一种利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备及工艺制造技术

一种利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备及工艺，属于还原铁生产设备及工艺技术领域，用于使用甲醇裂解生产直接还原铁。其技术方案是：气基还原竖炉是本发明专利技术的主体，它包括提升机、料仓、尾气分离仓、还原管、螺旋输料机构、甲醇裂解管、气体燃烧器、甲醇换热箱体、氢气换热箱体、冷却罐。甲醇通过甲醇汽化器、甲醇换热箱体进入甲醇裂解管，利用还原铁做催化剂实现完全裂解，产生还原剂一氧化碳和氢气；甲醇与氮气和少量的甲烷、一氧化碳组成可调式渗碳气氛生产高碳还原铁，同时可实现二氧化碳近零排放。本发明专利技术将甲醇作为气基还原竖炉的原料生产高碳还原铁，实现了煤化工和直接还原铁的结合，为取代天然气生产高碳还原铁开辟了新的途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备及工艺，属于还原铁生产设备及工艺

技术介绍
我国钢铁工业十三五规划中指出，要发展短流程电炉炼钢。电炉炼钢主要原料是废钢和直接还原铁，直接还原铁除了要求金属化率高以外，含碳量也是非常重要的指标。高碳的直接还原铁在出炉后能抑制金属铁与氧化成分（空气、水）接触后发生再氧化。无需惰性气体保护和压块，从而省去压块环节，并降低了储存和运输成本。在电炉炼钢中使用高碳直接还原铁还具有以下几项好处：1.渗碳体的分解反应是放热反应（FeC=3Fe+C+ΔE-0.4kwh/kgc），可改善电炉的热效应，减小电能消耗；2.有效利用碳元素，相比较其它形式的碳元素来源，直接还原铁中渗碳体在电炉中具有较高的还原率；3.易产生泡沫渣，因为炉内的高碳直接还原铁可与自由氧或化学氧相结合；4.可用相同的系统控制金属物料和碳元素的添加速度；5.高碳直接还原铁可降低喷吹碳粉量，或者不需要喷吹碳粉，喷吹碳粉的使用效果较差，而且成本很高。目前，世界上最先进的直接还原铁生产工艺是HYLZR，它利用的是天然气的自重整生产高碳还原铁，但是我国天然气能源短缺，不适合我国的能源结构。现在国内研究的热门技术是利用煤制气生产直接还原铁，提出三十多年没有成功，原因是煤制气工艺流程长，设备复杂，技术跨度大，没有联合机制。再加上现在国家对煤炭资源收紧，推行煤化工大型化，大的煤化工企业又主要建在西北地区，和钢铁企业实体上的联合变得更加困难。与此同时，甲醇是煤化工生产中最重要的一项产品，既是最终产物又是中间产物。甲醇在我国是过剩产能，现在开工率不足63%，如果能够利用甲醇生产还原铁，不但能够实现煤化工和直接还原铁的结合，为取代高炉炼铁找到一个好方法，也符合国家“去产能、补短板”的产业政策。本专利技术最重要的意义是把煤化工与直接还原铁生产通过甲醇连接起来。甲醇作为气基还原竖炉的原料具有以下优点：1.常温下是液体，安全稳定；2.便于储存和运输；3.分子结构简单；4、不含硫；5.氢碳比高；6.裂解温度低；7.产物中一氧化碳的含量低（意味着反应后CO2含量低），成为首选的化学储氢物质；8.来源非常广泛，市场存量大，煤制气生产甲醇是最主要的来源。同时，甲醇裂解制氢工艺是现在化工行业比较成熟的技术，甲醇在高温及特制催化剂下，产生CO和H2，然后和水蒸气重整，将CO变换成CO2和H2。如果将甲醇裂解制氢工艺直接和气基竖炉相结合，不但成本高，而且甲醇中的C元素绝大部分转变成了二氧化碳而排放。中国专利申请2016101666856公开了一种利用甲醇直接还原球团矿的工艺。其还原剂来源是甲醇和来自电解水的氢气，裂解温度为750-900℃。在生产方式上，该工艺是间断式生产采用自然降温，并未采取环保措施。此外，其炉体采用管式气氛炉的形式，在推广应用中存在着局限性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备及工艺，这种设备及工艺可以充分利用甲醇资源，将甲醇作为气基还原竖炉的原料生产高碳还原铁，实现煤化工和直接还原铁的结合，为取代天然气生产高碳还原铁开辟新的途径。解决上述技术问题的技术方案是：一种利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，它包括气基还原竖炉，气基还原竖炉由提升机、料仓、连接管道、尾气分离仓、还原管、螺旋输料机构、甲醇裂解管、气体燃烧器、甲醇换热箱体、氢气换热箱体、螺旋输料通道、冷却罐组成，提升机安装在料仓的顶部，料仓的下端通过连接管道与尾气分离仓相连接，尾气分离仓的下端与还原管相连接，还原管的下方连接甲醇裂解管，螺旋输料机构的上端安装在还原管内，螺旋输料机构的下端直通到甲醇裂解管的底部，还原管的下部管壁上安装气体燃烧器，甲醇裂解管的下端通过水平的螺旋输料通道与冷却罐上端相连接，甲醇裂解管外壁上分别安装甲醇换热箱体和氢气换热箱体，甲醇换热箱体的进气口通过管道与甲醇汽化器相连接，甲醇换热箱体的过热甲醇蒸汽通过甲醇换热箱体的出气口通入甲醇裂解管中，氢气换热箱体的进气口与氢气输送管道相连接，氢气换热箱体的出气口与还原管相连接。上述利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，所述尾气分离仓内安装有伞形挡板，伞形挡板的上端与尾气分离仓的入口相对，伞形挡板连接提升杆，提升杆与提升装置相连接，提升装置安装在尾气分离仓外部，在连接管道上安装有氮气喷入口，尾气排气口安装在尾气分离仓的上部。上述利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，所述还原管的顶部有一个垂直放置的筒体，螺旋输料机构的顶部支撑铜轴套安装在筒体中，筒体上安装有一氧化碳气体喷入口，一氧化碳气体喷入口与一氧化碳输送管道相连接。上述利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，所述还原管的下部管壁上的气体燃烧器为四个，每侧两个上下排列，每个气体燃烧器分别与氧气输送管道和氢气输送管道相连接，在气体燃烧器的下方有还原气体喷射入口，还原气体喷射入口与氢气输送管道相连接，气体燃烧器和还原气体喷射入口的氢气输送管道与氢气换热箱体的氢气出气口相连接。上述利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，它还有余热回收装置、旋风除尘器、冷凝器、布袋除尘器、变压吸附塔，余热回收装置、旋风除尘器、冷凝器、布袋除尘器顺序连接在尾气分离仓的尾气排气口与变压吸附塔之间，变压吸附塔为第一变压吸附塔和第二变压吸附塔相连接的双塔结构，第一变压吸附塔的氢气输出管道与氢气换热箱体相连接，第二变压吸附塔的一氧化碳输出管道与还原管的顶部筒体的一氧化碳气体喷入口和甲醇汽化器与甲醇换热箱体的连接管相连接。一种采用上述设备利用甲醇裂解生产直接还原铁的工艺，它采用以下步骤进行：a．甲醇由甲醇储罐注入甲醇汽化器，经高温汽化的甲醇蒸汽进入甲醇裂解管的甲醇换热箱体内，逐渐加热成过热甲醇蒸汽，过热甲醇蒸汽从甲醇换热箱体顶部出口排出进入甲醇裂解管内，在甲醇裂解管内金属铁的催化下迅速裂解，与下面的氮气形成了氮基甲醇渗碳气氛，将球团还原为高碳还原铁；b．尾气分离仓分离出的尾气经过尾气排气口后顺序通过余热回收装置、旋风除尘器、冷凝器、布袋除尘器进入变压吸附塔，经过第一变压吸附塔提取纯度为99%-99.99%氢气，氢气通过氢气输送管道进入氢气换热箱体内，氢气换热箱体的氢气输送到气体燃烧器和还原气体喷射入口，用于进行燃烧和还原反应；c．第一变压吸附塔的解吸气进入第二变压吸附塔，提取纯度为99%-99.99%的一氧化碳，一氧化碳通过一氧化碳输送管道输送到还原管顶部的一氧化碳气体喷入口和甲醇汽化器与甲醇换热箱体的连接管，作为还原剂和组成渗碳气氛；d．制氧机制出纯度为93%的纯氧气通过氧气输送管道输送到还原管下部管壁上安装的气体燃烧器，供气体燃烧器使用；e．制氮机制出纯度为99.99%氮气通过氮气输送管道输送到料仓与尾气分离仓之间的连接管道上的氮气喷入口，氮气一部分进入尾气分离仓由尾气排气口排出，一部分进入料仓，从料仓进口排出，隔离大气与尾气，同时流动的氮气可以起到干燥球团的作用；f．同时制氮机制出纯度为99.99%氮气通过氮气输送管道输送到甲醇裂解管与冷却罐之间的螺旋输料通道的冷却气体喷入口，氮气一部分进入甲醇裂解管内形成氮基甲醇渗碳气氛，一部分进入冷却罐，即可作为冷却气体，又可作为保护气体，保护还原铁不被氧化和脱碳。上述利用甲醇裂解生产直接还原铁的工艺，所述步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，其特征在于：它包括气基还原竖炉（42），气基还原竖炉（42）由提升机（1）、料仓（2）、连接管道（4）、尾气分离仓（6）、还原管（8）、螺旋输料机构（10）、甲醇裂解管（13）、气体燃烧器（14）、甲醇换热箱体（18）、氢气换热箱体（20）、螺旋输料通道（21）、冷却罐（22）组成，提升机（1）安装在料仓（2）的顶部，料仓（2）的下端通过连接管道（4）与尾气分离仓（6）相连接，尾气分离仓（6）的下端与还原管（8）相连接，还原管（8）的下方连接甲醇裂解管（13），螺旋输料机构（10）的上端安装在还原管（8）内，螺旋输料机构（10）的下端直通到甲醇裂解管（13）的底部，还原管（8）的下部管壁上安装气体燃烧器（14），甲醇裂解管（13）的下端通过水平的螺旋输料通道（21）与冷却罐（22）上端相连接，甲醇裂解管（13）外壁上分别安装甲醇换热箱体（18）和氢气换热箱体（20），甲醇换热箱体（18）的进气口通过管道与甲醇汽化器（38）相连接，甲醇换热箱体（18）的过热甲醇蒸汽通过甲醇换热箱体（18）的出气口通入甲醇裂解管（13）中，氢气换热箱体（20）的进气口与氢气输送管道相连接，氢气换热箱体（20）的出气口与还原管（8）和气体燃烧器（14）相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，其特征在于：它包括气基还原竖炉（42），气基还原竖炉（42）由提升机（1）、料仓（2）、连接管道（4）、尾气分离仓（6）、还原管（8）、螺旋输料机构（10）、甲醇裂解管（13）、气体燃烧器（14）、甲醇换热箱体（18）、氢气换热箱体（20）、螺旋输料通道（21）、冷却罐（22）组成，提升机（1）安装在料仓（2）的顶部，料仓（2）的下端通过连接管道（4）与尾气分离仓（6）相连接，尾气分离仓（6）的下端与还原管（8）相连接，还原管（8）的下方连接甲醇裂解管（13），螺旋输料机构（10）的上端安装在还原管（8）内，螺旋输料机构（10）的下端直通到甲醇裂解管（13）的底部，还原管（8）的下部管壁上安装气体燃烧器（14），甲醇裂解管（13）的下端通过水平的螺旋输料通道（21）与冷却罐（22）上端相连接，甲醇裂解管（13）外壁上分别安装甲醇换热箱体（18）和氢气换热箱体（20），甲醇换热箱体（18）的进气口通过管道与甲醇汽化器（38）相连接，甲醇换热箱体（18）的过热甲醇蒸汽通过甲醇换热箱体（18）的出气口通入甲醇裂解管（13）中，氢气换热箱体（20）的进气口与氢气输送管道相连接，氢气换热箱体（20）的出气口与还原管（8）和气体燃烧器（14）相连接。2.根据权利要求1所述的利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，其特征在于：所述尾气分离仓（6）内安装有伞形挡板（7），伞形挡板（7）的上端与尾气分离仓（6）的入口相对，伞形挡板（7）连接提升杆，提升杆与提升装置相连接，提升装置安装在尾气分离仓（6）外部，在连接管道（4）上安装有氮气喷入口（5），尾气排气口（9）安装在尾气分离仓（6）的上部。3.根据权利要求1或2所述的利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，其特征在于：所述还原管（8）的顶部有一个垂直放置的筒体（12），螺旋输料机构（10）的顶部支撑铜轴套安装在筒体（12）中，筒体（12）上安装有一氧化碳气体喷入口（11），一氧化碳气体喷入口（11）与一氧化碳输送管道相连接。4.根据权利要求3所述的利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，其特征在于：所述还原管（8）的下部管壁上的气体燃烧器（14）为四个，每侧两个上下排列，每个气体燃烧器（14）分别与氧气输送管道和氢气输送管道相连接，在气体燃烧器（14）的下方有还原气体喷射入口（15），还原气体喷射入口（15）与氢气输送管道相连接，气体燃烧器（14）和还原气体喷射入口（15）的氢气输送管道与氢气换热箱体（20）的氢气出气口相连接。5.根据权利要求4所述的利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，其特征在于：它还有余热回收装置（28）、旋风除尘器（32）、冷凝器（33）、布袋除尘器（34）、变压吸附塔，余热回收装置（28）、旋风除尘器（32）、冷凝器（33）、布袋除尘器（34）顺序连接在尾气分离仓（6）的尾气排气口（9）与变压吸附塔之间，变压吸附塔为第一变压吸附塔（35）和第二变压吸附塔（36）相连接的双塔结构，第一变压吸附塔（35）的氢气输出管道与氢气换热箱体（20）相连接，第二变压吸附塔（36）的一氧化碳输出管道与还原管（8）的顶部筒体（12）的一氧化碳气体喷入口（11）相连接,并与甲醇汽化器（38）与甲醇换热箱体(18)的连接管相连接。6.一种利用甲醇裂解生产直接还原铁的工艺，它采用权利要求1-5任意一项所述的利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，其特征在于：它采用以下步骤进行：a．甲醇由甲醇储罐（37）注入甲醇汽化器（38），经高温汽化的甲醇蒸汽进入甲醇裂解管（13）的甲醇换热箱体（18）内，逐渐加热成过热甲醇蒸汽，过热甲醇蒸汽从甲醇换热箱体（18）顶部出口排出进入甲醇裂解管（13）内，在甲醇裂解管（13）内金属铁的催化下迅速裂解，与下面的氮气形成了氮基甲醇渗碳气氛，将球团还原为高碳还原铁；b．尾气分离仓（6）分离出的尾气经过尾气排气口（9）后顺序通过余热回收装置（28）、旋风除尘器（32）...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬冬，
申请(专利权)人：刘冬冬，
类型：发明
国别省市：河北;13