專利名稱：還原氣生產(chǎn)海綿鐵聯(lián)產(chǎn)合成氨的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及還原法生產(chǎn)海綿鐵和合成氨的方法。
還原法生產(chǎn)海綿鐵常用的方法之一是煤氣豎爐，如EP-459810專利＂煤氣還原生產(chǎn)海綿鐵＂。關(guān)于海綿鐵的生產(chǎn)技術(shù)還有以下公開報(bào)導(dǎo)SU 1655995＂通過提高還原氣溫度高于840℃以降低原料天然氣流率在豎爐中生產(chǎn)海綿鐵＂，EP 847856＂在熔融爐中以干凈預(yù)熱的轉(zhuǎn)爐排放氣為還原氣生產(chǎn)海綿鐵與生鐵＂，RU 2023016＂獲得海綿鐵、水泥渣和電能的裝置＂，JP 063224＂在隧道爐中生產(chǎn)海綿鐵＂。綜合已有技術(shù)可知，現(xiàn)有海綿鐵生產(chǎn)工藝流程大體是還原氣一次凈化后進(jìn)入加熱器預(yù)熱，然后入燃燒爐通氧氣加熱到設(shè)定高溫(840℃以上)，再通入豎爐與鐵礦反應(yīng)生成海綿鐵，尾氣部分放空，部分二次凈化后與補(bǔ)充的新鮮還原氣一齊再重復(fù)上述流程。這樣，放空尾氣中大量的有效還原氣便白白地浪費(fèi)掉。如，天然氣為原料一次凈化后含(CO+H2)為99.3％(vol)的還原氣，用現(xiàn)有工藝生產(chǎn)一噸含鐵92％的海綿鐵，消耗還原氣約1100Nm3，耗氧氣約240Nm3，放空氣為76.8Nm3，放空氣的有效氣(CO+H2)為82.9％(vol)。在已有技術(shù)中，還有利用還原氣入豎爐前的高壓發(fā)電的，但未見有尾氣全部被利用的報(bào)導(dǎo)。
本發(fā)明的目的在于，克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種使尾氣全部被利用、還原氣生產(chǎn)海綿鐵聯(lián)產(chǎn)合成氨的方法。
本發(fā)明的方法包括如下步驟1.還原氣以石化燃料及其加工產(chǎn)品為原料得到含CO、H2等組分的可燃?xì)怏w。
例如，以煤原料生產(chǎn)的循環(huán)流化床煤氣，以天然氣為原料生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化氣，以水煤漿為原料生產(chǎn)的合成氣，以焦碳為原料得到的高爐氣和轉(zhuǎn)爐煤氣，以煤焦油(含瀝青)為原料生產(chǎn)的煤氣等，均可作本發(fā)明的還原氣。
2.還原氣一次凈化，去除CO2、H2S、COS、H2O等組分以及煤氣中所含粉塵。
3.凈化后的還原氣預(yù)熱至450-650℃。
4.預(yù)熱后的還原氣進(jìn)入燃燒爐，通入氧氣，利用部分氧化法使還原氣溫度升至850-1000℃。
5.上述熱還原氣進(jìn)入豎爐與鐵礦石直接還原生產(chǎn)海綿鐵。
6.尾氣用于對一次凈化后的還原氣預(yù)熱，回收熱量后的尾氣進(jìn)行二次凈化。
7.凈化后的尾氣進(jìn)入合成氨系統(tǒng)，聯(lián)產(chǎn)合成氨。
上述步驟1中還原氣含CO 10-75％(vol)、H22-80％(vol)，壓力常壓-8.5MPA，溫度常溫-1500℃。
上述步驟2和6中的還原氣凈化，以洗滌劑如NHD、Selexol、Rectisol、MDEA、Sulfinol、Parisol、MEA、DEA、Benfild、水等洗滌，或者用固體吸收、吸附、分離介質(zhì)(如活性碳、氧化鐵、分子篩、分離膜等)脫除煤氣中的粉塵、CO2、H2S和H2O，二次凈化還需脫除CO；凈化溫度-60-500℃，壓力常壓-8.0MPA。
上述步驟3中尾氣對新鮮還原氣的預(yù)熱是在其氣體系統(tǒng)之外進(jìn)行的，因此避免了因氣體循環(huán)帶來的控制和操作方面的問題。
上述步驟4中使用純氧氣，通過控制進(jìn)氧量來控制燃燒爐溫度。
上述步驟5中鐵礦石主要成分為Fe2O3，還原氣有效成份是CO和H2，豎爐中主要反應(yīng)如下；。豎爐內(nèi)溫度為800-1100℃，壓力為常壓-3MPA，通過調(diào)節(jié)還原氣流量來控制爐溫。所產(chǎn)海綿鐵由豎爐下方出爐，尾氣由豎爐上方輸出。
上述步驟7中，在鐵系催化劑作用下合成氨反應(yīng)為反應(yīng)溫度300-500℃，壓力6.0-32MPA。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法減少了因尾氣放空帶來的原料損失，經(jīng)濟(jì)效益顯著；因避免了氣體循環(huán)帶來的控制和操作方面的問題，簡化了流程；本發(fā)明使得煤氣、鋼鐵、化工產(chǎn)業(yè)能聯(lián)合生產(chǎn)，社會(huì)效益顯著。若以含CO65.0％(vol)、H234.3％(vol)的天然氣典型組份為還原氣，本發(fā)明方法生產(chǎn)一噸含鐵92％的海綿鐵，還原氣較現(xiàn)有工藝消耗降低42Nm3，聯(lián)產(chǎn)合成氨還將增加經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明還可用于其他以CO和H2為原料的合成氣的聯(lián)合生產(chǎn)。
下面結(jié)合附圖
和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
附圖是本發(fā)明的工藝流程示意圖，其中，1.鐵礦石加入豎爐，2.海綿鐵出爐，3.高溫還原氣進(jìn)入豎爐，4.尾氣出爐輸往一次凈化后的還原氣體外回收熱量，5.一次凈化后的還原氣被尾氣預(yù)熱，6.預(yù)熱后的還原氣進(jìn)入燃燒爐，7.向燃燒爐中通氧氣，8.回收熱量后的尾氣二次凈化，9.二次凈化后的尾氣進(jìn)入合成氨系統(tǒng)。
實(shí)施例1.以水煤漿為原料氣流床氣化所產(chǎn)煤氣為還原氣生產(chǎn)海綿鐵聯(lián)產(chǎn)合成氨。
水煤漿經(jīng)氣流床氣化，氣化溫度1500℃，氣化壓力0.1-8.5MPA；進(jìn)行一次凈化，在40℃、2.5MPA條件下，用NHD洗滌脫除粉塵和CO2、H2S、COS、H2O等組分，這時(shí)其典型組成為組分 COH2CO2H2O N2+Ar H2S CH4組成(vol％) 56.8 42.2 0.1 0.3 0.610ppm100ppm凈化后的上述還原氣加熱到500℃，加熱介質(zhì)為豎爐出口尾氣；加熱后的還原氣在燃燒爐內(nèi)與純氧進(jìn)行氧化燃燒，以使還原氣溫度升高到960℃；升溫后的還原氣在豎爐中與鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)，反應(yīng)溫度維持在860℃以上，根據(jù)還原氣中CO和H2的相對比例，通過調(diào)節(jié)氣體流量來控制爐溫。豎爐出口氣體用于加熱新鮮還原氣，以合理利用熱能，這時(shí)豎爐出口氣體典型組成如下
組分COH2CO2H2O N2+Ar H2S CH4組成(vol％) 49.5 36.3 7.4 6.2 0.6 10ppm100ppm豎爐出口氣體回收熱量后進(jìn)行二次凈化，然后輸往合成氨系統(tǒng)；在壓力32MPA，溫度480℃，催化劑A110條件下，進(jìn)行H2和N2的合成氨反應(yīng)。每生產(chǎn)一噸含鐵92％的海綿鐵，聯(lián)產(chǎn)3.35噸合成氨，消耗上述組成的還原氣8200Nm3，耗純氧263Nm3。
實(shí)施例2.以煤為原料循環(huán)流化床(CFB)生產(chǎn)煤氣聯(lián)產(chǎn)海綿鐵與合成氨。
煤經(jīng)循環(huán)流化床(CFB)氣化，氣化溫度900℃，氣化壓力0.1-1.0MPA；進(jìn)行一次凈化，在40℃、0.6MPA條件下，脫除粉塵和CO2、H2S、COS、H2O等組分，這時(shí)其典型組成為組分CO H2CO2H2ON2+Ar H2S CH4組成(vol％) 50.1 45.5 0.1 0.3 0.7 10ppm 3.4凈化后的上述還原氣加熱到600℃，加熱介質(zhì)為豎爐出口尾氣；加熱后的還原氣在燃燒爐內(nèi)與純氧進(jìn)行部分燃燒，以使還原氣溫度升高到980℃；升溫后的還原氣在豎爐中與鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)，反應(yīng)溫度維持在860℃以上，根據(jù)還原氣中CO和H2的相對比例，通過調(diào)節(jié)氣體流量來控制爐溫。豎爐出口氣體用于加熱新鮮還原氣，以合理利用熱能，這時(shí)豎爐出口氣體典型組成如下組分 COH2CO2H2O N2+ArH2S CH4組成(vol％) 44.1 39.5 6.1 6.3 0.7 10ppm 3.4豎爐出口氣體回收熱量后進(jìn)行二次凈化，然后輸往合成氨系統(tǒng)；在壓力32MPA，溫度490℃，催化劑A110條件下進(jìn)行H2和N2的合成氨反應(yīng)。每生產(chǎn)一噸含鐵92％的海綿鐵，聯(lián)產(chǎn)3.34噸合成氨，消耗上述組成的還原氣8400Nm3，耗純氧228Nm3。
實(shí)施例3.以渣油為原料氣流床氣化生產(chǎn)煤氣聯(lián)產(chǎn)海綿鐵與合成氨。
渣油經(jīng)流床氣化，氣化溫度1400℃，氣化壓力0.1-8.5MPA；進(jìn)行一次凈化，脫除粉塵和CO2、H2S、COS、H2O等組分，這時(shí)其典型組成為組分 CO H2CO2H2ON2+ArH2S CH4組成(vol％) 47.9 50.00.1 0.3 0.8 10ppm1.1凈化后的上述還原氣加熱到500℃，加熱介質(zhì)為豎爐出口尾氣；加熱后的還原氣在燃燒爐內(nèi)與純氧進(jìn)行部分燃燒，以使還原氣溫度升高到960℃；升溫后的還原氣在豎爐中與鐵礦石進(jìn)行還原反應(yīng)，反應(yīng)溫度維持在860℃以上，根據(jù)還原氣中CO和H2的相對比例，通過調(diào)節(jié)氣體流量來控制爐溫。豎爐出口氣體用于加熱新鮮還原氣，以合理利用熱能，這時(shí)豎爐出口氣體典型組成如下組分 COH2CO2H2O N2+Ar H2S CH4組成(vol％) 41.4 43.0 6.17.20.7 10ppm 1.1豎爐出口氣體回收熱量后進(jìn)行二次凈化，然后輸往合成氨系統(tǒng)；在490℃、32MPA，催化劑A110條件下，進(jìn)行H2和N2的合成氨反應(yīng)。每生產(chǎn)一噸含鐵92％的海綿鐵，聯(lián)產(chǎn)3.44噸合成氨，消耗上述組成的還原氣8600Nm3，耗純氧282Nm3。
權(quán)利要求
1.還原氣生產(chǎn)海綿鐵聯(lián)產(chǎn)合成氨的方法，包括如下步驟(1)還原氣以石化燃料及其加工產(chǎn)品為原料得到含CO、H2等組分的可燃?xì)怏w；(2)還原氣一次凈化，去除CO2、H2S、COS、H3O等組分以及煤氣中所含粉塵；(3)凈化后的還原氣預(yù)熱至450-650℃；(4)預(yù)熱后的還原氣進(jìn)入燃燒爐，通入氧氣，利用部分氧化法使還原氣溫度升至850-1000℃；(5)上述熱還原氣進(jìn)入豎爐與鐵礦石直接還原法生產(chǎn)海綿鐵；(6)尾氣用于對一次凈化后的還原氣預(yù)熱，回收熱量后的尾氣進(jìn)行二次凈化；(7)凈化后的尾氣進(jìn)入合成氨系統(tǒng)，聯(lián)產(chǎn)合成氨。
2.如權(quán)利要求1所述的還原氣生產(chǎn)海綿鐵聯(lián)產(chǎn)合成氨的方法，其特征在于，所述還原氣含CO 10-75％(vol)、H22-80％(vol)，壓力常壓-8.5MPA，溫度常溫-1500℃。
3.如權(quán)利要求1所述的還原氣生產(chǎn)海綿鐵聯(lián)產(chǎn)合成氨的方法，其特征在于，所述還原氣凈化，以洗滌劑如NHD、Selexol、Rectisol、MDEA、Sulfinol、Parisol、MEA、DEA、Benfild、水等洗滌，或者采用活性碳、氧化鐵、分子篩或分離膜等進(jìn)行固體吸收、吸附、分離介質(zhì)(如)脫除煤氣中的粉塵、CO2、H2S和H2O，二次凈化還需脫除CO，凈化溫度-60-500℃，壓力常壓-8.0MPA。
4.如權(quán)利要求1所述的還原氣生產(chǎn)海綿鐵聯(lián)產(chǎn)合成氨的方法，其特征在于，豎爐出口氣體對新鮮還原氣的預(yù)熱是在其氣體系統(tǒng)之外進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求1所述的還原氣生產(chǎn)海綿鐵聯(lián)產(chǎn)合成氨的方法，其特征在于，鐵礦石與還原氣在豎爐內(nèi)反應(yīng)，控制溫度為800-1100℃，壓力為常壓-3MPA。
全文摘要
本發(fā)明涉及還原法生產(chǎn)海綿鐵和合成氨的方法。以石化燃料及其加工產(chǎn)品為原料得到含CO、H
文檔編號(hào)C21B13/00GK1152619SQ96115880
公開日1997年6月25日 申請日期1996年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月10日
發(fā)明者高玉璽, 方德巍, 沈成孝, 王亞帥, 李永全, 曾慶純, 方園, 邱杰, 王奎才, 褚宏春 申請人:山東魯南化學(xué)工業(yè)集團(tuán)公司, 寶山鋼鐵集團(tuán)公司