一種生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括凈化器、第一精脫硫塔、轉(zhuǎn)化爐、氣體混合器、豎爐、洗滌器、第二精脫硫塔、脫碳塔、加熱器，其中：凈化器設(shè)有焦?fàn)t氣輸入口，出口與第一精脫硫塔連接；第一精脫硫塔設(shè)有CO2/H2O入口，出口與轉(zhuǎn)化爐連接，在第一精脫硫塔和轉(zhuǎn)化爐的連接管道上設(shè)有其他氣體輸入管道；氣體混合器分別設(shè)有含氧氣體入口和CO2/H2O入口，出口與轉(zhuǎn)化爐連接；轉(zhuǎn)化爐的出口與豎爐連接；豎爐設(shè)有球團礦入口、爐頂氣出口和還原鐵出口，通過爐頂氣出口與洗滌器連接；洗滌器與第二精脫硫塔連接；第二精脫硫塔與脫碳塔連接；脫碳塔設(shè)有還原氣出口和CO2出口，通過還原氣出口與加熱器連接；加熱器與豎爐連接。
【專利說明】一種生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)，屬于直接還原鐵生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[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(chǎn)DRI的工藝叫非高爐煉鐵工藝。DRI的生產(chǎn)工藝分煤基和氣基兩類。目前，氣基法占DRI產(chǎn)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(yīng)器，其主要分兩個部分:還原區(qū)，在高溫下還原氣體在該區(qū)中循環(huán)，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(qū)下部的冷區(qū)，在DRI出料前，經(jīng)過在一冷卻回路中循環(huán)的含氫氣和一氧化碳的冷卻氣體將冷卻區(qū)的DRI冷卻至需要的溫度。
[0003]氣基法所用還原劑主要是天然氣，經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)化或部分氧化生產(chǎn)合成氣CCHH2，而中國天然氣價格昂貴，在東部沿海一些地區(qū)天然氣價格已達5元/m3，而采用大型煤氣化生產(chǎn)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(fā)展中國DRI生產(chǎn)所必須面對的問題。
[0004]中國有大量的焦?fàn)t氣(COG)資源，除一部分用于發(fā)電、生產(chǎn)純氫、加熱燃料和生產(chǎn)甲醇外，約三分之一資源放入火炬燒掉。并且在鋼鐵企業(yè)中存在大量的低熱值燃?xì)飧挥啵趴盏母郀t氣和轉(zhuǎn)爐氣等。隨著節(jié)能技術(shù)的進步，熱風(fēng)爐的雙預(yù)熱技術(shù)、蓄熱化加熱爐技術(shù)等不斷涌現(xiàn)，大量的低熱值燃?xì)獗焕?，焦?fàn)t氣的富余已無可置疑。以鞍鋼為例，預(yù)測2006年高爐煤氣富余46萬m3/h，焦?fàn)t氣富余4-6萬m3/h。
[0005]焦?fàn)t氣主要成分為H2 (55-66%)、CH4 (18-26%)、CO (6-8%)，其余為二氧化碳、氮氣和C2以上烴及少量氧和硫雜質(zhì)，是優(yōu)質(zhì)的DRI還原氣原料。
[0006]中國專利申請CN102605132A公開了一種利用焦?fàn)t氣生產(chǎn)直接還原鐵的方法，該方法中焦?fàn)t氣沒有精脫硫和專一的催化轉(zhuǎn)化過程，焦?fàn)t氣經(jīng)加熱后進入還原爐，還原鐵含硫量高，焦?fàn)t氣中甲烷因轉(zhuǎn)化不安全利用率低。
[0007]中國專利申請CN101392192B公開了一種焦?fàn)t氣二氧化碳轉(zhuǎn)化及氣基豎爐直接還原鐵生產(chǎn)方法，該申請中把焦?fàn)t氣深度凈化脫硫后補加氧氣、二氧化碳和水蒸氣作為氣體轉(zhuǎn)化劑，該過程中添加水蒸氣太多，轉(zhuǎn)化后要冷卻至40°C進行脫水處理，然后再升溫進氣基豎爐，該工藝對高溫合成氣的降溫和升溫過程導(dǎo)致能耗高。
實用新型內(nèi)容
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的目的在于提供一種生產(chǎn)直接還原鐵(DRI)的系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以實現(xiàn)針對焦?fàn)t氣精脫硫處理后的非催化轉(zhuǎn)化，控制燃燒溫度和氧化齊U，生產(chǎn)滿足氣基豎爐法生產(chǎn)直接還原鐵要求的合成氣，具有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備投資低等優(yōu)點。[0009]為達到上述目的本實用新型提供了一種生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)，其是利用焦?fàn)t氣非催化轉(zhuǎn)化生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)，其特征在于，該生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)包括凈化器、第一精脫硫塔、轉(zhuǎn)化爐、氣體混合器、豎爐、洗滌器、第二精脫硫塔、脫碳塔、力口熱器，其中:
[0010]所述凈化器設(shè)有焦?fàn)t氣輸入口，并且其出口與所述第一精脫硫塔連接；
[0011]所述第一精脫硫塔設(shè)有co2/h2o入口，其出口與所述轉(zhuǎn)化爐連接，并且，在第一精脫硫塔和轉(zhuǎn)化爐的連接管道上設(shè)有其他氣體輸入管道；
[0012]所述氣體混合器分別設(shè)有含氧氣體入口和C02/H20入口，其出口與所述轉(zhuǎn)化爐連接；
[0013]所述轉(zhuǎn)化爐的出口與所述豎爐連接；
[0014]所述豎爐設(shè)有球團礦入口、爐頂氣出口和還原鐵出口，其通過爐頂氣出口與所述洗滌器連接；
[0015]所述洗滌器與所述第二精脫硫塔連接；
[0016]所述第二精脫硫塔與所述脫碳塔連接；
[0017]所述脫碳塔設(shè)有還原氣出口和CO2出口，并通過還原氣出口與所述加熱器連接；
[0018]所述加熱器與所述豎爐連接。
[0019]在上述生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述豎爐為Midrex高溫氣基還原鐵豎爐或HyL高溫氣基還原鐵豎爐。
[0020]在本實用新型提供的上述生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)中:
[0021]凈化器用于對作為原料氣的焦?fàn)t氣進行凈化處理；
[0022]第一精脫硫塔用于對凈化后的焦?fàn)t氣進行精脫硫處理，C02/H20入口用于輸入CO2和/或1120以用于控制轉(zhuǎn)化爐噴嘴處的火焰溫度，其他氣體輸入管道用于輸入“轉(zhuǎn)爐煤氣、高爐煤氣、凈化尾氣中的一種或兩種以上的混合氣”；
[0023]氣體混合器用于將含氧氣體和“C02和/或H20”進行混合以用于控制轉(zhuǎn)化爐噴嘴處的火焰溫度；
[0024]所述轉(zhuǎn)化爐的出口與所述豎爐連接，用于生產(chǎn)含H2和CO的合成氣并將其輸入豎爐以作為還原氣；
[0025]所述豎爐設(shè)有球團礦入口、爐頂氣出口和還原鐵出口，其通過爐頂氣出口與所述洗滌器連接；其中，球團礦入口用于向豎爐中輸入鐵礦，爐頂氣出口用于將豎爐產(chǎn)生的爐頂氣(還原尾氣)輸入洗滌器，還原鐵出口用于將生產(chǎn)得到的直接還原鐵輸出；
[0026]洗滌器用于對豎爐產(chǎn)生的還原尾氣進行洗滌處理；
[0027]第二精脫硫塔用于對經(jīng)過洗滌的還原尾氣進行精脫硫處理，以得到凈化尾氣；
[0028]脫碳塔用于對凈化尾氣進行脫CO2處理，CO2出口用于將脫除的CO2輸出，這部分CO2可以補充到原料混合氣或含氧氣體中，也可以用作他用；還原氣出口用于將脫碳后的凈化尾氣輸入加熱器，以便在加熱后送入豎爐作為還原氣參與還原反應(yīng)；
[0029]加熱器用于對輸入豎爐的凈化尾氣進行加熱處理。
[0030]在上述系統(tǒng)中，各個組成部分所采用的設(shè)備均可以是現(xiàn)有的設(shè)備，只要能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能即可。
[0031]本實用新型所提供的生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)可以按照以下步驟進行生產(chǎn):[0032]使焦?fàn)t氣進入凈化器進行凈化(除塵、脫油、壓縮)，之后進入第一精脫硫塔與催化劑接觸進行精脫硫，然后與來自外部的其他氣體(轉(zhuǎn)爐煤氣、高爐煤氣、凈化尾氣中的一種或兩種以上的混合氣)混合得到原料混合氣并在預(yù)熱之后進入轉(zhuǎn)化爐，含氧氣體經(jīng)過預(yù)熱之后進入轉(zhuǎn)化爐；
[0033]在轉(zhuǎn)化爐中，含氧氣體和原料混合氣混合并在轉(zhuǎn)化爐的噴嘴處部分燃燒(部分氧化)，進行甲烷的干重整和/或蒸汽重整，得到含H2和CO的合成氣，為了控制部分燃燒時的火焰溫度，可以在進入轉(zhuǎn)化爐之前的含氧氣體或原料混合氣中混入一定量的二氧化碳和/或水蒸汽；
[0034]使含H2和CO的合成氣進入豎爐，對球團礦等進行還原得到直接還原鐵，并通過還原鐵出口輸出，豎爐頂部產(chǎn)生的還原尾氣(爐頂氣)進入洗滌器中進行洗滌，洗滌之后的干氣進入第二精脫硫塔與氧化鋅催化劑接觸進行精脫硫處理得到凈化尾氣，凈化尾氣再進入脫碳塔脫除其中的CO2 (CO2通過CO2排出)，之后進入加熱器進行加熱，再進入豎爐參與還原反應(yīng)，凈化尾氣也可以在經(jīng)過第二精脫硫塔之后直接排出，以用于其他用途。
[0035]本實用新型提供的生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)是利用焦?fàn)t氣制成的還原氣生產(chǎn)直接還原鐵的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資低的特點，特別適合有空分純氧的企業(yè)，如鋼鐵焦炭聯(lián)合企業(yè)，既可以實現(xiàn)焦?fàn)t氣的高效利用，又可以改變中國的鋼鐵結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中:
[0037]圖1為實施例1提供的生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]附圖標(biāo)號說明:
[0039]凈化器I第一精脫硫塔2 轉(zhuǎn)化爐3 氣體混合器4 豎爐5 洗滌器6第二精脫硫塔7脫碳塔8加熱器9
【具體實施方式】
[0040]為了對本實用新型的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)參照說明書附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對本實用新型的可實施范圍的限定。
[0041]實施例1
[0042]本實施例提供了一種生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)包括凈化器1、第一精脫硫塔2、轉(zhuǎn)化爐3、氣體混合器4、豎爐5、洗滌器6、第二精脫硫塔7、脫碳塔8、加熱器9，其中:
[0043]凈化器I設(shè)有焦?fàn)t氣輸入口，其出口與第一精脫硫塔2連接；
[0044]第一精脫硫塔2設(shè)有C02/H20入口，其出口與轉(zhuǎn)化爐3連接，并且，二者的連接管道上設(shè)有其他氣體輸入管道；
[0045]氣體混合器4分別設(shè)有含氧氣體入口和C02/H20入口，其出口與轉(zhuǎn)化爐3連接；
[0046]轉(zhuǎn)化爐3的出口與豎爐5連接；
[0047]豎爐5設(shè)有球團礦入口、爐頂氣出口和還原鐵出口，其通過爐頂氣出口與洗滌器6連接；
[0048]洗滌器6與第二精脫硫塔7連接，第二精脫硫塔7與脫碳塔8連接；
[0049]脫碳塔8設(shè)有還原氣出口，并通過該還原氣出口與加熱器9連接，另外，脫碳塔8還設(shè)有CO2出口，用于輸出從凈化尾氣中脫除的CO2 ；
[0050]加熱器9與豎爐5連接。
[0051]本實施例所提供的生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)可以按照以下步驟進行直接還原鐵的生廣:
[0052]使焦?fàn)t氣進入凈化器I進行凈化(除塵、脫油、壓縮)，之后進入第一精脫硫塔2與催化劑接觸進行精脫硫，然后通過其他氣體輸入管道輸入的其他氣體(轉(zhuǎn)爐煤氣、高爐煤氣、凈化尾氣中的一種或兩種以上的混合氣)混合得到原料混合氣并在預(yù)熱之后進入轉(zhuǎn)化爐3，含氧氣體經(jīng)過預(yù)熱之后進入轉(zhuǎn)化爐3 ；
[0053]在轉(zhuǎn)化爐3中，含氧氣體和原料混合氣混合并在轉(zhuǎn)化爐3的噴嘴處部分燃燒(部分氧化)，進行甲烷的干重整和/或蒸汽重整，得到含H2和CO的合成氣，為了控制部分燃燒時的火焰溫度，可以在進入轉(zhuǎn)化爐之前的含氧氣體或原料混合氣中混入一定量的二氧化碳和/或水蒸汽，例如通過氣體混合器4向含氧氣體中混入二氧化碳和/或水蒸汽；
[0054]使轉(zhuǎn)化爐3中產(chǎn)生的含H2和CO的合成氣進入豎爐5，對球團礦等進行還原得到直接還原鐵，并通過還原鐵出口將制備的直接還原鐵輸出，豎爐5頂部產(chǎn)生的還原尾氣(爐頂氣)進入洗滌器6中進行洗滌，洗滌之后的干氣進入第二精脫硫塔7與氧化鋅催化劑接觸進行精脫硫處理得到凈化尾氣，凈化尾氣再進入脫碳塔8脫除其中的CO2(CC)2通過CO2排出)，之后進入加熱器9進行加熱，再作為還原氣進入豎爐5參與還原反應(yīng)。
[0055]實施例2
[0056]本實施例提供了一種生產(chǎn)氣基直接還原鐵的方法，其包括以下步驟，其采用圖1所示的生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)進行:
[0057]原料焦?fàn)t氣的流量為22500Nm3/h，其中，以體積比計，甲烷含量約為20%，氫氣含量約為60%，其余為少量C02、CO、N2和C2+組分，總硫含量低于300ppm ；
[0058]原料焦?fàn)t氣進入凈化器I經(jīng)除塵、脫油、壓縮后，換熱升溫到200°C，在1.2MPa的壓力下，進入第一精脫硫塔2，即臨氫吸附脫硫的精脫硫反應(yīng)器，共兩個反應(yīng)器，一開一再生，精脫硫劑為含15wt%鎳和5被％鎢，其余組分為氧化鋅、氧化鋁及氧化鎂，含量分別為70wt%、5被％和5wt% (該精脫硫劑為CUPB-XTS系列臨氫吸附脫硫劑，由東營科爾特新材料有限公司生產(chǎn))，兩個方面反應(yīng)器各裝入精脫硫劑50立方米，流出精脫硫反應(yīng)器的凈化氣體的總硫含量小于0.5ppm，通過其他氣體輸入管道補加一定量的凈化尾氣，將其預(yù)熱到600°C ；
[0059]以空分氧氣(含氧98%)作為烴類轉(zhuǎn)化的氧化劑(即含氧氣體)，氧化劑流量約為3510Nm3/h,預(yù)熱到600°C，必要時可以通過氣體混合器4向空分氧氣中混入二氧化碳和/或水蒸汽，以控制燃燒時的火焰溫度；
[0060]在0.7MPa的壓力下，使原料焦?fàn)t氣與氧化劑進入轉(zhuǎn)化爐3的噴嘴進行絕熱非催化部分氧化反應(yīng)，燃燒時控制火焰溫度約為1200-1700°C，以產(chǎn)生足夠熱量用于轉(zhuǎn)化反應(yīng)，在高溫下，部分焦?fàn)t氣中的甲烷等烴類化合物與二氧化碳進行干重整轉(zhuǎn)化，同時還與水蒸汽進行轉(zhuǎn)化，得到含H2和CO的合成氣，在轉(zhuǎn)化爐3出口處，該含H2和CO的合成氣的溫度為約940°C，壓力為約0.3MPa，合成氣的流量約為34120Nm3/h，其中，H2:H20=16.3:1、CO:C02=23.8:1，均為摩爾比，豎爐入口合成氣的組成中，(H2+CO) / (H2+C0+H20+C02)的摩爾比為0.95，該指標(biāo)滿足氣基直接還原鐵的要求，可直接用于還原鐵生產(chǎn)；
[0061]上述步驟制造的還原氣(含H2和CO的合成氣)的溫度高達940°C，氧化度為5.1%，H2: CO摩爾比值為3.06:1，將其輸入Midrex高溫氣基還原鐵豎爐5生產(chǎn)，在該豎爐中，球團礦的輸入量為47t/h。
[0062]使用流量為34120Nm3/h的還原氣生產(chǎn)直接還原鐵，產(chǎn)量約為20t/h，還原鐵后的爐頂氣(還原尾氣)進行冷卻、洗滌、壓縮后，進入脫碳塔8采用胺法脫碳，然后進入第二精脫硫塔7采用常規(guī)ZnO精脫硫工藝進行脫硫可以得到凈化尾氣(經(jīng)過洗滌器6洗滌后得到的干基還原尾氣的流量約為23880Nm3/h)，其中，常規(guī)ZnO脫硫劑的用量為50立方米，可以使凈化尾氣的總硫含量降低到低于0.5ppm ；
[0063]脫碳脫硫凈化后的凈化尾氣的流量約為19790Nm3/h，水和二氧化碳的含量很低，氧化度低于5%，是優(yōu)質(zhì)的氣基還原鐵還原氣，可以使用其中2200Nm3/h的部分作為燃料將另外的17590Nm3/h的氣體加熱到約900°C，通過加熱器9實現(xiàn)，然后使被加熱的氣體與含H2和CO的合成氣(即非催化部分氧化的產(chǎn)品氣)混合作為豎爐還原氣，由此可以增產(chǎn)還原鐵約llt/h，實現(xiàn)還原鐵尾氣的高效利用。
【權(quán)利要求】
1.一種生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)，其特征在于，該生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)包括凈化器、第一精脫硫塔、轉(zhuǎn)化爐、氣體混合器、豎爐、洗滌器、第二精脫硫塔、脫碳塔、加熱器，其中: 所述凈化器設(shè)有焦?fàn)t氣輸入口，并且其出口與所述第一精脫硫塔連接； 所述第一精脫硫塔設(shè)有co2/h2o入口，其出口與所述轉(zhuǎn)化爐連接，并且，在第一精脫硫塔和轉(zhuǎn)化爐的連接管道上設(shè)有其他氣體輸入管道； 所述氣體混合器分別設(shè)有含氧氣體入口和co2/h2o入口，其出口與所述轉(zhuǎn)化爐連接； 所述轉(zhuǎn)化爐的出口與所述豎爐連接； 所述豎爐設(shè)有球團礦入口、爐頂氣出口和還原鐵出口，其通過爐頂氣出口與所述洗滌器連接； 所述洗滌器與所述第二精脫硫塔連接； 所述第二精脫硫塔與所述脫碳塔連接； 所述脫碳塔設(shè)有還原氣出口和CO2出口，并通過還原氣出口與所述加熱器連接； 所述加熱器與所述豎爐連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)，其特征在于，所述豎爐為Midrex高溫氣基還原鐵豎爐或HyL高溫氣基還原鐵豎爐。
【文檔編號】C21B13/02GK203559070SQ201320617473
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)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(xué)(北京), 北京中石大新能源研究院有限公司