B公開了一種焦爐氣二氧化碳轉化及氣基豎爐直接還原鐵生產方法，該申請中把焦爐氣深度凈化脫硫后補加氧氣、二氧化碳和水蒸汽作為氣體轉化劑，因過程中添加水蒸汽太多，轉化后要冷卻至40℃進行脫水處理，然后再升溫進氣基豎爐，該工藝對高溫合成氣的降溫和升溫過程導致能耗高。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種還原鐵的生產方法，其是利用焦爐氣通過催化轉化法生產合成氣，然后再生產直接還原鐵的方法，具有易于控制，工藝簡單，能耗低等特點。

本發明的目的還在于提供一種利用焦爐氣催化轉化生產氣基直接還原鐵的系統。

為達到上述目的，本發明提供了一種利用焦爐氣催化轉化生產氣基直接還原鐵的方法，其包括以下步驟：

將通過常規凈化、精脫硫處理和脫不飽和烴處理后的焦爐氣與“轉爐煤氣、高爐煤氣、凈化尾氣中的一種或兩種以上混合氣”混合成原料混合氣，使原料混合氣與含氧氣體在轉化爐燒嘴出口處燃燒，得到高溫混合氣，燃燒時控制火焰溫度為1100-1800℃，其中，精脫硫處理后的焦爐氣的硫含量≤10ppm，烯烴和芳烴濃度小于5000ppm；

向高溫混合氣中添加CO₂、含CO₂的氣體和/或水蒸汽，然后使其與催化轉化爐中的催化劑接觸，使焦爐氣中的烴類在催化劑上與CO₂和/或水蒸汽發生轉化反應，燃燒反應產生的熱量為轉化反應提供熱量，轉化得到高H₂和CO濃度的合成氣，并將催化轉化爐出口處的合成氣的溫度控制為850-1050℃；

催化轉化后得到的合成氣直接進入豎爐還原氧化鐵生產還原鐵，豎爐還原尾氣經過冷卻除塵凈化后得到凈化尾氣。

在上述方法中，優選地，凈化尾氣返回與焦爐氣混合重新進入轉化爐或者一部分用作燃料加熱另一部分凈化尾氣，然后直接進入豎爐作為還原氣。