利用高氮含量干餾煤氣制合成氣生產還原鐵的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種利用高氮含量干餾煤氣制合成氣生產還原鐵的方法及裝置。所述方法包括：對高氮含量干餾煤氣進行凈化處理并脫硫使其含硫量≤10ppm；脫硫后的干餾煤氣升溫至300～650℃作為待轉化氣體，或者根據干餾煤氣組成在其中添加部分過熱蒸汽作為待轉化氣體；將待轉化氣體引入置有催化劑的重整轉化爐中，使待轉化氣體在催化劑上進行轉化，得到含H2、CO和N2的合成氣；使轉化后得到的合成氣作為全部或部分還原氣直接進入氣基豎爐還原氧化鐵生產還原鐵。爐頂尾氣經脫除N2、CO2和硫化物后可作為還原氣返回豎爐回用。本發明提高了干餾煤氣的利用價值和效率，達到了以天然氣為原料生產還原鐵的效果和目標。
【專利說明】利用高氮含量干餾煤氣制合成氣生產還原鐵的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明是關于一種利用高氮含量干餾煤氣制合成氣生產還原鐵的方法及所用裝置。
【背景技術】
[0002]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°C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。
[0003]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CCHH2，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。
[0004]高氮含量干餾煤氣定義為干餾煤氣中氮氣含量大于30%的煤氣，如常見的蘭炭干餾的煤氣，其干餾煤氣中氮氣含量一般> 45%。以空氣為氧化劑的典型蘭炭干餾煤氣組成列于表1 (參見文獻“蘭炭焦爐煤氣綜合利用方案探討”，聞冬，《廣州化工》，2012，40 (12):177-178):
[0005]表1干餾煤氣組成(%)
[0006]
【權利要求】
1.一種利用高氮含量干餾煤氣制合成氣生產還原鐵的方法，其包括以下步驟: 對高氮含量干餾煤氣進行除塵、脫重烴的凈化處理，并脫硫后使其含硫量< IOppm ； 凈化脫硫后的高氮含量干餾煤氣升溫至300~650°C作為待轉化氣體，或者根據干餾煤氣組成在其中添加部分過熱蒸汽作為待轉化氣體；
將待轉化氣體引入置有催化劑的重整轉化爐中，使待轉化氣體在催化劑上進行轉化，得到含H2、CO和N2的合成氣； 使轉化后得到的合成氣作為全部或部分還原氣直接進入氣基豎爐還原氧化鐵生產還原鐵。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，對高氮含量干餾煤氣進行凈化處理后的脫硫過程中，采用氧化鋅、NiO-ZnO或氧化鐵脫硫劑進行脫硫。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，進入豎爐的合成氣的組成滿足(H2+C0)/(H2+C0+H20+C02)的摩爾比不小于0.90。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，待轉化氣體中(C02+H20)/烴碳摩爾比為1.1~1.5。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，控制轉化爐出口處的合成氣的壓力為0.1~IMPa，并控制轉化爐的出口處合成氣的溫度為900~1100°C。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述轉化爐中的催化劑為載體擔載活性組分組成，其中的活性組分為鎳，載體為氧化鋁、鋁酸鈣、鎂鋁尖晶石和硅鋁酸鉀中的一種或兩種以上的組合；優選以催化劑的總重量計，活性組分鎳的含量為10~30%，載體為70~90%。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，氣基豎爐內產生爐頂氣，該爐頂氣引出氣基豎爐后經除塵、脫硫、脫N2及CO2后得到凈化尾氣，該凈化尾氣加熱至900~1100°C后作為還原氣一部分與轉化爐出口氣混合調變后進氣基豎爐用于生產直接還原鐵， 優選地，進氣基豎爐還原氣溫度為900-950°C ； 優選地，是將凈化尾氣中的一部分用作燃料以加熱用于返回氣基豎爐的凈化尾氣； 優選地，采用變壓吸附法脫除爐頂氣中的N2、CO2和硫化物。
8.一種用于實現權利要求1~7任一項所述的利用高氮含量干餾煤氣制合成氣生產還原鐵的方法的裝置，該裝置包括通過管路依序串接的干餾煤氣凈化器、第一脫硫塔、第一換熱器、重整轉化爐與氣基豎爐，其中: 所述干餾煤氣凈化器設有干餾煤氣進口和凈化氣體出口 ；該干餾煤氣凈化器是用于對干餾煤氣進行凈化處理，以除塵、脫重烴，得到凈化氣體； 所述第一脫硫塔設有凈化氣體進口和脫硫氣體出口，凈化氣體進口與干餾煤氣凈化器的凈化氣體出口連接；該第一脫硫塔是用于對凈化氣體進行精脫硫以使所得脫硫氣體含硫量在IOppm以下； 所述第一換熱器設置有脫硫氣體進口和加熱氣體出口，脫硫氣體進口與第一脫硫塔的脫硫氣體出口連接；該第一換熱器是用于加熱脫硫氣體至300~650°C ； 所述重整轉化爐設有待轉化氣體進口以及轉化后得到的還原氣出口，待轉化氣體進口通過管路與第一換熱器的加熱氣體出口連接；該重整轉化爐是用于將待轉化氣體轉化為滿足氣基直接還原鐵要求的合成氣，該合成氣作為生產還原鐵的還原氣；優選地，所述重整轉化爐為外部加熱的固定床高溫轉化爐，其內容置有催化劑，待轉化的氣體在催化劑上進行轉化，得到含H2、CO和N2的合成氣，重整轉化爐的出口處合成氣的溫度控制為900~IlOO0C ； 所述氣基豎爐設有還原氣進口、球團礦入口、爐頂氣出口和還原鐵出口，合成氣進口與重整轉化爐的還原氣出口連接；該氣基豎爐是用于利用還原氣及球團礦生產直接還原鐵，并產生爐頂氣。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中，在所述第一換熱器與重整轉化爐之間的管路上，還設有氣體混合器，用于將蒸汽與來自第一加熱器的凈化脫硫并加熱后的干餾煤氣混合，所得混合氣作為待轉化氣體引入重整轉化爐。
10.根據權利要求8或9所述的裝置，該裝置進一步包括氣基豎爐的爐頂氣凈化循環系統，該爐頂氣凈化循環系統包括通過管路依序串接的洗滌塔、第二脫硫塔以及變壓吸附塔；其中: 所述洗滌塔設有爐頂氣進口以及洗滌后尾氣出口，爐頂氣進口與氣基豎爐的爐頂氣出口連接；該洗滌塔是用于對來自氣基豎爐的爐頂氣進行洗滌得到洗滌后尾氣； 所述第二脫硫塔設有洗滌后尾氣進口以及脫硫尾氣出口，洗滌后尾氣進口與洗滌塔的洗滌后尾氣出口連接；該第二脫硫塔主要是用于脫除洗滌后尾氣中的硫得到脫硫尾氣； 所述變壓吸附塔設有脫硫尾氣進口以及凈化尾氣出口，脫硫尾氣進口與第二脫硫塔的脫硫尾氣出口連接；該變壓吸附塔主要是用于通過變壓吸附脫除脫硫尾氣中的氮氣和二氧化碳得到凈化尾氣； 優選地，所述爐頂氣凈化循環系統還包括第二換熱器，第二換熱器設有凈化尾氣進口以及還原氣出口，凈化尾氣進口與變壓吸附塔的凈化尾氣出口連接；該第二換熱器是用于將凈化尾氣加熱至900~1100°C后作為還原氣返回氣基豎爐用于生產直接還原鐵；更優選地，是將凈化尾氣中的一部 分用作燃料以加熱用于返回氣基豎爐的凈化尾氣。
【文檔編號】C10K1/00GK103805728SQ201410064279
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月25日 優先權日:2014年2月25日
【發明者】周紅軍, 余長春, 李然家, 周廣林, 吳全貴 申請人:中國石油大學(北京), 北京中石大新能源研究院有限公司