[發明專利]二氧化碳-甲烷自熱重整生產直接還原鐵的方法及系統

有效

• 申請號: 201810077703.2
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108315523B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 陳倩倩;孫予罕;唐志永;顧宇;汪丹峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院;中國科學院大學
• 主分類號: C21B13/02
• 分類號: C21B13/02
• 代理公司: 31219 上海光華專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種二氧化碳?甲烷自熱重整生產直接還原鐵的方法及系統，包括：將經過脫硫處理的富甲烷原料氣與脫碳凈化后升溫的二氧化碳循環氣混合，形成混合氣；混合氣與從轉化爐出來的粗合成氣進行換熱，換熱后的混合氣升溫并與氧氣進入轉化爐進行反應，生成粗合成氣，粗合成氣與所述混合氣換熱后降溫；降溫后的粗合成氣與脫碳凈化后的還原氣進行換熱，換熱降溫后的粗合成氣進入脫碳凈化器，換熱后的所述還原氣升溫，再進一步升溫后，進入豎爐進行直接還原鐵反應；生成的爐頂氣從所述豎爐出來，并與從所述脫碳凈化器出口出來的所述二氧化碳循環氣進行換熱，換熱后的所述爐頂氣降溫，經過洗滌冷卻處理后，所述爐頂氣進入所述脫碳凈化器，如此循環。

技術領域

本發明涉及直接還原鐵生產技術領域，特別是涉及一種二氧化碳-甲烷自熱重整生產直接還原鐵的方法及系統。

背景技術

我國作為世界上規模最大的鋼鐵生產國，其鋼鐵產量連續20年位居世界首位。同時，我國的鋼鐵生產過程又是高能耗高碳排放的過程，鋼鐵行業的碳排放量占到了工業部門碳排放總量的30％。據歐盟鋼鐵協會稱，中國應為全球鋼鐵生產50％以上的碳排放負責，而27個歐盟國僅需負責8％。因此，作為中國的國民經濟行業的碳排放大戶，實現鋼鐵行業的低碳化的發展對中國目前面臨的碳減排壓力非常重要。

目前廣泛使用的直接還原煉鐵技術為氣基豎爐煉鐵工藝，約占全球直接還原鐵產量的80％。氣基豎爐直接還原鐵是使用富氫氣體對鐵礦石或含鐵氧化物在熔化溫度以下進行還原得到金屬產品的煉鐵過程。其中天然氣為國外廣泛使用的氣基豎爐原料氣，多采用天然氣、蒸汽與凈化后的爐頂氣重整獲得還原氣。該技術至少存在以下缺點：爐頂氣成分復雜，含有一氧化碳、氫氣、二氧化碳和水等成分，造成轉化爐復雜，設備投資大。

中國專利號200810226076.0的專利公開了一種焦爐煤氣二氧化碳轉化及氣基豎爐直接還原鐵生產方法，將焦化廠已經初步凈化處理的焦爐煤氣進行深度凈化脫硫處理作為原料氣，氧氣、二氧化碳、水蒸汽為氣體轉化劑，進轉化爐轉化，轉化氣用作氣基豎爐直接還原鐵生產方法的還原氣。該技術至少存在以下缺點：我國80％的焦爐煤氣由鋼鐵聯合企業生產，目前鋼鐵生產過程中焦爐煤氣的利用率基本可以達到100％，焦爐煤氣作為原料氣無法滿足鋼鐵生產的需求；

中國專利申請CN103276133A公開了一種利用天然氣部分氧化工藝生產直接還原鐵的方法，該方法添加了水蒸汽，易使合成氣的還原性能受到影響，導致還原鐵質量不高。

中國專利CN 103525966B公開了一種利用豎爐的還原尾氣經過冷卻除塵凈化后得到的凈化尾氣與天然氣催化轉化生產豎爐還原氣生產直接還原鐵的方法，該方法凈化尾氣中氣體成分復雜，工藝控制系統復雜。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種二氧化碳-甲烷自熱重整生產直接還原鐵的方法及系統，該方法更加低碳環保，工藝簡潔，可實現直接還原鐵生產過程中二氧化碳的資源化利用，進一步降低直接還原鐵過程的二氧化碳排放。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種二氧化碳-甲烷自熱重整生產直接還原鐵的方法，所述方法至少包括：

在脫碳凈化器出口分別獲得二氧化碳循環氣與還原氣，所述二氧化碳循環氣換熱升溫；

將經過脫硫處理的富甲烷原料氣與換熱升溫后的所述二氧化碳循環氣混合，形成混合氣；

所述混合氣與從轉化爐出來的粗合成氣進行換熱，換熱后的所述混合氣升溫并與預熱的氧氣進入所述轉化爐進行反應，反應后生成所述粗合成氣，所述粗合成氣與所述混合氣換熱后降溫；

降溫后的所述粗合成氣與所述還原氣進行換熱，換熱后的粗合成氣進一步降溫并進入所述脫碳凈化器，換熱后的所述還原氣升溫，再經過燃燒爐進一步升溫后，所述還原氣進入豎爐進行直接還原鐵反應；