[發明專利]一種利用CH4非催化富氧轉化生產海綿鐵的直接還原工藝

有效

• 申請號: 201410598344.7
• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN104313228A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 郭敏;李佳楣;吳開基;張濤;趙運建
• 申請（專利權）人: 中冶賽迪工程技術股份有限公司
• 主分類號: C21B13/02
• 分類號: C21B13/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 梁海蓮

技術領域

本發明涉及一種利用CH₄非催化富氧轉化生產海綿鐵的直接還原工藝，屬于鐵或鋼的冶煉技術領域。

背景技術

鋼鐵工業是國民經濟的基礎產業，也是我國能源資源消耗和污染排放的重點行業。為加快鋼鐵工業結構調整和產業升級，轉變鋼鐵工業發展方式，促進節約、清潔和可持續發展，國家在《鋼鐵產業調整和振興規劃》中提出將“加強非高爐冶煉-煉鋼、精煉-直接軋制全新流程清潔工藝技術研發和試驗”等作為推進全行業節能減排的重點任務，全面推行清潔生產。

直接還原工藝作為典型的非高爐煉鐵工藝，是實現鋼鐵生產短流程，即廢鋼/海綿鐵(DRI)－電爐流程的重要環節。氣基豎爐直接還原工藝的原料氣可采用天然氣、焦爐煤氣、煤層氣、蘭碳排放氣等富甲烷煤氣，針對我國多煤少天然氣的資源特點，發展利用焦爐煤氣、煤層氣、蘭碳排放氣等富甲烷煤氣加大型化豎爐的直接還原工藝具有較為寬廣的市場前景。

目前國內針對焦爐煤氣等富甲烷煤氣的氣基豎爐直接還原工藝提出了相應的技術路線，主要的有以下幾類：

1)利用焦爐煤氣和凈化脫碳后的豎爐爐頂氣一起，加濕后再加熱至1000℃左右進入豎爐還原鐵礦石，該技術路線的關鍵在于利用高溫和海綿鐵的催化作用，使部分CH₄發生改質反應生成CO+H₂補充還原氣，但該工藝路線需要脫碳和噴氧提溫，同時在1000℃左右的溫度下，若還原氣氣氛控制不好，則存在海綿鐵容易黏結的缺陷；

2)利用氧氣、焦爐煤氣、二氧化碳、水蒸汽在轉化爐內轉化后，再和爐頂氣混合，經脫硫脫碳后加熱至800℃進入豎爐還原鐵礦石，同時要求H₂/CO>1.5；該技術路線的工藝路線復雜，加熱爐為避免析碳對氣體成分有嚴格限制，轉化后的高溫煤氣先降溫再加熱，存在原料氣利用效率較低、能耗較高的缺陷；

3)利用焦爐煤氣和凈化、降溫后的爐頂氣混合，在加熱爐中加熱至900℃～950℃使焦爐煤氣中的CH₄與爐頂氣中的CO₂和H₂O發生反應，生成CO+H₂后進入豎爐還原鐵礦石；該技術路線存在經凈化降溫后的爐頂氣中的H₂O、CO₂等氧化劑含量較低，不足以與焦爐煤氣中的CH₄反應，導致CH₄在加熱爐中大量析碳堵塞爐管，同時在900℃～950℃的溫度下，CH₄與H₂O、CO₂的反應不充分，進入豎爐后在高溫(900℃～950℃)和海綿鐵的催化下容易發生CH₄的大量析碳，并引起黏結，這在焦爐煤氣CH4含量過高或原料氣為天然氣時更為明顯。

4)利用富CH₄煤氣與凈化、降溫后的爐頂氣混合，在加熱爐中加熱后與純氧進行非催化轉化生成CO+H₂，再與凈化、降溫后的爐頂氣混合降溫后進入豎爐還原鐵礦石。該技術路線原料氣與純氧反應，反應溫度高，燒嘴使用壽命短，為延長燒嘴壽命需要通入蒸汽，這樣會導致還原氣氧化度提高，不利于礦石的還原。

綜上所述，目前國內針對天然氣、焦爐煤氣等富甲烷煤氣氣基豎爐直接還原工藝的技術路線，存在工藝流程長、轉化工藝復雜、轉化不充分、豎爐容易黏結、轉化燒嘴使用壽命短、轉化氣氧化度高等技術缺陷。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種利用CH₄非催化富氧轉化生產海綿鐵的直接還原工藝，該直接還原工藝不僅具有工藝流程短、節能減排、燒嘴使用壽命長、投資成本低的優點，并且能夠防止海綿鐵黏結和防止析碳。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種利用CH₄非催化富氧轉化生產海綿鐵的直接還原工藝方法，工藝路線為：經凈化、調節壓力后的富CH₄原料氣和富氧空氣分別經預熱后，進入非催化富氧轉化爐，并在所述非催化富氧轉化爐中發生燃燒反應并升溫，將其中的CH₄轉化成CO和H₂，形成高溫轉化氣；與此同時，豎爐爐頂氣經降溫、除塵、加壓后進入氫氣提純裝置中制得提純氫氣，提純氫氣經預熱后進入所述催化富氧轉化爐的下部，與所述經燃燒反應生成的高溫轉化氣混合，形成還原煤氣；還原煤氣然后進入豎爐將鐵礦石還原成海綿鐵。

其中，