一种利用CH4非催化富氧转化生产海绵铁的直接还原工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种利用CH4非催化富氧转化生产海绵铁的直接还原工艺，工艺路线为：经净化、调节压力后的富CH4原料气和富氧空气分别经预热后，进入非催化富氧转化炉，并在所述非催化富氧转化炉中发生燃烧反应并升温，将其中的CH4转化成CO和H2，形成高温转化气；与此同时，竖炉炉顶气经降温、除尘、加压后进入氢气提纯装置中制得提纯氢气，提纯氢气经预热后进入所述催化富氧转化炉的下部，与所述经燃烧反应生成的高温转化气混合，形成还原煤气；还原煤气然后进入竖炉将铁矿石还原成海绵铁；该直接还原工艺不仅具有工艺流程短、节能减排、烧嘴使用寿命长、投资成本低的优点，并且能够防止海绵铁黏结和防止析碳。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种利用CH4非催化富氧转化生产海绵铁的直接还原工艺，工艺路线为：经净化、调节压力后的富CH4原料气和富氧空气分别经预热后，进入非催化富氧转化炉，并在所述非催化富氧转化炉中发生燃烧反应并升温，将其中的CH4转化成CO和H2，形成高温转化气；与此同时，竖炉炉顶气经降温、除尘、加压后进入氢气提纯装置中制得提纯氢气，提纯氢气经预热后进入所述催化富氧转化炉的下部，与所述经燃烧反应生成的高温转化气混合，形成还原煤气；还原煤气然后进入竖炉将铁矿石还原成海绵铁；该直接还原工艺不仅具有工艺流程短、节能减排、烧嘴使用寿命长、投资成本低的优点，并且能够防止海绵铁黏结和防止析碳。【专利说明】一种利用CH4非催化富氧转化生产海绵铁的直接还原工艺
本专利技术涉及一种利用CH4非催化富氧转化生产海绵铁的直接还原工艺，属于铁或钢的冶炼
。
技术介绍
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的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: I)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100(TC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，但该工艺路线需要脱碳和喷氧提温，同时在KKKTC左右的温度下，若还原气气氛控制不好，则存在海绵铁容易黏结的缺陷； 2)利用氧气、焦炉煤气、二氧化碳、水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H2/C0>1.5 ;该技术路线的工艺路线复杂，加热炉为避免析碳对气体成分有严格限制，转化后的高温煤气先降温再加热，存在原料气利用效率较低、能耗较高的缺陷； 3)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&0、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、C02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，并引起黏结，这在焦炉煤气CH4含量过高或原料气为天然气时更为明显。 4)利用富CH4煤气与净化、降温后的炉顶气混合，在加热炉中加热后与纯氧进行非催化转化生成CCHH2，再与净化、降温后的炉顶气混合降温后进入竖炉还原铁矿石。该技术路线原料气与纯氧反应，反应温度高，烧嘴使用寿命短，为延长烧嘴寿命需要通入蒸汽，这样会导致还原气氧化度提高，不利于矿石的还原。 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，存在工艺流程长、转化工艺复杂、转化不充分、竖炉容易黏结、转化烧嘴使用寿命短、转化气氧化度高等技术缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种利用CH4非催化富氧转化生产海绵铁的直接还原工艺，该直接还原工艺不仅具有工艺流程短、节能减排、烧嘴使用寿命长、投资成本低的优点，并且能够防止海绵铁黏结和防止析碳。 本专利技术是通过以下技术方案实现的: 一种利用CH4非催化富氧转化生产海绵铁的直接还原工艺方法，工艺路线为:经净化、调节压力后的富CH4原料气和富氧空气分别经预热后，进入非催化富氧转化炉，并在所述非催化富氧转化炉中发生燃烧反应并升温，将其中的CH4转化成CO和H2,形成高温转化气；与此同时，竖炉炉顶气经降温、除尘、加压后进入氢气提纯装置中制得提纯氢气，提纯氢气经预热后进入所述催化富氧转化炉的下部，与所述经燃烧反应生成的高温转化气混合，形成还原煤气；还原煤气然后进入竖炉将铁矿石还原成海绵铁。 其中， 由于富CH4原料气和富氧空气反应，反应温度低，所述非催化富氧转化炉中不需要使用蒸汽降温。如此，转化炉的喷嘴能具有较长的使用寿命，并保证还原煤气的还原度。 优选的，所述富CH4原料气为焦炉煤气或天然气。 优选的，所述富CH4原料气经预热后，温度不超过400°C;更优选为300°C?400°C。 优选的，所述富氧空气的富氧率为35% -60%。 优选的，所述富氧空气经预热后，温度不超过300°C ;更优选为200°C -300°C。 优选的，使燃烧反应生成的高温转化气的温度为1200°C?1450°C ;而且该温度值可通过控制所述富氧空气与富CH4原料气体积比进行调节。 优选的，所述混合形成的还原煤气的温度为850°C?1000°C。 优选的，所述混合形成的还原煤气中，CO和H2的总体积与CO2和H2O的体积之比不小于10 ;更优选为10?13。 优选的，所述竖炉炉顶气经除尘降温至40°C，并加压至0.4?0.8MPa，满足后续氢提纯装置的要求。 优选的，所述氢气提纯装置为真空变压吸附氢提纯装置(VPSA)。 优选的，所述真空变压吸附氢提纯装置制得的氢气的纯度达到85%以上。 所述氢气提纯装置中生成的氢气，作为掺冷气，经预热后与燃烧生成的高温转化气混合降温后进入竖炉，掺冷氢气流量及预热温度，根据实际工艺条件确定。 所述真空变压吸附氢提纯装置产生的解吸气含有部分COXH4等可燃气体，可作为管式加热炉及其他用户的燃料气。 优选的，所述富CH4原料气、富氧空气和提纯氢气在同一个管式加热炉中进行预热。 优选的，所述管式加热炉的加热原料可以是富CH4原料气和/或所述真空变压吸附氢提纯装置产生的解吸气。 本专利技术的技术效果及优点在于: 1、本专利技术利用CH4非催化富氧转化生产海绵铁的直接还原工艺，首先将富CH4原料气在管式加热炉中进行预热处理，预热温度低于400°C，不会发生析碳。另外，管式炉预热温度低，外排烟气少，对管材要求不高，使得管式炉的投资较低，相比其它工艺技术路线，在投资和排放上的优势十分明显。 2、本专利技术原料气与富氧空气反应，温度较低，可以在不使用蒸汽降温的情况下延长转化炉烧嘴使用寿命，同时保证还原气的还原度。 3、本专利技术利用CH4非催化富氧转化生产海绵铁的直接还原工艺的工艺流程简单，工艺参数可控性强，通过控制VPSA所制氢气流量来控制还原气的还原度，通过控制氢气预热温度来控制还原气温度，针对不同的矿石调节不同的还原度及还原煤气温度，有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用CH4非催化富氧转化生产海绵铁的直接还原工艺方法，工艺路线为：经净化、调节压力后的富CH4原料气和富氧空气分别经预热后，进入非催化富氧转化炉，并在所述非催化富氧转化炉中发生燃烧反应并升温，将其中的CH4转化成CO和H2，形成高温转化气；与此同时，竖炉炉顶气经降温、除尘、加压后进入氢气提纯装置中制得提纯氢气，提纯氢气经预热后进入所述催化富氧转化炉的下部，与所述经燃烧反应生成的高温转化气混合，形成还原煤气；还原煤气然后进入竖炉将铁矿石还原成海绵铁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭敏，李佳楣，吴开基，张涛，赵运建，
申请(专利权)人：中冶赛迪工程技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;85