炼铁氢基竖炉用原料气重整系统和工艺的制作方法

本发明涉及钢铁冶金，特别是涉及一种炼铁氢基竖炉用原料气重整系统和工艺，属于直接还原炼铁和氢冶金的原料气处理系统和工艺。

背景技术：

1、竖炉炼铁为直接还原反应，所使用的原料气一般为天然气或焦炉煤气，这2种气体的主要成分均为甲烷(ch4)，甲烷不能直接参与直接还原反应，一般需将其重整为co和h2，重整反应一般有两种途径，第一种加入水蒸汽高温加热，其化学反应方程式为ch4+h2o＝co+3h2，第二种加入co2高温加热，其化学反应方程式为ch4+co2＝2co+2h2。以上两种反应均在重整炉内高温加热并在催化剂的作用下完成。

2、当前使用的天然气重整炉，为了在重整炉内部获得均匀的高温环境，会在重整炉的底部或顶部布置几十个小燃烧器，但是，本申请发明人认识到：这种工艺复杂，几十个小燃烧器布置在重整炉壳体上，控制难度大，设备故障率高，且几十个小燃烧器加热方式很容易导致重整炉炉内温度分布不均匀，进而影响天然气的重整质量。

技术实现思路

1、根据本发明的一个实施方式，其目的在于提供一种炼铁氢基竖炉用原料气重整系统和工艺。本发明通过取消原重整炉内的几十个小功率燃烧器，而是采用单个大功率的高温烟气发生器来产生高温烟气，并使其进入重整炉内为天然气等原料气的重整提供高温环境，同时通过上腔室和下腔室均匀布置的腔间孔来均匀分配高温烟气，使其均匀进入反应室，从而可对高温反应管内原料气进行均匀加热。本发明系统结构简单可靠，工艺简单，控制方便，可提高重整效率，大幅降低设备故障率。

2、上述目的可以是通过以下技术方案的实施方式实现：

3、根据本发明的一个方面，本发明提供的一种炼铁氢基竖炉用原料气重整系统，包括：重整炉和一个布置在重整炉外的高温烟气发生器，其中，

4、所述重整炉包括：炉体和贯穿所述炉体的底部和顶部的均匀布置的多根高温反应管；其中，所述高温反应管的内部填充有催化剂；所述炉体内部从上向下依次分为上腔体、反应室和下腔体三部分，所述上腔体的底部腔间隔层板上均匀布设有多个上腔间孔，下腔体的顶部的腔间隔层板上均匀布设有多个下腔间孔；其中，所述上腔间孔、下腔间孔和高温反应管呈交错阵列式布置；

5、所述高温反应管的进口通过原料气进气管路与原料气混合器相连，出口连接原料气回收管路；所述原料气混合器用于混合原料气和反应气，入口或出口管路上设置有预热器；

6、所述高温烟气发生器通过烟气进气管路与重整炉的一腔体的内部相连，另一腔体连接烟气排出管路。

7、可选地，所述原料气进气管路包括原料气进气总管和与其相连的多根原料气进气支管；所述原料气回收管路包括原料气回收总管和与其相连的多根原料气回收支管；其中，一根高温反应管的进口和出口分别与一根原料气进气支管和一根原料气回收支管相连。

8、可选地，所述烟气进气管路包括烟气进气总管和与其相连的多根烟气进气支管，通过多根烟气进气支管将烟气进气总管内高温烟气送至重整炉内；所述烟气排出管路包括烟气排出总管和与其相连的多根烟气排出支管，通过多根烟气排出支管将重整炉内废烟气经烟气排出总管排出。

9、可选地，所述的重整炉为一个或者多个；且当为多个时，重整炉为并联布置方式，所述烟气进气支管平均分配连接至各重整炉。

10、可选地，还包括：一个或多个与所述高温烟气发生器并联的备用高温烟气发生器。

11、可选地，所述的重整炉的炉体壁和腔间隔层板均设置有耐火材料层和保温材料层；所述的高温反应管外壳是金属材料。

12、可选地，所述原料气为含甲烷的气体，所述含甲烷的气体包括天然气和焦炉煤气，所述反应气为水蒸气或二氧化碳。

13、根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种炼铁氢基竖炉用原料气重整工艺，采用所述的炼铁氢基竖炉用原料气重整系统进行重整，包括：

14、采用高温烟气发生器产生高温烟气，高温烟气从烟气进气管路经重整炉一腔体进入重整炉内，对高温反应管进行加热，以使其内发生重整反应，加热后的废烟气从重整炉的另一腔体排出；

15、将原料气和反应器混合，预热后经原料气进气管路进入高温反应管内，并基于高温反应管内催化剂作用下发生重整反应，反应后生成的混合气体进入原料气回收管路，经处理后进入氢基竖炉。

16、可选地，利用排出的废烟气进行预热。

17、可选地，还包括：利用排出的废烟气对高温烟气发生器所使用的原料进行预热。

18、有益效果：根据本发明的一个实施方式，通过取消了原重整炉内几十个小功率燃烧器，采用单个大功率的高温烟气发生器产生高温烟气，并将高温烟气均匀地送入重整炉内；通过上腔室和下腔室及其腔间孔来均匀分配高温烟气进入反应室，并将上腔间孔、下腔间孔和高温反应管呈交错阵列式布置，使高温烟气在反应室内能够更均匀地对高温反应管加热，使天然气等原料气中ch4高效地重整为co和h2。本发明系统结构简单可靠，工艺控制方便，提高了重整效率，大幅降低了设备故障率。此外，高温烟气发生炉并不是安装在重整炉壳体上，而是布置在重整炉外部，通过高温烟气进气管道与重整炉一腔室相连，操作更加便捷，后续维修更加简单。

技术特征：

1.一种炼铁氢基竖炉用原料气重整系统，其特征在于，包括：重整炉和一个布置在重整炉外的高温烟气发生器，其中，

2.根据权利要求1所述的炼铁氢基竖炉用原料气重整系统，其特征在于，所述原料气进气管路包括原料气进气总管和与其相连的多根原料气进气支管；所述原料气回收管路包括原料气回收总管和与其相连的多根原料气回收支管；其中，一根高温反应管的进口和出口分别与一根原料气进气支管和一根原料气回收支管相连。

3.根据权利要求1所述的炼铁氢基竖炉用原料气重整系统，其特征在于，所述烟气进气管路包括烟气进气总管和与其相连的多根烟气进气支管，通过多根烟气进气支管将烟气进气总管内高温烟气送至重整炉内；所述烟气排出管路包括烟气排出总管和与其相连的多根烟气排出支管，通过多根烟气排出支管将重整炉内废烟气经烟气排出总管排出。

4.根据权利要求3所述的炼铁氢基竖炉用原料气重整系统，其特征在于，所述的重整炉为一个或者多个；且当为多个时，重整炉为并联布置方式，所述烟气进气支管平均分配连接至各重整炉。

5.根据权利要求1所述的炼铁氢基竖炉用原料气重整系统，其特征在于，还包括：一个或多个与所述高温烟气发生器并联的备用高温烟气发生器。

6.根据权利要求1所述的炼铁氢基竖炉用原料气重整系统，其特征在于，所述的重整炉的炉体壁和腔间隔层板均设置有耐火材料层和保温材料层；所述的高温反应管外壳是金属材料。

7.根据权利要求1所述的炼铁氢基竖炉用原料气重整系统，其特征在于，所述原料气为含甲烷的气体，所述含甲烷的气体包括天然气和焦炉煤气，所述反应气为水蒸气或二氧化碳。

8.一种炼铁氢基竖炉用原料气重整工艺，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的炼铁氢基竖炉用原料气重整系统进行重整，包括：

9.根据权利要求8所述的炼铁氢基竖炉用原料气重整工艺，其特征在于，利用排出的废烟气进行预热。

10.根据权利要求8所述的炼铁氢基竖炉用原料气重整工艺，其特征在于，还包括：利用排出的废烟气对高温烟气发生器所使用的原料进行预热。

技术总结
本发明公开了一种炼铁氢基竖炉用原料气重整系统和工艺。系统包括重整炉和一个布置在重整炉外的高温烟气发生器，重整炉包括炉体和贯穿其底部和顶部的均匀布置的内填充有催化剂的多根高温反应管；炉体内依次分为上腔体、反应室和下腔体三部分，上腔体底部均匀布设多个上腔间孔，下腔体顶部均匀布设多个下腔间孔；上腔间孔、下腔间孔和高温反应管呈交错阵列式布置；高温反应管进口与原料气混合器连，出口连接原料气回收管路；原料气混合器入口或出口管路设预热器；高温烟气发生器通过烟气进气管路连至重整炉一腔体内，另一腔体连接烟气排出管路。本发明采用一个高温烟气发生器产生高温烟气为重整炉内提供高温环境，可提高重整效率，降低故障率。

技术研发人员：黄东升,陈冬,陈涛,王磊,赵国磊,赵奇强,高成云,李一帆,胡铮
受保护的技术使用者：中冶华天工程技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/10