[發明專利]一種利用焦爐煤氣制取富甲烷氣用于冶金還原鐵的工藝

在審

• 申請號: 201510921624.1
• 申請日: 2015-12-14
• 公開（公告）號: CN105505494A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 馬磊;李澤軍;吳路平;李煊;李俊宏;徐華龍
• 申請（專利權）人: 西南化工研究設計院有限公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08;C21B13/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 呂玲

技術領域

本發明屬于冶金還原氣制取技術領域，具體為一種利用焦爐煤氣制取富甲烷氣用 于冶金還原鐵的工藝。

背景技術

直接還原鐵(DRI-DirectReducedIron)是精鐵粉或氧化鐵在爐內被還原形成的 低碳多孔狀物質，其化學成分穩定，雜質含量少，是廢鋼的替代品之一。通常直接還原鐵的 生產是通過通入冶金還原氣(主要成分為H₂和CO)來還原鐵礦石。目前，冶金還原氣的主流 來源仍是天然氣或者富甲烷氣的重整反應，即利用甲烷的重整反應如水蒸氣重整、部分氧 化重整、二氧化碳重整來生產煉鐵所需的冶金還原氣。該類工藝有以下幾篇專利報道。如專 利申請號201210379144.3“一種利用富甲烷煤氣生產海綿鐵的直接還原工藝”中提出的通 過補入水蒸氣，使得CH₄發生重整反應來實現富甲烷的水蒸氣重整反應；又如專利申請號 201220208585.2“一種焦爐氣的綜合利用裝置”中也提到利用焦爐氣來進行水蒸氣轉化生 產海綿鐵。以上兩篇專利報道均是運用了甲烷的重整反應來生產還原氣，但是甲烷的重整 反應需要組建大型的轉化爐，提高了還原氣的成本。專利申請號為201110006745.5的“富甲 烷煤氣自重整還原鐵精粉的氣基直接還原煉鐵方法”中公開了一種富甲烷氣直接用于冶金 還原鐵的工藝，即采用循環流化床與兩段式高溫輸送床相結合的工藝方式，鐵礦石在940 ℃-1000℃的反應溫度下被還原氣體還原(富甲烷氣中原有的H₂和CO)，同時甲烷在直接還 原鐵作用下發生裂解生成冶金還原氣H₂和CO。該方法直接使用富甲烷氣作為冶金還原氣， 省去了重整步驟，大大降低了還原鐵的成本。

因此，以富甲烷氣作為直接還原鐵的氣源具有廣闊的應用前景。我國作為煤炭資 源大國，煉焦行業已經充分發展，煉焦行業每年都會副產大量的焦爐煤氣。焦爐煤氣是焦煤 在煉焦爐中經過高溫干餾后，在產出焦炭和焦油產品的同時所產生的一種可燃性氣體。焦 爐煤氣的主要成分為H₂（55-60%）、CH₄（23-27%）、CO（5-8%），此外還含有苯等碳氫化合物。如 果能把煉焦行業副產的焦爐煤氣利用起來，制取富甲烷氣來進行直接還原鐵的生產，就可 以大大促進我國直接還原鐵行業的發展，以及大大減輕煉焦行業對生態環境的污染。

利用焦爐煤氣生產煉鐵所需的原料氣工藝的兩大主要問題，一是焦爐煤氣中含有 很多雜質如焦油、萘、苯、硫化物等，這些都會對設備造成很大負擔，特別是硫化物的存在可 能會使甲烷重整催化劑直接失活。因此在利用焦爐煤氣生產煉鐵所需的還原氣工藝中，焦 爐煤氣的凈化工藝十分重要。二是焦爐煤氣的甲烷化反應，焦爐煤氣甲烷化反應方程式為：

CO+3H₂→CH₄+H₂O（式1）

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O（式2）

這兩個反應均為十分劇烈的放熱反應，極易造成催化劑床層的飛溫，因而造成催化劑 的失活，甚至是反應事故。對于焦爐煤氣甲烷化工藝，目前國內實現煤氣甲烷化主要有兩條 工藝路線：一是采用非耐硫的鎳系甲烷化催化劑，在加壓下實現CO加氫的目的。此工藝所用 催化劑對硫極為敏感，工藝要求比較嚴格，原料氣必須精脫硫(煤氣中H₂S<0.1ppm)；二是 采用常壓或加壓耐硫甲烷化催化劑，煤氣一般不需脫硫，直接進入甲烷化反應器，但此工藝 要求催化劑的性能很高，目前還沒有與之配套的催化劑研發成功，工業應用的風險較大。

根據對焦爐煤氣甲烷化工藝的研究和申請的專利，西南化工研究設計院有限公司 申請了兩種工藝流程的專利，一種是采用控制循環比的方式控制甲烷化爐的溫升，甲烷化 爐之間采用回收蒸汽的方法回收熱量。該工藝需要循環壓縮機，但操作平穩，風險較小；二 是焦爐煤氣一次性通過，甲烷化爐出口的溫度較高，換熱器的投資相對較大，蒸汽和循環水 的消耗較多。

因此，充分利用鋼鐵焦化聯合企業或鋼鐵企業周邊的獨立焦化企業的富余焦爐煤 氣作為原料氣，將焦爐煤氣經過適當的凈化工序之后，再采用焦爐煤氣甲烷化技術制得富 甲烷氣，富甲烷氣可被用來生產直接還原鐵所需的還原氣。因此該技術特別適合中國、印度 此類大量生產鋼鐵，同時缺少天然氣資源的地區和國家。

發明內容