一种外加热的甲醇裂解生产直接还原铁的设备制造技术

一种外加热的甲醇裂解生产直接还原铁的设备，属于还原铁生产设备技术领域，用于使用甲醇裂解生产直接还原铁。其技术方案是：气基还原竖炉是本实用新型专利技术的主体，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、加热套管、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液化石油气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。本实用新型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。

A equipment for the production of direct reduction of iron by an external heated methanol decomposition

【技术实现步骤摘要】
一种外加热的甲醇裂解生产直接还原铁的设备
本技术涉及一种采用外加热方式利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，属于还原铁生产设备

技术介绍
直接还原铁是电炉炼钢的主要原料，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。甲醇作为气基还原竖炉的原料具有以下优点：1.常温常压下是液体，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，裂解产生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。利用甲醇裂解生产直接还原铁可以采用氢气内燃加热方式，或者采用外加热方式。采用氢气内燃加热方式的优点是提高了热效率，但同时产生了具有氧化气氛的H2O，需要用CH4与H2O重整产生CO和H2还原性气体。若不具有天然气（CH4）使用资源，则不能使用氢气内燃加热方式。采用外燃加热方式时，燃气可不用纯氢气，采用部分处理后的尾气作为燃烧气源，其优点是节约了能源，提高了经济效益。采用这种方式时，尾气的处理工艺也会有所不同。目前，还没有能够投入实际生产的利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备，设计和开发这种设备不但能够充分利用甲醇资源，发挥煤炭储存量大的优势，还能够节约大量的天然气，具有非常积极的经济效益和社会效益。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种外加热的甲醇裂解生产直接还原铁的设备，这种设备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：一种外加热的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、尾气分离仓、还原管、螺旋输料机构、甲醇裂解管、加热套管、甲醇换热箱体、氢气换热箱体、冷却管道、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与尾气分离仓相连接，在连接管上安装有氮气喷入口，尾气分离仓的下端与还原管相连接，还原管外壁套有加热套管，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，甲醇裂解管的下端通过冷却管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的还原气体喷射入口相连接。上述外加热的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，尾气排气口安装在尾气分离仓的上部。上述外加热的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，筒体上安装有冷却气体喷入口，冷却气体喷入口与分离气体输送管道相连接。上述外加热的甲醇裂解生产直接还原铁的设备，所述还原管的管壁上套有加热套管。加热套管上有四个气体燃烧器，每侧两个上下排列，每个气体燃烧器分别与分离气输送管道和制氮机尾气输送管道相连接，在加热套管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，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。上述外加热的甲醇裂解生产直接还原铁的设备，它还有换热器、旋风除尘器、余热回收装置、冷凝器、布袋除尘器、氢气提取装置，旋风除尘器、余热回收装置、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氢气提取装置之间，氢气提取装置的氢气输出管道与换热器相连接，氢气输送管道与氢气换热箱体入口相连接，氢气提取装置的分离气输出管道分别与还原管的顶部筒体的冷却气体喷入口和换热器相连接，换热器有分离气管道与气体燃烧器相连接。本技术的有益效果是：（1）甲醇利用还原尾气和还原铁余热加热，利用还原铁做催化剂，在炉内实现完全裂解，产生还原剂（CO、H2）。（2）甲醇与氮气和少量的液化石油气（丙烷C3H8）、组成可调式渗碳气氛，相当于从碳氢化合物中把碳夺出来，不让其生成二氧化碳，而成为有用的高碳还原铁。（3）利用部分尾气和制氮机富氧尾气加热炉体，能源阶梯利用效率高。（4）燃烧后的气体二氧化碳纯度高，可选择性回收二氧化碳，可实现二氧化碳近零排放。（5）创新的炉体结构，生产效率更高。（6）除用甲醇外，煤化气、焦炉煤气也可用于本设备。本技术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。本技术是甲醇利用的首创，实现了热、电、化等多元能量的综合高效梯级利用，将煤炭的资源利用率分别从发电的33%-41%与化工的53%，提高到大于80%的综合利用率水平，具有显著的经济效益和社会效益。附图说明图1是本技术的整体结构示意图；图2是本技术的气基还原竖炉结构示意图；图3是甲醇换热箱体和氢气换热箱体的连接展开示意图；图4是冷却罐的结构示意图；图5是图4的侧视图。图中标记如下：提升机1、料仓2、挡板3、连接管4、氮气喷入口5、尾气分离仓6、伞形挡板7、尾气排气口8、筒体9、冷却气体喷入口10、还原管11、加热套管12、螺旋输料机构13、燃烧废气出口14、气体燃烧器15、还原气体喷射入口16、甲醇裂解管17、过热甲醇蒸汽喷入口18、低温氮气喷入口19、冷却管道20、冷却罐21、半圆管螺旋水冷却装置22、甲醇换热箱体23、氢气换热箱体24、钢片25、鳍片26、甲醇换热箱出口27、甲醇换热箱体进口28、氢气换热箱体出口29、氢气换热箱体进口30、三角形出口31、伞形套板32、金属杆33、旋风除尘器34、余热回收装置35、冷凝器36、布袋除尘器37、氢气提取装置38、甲醇储罐39、甲醇汽化器40、换热器41、制氮机42、水箱43、气基还原竖炉44。具体实施方式图1显示，本技术的主体是气基还原竖炉44，配套的设备有旋风除尘器34、余热回收装置35、冷凝器36、布袋除尘器37、氢气提取装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外加热的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（44），气基还原竖炉（44）由提升机（1）、料仓（2）、连接管（4）、尾气分离仓（6）、还原管（11）、螺旋输料机构（13）、甲醇裂解管（17）、加热套管（12）、甲醇换热箱体（23）、氢气换热箱体（24）、冷却管道（20）、冷却罐（21）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（4）与尾气分离仓（6）相连接，在连接管（4）上安装有氮气喷入口（5），尾气分离仓（6）的下端与还原管（11）相连接，还原管（11）的外壁上安装加热套管（12），还原管（11）的下方连接甲醇裂解管（17），螺旋输料机构（13）的上端安装在还原管（11）内，螺旋输料机构（13）的下端直通到甲醇裂解管（17）的底部，甲醇裂解管（17）的下端通过冷却管道（20）与冷却罐（21）上端相连接，甲醇裂解管（17）外壁上分别安装甲醇换热箱体（23）和氢气换热箱体（24），甲醇换热箱体（23）的进气口（28）与甲醇汽化器（40）相连接，甲醇换热箱体（23）的过热甲醇蒸汽通过甲醇换热箱体（23）的出气口（27）通入甲醇裂解管（17）中，氢气换热箱体（24）的进气口（30）与氢气输送管道（51）相连接，氢气换热箱体（24）的出气口（29）与还原管（11）的还原气体喷射入口（16）相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种外加热的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（44），气基还原竖炉（44）由提升机（1）、料仓（2）、连接管（4）、尾气分离仓（6）、还原管（11）、螺旋输料机构（13）、甲醇裂解管（17）、加热套管（12）、甲醇换热箱体（23）、氢气换热箱体（24）、冷却管道（20）、冷却罐（21）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（4）与尾气分离仓（6）相连接，在连接管（4）上安装有氮气喷入口（5），尾气分离仓（6）的下端与还原管（11）相连接，还原管（11）的外壁上安装加热套管（12），还原管（11）的下方连接甲醇裂解管（17），螺旋输料机构（13）的上端安装在还原管（11）内，螺旋输料机构（13）的下端直通到甲醇裂解管（17）的底部，甲醇裂解管（17）的下端通过冷却管道（20）与冷却罐（21）上端相连接，甲醇裂解管（17）外壁上分别安装甲醇换热箱体（23）和氢气换热箱体（24），甲醇换热箱体（23）的进气口（28）与甲醇汽化器（40）相连接，甲醇换热箱体（23）的过热甲醇蒸汽通过甲醇换热箱体（23）的出气口（27）通入甲醇裂解管（17）中，氢气换热箱体（24）的进气口（30）与氢气输送管道（51）相连接，氢气换热箱体（24）的出气口（29）与还原管（11）的还原气体喷射入口（16）相连接。2.根据权利要求1所述的一种外加热的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...

【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：新型
国别省市：河北,13