一种利用富CH₄煤气生产海绵铁的直接还原工艺的制作方法

专利名称：一种利用富CH₄煤气生产海绵铁的直接还原工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金领域，特别涉及一种钢铁行业直接还原生产海绵铁的工艺。
背景技术：
钢铁工业是国民经济的基础产业，也是我国能源资源消耗和污染排放的重点行业。为加快钢铁工业结构调整和产业升级，转变钢铁工业发展方式，促进节约、清洁和可持续发展，国家在《钢铁产业调整和振兴规划》中提出将“加强非高炉冶炼-炼钢、精炼-直接轧制全新流程清洁工艺技术研发和试验”等作为推进全行业节能减 排的重点任务，全面推行清洁生产。直接还原工艺作为典型的非高炉炼铁工艺，是实现钢铁生产短流程，即废钢/海绵铁(DRI) —电炉流程的重要环节。气基竖炉直接还原工艺的原料气可采用天然气、焦炉煤气、煤层气、兰碳排放气等富甲烷煤气，针对我国多煤少天然气的资源特点，发展利用焦炉煤气、煤层气、兰碳排放气等富甲烷煤气加大型化竖炉的直接还原工艺具有较为宽广的市场前景。目前国内针对焦炉煤气等富甲烷煤气气基竖炉直接还原工艺提出了相应的技术路线，主要的有以下几类1)中冶赛迪工程技术股份有限公司提出利用焦炉煤气和净化脱碳后的竖炉炉顶气一起，加湿后再加热至1000°c左右进入竖炉还原铁矿石。该技术路线的关键在于利用高温和海绵铁的催化作用，使部分CH4发生改质反应生成CCHH2补充还原气，但工艺路线需要脱碳和喷氧提温，同时在1000°C左右的温度下如还原气气氛控制不好海绵铁容易黏结。2)北京神雾提出利用氧气、焦炉煤气、二氧化碳、蒸汽在转化炉内转化后，再和炉顶气混合，经脱硫脱碳后加热至800°C进入竖炉还原铁矿石，同时要求比/COM. 5。该技术路线工艺路线复杂，耗氧多，同时转化后的高温煤气先降温再加热，原燃料利用效率较低。3)中冶东方提出利用焦炉煤气和净化、降温后的炉顶气混合，在加热炉中加热至900°C 950°C使焦炉煤气中的CH4与炉顶气中的CO2和H2O发生反应，生成CCHH2后进入竖炉还原铁矿石。该技术路线存在经净化降温后的炉顶气中的H20、CO2等氧化剂含量较低，不足以与焦炉煤气中的CH4反应，导致CH4在加热炉中大量析碳堵塞炉管，同时在900°C 950°C的温度下CH4与H20、CO2的反应不充分，进入竖炉后在高温(900°C 950°C )和海绵铁的催化下容易发生CH4的大量析碳引起黏结，这在焦炉煤气CH4含量过高或原料气为天然气时更为明显。综上所述，目前国内针对天然气、焦炉煤气等富甲烷煤气气基竖炉直接还原工艺的技术路线，均存在工艺流程长、转化工艺复杂、转化不充分、竖炉容易黏结等问题。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原工艺，以解决现有直接还原工艺存在的不足；本工艺采用外部转化炉催化转化的形式，将富CH4原料气和降温除尘后的炉顶煤气在外部转化炉中进行甲烷的转化改质反应，充分利用炉顶煤气中的CO2产生CO提供还原气，减少CO2排放；同时将通过炉顶气换热器产生的蒸汽作为氧化剂补入，补入的量由富CH4原料气中的CH4含量决定；另外控制外部转化炉出口温度在850°C左右，降低燃料气消耗，防止海绵铁黏结。本发明利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原工艺，包括以下步骤
a，将经调压后的富CH4煤气和依次经降温、除尘、及加压处理后的气基竖炉炉顶气输入外部转化炉，并向外部转化炉中补充作为CH4发生改质反应氧化剂的蒸汽，使外部转化炉中的CH4、H2O和CO2在催化剂作用下发生改质反应生成主要包括CO和H2的还原煤气；b、将外部转化炉中生成的高温还原煤气输入气基竖炉直接还原铁矿石生成海绵铁。进一步，所述外部转化炉采用催化转化的方式，外部转化炉出口的还原煤气的温度为8500C ； 进一步，所述步骤a中的气基竖炉炉顶气在换热器中进行降温处理，所述步骤a中的蒸汽为换热器产生的蒸汽；
进一步，所述步骤a中经换热器降温处理的气基竖炉炉顶气被输入湿法洗涤系统中进行除尘处理，经除尘处理后的气基竖炉炉顶气一部分输入加压机进行加压处理，另一部分作为外部转化炉的燃料输出；
进一步，所述换热器输入外部转化炉的蒸汽为压力I. OMPa、温度180°C的低压蒸汽； 进一步，所述换热器输入湿法洗涤系统的竖炉炉顶气的温度为150°C ；
进一步，所述富CH4煤气为天然气或焦炉煤气。本发明的有益效果本发明利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原工艺主要有以下优点
I、采用外部转化炉催化转化的方式，将富CH4煤气和经降温、除尘、及加压后的炉顶气在外部转化炉中进行甲烷的转化改质反应，充分利用炉顶煤气中的CO2产生CO提供还原气，可减少CO2排放；同时本工艺技术路线省去了煤气脱碳环节，工艺简单，投资、消耗较少。2、在外部转化炉中，将通过换热器产生的蒸汽作为氧化剂补入外部转化炉，补入的量由富CH4煤气中的CH4含量决定，另外控制外部转化炉出口温度在850°C左右，可降低燃料气消耗，防止海绵铁黏结。3、采用外部转化炉催化转化的方式，通过蒸汽量的补入，使原料气中的CH4充分反应，可提高原料气利用效率，消除CH4在高温下的大量析碳引起堵塞以及竖炉黏结的问题。


图I为本发明利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原工艺的工艺流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。如图所示，本实施例利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原工艺，包括以下步骤 包括以下步骤
a，将经调压后的富CH4煤气和依次经降温、除尘、及加压处理后的气基竖炉炉顶气输入外部转化炉1，并向外部转化炉I中补充作为CH4发生改质反应氧化剂的蒸汽，使外部转化炉I中的CH4、H20和CO2在催化剂作用下发生改质反应生成主要包括CO和H2的还原煤气；b、将外部转化炉I中生成的高温还原煤气输入气基竖炉2直接还原铁矿石生成海绵铁。本实施例利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其采用外部转化炉催化转化的方式，将富CH4煤气和经降温、除尘、及加压后的炉顶气在外部转化炉中进行甲烷的转化改质反应，充分利用炉顶煤气中的CO2产生CO提供还原气，可减少CO2排放；同时本工艺技术路线省去了煤气脱碳环节，工艺简单，投资、消耗较少。同时采用外部转化炉催化转化的方式，通过向外部转化炉中补入氧化剂，使原料气中的CH4充分反应，可提高原料气利用效率，消除CH4在高温下的大量析碳引起堵塞以及竖炉黏结的问题。作为对本实施例的改进，所述外部转化炉I采用催化转化的方式，外部转化炉出口的还原煤气的温度为850°C，将还原煤气的温度控制到850°C，可降低外部转化炉对燃料气的消耗，并防止海绵铁黏结。·作为对本实施例的改进，所述步骤a中的气基竖炉炉顶气在换热器3中进行降温处理，所述步骤a中的蒸汽为换热器3产生的蒸汽；本步骤利用换热器3产生的蒸汽作为补充氧化剂，可提高对气基竖炉炉顶气热量的利用率，并可避免通过其它途径补充与CH4反应的氧化剂所存在的工艺复杂的缺点。作为对本实施例的改进，所述步骤a中经换热器3降温处理的气基竖炉炉顶气被输入湿法洗涤系统4中进行除尘处理，经除尘处理后的气基竖炉炉顶气一部分输入加压机5进行加压处理，另一部分作为外部转化炉I的燃料输出；本步骤充分利用了气基竖炉I产生的竖炉炉顶气，可节约原料气和降低燃料消耗。作为对本实施例的改进，所述换热器3输入外部转化炉的蒸汽为压力I. OMPa、温度180°C的低压蒸汽，采用低压蒸汽和原料气、炉顶气一起进入外部转化炉，即可以起到增加氧化剂的作用，同时由于蒸汽本身的热焓，可节省部分外部转化炉的加热消耗。作为对本实施例的改进，所述换热器3输入湿法洗涤系统4的竖炉炉顶气的温度为150°C，以充分回收炉顶煤气的显热产生蒸汽。作为对本实施例的改进，所述富CH4煤气为天然气，原料气丰富；当然在不同实施方式中富CH4煤气还可为焦炉煤气。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.ー种利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原エ艺，其特征在于包括以下步骤 a，将经调压后的富CH4煤气和依次经降温、除尘、及加压处理后的气基竖炉炉顶气输入外部转化炉，井向外部转化炉中补充作为CH4发生改质反应氧化剂的蒸汽，使外部转化炉中的CH4、H2O和CO2在催化剂作用下发生改质反应生成主要包括CO和H2的还原煤气； b、将外部转化炉中生成的高温还原煤气输入气基竖炉直接还原铁矿石生成海绵铁。
2.根据权利要求I所述的利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原エ艺，其特征在于所述外部转化炉采用催化转化的方式，外部转化炉出口的还原煤气的温度为850で。
3.根据权利要求I或2所述的利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原エ艺，其特征在于所述步骤a中的气基竖炉炉顶气在换热器中进行降温处理，所述步骤a中的蒸汽为换热器产生的蒸汽。
4.根据权利要求3所述的利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原エ艺，其特征在于所述步骤a中经换热器降温处理的气基竖炉炉顶气被输入湿法洗涤系统中进行除尘处理，经除尘处理后的气基竖炉炉顶气一部分输入加压机进行加压处理，另一部分作为外部转化炉的燃料输出。
5.根据权利要求3所述的利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原エ艺，其特征在于所述换热器输入外部转化炉的蒸汽为压力I. OMPa、温度180°C的低压蒸汽。
6.根据权利要求4所述的利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原エ艺，其特征在于所述换热器输入湿法洗涤系统的竖炉炉顶气的温度为150°C。
7.根据权利要求I所述的利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原エ艺，其特征在于所述富CH4煤气为天然气或焦炉煤气。
全文摘要
本发明公开了一种利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原工艺，包括步骤a，将经调压后的富CH4煤气和依次经降温、除尘、及加压处理后的气基竖炉炉顶气输入外部转化炉，并向外部转化炉中补充作为CH4发生改质反应氧化剂的蒸汽，使外部转化炉中的CH4、H2O和CO2在催化剂作用下发生改质反应生成主要包括CO和H2的高温还原煤气；b、将外部转化炉中生成的高温还原煤气输入气基竖炉直接还原铁矿石生成海绵铁。本发明充分利用炉顶煤气中的CO2产生CO提供还原气，可减少CO2排放，同时省去了煤气脱碳环节，工艺简单；原料气中的CH4充分反应，且高温还原煤气温度控制在850℃，原料气利用效率高，并消除了CH4在高温下的大量析碳引起堵塞以及竖炉黏结的问题。
文档编号C21B13/02GK102851426SQ20121037914
公开日2013年1月2日 申请日期2012年10月9日 优先权日2012年10月9日
发明者陈凌, 郭敏, 张涛, 吴开基 申请人:中冶赛迪工程技术股份有限公司