一种利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置。该装置包括通过管路依序串接的瓦斯气除尘器、第一脱硫塔、转化炉与气基竖炉，还包括设置在瓦斯气除尘器与第一脱硫塔之间管路上的第一气体混合器和/或设置在第一脱硫塔与转化炉之间管路上的第二气体混合器。应用本实用新型专利技术的装置，利用瓦斯气制合成气生产还原铁，可提高瓦斯气的利用价值和效率。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置
本技术是关于一种利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置。
技术介绍
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。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。煤层气是储存在煤层中的一种非常规天然气(主要成分是甲烷)，也称煤层吸附气，是经地壳运动被埋入地下亿万年前的古代植物在地热和厌氧细菌的作用下与煤同时生成的，煤在开采过程中煤层气与空气混合形成瓦斯气。瓦斯气的瓦斯浓度即指CH4浓度，如某煤矿井下抽采的瓦斯气组成为CH4约50%、O2约10%、N2约35%、CO约2%、CO2约3%。瓦斯气是一种易燃危险气体，极易爆炸，因为甲烷的爆炸极限为5%?15%，因而限制了其的综合利用。目前瓦斯气主要用于发电，但由于受多种因素影响，发电的经济效益受到限制。大量的瓦斯气仍然没有充分利用而排放，造成温室气体的增加及资源的浪费。CN1420077A公开了一种利用瓦斯气生产合成气的方法，其中通过向煤矿瓦斯气中添加含氢的合成弛放气，并经过加氢脱氧过程，降低煤矿瓦斯气中的氧含量；通过吸附过程排出煤矿瓦斯气中的氮气，制得富甲烷气；再通过蒸汽转化过程，制得合成气。该方法主要是用于甲醇和二甲醚的合成。经查，未见有关将瓦斯气用于还原铁生产的工艺及流程的技术报道。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置，利用其高效且环保地利用瓦斯气制备合成气将铁矿石还原成DRI。为达到上述目的，本技术提供了一种利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置，其特征在于，该装置包括通过管路依序串接的瓦斯气除尘器、第一脱硫塔、转化炉与气基竖炉，还包括设置在瓦斯气除尘器与第一脱硫塔之间管路上的第一气体混合器和/或设置在第一脱硫塔与转化炉之间管路上的第二气体混合器；其中:所述瓦斯气除尘器设有瓦斯气进口和除尘后瓦斯气出口 ；该瓦斯气除尘器是用于对瓦斯气进行除尘等净化处理，得到除尘后瓦斯气；所述第一气体混合器设有除尘后瓦斯气进口、天然气进口和气体出口，除尘后瓦斯气进口与瓦斯气除尘器的除尘后瓦斯气出口连接；该第一气体混合器是用于将除尘后瓦斯气与天然气混合，得到瓦斯气与天然气的混合气；所述第一脱硫塔设有待脱硫气体进口和脱硫后气体出口，待脱硫气体进口与第一气体混合器的混合气体出口，或直接与瓦斯气除尘器的除尘后瓦斯气出口连接；该第一脱硫塔是用于对待脱硫气体进行精脱硫以使所得脱硫气体含硫量在Ippm以下；所述第二气体混合器脱硫气体进口、蒸汽进口和混合气体出口，脱硫气体进口与第一脱硫塔的脱硫气体出口连接；该第二气体混合器是用于将上述脱硫气体与蒸汽混合，得到脱硫气体与蒸汽的混合气；所述转化炉设有第一气体进口、第二气体进口以及转化后得到的还原气出口，第一气体进口与第二混合气的混合气体出口连接，或直接与第一脱硫塔的脱硫气体出口连接；该转化炉是用于将来自第一脱硫塔的混合气或第二混合器的混合气与含氧气体或CO2转化为满足气基直接还原铁要求的合成气；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，还原气进口与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。 根据本技术的具体实施方案，本技术的利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置中，所述转化炉为非催化转化炉或容置有催化剂的催化转化炉。根据本技术的具体实施方案，本技术的利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置还可包括第一换热器，该第一换热器根据需要设置在第一脱硫塔前、第二混合器前或转化炉前的管路上，用于对进入第一脱硫塔、第二混合器前或转化炉的气体加热至所需温度。根据本技术的具体实施方案，本技术的利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置还可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。根据本技术的具体实施方案，本技术的利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置中，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800~ΙΟΟΟ?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(即，相应地，所述炉顶气净化循环系统还包括用于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的管路)。根据本技术的具体实施方案，本技术的利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置中，在转化炉与气基竖炉之间的管路上设置有用于混合合成气及净化尾气的第三气体混合器，用以将净化尾气与自转化炉出来的合成气混合后作为竖炉生产还原铁的还原气。应用本技术的装置利用瓦斯气制合成气生产还原铁，可以按照包括以下步骤的方法进行:①将抽采出的瓦斯气净化后与蒸汽和/或天然气混合形成混合气，使其偏离爆炸极限；②上述混合气与含氧气体或者与CO2在转化炉中发生转化，生成含H2、CO和N2的合成气；③使含H2XC^PN2的合成气作为全部或部分还原气进入气基竖炉还原氧化铁生成还原铁。根据本技术的具体实施方案，上述方法中，步骤①的混合气中水蒸汽与甲烷的摩尔比≤0.1。根据本技术的具体实施方案，上述方法中，步骤②中是根据混合气中CH4含量选择该混合气与含氧气体 或是与CO2混合发生转化；优选地，当混合气中CH4含量低于35%时是将混合气与CO2混合发生催化转化。根据本技术的具体实施方案，上述方法中，步骤②中:混合气与含氧气体在转化炉中的转化是混合气与含氧气体在转化炉烧嘴出口处部分燃烧，燃烧时控制火焰温度为900~1700°C，从而使混合气中的甲烷与氧或水蒸汽在高温下发生转化，生成含H2、C0和N2的合成气；其中，控制合成气在转化炉出口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置，其特征在于，该装置包括通过管路依序串接的瓦斯气除尘器、第一脱硫塔、转化炉与气基竖炉，还包括设置在瓦斯气除尘器与第一脱硫塔之间管路上的第一气体混合器和/或设置在第一脱硫塔与转化炉之间管路上的第二气体混合器；其中：所述瓦斯气除尘器设有瓦斯气进口和除尘后瓦斯气出口；所述第一气体混合器设有除尘后瓦斯气进口、天然气进口和气体出口，除尘后瓦斯气进口与瓦斯气除尘器的除尘后瓦斯气出口连接；所述第一脱硫塔设有待脱硫气体进口和脱硫气体出口，待脱硫气体进口与第一气体混合器的混合气体出口，或直接与瓦斯气除尘器的除尘后瓦斯气出口连接；所述第二气体混合器脱硫气体进口、蒸汽进口和混合气体出口，脱硫气体进口与第一脱硫塔的脱硫气体出口连接；所述转化炉设有第一气体进口、第二气体进口以及转化后得到的还原气出口，第一气体进口与第二混合气的混合气体出口连接，或直接与第一脱硫塔的脱硫气体出口连接；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，还原气进口与转化炉的还原气出口连接。

【技术特征摘要】
1.一种利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置，其特征在于，该装置包括通过管路依序串接的瓦斯气除尘器、第一脱硫塔、转化炉与气基竖炉，还包括设置在瓦斯气除尘器与第一脱硫塔之间管路上的第一气体混合器和/或设置在第一脱硫塔与转化炉之间管路上的第二气体混合器；其中: 所述瓦斯气除尘器设有瓦斯气进口和除尘后瓦斯气出口； 所述第一气体混合器设有除尘后瓦斯气进口、天然气进口和气体出口，除尘后瓦斯气进口与瓦斯气除尘器的除尘后瓦斯气出口连接； 所述第一脱硫塔设有待脱硫气体进口和脱硫气体出口，待脱硫气体进口与第一气体混合器的混合气体出口，或直接与瓦斯气除尘器的除尘后瓦斯气出口连接； 所述第二气体混合器脱硫气体进口、蒸汽进口和混合气体出口，脱硫气体进口与第一脱硫塔的脱硫气体出口连接； 所述转化炉设有第一气体进口、第二气体进口以及转化后得到的还原气出口，第一气体进口与第二混合气的混合气体出口连接，或直接与第一脱硫塔的脱硫气体出口连接； 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，还原气进口与转化炉的还原气出口连接。2.根据权利要求1所述的利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置，其特征在于，所述转化炉为非催化转化炉或容置有催化剂的催化转化炉。3.根据权利要求1所述的利用瓦斯气制合成气生产还原铁的装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：周红军，余长春，李然家，周广林，吴全贵，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，北京中石大新能源研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11