利用高氮含量干馏煤气制合成气生产还原铁的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种利用高氮含量干馏煤气制合成气生产还原铁的方法及装置。所述方法包括：对高氮含量干馏煤气进行净化处理并脱硫使其含硫量≤10ppm；脱硫后的干馏煤气升温至300～650℃作为待转化气体，或者根据干馏煤气组成在其中添加部分过热蒸汽作为待转化气体；将待转化气体引入置有催化剂的重整转化炉中，使待转化气体在催化剂上进行转化，得到含H2、CO和N2的合成气；使转化后得到的合成气作为全部或部分还原气直接进入气基竖炉还原氧化铁生产还原铁。炉顶尾气经脱除N2、CO2和硫化物后可作为还原气返回竖炉回用。本发明提高了干馏煤气的利用价值和效率，达到了以天然气为原料生产还原铁的效果和目标。
【专利说明】利用高氮含量干馏煤气制合成气生产还原铁的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种利用高氮含量干馏煤气制合成气生产还原铁的方法及所用装置。
【背景技术】
[0002]直接还原铁(DRI)又称海绵铁，是一种不用高炉冶炼而得到的金属铁，生产DRI的工艺叫非高炉炼铁工艺。DRI的生产工艺分煤基和气基两类。其中目前气基法占DRI产量的90%，典型工艺是罐式法(HYL法)和竖炉法(Midrex法)，竖炉法采用竖型移动床还原反应器，其主要分两个部分:还原区，在高温下还原气体在该区中循环，800°C以上的氢气和一氧化碳还原氧化铁生成DRI，氢气和一氧化碳生成水和二氧化碳；以及位于还原区下部的冷区，在DRI出料前，经过在冷却回路中循环的含氢气和一氧化碳的冷却气体将冷却区的DRI冷却至环境温度。
[0003]气基法所用还原剂主要是天然气，经蒸汽转化或部分氧化生产合成气CCHH2，而中国天然气价格昂贵，在东部沿海一些地区天然气价格已达5元/m3，而采用大型煤气化生产的精制合成气价格也在0.8元/m3以上，因此寻找一条价格便宜的还原气原料渠道是大力发展中国DRI生产所必须面对的问题。
[0004]高氮含量干馏煤气定义为干馏煤气中氮气含量大于30%的煤气，如常见的兰炭干馏的煤气，其干馏煤气中氮气含量一般> 45%。以空气为氧化剂的典型兰炭干馏煤气组成列于表1 (参见文献“兰炭焦炉煤气综合利用方案探讨”，闻冬，《广州化工》，2012，40 (12):177-178):
[0005]表1干馏煤气组成(%)
[0006]
【权利要求】
1.一种利用高氮含量干馏煤气制合成气生产还原铁的方法，其包括以下步骤: 对高氮含量干馏煤气进行除尘、脱重烃的净化处理，并脱硫后使其含硫量< IOppm ； 净化脱硫后的高氮含量干馏煤气升温至300~650°C作为待转化气体，或者根据干馏煤气组成在其中添加部分过热蒸汽作为待转化气体；
将待转化气体引入置有催化剂的重整转化炉中，使待转化气体在催化剂上进行转化，得到含H2、CO和N2的合成气； 使转化后得到的合成气作为全部或部分还原气直接进入气基竖炉还原氧化铁生产还原铁。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对高氮含量干馏煤气进行净化处理后的脱硫过程中，采用氧化锌、NiO-ZnO或氧化铁脱硫剂进行脱硫。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，进入竖炉的合成气的组成满足(H2+C0)/(H2+C0+H20+C02)的摩尔比不小于0.90。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，待转化气体中(C02+H20)/烃碳摩尔比为1.1~1.5。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，控制转化炉出口处的合成气的压力为0.1~IMPa，并控制转化炉的出口处合成气的温度为900~1100°C。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转化炉中的催化剂为载体担载活性组分组成，其中的活性组分为镍，载体为氧化铝、铝酸钙、镁铝尖晶石和硅铝酸钾中的一种或两种以上的组合；优选以催化剂的总重量计，活性组分镍的含量为10~30%，载体为70~90%。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，气基竖炉内产生炉顶气，该炉顶气引出气基竖炉后经除尘、脱硫、脱N2及CO2后得到净化尾气，该净化尾气加热至900~1100°C后作为还原气一部分与转化炉出口气混合调变后进气基竖炉用于生产直接还原铁， 优选地，进气基竖炉还原气温度为900-950°C ； 优选地，是将净化尾气中的一部分用作燃料以加热用于返回气基竖炉的净化尾气； 优选地，采用变压吸附法脱除炉顶气中的N2、CO2和硫化物。
8.一种用于实现权利要求1~7任一项所述的利用高氮含量干馏煤气制合成气生产还原铁的方法的装置，该装置包括通过管路依序串接的干馏煤气净化器、第一脱硫塔、第一换热器、重整转化炉与气基竖炉，其中: 所述干馏煤气净化器设有干馏煤气进口和净化气体出口 ；该干馏煤气净化器是用于对干馏煤气进行净化处理，以除尘、脱重烃，得到净化气体； 所述第一脱硫塔设有净化气体进口和脱硫气体出口，净化气体进口与干馏煤气净化器的净化气体出口连接；该第一脱硫塔是用于对净化气体进行精脱硫以使所得脱硫气体含硫量在IOppm以下； 所述第一换热器设置有脱硫气体进口和加热气体出口，脱硫气体进口与第一脱硫塔的脱硫气体出口连接；该第一换热器是用于加热脱硫气体至300~650°C ； 所述重整转化炉设有待转化气体进口以及转化后得到的还原气出口，待转化气体进口通过管路与第一换热器的加热气体出口连接；该重整转化炉是用于将待转化气体转化为满足气基直接还原铁要求的合成气，该合成气作为生产还原铁的还原气；优选地，所述重整转化炉为外部加热的固定床高温转化炉，其内容置有催化剂，待转化的气体在催化剂上进行转化，得到含H2、CO和N2的合成气，重整转化炉的出口处合成气的温度控制为900~IlOO0C ； 所述气基竖炉设有还原气进口、球团矿入口、炉顶气出口和还原铁出口，合成气进口与重整转化炉的还原气出口连接；该气基竖炉是用于利用还原气及球团矿生产直接还原铁，并产生炉顶气。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，在所述第一换热器与重整转化炉之间的管路上，还设有气体混合器，用于将蒸汽与来自第一加热器的净化脱硫并加热后的干馏煤气混合，所得混合气作为待转化气体引入重整转化炉。
10.根据权利要求8或9所述的装置，该装置进一步包括气基竖炉的炉顶气净化循环系统，该炉顶气净化循环系统包括通过管路依序串接的洗涤塔、第二脱硫塔以及变压吸附塔；其中: 所述洗涤塔设有炉顶气进口以及洗涤后尾气出口，炉顶气进口与气基竖炉的炉顶气出口连接；该洗涤塔是用于对来自气基竖炉的炉顶气进行洗涤得到洗涤后尾气； 所述第二脱硫塔设有洗涤后尾气进口以及脱硫尾气出口，洗涤后尾气进口与洗涤塔的洗涤后尾气出口连接；该第二脱硫塔主要是用于脱除洗涤后尾气中的硫得到脱硫尾气； 所述变压吸附塔设有脱硫尾气进口以及净化尾气出口，脱硫尾气进口与第二脱硫塔的脱硫尾气出口连接；该变压吸附塔主要是用于通过变压吸附脱除脱硫尾气中的氮气和二氧化碳得到净化尾气； 优选地，所述炉顶气净化循环系统还包括第二换热器，第二换热器设有净化尾气进口以及还原气出口，净化尾气进口与变压吸附塔的净化尾气出口连接；该第二换热器是用于将净化尾气加热至900~1100°C后作为还原气返回气基竖炉用于生产直接还原铁；更优选地，是将净化尾气中的一部 分用作燃料以加热用于返回气基竖炉的净化尾气。
【文档编号】C10K1/00GK103805728SQ201410064279
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】周红军, 余长春, 李然家, 周广林, 吴全贵 申请人:中国石油大学(北京), 北京中石大新能源研究院有限公司