一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石系統(tǒng)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石的系統(tǒng)裝置及方法，屬非高爐煉鐵工藝【技術領域】。本發(fā)明提出一條新工藝，利用煉焦過程產生的焦爐煤氣，將其改質轉化制成富氫還原氣（H2和CO），然后將其引入豎爐直接還原鐵礦石。本發(fā)明能提供直接還原鐵技術所需大量富氫還原氣，改質所得富氫還原氣用于鐵礦石的直接還原，可以有效減少鐵礦石還原過程中的二氧化碳排放，與天然氣進行直接還原鐵的路線完全不同，適于中國的能源資源特點。
【專利說明】一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石系統(tǒng)裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石的系統(tǒng)裝置及方法，屬非高爐煉鐵工藝【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著世界經濟的快速發(fā)展、科技水平的大幅度提高，人類改造自然、利用自然資源的規(guī)?？涨皵U大，從自然環(huán)境中獲取的資源也越來越多，與此同時排出的污染物也與日俱增，從而引發(fā)了環(huán)境的污染與生態(tài)環(huán)境的破壞、以及資源能源短缺等問題。目前威脅人類生存并已被人類認識到的環(huán)境問題主要有溫室效應、臭氧層破壞和酸雨等。導致全球氣候變暖的主要原因是人類活動和自然界中排放的大量溫室氣體，如CO2，其中重要的溫室氣體CO2來源于人類大量使用的煤炭、石油和天然氣等企業(yè)。溫室效應可引起全球性氣候變化，會對陸地自然生態(tài)系統(tǒng)產生難以預料的影響，如高溫、干旱、洪澇、暴風雨等。面對全球氣候變化，急需世界各國協(xié)同降低或控制CO2排放。
[0003]鋼鐵企業(yè)是我國國民經濟的支柱產業(yè)，同時也是能耗和污染最嚴重的企業(yè)，目前，鋼鐵企業(yè)排放的CO2僅次于水泥制造業(yè)。因此，降低有害氣體排放，是改變鋼鐵工業(yè)形象的根本。發(fā)展直接還原鐵技術既可以改變長期以來傳統(tǒng)煉鐵工藝對煉煤的依賴，同時也可減少CO2排放，是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑。直接還原鐵生產根據(jù)使用還原劑的種類不同，可以分為煤基還原和氣基還原兩種。目前，全世界直接還原鐵生產中，約90%是通過氣基直接還原工藝生產的，典型工藝有Midrex和HYL-1II。氣基豎爐是當今世界公認的直接還原鐵生產的主流技術，它具有生產能力大、技術成熟、操作穩(wěn)定、生產效率高等優(yōu)勢。我國直接還原鐵技術就是把氣基還原作為主要的發(fā)展方向。傳統(tǒng)的氣基還原需要有豐富天然氣資源做保障，而我國天然氣資源相當匱乏，且天然氣裂解工藝復雜，投資成本大。因此，采用天然氣作為原料氣的氣基直接還原工藝在我國舉步維艱。
[0004]本發(fā)明提出一條新工藝，利用煉焦過程產生的焦爐煤氣，將其改質轉化制成富氫還原氣(H2和CO)，然后將其引入豎爐直接還原鐵礦石。由于焦化廠產出的焦爐煤氣具有量大價廉等特點，將其改質直接還原鐵礦石將對現(xiàn)有鋼鐵聯(lián)合企業(yè)降低CO2排放量起到積極的作用。例如在焦碳生產中會產生大量的富氫煤氣(420Nm3/噸焦，氣體成份:55-60%?,27-30%CH4以及7%左右的CO)，經過適度改質后就能成為比天然氣還原能力更強的鐵礦石還原劑。
[0005]中國是一個產焦大國，2011年全國焦碳產量4.28億噸，占世界總產量的62%。煉焦生產過程中除了產出焦碳以外還產生大量的焦爐煤氣，我國焦爐煤氣資源豐富，但實際利用的數(shù)量和水平非常低，造成了嚴重的資源浪費和環(huán)境污染。焦爐煤氣主要含有大量H2,CH4和CO，如果利用焦爐煤氣制取富氫還原氣，不僅解決了焦爐煤氣的排放和利用問題，也可以解決鐵礦石還原用氣的需要，是現(xiàn)階段氫冶金可供選擇的一種獲得富氫氣體方法。焦爐煤氣中的Η/C比高于天然氣，用它制備富氫還原氣將比以天然氣為原料的流程排放更少的C02。下表1給出了不同流程生產粗鋼排放的CO2量:[0006]表1不同流程生產粗鋼排放的CO2量
[0007]
【權利要求】
1.一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石的系統(tǒng)裝置，所述裝置包括能夠脫除焦爐煤氣中硫的脫硫裝置即第一裝置、將焦爐煤氣中的焦油及大分子烷烴類轉化為甲烷小分子組分的反應裝置即第二裝置、分離空氣中的氧的裝置即第三裝置、將甲烷小分子組分重整反應生成氫氣和一氧化碳的裝置即第四裝置；第一裝置、第二裝置和第四裝置依次通過管道連接，第三裝置與第四裝置通過管道連接，其特征在于:還設有通過氫氣和一氧化碳將鐵礦石直接還原鐵的裝置即第五裝置，第四裝置和第五裝置通過管道連接，將生成的氫氣和一氧化碳通入第五裝置中將鐵礦石直接還原成鐵；第五裝置與第四裝置之間還設有一條將第五裝置產出的含有CO2和H2O的尾氣輸送到第四裝置的管路，將甲烷小分子組分重整反應生成氫氣和一氧化碳。
2.如權利要求1所述的一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石的系統(tǒng)裝置，其特征在于:所述能夠脫除焦爐煤氣中硫的脫硫裝置為裝有包括CeOx和MO氧化物的脫硫劑的高溫脫硫反應器；所述將焦爐煤氣中的焦油及大分子烷烴類轉化為甲烷小分子組分的反應裝置為裝有大分子烷烴類裂解催化劑的干氣化裂解反應爐；所述分離空氣中的氧的裝置指氧分離器；所述將甲烷小分子組分重整反應生成氫氣和一氧化碳的裝置為裝有高活性Ni基催化劑的重整反應器；通過氫氣和一氧化碳將鐵礦石直接還原鐵的裝置為豎爐。
3.如權利要求2所述的一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石的系統(tǒng)裝置，其特征在于:所述高溫脫硫反應器與干氣化裂解反應爐的連接管路上設有第一換熱器。
4.如權利要求2所述的一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石的系統(tǒng)裝置，其特征在于:在將空氣引入氧分離器的管路上，按照空氣的流動方向依次設有壓縮機和頂部帶有廢空氣出口的廢熱回收器，廢熱回收器與氧分離器的連接管路上設有第一換熱器。
5.如權利要求2所述的一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石的系統(tǒng)裝置，其特征在于:干氣化裂解反應爐還設有引入水蒸氣的管路，管路上設有第二換熱器。
6.如權利要求4所述的一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石的系統(tǒng)裝置，其特征在于:氧分離器與頂部帶有廢空氣出口的廢熱回收器之間還設有一條將分離氧氣后所得剩余空氣再輸送到帶有廢空氣出口的廢熱回收器中回收熱量的管路。
7.如權利要求2所述的一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石的系統(tǒng)裝置，其特征在于:豎爐與重整反應器之間還設有一條將豎爐產出的含有CO2和H2O的尾氣輸送到重整反應器的管路，管路上設有第三換熱器。
8.一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)從焦爐排出的焦爐煤氣直接引入高溫脫硫反應器，焦爐煤氣中的硫主要以H2S的形式存在，通過含CeOx和MO氧化劑的脫硫劑脫除； (2)凈化脫硫后的焦爐煤氣經熱交換器換熱后，直接輸入干氣化裂解反應爐中，高溫焦爐煤氣濕組分和經換熱器換熱后的水蒸氣，輸入干氣化裂解反應爐，發(fā)生高溫裂解反應； (3)經干氣化后焦爐煤氣并入重整反應器，和換熱過后的鐵礦石還原尾氣以及經氧分離器分離所得氧氣，在重整反應器內進行焦爐煤氣重整改質，改質轉化生成H2和CO ； (4)經重整反應器出來的富氫還原氣，輸送到豎爐中直接還原鐵礦石生成海綿鐵12，經還原所得副產物CO2和H2O通過第三換熱器換熱后，再次輸送至重整反應器5，提供焦爐煤氣重整所需氧源，這不僅減少額外提供的含氧氣體，也可充分利用未消耗掉的還原氣成份。
9.如權利要求8所述的一種焦爐煤氣改質直接還原鐵礦石的方法，其特征在于:步驟2中凈化脫硫后的焦爐 煤氣經熱交換器換熱后的溫度為800~900°C。
【文檔編號】C21B13/00GK103898265SQ201410088900
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權日:2014年3月12日
【發(fā)明者】楊志彬, 丁偉中 申請人:江蘇科技大學