含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置。本發明的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置包括：含有甲烷的煉鐵副產氣體的第一預處理裝置；與所述第一預處理裝置隔開而設置的含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的第二預處理裝置；蒸汽發生裝置，其用于向經所述第一預處理裝置處理的含有甲烷的煉鐵副產氣體、和經所述第二預處理裝置處理的含有二氧化碳的煉鐵副產氣體混合而成的混合氣體供給蒸汽；以及轉化反應裝置，其接收含有所被供給的蒸汽的混合氣體并使之轉化，從而將所述混合氣體轉化為含有一氧化碳和氫氣的還原氣體。
【專利說明】含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種合成氣體的制造裝置，更具體而言，涉及一種利用煉鐵工藝氣體制造含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的裝置。
【背景技術】
[0002]目前，在綜合煉鐵廠制造鐵水的工藝主要依賴于高爐煉鐵工藝，而且大部分將從煤炭中產生的CO氣體作為鐵礦石的還原劑使用。
[0003]另外，綜合煉鐵工藝中會產生包含CH4 / CO / H2的各種副產氣體，其中大部分使用在生產鋼鐵產品的加熱器、生產電力的發電廠等，所使用的副產氣體以包含大量CO2的廢氣形式從煉鐵廠排出。
[0004]因此，目前在綜合煉鐵廠的鐵水制造工藝、生產鋼鐵產品的加熱工藝、和提供必要電力的煉鐵廠發電工藝中產生大量的co2。例如，在生產一噸鋼鐵產品過程中將產生大約
2.18噸的二氧化碳(CO2)。
[0005]目前，為了減少煉鐵工藝中產生的CO2，盡管正在努力提高包括降低鐵水生產中的還原劑比例在內的工藝效率，然而以高爐為主的綜合煉鐵工藝的工藝效率已達到極限值，因此很難進一步降低co2。
【發明內容】
[0006]發明要解決的課題
[0007]本發明是為解決上述問題而提出，其目的是提供一種含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，該制造裝置使在綜合煉鐵工藝中產生的二氧化碳與甲烷進行反應，從而制造含有一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的合成氣體。
[0008]解決課題的方法
[0009]為了達到所述目的，本發明優選實施方案的利用煉鐵工藝氣體的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，包括:含有甲烷的煉鐵副產氣體的第一預處理裝置；與所述第一預處理裝置隔開而設置的含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的第二預處理裝置；蒸汽發生裝置，其用于向經所述第一預處理裝置處理的含有甲烷的煉鐵副產氣體、和經所述第二預處理裝置處理的含有二氧化碳的煉鐵副產氣體混合而成的混合氣體中供給蒸汽；以及轉化(reforming)反應裝置，其接收含有所被供給的所述蒸汽的混合氣體并使之轉化，從而將所述混合氣體轉化為含有一氧化碳和氫氣的氣體。
[0010]本發明的特征在于，所述含有甲烷的煉鐵副產氣體為焦爐煤氣(COG，COKE OVENGAS)。
[0011]本發明的特征在于，所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體為選自高爐廢氣、FINEX工藝的流化還原爐廢氣、煉鐵廠發電設備的廢氣、生產鋼鐵產品的加熱爐廢氣、以及焦爐加熱爐廢氣中的至少一種。
[0012]本發明的特征在于，所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體進一步包含從所述轉化反應裝置中排出的廢氣。
[0013]本發明的特征在于，所述蒸汽發生裝置從所述轉化反應裝置中排出的廢氣中得到熱源供給。
[0014]所述第一預處理裝置包括:第一儲存腔室，其用于儲存所述含有甲烷的煉鐵副產氣體；以及精煉裝置，其用于精煉從所述第一儲存腔室排出的含有甲烷的煉鐵副產氣體。
[0015]所述第一預處理裝置進一步包括:液化天然氣(LNG)吹入管道，其用于進一步向從所述第一儲存腔室中排出的含有甲烷的煉鐵副產氣體中供給甲烷；以及脫硫裝置，其用于從所述液化天然氣中去除硫。
[0016]所述第二預處理裝置包括:第二儲存腔室，其用于儲存所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體；精煉裝置，其用于精煉從所述第二儲存腔室排出的含有二氧化碳的煉鐵副產氣體。
[0017]所述第二預處理裝置進一步包括二氧化碳分離裝置，該二氧化碳分離裝置用于從經過精煉的所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的一部分或者全部中分離二氧化碳。
[0018]本發明的特征在于，所述二氧化碳分離裝置從所述轉化反應裝置排出的廢氣中得到熱源供給。
[0019]本發明的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置進一步包括升壓裝置，該升壓裝置用于使所述含有甲烷的煉鐵副產氣體、和所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體混合而成的混合氣體升壓至所述鐵礦石還原裝置的工作壓力。
[0020]本發明的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置進一步包括升溫裝置，該升溫裝置用于使升壓后的所述混合氣體升溫以適合所述轉化反應裝置內的反應溫度。
[0021]本發明的特征在于，所述升溫裝置從所述轉化反應裝置排出的廢氣中得到熱源供
5口 O
[0022]所述含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置進一步包括氫氣制造裝置，該氫氣制造裝置用于由在所述轉化反應裝置中使混合氣體轉化而制造的含有一氧化碳的還原氣體的一部分或者全部制造氫氣。
[0023]所述氫氣制造裝置進一步包括:水煤氣變換反應器，其用于增加所述含有一氧化碳的還原氣體的氫氣含量；以及氫氣分離裝置，其用于從增加了氫氣的所述含有一氧化碳的還原氣體中分離氫氣。
[0024]所述氫氣制造裝置進一步包括熱回收裝置，該熱回收裝置用于冷卻經過轉化的所述含有一氧化碳的還原氣體。
[0025]本發明的特征在于，所述水煤氣變換反應器從所述蒸汽發生裝置得到蒸汽供給。
[0026]本發明的特征在于，通過所述氫氣分離裝置分離的一部分氫氣與通過所述轉化反應裝置轉化的含有一氧化碳和氫氣的還原氣體混合。
[0027]本發明的特征在于，從所述氫氣分離裝置中排出的含有二氧化碳的廢氣與所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體混合。
[0028]在所述含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置中，向所述轉化反應裝置供給的所述混合氣體中的甲烷、二氧化碳和蒸汽的摩爾比滿足OS H2O / CO2 <5、
0.1 ( (H2CHCO2) / CH4 < 5。
[0029]本發明的一個實施方案的鐵礦石還原系統能夠將通過所述合成氣體制造裝置制造的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體供給到鐵礦石還原裝置以還原鐵礦石。
[0030]所述鐵礦石還原裝置為高爐(blast furnace)或者FINEX (熔融還原)工藝的流化還原爐。
[0031] 為了達到所述目的，本發明的另一優選實施方案的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法，包括以下步驟:預處理含有甲烷的煉鐵副產氣體；預處理含有二氧化碳的煉鐵副產氣體；混合經過預處理的所述含有甲烷的煉鐵副產氣體和含有二氧化碳的煉鐵副產氣體以形成混合氣體后，使所述混合氣體升壓至預定的壓力；使升壓后的所述混合氣體升溫至預定的溫度；以及將升溫后的所述混合氣體供給到轉化反應裝置并將所述混合氣體轉化為含有一氧化碳和氫氣的還原氣體。
[0032]所述預處理含有甲烷的煉鐵副產氣體的步驟包括以下步驟:精煉含有甲烷的煉鐵副產氣體；以及向經過精煉的所述含有甲烷的煉鐵副產氣體中混合液化天然氣(LNG)。
[0033]本發明的特征在于，所述含有甲烷的煉鐵副產氣體為焦爐煤氣(COG，COKE OVENGAS)。
[0034]預處理所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的步驟包括以下步驟:精煉含有二氧化碳的煉鐵副產氣體；以及從經過精煉的所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的一部分或者全部中分離二氧化碳。
[0035]本發明的特征在于，所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體為選自高爐廢氣、FINEX工藝的流化還原爐廢氣、煉鐵廠發電設備的廢氣、生產鋼鐵產品的加熱爐廢氣、以及焦爐加熱爐廢氣中的至少一種。
[0036]本發明的特征在于，所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體進一步包含從所述轉化反應裝置中排出的廢氣。
[0037]所述含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法進一步包括向升溫后的所述混合氣體供給蒸汽的步驟。
[0038]所述含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法進一步包括由轉化后的所述含有一氧化碳的還原氣體的一部分或全部制造氫氣的步驟。
[0039]而且，所述氫氣制造的步驟包括以下步驟:冷卻所述含有一氧化碳的還原氣體；對冷卻后的所述含有一氧化碳的還原氣體進行水煤氣變換；以及從經過水煤氣變換的所述還原氣體中分離氫氣。
[0040]本發明的特征在于，將制造出的所述氫氣與轉化后的所述氣體混合。
[0041]本發明的一個實施方案的鐵礦石還原方法可將通過所述制造方法制造的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體向鐵礦石還原裝置供給以還原鐵礦石。
[0042]本發明的特征在于，所述鐵礦石還原裝置為高爐或者FINEX工藝的流化還原爐。
[0043]發明的效果
[0044]通過本發明，使在綜合煉鐵工藝中產生的二氧化碳與甲烷進行反應而制造含有一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的合成氣體，并在鐵礦石的還原中再使用該合成氣體、或者在二甲基醚(DME)等的制造中使用該合成氣體，從而能夠大幅減少在煉鐵廠產生的二氧化碳的量。
【專利附圖】
【附圖說明】[0045]圖1是表示本發明的一個實施方案的利用煉鐵工藝氣體的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體制造裝置的流程圖。
[0046]圖2是本發明的利用煉鐵工藝氣體的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造工藝圖。
[0047]圖3是表不本發明的另一實施方案的利用煉鐵工藝氣體的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體制造裝置的流程圖。
【具體實施方式】
[0048]參照附圖及詳細描述的實施例能夠清楚地理解本發明的優點和特點以及實現該優點和特點的方法。但本發明并不局限于下面公開的實施例，可通過多種不同的形式實現，本實施例只是為了完整地公開本發明，并向本發明所屬【技術領域】的技術人員完整地告知本發明范圍而提出的，本發明應當由權利要求的范圍來定義。在通篇說明書中，相同的附圖標記表示相同的結構要素。
[0049]下面，參照附圖對本發明優選實施方案的利用煉鐵工藝氣體的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置進行詳細說明。需要說明的是，在說明本發明過程中，當認為對相關公知功能或者結構的詳細說明可能會不突出本發明的要旨時，省略其詳細說明。
[0050]圖1是表示本發明的一個實施方案的利用煉鐵工藝氣體的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體制造裝置的 流程圖。
[0051]本發明的一個優選實施方案的利用煉鐵工藝氣體的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置包括:含有甲烷的煉鐵副產氣體的第一預處理裝置10 ;含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的第二預處理裝置20 ;蒸汽發生裝置30，其向經所述第一預處理裝置10處理的含有甲烷的煉鐵副產氣體、和經所述第二預處理裝置20處理的含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的混合氣體供給蒸汽；轉化反應裝置40，對所述已供給蒸汽的混合氣體進行轉化使之轉化為含有一氧化碳的還原氣體；以及鐵礦石還原裝置50，其利用包含所述一氧化碳的還原氣體還原鐵礦石。
[0052]所述第一預處理裝置10包括:第一儲存腔室13，其用于儲存所述含有甲烷的煉鐵副產氣體；以及精煉裝置15，其用于精煉從所述第一儲存腔室13排出的含有甲烷的煉鐵副產氣體。所述含有甲烷的煉鐵副產氣體也可以無需所述第一儲存腔室13而直接通過輸氣管道供給。
[0053]而且，所述第一預處理裝置10可進一步包括:液化天然氣(LNG)吹入管道17，其用于進一步向從所述第一儲存腔室13排出的含有甲烷的煉鐵副產氣體中供給甲烷；以及脫硫裝置19，用于從所述液化天然氣中去除硫。
[0054]所述含有甲烷的煉鐵副產氣體包含在綜合煉鐵工藝中產生的含有大量甲烷(CH4)的副產氣體，如焦爐煤氣(COG ；C0KE OVEN GAS)。焦爐煤氣除了甲烷以外還包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氮氣及焦油(tar)等。
[0055]在這種副產氣體中含有可使下述轉化反應裝置40內的催化劑中毒的焦油、硫、灰塵等，因此通過適當的精煉裝置15去除所述物質。
[0056]對于副產氣體的精煉，可使用干式集塵、濕式集塵、氣旋、H2S控制以及BTX控制等方法。[0057]另外，為了增加對含有甲烷的煉鐵副產氣體進行轉化而制造的還原氣體的產生量和還原氣體中的還原性氣體(CO、H2)的比例，可進一步將從外部供給的含有甲烷的氣體(例如將液化天然氣)與經過精煉的含有甲烷的煉鐵副產氣體混合。
[0058]至于從外部供給的液化天然氣(LNG)和含有甲烷的副產氣體的混合比例，可根據在煉鐵廠中產生的副產氣體的供需情況和液化天然氣的供需情況而確定。因此，也有可能存在煉鐵廠副產氣體的比例為100%的情況或者從外部供給的液化天然氣為100%的情況。
[0059]當供給液化天然氣時，可進一步增加脫硫裝置19以去除包含在液化天然氣中的硫。
[0060]所述第二預處理裝置20包括:第二儲存腔室23，其用于儲存所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體；及精煉裝置25，其用于精煉從所述第二儲存腔室23排出的含有二氧化碳的煉鐵副產氣體。所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體可以不在第二儲存腔室23中儲存而直接通過管道(pipe)供給。
[0061]所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體可包含在綜合煉鐵工藝中產生的高爐廢氣(blast furnace offgas)、FINEX工藝的流化還原爐廢氣、煉鐵廠發電設備的廢氣、生產鋼鐵產品的加熱爐廢氣和焦爐加熱爐廢氣，而且在這些廢氣中包含大量的二氧化碳。
[0062]所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體經過適當的精煉工藝去除使轉化反應裝置40的催化劑中毒的焦油、硫和灰塵等。
[0063]而且，當經過精煉的含有二氧化碳的副產氣體中存在大量的不參與鐵礦石還原反應的氮氣等惰性氣體時，會 降低通過下述轉化反應裝置40轉化的還原氣體內的還原性氣體(C0、H2)的濃度，并且轉化反應裝置40會消耗過多的熱量，因此可通過基于吸收法、變壓吸附(PSA ；Pressure Swing Adsorption)法或隔膜法等的二氧化碳分離裝置27從所述經過精煉的含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的一部分或者全部中分離二氧化碳之后，再與含有二氧化碳的副產氣體進行混合，從而降低惰性氣體的濃度。
[0064]另外，當利用以胺、氨等用作吸收液的吸收法分離二氧化碳時，吸收液的再生需要熱量，而這些熱量可通過適當的熱交換從轉化反應裝置40中產生的高溫廢氣中得到供給。
[0065]可在混合經過精煉的所述含有甲烷的煉鐵副產氣體和含有二氧化碳的煉鐵副產氣體形成混合氣體后，利用壓縮機將其升壓至高爐(blast furnace)或FINEX工藝的流化還原爐等鐵礦石還原裝置50的工作壓力3-10Bar。
[0066]通過加熱器及熱交換器使升壓后的所述混合氣體升溫至下述轉化反應裝置40中的反應溫度600-1000°C。此時，升溫過程所需的熱量的一部分或者全部可通過適當的熱交換從轉化反應裝置40中產生的高溫廢氣中得到供給。
[0067]另外，可在使含有甲烷的煉鐵副產氣體和含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的混合氣體升壓及升溫后，混合通過蒸汽發生器來生成的部分蒸汽(steam)。若將蒸汽與含有甲烷和二氧化碳的混合氣體混合，則能夠降低轉化反應裝置40中碳(carbon)被沉積在催化劑層的現象，而且能夠在轉化反應時增加氫氣的生成量。
[0068]在蒸汽的生成中所需的熱量的一部分或者全部，可通過適當的熱交換從在轉化反應裝置40中產生的高溫廢氣得到供給。
[0069]至于向轉化反應裝置40供給的甲烷、二氧化碳和蒸汽的摩爾比，當為H2O / 0)2時優選為O以上且5以下，當為(H2CHCO2) / CH4時優選為0.1以上且5以下。
[0070]其中，之所以如上限定蒸汽和二氧化碳的比例(即H2O / CO2)的理由如下:從二氧化碳(CO2)的再使用方面考慮時，不供給蒸汽(H2O)而只用二氧化碳(CO2)引發甲烷和二氧化碳的反應最有利。即，優選SH2O / C02=0。
[0071]然而，若只用CH4 / CO2引發反應，則在催化劑層上會產生嚴重的碳沉積現象，從而會對反應器的運行帶來不良影響，因此為了防止碳沉積優選添加水分。
[0072]而且，若將H2O / CO2的比例提升到5以下，則能充分防止催化劑層的碳沉積，但若超過5，則會導致碳沉積防止效果達到飽和狀態。
[0073]另外，關于(H2CHCO2) / CH4比例，一般來說與甲烷(CH4)反應的蒸汽(H2O)及二氧化碳(CO2)的比例越高，甲烷(CH4)的轉化率就越高。但是，若蒸汽(H2O)及二氧化碳(CO2)相對于甲烷(CH4)的比例過高，則工藝效率及運行費用過度增加，因此(H2CHCO2) / CH4的比例優選為0.1以上且5以下。
[0074]在轉化反應裝置40中的主要轉化反應如下式所示。
[0075]CH4+C02 — 2C0+2H2 ? ? ? ? (I)
[0076]CH4+H20 — C0+3H2 ? ? ? ? (2) [0077]在煉鐵廠產生的二氧化碳通過上述反應式(I)能夠再生為一氧化碳，并能夠作為還原氣體回收再使用，因此能夠大幅減少在煉鐵廠產生的二氧化碳。
[0078]上述反應式(I)和(2)的轉化反應為吸熱反應，因此反應所需的熱量可在反應器的外部夾套通過燃料的燃燒得到供給。此時產生的高溫廢氣可排出到反應器的外部并作為蒸汽發生器、混合氣體的升溫及二氧化碳的分離所需的熱量來使用。
[0079]所述轉化反應裝置40可使用固定床(fixed bed)或流化床反應器。固定床反應器以轉化催化劑填充于反應器內部的狀態配置，而至于流化床反應器，催化劑在流化反應器內部流動的過程中進行轉化反應。
[0080]在所述轉化反應裝置內的催化劑可使用鉬或鎳系列的材料。
[0081]在轉化反應裝置40中產生的轉化的還原氣體保持3-10Barg的壓力和600-1000°C的溫度，因此無需額外的裝置就能作為高爐及流化還原爐的還原氣體使用。
[0082]氫氣制造裝置80可進一步包括:用于增加所述含有一氧化碳的還原氣體中的氫氣含量的水煤氣變換反應器83 ;以及用于從增加了氫氣的所述含有一氧化碳的還原氣體中分離氫氣的氫氣分離裝置85。
[0083]更特別地，轉化后的還原氣體的一部分可通過熱回收裝置81冷卻到200-450°C后，利用水煤氣變換反應器(WGSR;Water Gas Shift Reactor)83增加還原氣體內的氫氣含量，然后通過基于變壓吸附(PSA)法或隔膜法等的氫氣分離裝置85分離出氫氣。
[0084]在所述蒸汽發生器生成的蒸汽可被供給到水煤氣變換反應器83并且增加氫氣含量。
[0085]在水煤氣變換反應器83中，如以下反應式(3)，還原氣體內的一氧化碳與蒸汽進行反應而生成氫氣和二氧化碳。
[0086]CCHH2O — H2+C02 ? ? ? ? (3)
[0087]被分離的氫氣可供給到外部的氫氣市場或者與轉化后的還原氣體混合以增加還原氣體內的氫氣含量。[0088]當在高爐或FINEX工藝的流化還原爐中使用大量含有氫氣的還原氣體時，由于通過氫氣可改善鐵礦石的還原速度，因此能夠提高鐵水及還原鐵的生產速度。
[0089]此時，在氫氣分離裝置85產生的含有二氧化碳的廢氣可與含有二氧化碳的煉鐵副產氣體混合而用于生成轉化的還原氣體。
[0090]圖2是本發明的利用煉鐵工藝氣體的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體制造工藝圖。
[0091]本發明的一個優選實施方案的利用煉鐵工藝氣體的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法包括以下步驟:預處理含有甲烷的煉鐵副產氣體；預處理含有二氧化碳的煉鐵副產氣體；混合經過預處理的所述含有甲烷的煉鐵副產氣體和含有二氧化碳的煉鐵副產氣體而形成混合氣體后，使所述混合氣體升壓至預定的壓力；使升壓后的所述混合氣體升溫至預定的溫度；以及向轉化反應裝置40供給升溫后的所述混合氣體并使所述混合氣體轉化為含有一氧化碳和氫氣的氣體。
[0092]本發明的特征在于，所述預處理所述含有甲烷的煉鐵副產氣體的步驟包括以下步驟:精煉含有甲烷的煉鐵副產氣體；以及在所述經過精煉的含有甲烷的煉鐵副產氣體中混合液化天然氣(LNG)。
[0093]此時，本發明的特征在于，所述含有甲烷的煉鐵副產氣體為焦爐煤氣(COG，COKEOVEN GAS)。
[0094]本發明的特征在于，所述預處理含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的步驟包括以下步驟:精煉含有二氧化碳的煉鐵副產氣體；以及從所述經過精煉的含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的一部分或者全部中分離二氧化碳。
[0095]本發明的特征在于，所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體為選自高爐廢氣、FINEX工藝的流化還原爐廢氣、煉鐵廠發電設備的廢氣、生產鋼鐵產品的加熱爐廢氣以及焦爐加熱爐廢氣中的至少一種。`
[0096]所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體進一步包含從所述轉化反應裝置中排出的廢氣。
[0097]所述含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法進一步包括向所述升溫后的混合氣體供給蒸汽的步驟。
[0098]而且，所述含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法進一步包括由轉化的所述含有一氧化碳的還原氣體的一部分或全部制造氫氣的步驟。
[0099]所述氫氣制造過程包括以下步驟:冷卻所述含有一氧化碳的還原氣體；將冷卻的所述含有一氧化碳的還原氣體通過水煤氣變換轉換為還原氣體；以及從通過水煤氣變換轉換的所述還原氣體中分離氫氣。
[0100]所述含有一氧化碳和氫氣的合成氣體(syngas)可用作還原氣體以用于還原鐵礦石或制造二甲基醚(DME)。
[0101]圖3是表示本發明的另一實施方案的通過利用煉鐵工藝氣體所生產的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體來還原鐵礦石的鐵礦石還原系統的流程圖。
[0102]本發明的一個實施方案的鐵礦石的還原方法將通過所述合成氣體的制造方法來制造的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體供給到鐵礦石還原裝置，從而可還原鐵礦石。
[0103]而且，本發明的特征在于，所述鐵礦石還原裝置為高爐或者FINEX工藝的流化還原爐。
[0104]參照上述【專利附圖】
【附圖說明】了本發明的實施例，但在本發明所屬【技術領域】的技術人員能夠理解在不改變本發明的技術思想及必要技術特征的情況下也能以其他具體方式實施本發明。
[0105]因此，上述實施例在各方面均為示意性的說明，而不應理解為限定性的說明。本發明的保護范圍以權利要求書為準，而不能夠由上述詳細說明內容確定。本發明的范圍應解釋為包括由權利要求書的含義及 范圍以及其等同概念所能導出的全部變更或變形形態。
【權利要求】
1.一種含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，包括: 含有甲烷的煉鐵副產氣體的第一預處理裝置； 與所述第一預處理裝置隔開而設置的含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的第二預處理裝置； 蒸汽發生裝置，其用于向經所述第一預處理裝置處理的含有甲烷的煉鐵副產氣體、和經所述第二預處理裝置處理的含有二氧化碳的煉鐵副產氣體混合而成的混合氣體中供給蒸汽；以及 轉化反應裝置，其接收含有所被供給的所述蒸汽的混合氣體并使之轉化，從而將所述混合氣體轉化為含有一氧化碳和氫氣的氣體。
2.根據權利要求1所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其特征在于， 所述含有甲烷的煉鐵副產氣體為COG (焦爐煤氣)。
3.根據權利要求1所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其特征在于， 所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體為選自高爐廢氣、FINEX工藝的流化還原爐廢氣、煉鐵廠發電設備的廢氣、生產鋼鐵產品的加熱爐廢氣、以及焦爐加熱爐廢氣中的至少一種。
4.根據權利要求3所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其特征在于， 所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體進一步包含從所述轉化反應裝置排出的廢氣。
5.根據權利要求1所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其特征在于， 所述蒸汽發生裝置從所述轉化反應裝置排出的廢氣中得到熱源供給。`
6.根據權利要求1所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其特征在于， 所述第一預處理裝置包括: 第一儲存腔室，其用于儲存所述含有甲烷的煉鐵副產氣體；以及 精煉裝置，其用于精煉從所述第一儲存腔室排出的含有甲烷的煉鐵副產氣體。
7.根據權利要求6所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其中， 所述第一預處理裝置進一步包括: 液化天然氣(LNG)吹入管道，其用于進一步向從所述第一儲存腔室排出的含有甲烷的煉鐵副產氣體供給甲烷；以及 脫硫裝置，其用于從所述液化天然氣中去除硫。
8.根據權利要求1所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其中， 所述第二預處理裝置包括: 第二儲存腔室，其用于儲存所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體；以及 精煉裝置，其用于精煉從所述第二儲存腔室排出的含有二氧化碳的煉鐵副產氣體。
9.根據權利要求8所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其中， 所述第二預處理裝置進一步包括: 二氧化碳分離裝置，其用于從經過精煉的所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的一部分或者全部中分離二氧化碳。
10.根據權利要求9所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其特征在于， 所述二氧化碳分離裝置從所述轉化反應裝置排出的廢氣中得到熱源供給。
11.根據權利要求1所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，進一步包括: 升壓裝置，其用于將所述含有甲烷的煉鐵副產氣體和所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體混合而成的混合氣體升壓至所述鐵礦石還原裝置的工作壓力。
12.根據權利要求11所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，進一步包括: 升溫裝置，其用于使升壓后的所述混合氣體升溫以適合所述轉化反應裝置內的反應溫度。
13.根據權利要求12所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其中， 所述升溫裝置從所述轉化反應裝置排出的廢氣中得到熱源供給。
14.根據權利要求1所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，進一步包括: 氫氣制造裝置，其用于由在所述轉化反應裝置中使混合氣體轉化而制造的含有一氧化碳的還原氣體的一部分或者全部制造氫氣。
15.根據權利要求14所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其中， 所述氫氣制造裝置進一步包括: 水煤氣變換反應器，其用于增加所述含有一氧化碳的還原氣體中氫氣含量；以及 氫氣分離裝置，其用于從增加了氫氣的所述含有一氧化碳的還原氣體中分離氫氣。
16.根據權利要求15所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其中， 所述氫氣制造裝置進一步包括: 熱回收裝置，其用于冷卻轉化后的所述含有一氧化碳的還原氣體。
17.根據權利要求15所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其中， 所述水煤氣變換反應器從所述蒸汽發生裝置得到蒸汽供給。
18.根據權利要求15所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其中， 通過所述氫氣分離裝置分離出的一部分氫氣與通過所述轉化反應裝置轉化的含有一氧化碳的還原氣體混合，并供給到所述鐵礦石還原裝置。
19.根據權利要求15所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其中， 通過所述氫氣分離裝置分離的一部分氫氣向外部排出，從而作為還原鐵礦石以外的用途使用。
20.根據權利要求15所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置，其中， 從所述氫氣分離裝置排出的含有二氧化碳的廢氣與所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體混合。
21.根據權利要求1至20中的任一項所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置， 向所述轉化反應裝置供給的所述混合氣體中的甲烷、二氧化碳和蒸汽的摩爾比滿足以下式⑴和⑵，
0 ≤ H2O / CO2 ≤ 5 ? ? ? ? (I)
0.1 ( (H2CHCO2) / CH4 ≤ 5 ? ? ? ? (2)。
22.—種鐵礦石還原系統，其特征在于， 向鐵礦石還原裝置供給通過根據權利要求1至21中的任一項所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造裝置制造的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體以還原鐵礦石。
23.根據權利要求22所述的鐵礦石還原系統，其中， 所述鐵礦石還原裝置為高爐或者FINEX工藝的流化還原爐。
24.一種含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法，包括以下步驟: 預處理含有甲烷的煉鐵副產氣體； 預處理含有二氧化碳的煉鐵副產氣體； 混合經過預處理的所述含有甲烷的煉鐵副產氣體、和含有二氧化碳的煉鐵副產氣體以形成混合氣體后，使所述混合氣體升壓至預定的壓力； 使升壓后的所述混合氣體升溫至預定的溫度；以及 將升溫后的所述混合氣體供給到轉化反應裝置并將所述混合氣體轉化為含有一氧化碳的還原氣體。
25.根據權利要求24所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法，其中， 所述預處理含有甲烷的煉鐵副產氣體的步驟包括以下步驟: 精煉含有甲烷的煉鐵副產氣體；以及 向經過精煉的所述含有甲烷的煉鐵副產氣體中混合液化天然氣(LNG)。
26.根據權利要求25所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法，其中， 所述含有甲烷的煉鐵副產氣體為COG (焦爐煤氣)。
27.根據權利要求24所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法，其中， 預處理所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的步驟包括以下步驟: 精煉含有二氧化碳的煉鐵副產氣體；以及 從經過精煉的所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體的一部分或者全部中分離二氧化碳。
28.根據權利要求27所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法，其中， 所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體為選自高爐廢氣、FINEX工藝的流化還原爐廢氣、煉鐵廠發電設備的廢氣、生產鋼鐵產品的加熱爐廢氣以及焦爐加熱爐廢氣中的至少一種。
29.根據權利要求28所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法，其中， 所述含有二氧化碳的煉鐵副產氣體進一步包含從所述轉化反應裝置中排出的廢氣。
30.根據權利要求24所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法，進一步包括: 向升溫后的所述混合氣體供給蒸汽的步驟。
31.根據權利要求24所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法，進一步包括: 由轉化后的所述含有一氧化碳的還原氣體的一部分或全部制造氫氣的步驟。
32.根據權利要求31所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法，其中， 所述氫氣制造過程包括以下步驟: 冷卻所述含有一氧化碳的還原氣體； 對冷卻后的所述含有一氧化碳的還原氣體進行水煤氣變換轉換；以及 從經過水煤氣變換轉換的所述還原氣體中分離氫氣。
33.根據權利要求24至32中的任一項所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體的制造方法， 向所述轉化反應裝置供給的所述混合氣體中的甲烷、二氧化碳和蒸汽的摩爾比滿足以下式(I)、⑵，
.0 ≤ H2O / CO2 ≤ 5 ? ? ? ? (I)·0.1 ≤(H2CHCO2) / CH4 ≤5 ? ? ? ? (2)。
34.一種鐵礦石還原方法，其特征在于， 向鐵礦石還原裝置供給通過根據權利要求24至33中的任一項所述的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體制造方法制造的含有一氧化碳和氫氣的合成氣體以還原鐵礦石。
35.根據權利要求34所述的鐵礦石還原方法，其中， 所述鐵礦石還 原裝置為高爐或者FINEX工藝的流化還原爐。
【文檔編號】C01B31/18GK103781724SQ201280043420
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年8月27日 優先權日:2011年9月6日
【發明者】金基鉉, 鄭宗憲, 李承紋, 金聲萬 申請人:Posco公司