一种气基竖炉还原气的制备系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种气基竖炉还原气的制备系统，其包括气基竖炉炉顶气洗涤器、炉顶气脱碳装置、焦炉煤气净化装置、焦炉煤气脱硫装置、转化炉、热回收装置、合成气除尘装置、合成气脱硫脱碳装置及混合器。本实用新型专利技术将焦炉煤气和气化炉合成气联合，充分利用焦炉煤气中有效的气体组分和合成气的高温特性，生产直接还原铁用还原气，具有气体组分灵活可调、热效率高、成本低、产品气品质好等优点。

Preparation system for gas based shaft furnace gas

【技术实现步骤摘要】
一种气基竖炉还原气的制备系统
本技术涉及一种气基竖炉还原气的制备系统及方法，属于钢铁冶金

技术介绍
高炉炼铁工艺与转炉结合在一起，形成了效率很高，规模巨大的钢铁生产流程，是世界上钢铁生产的主力。但由于其流程长、能耗高、污染重、需要消耗焦炭等特点，发展空间逐渐受到限制，世界各国开始转向非高炉炼钢技术，发展以废钢和直接还原铁为原料的电炉短流程炼钢技术，是一种环境友好和资源节约型的炼钢技术。在此技术中，直接还原铁可以稀释废钢中存在的碳、铜、锰、锌等杂质，在欧美发达国家的市场需求特别大。目前世界先进的直接还原铁技术是气基竖炉直接还原技术，该技术主要以天然气为原料，经变换成富H2和CO的气体后，直接与铁矿石在高温条件下发生固态还原，生产海绵铁。由于我国天然气资源匮乏，发展气基竖炉还原技术受到限制。我国的煤炭资源相对丰富，发展煤炭气化制气和钢厂原有的焦炉煤气联合制还原气，用于气基竖炉生产海绵铁是符合我国国情的优选的技术路线，是适合我国发展新型炼铁技术的重要方向。一般而言，竖炉直接还原炼铁对还原气的要求是，H2与CO的总体积分数大于90％，为1.0～5.0，压力0.15～0.60Mpa。现有的煤气化工艺均不能直接提供满足要求的气体组分，需要转换装置来调节气体组分，且普遍存在气化炉压力高，对原料要求苛刻、制气成本高、能耗高等不足。我国焦炉煤气资源丰富，且后续利用工艺不配套，造成大量焦炉煤气的浪费。焦炉煤气含氢气50％～60％，甲烷大于20％。有鉴于现实需要，本领域亟需寻找一种适合于我国国情的气基竖炉还原气的制备系统及方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术的主要目的在于提供一种气基竖炉还原气的制备系统，利用该还原气制备系统可将煤制气和焦炉煤气有效结合起来，制得可用于气基竖炉的还原气。本技术的再一目的在于提供应用前述制备系统的气基竖炉还原气的制备方法。为实现上述目的，本技术一种气基竖炉还原气的制备系统，其中，该制备系统包括气基竖炉炉顶气洗涤器、炉顶气脱碳装置、焦炉煤气净化装置、焦炉煤气脱硫装置、转化炉、热回收装置、合成气除尘装置、合成气脱硫脱碳装置及混合器；所述转化炉包括密闭壳体，该密闭壳体内设有催化剂管，所述催化剂管的入口端作为所述转化炉的原料气入口，所述催化剂管的出口端作为所述转化炉的变换气出口，该密闭壳体上还设有合成气入口及合成气出口，该合成气入口作为合成气进入系统的入口(合成气进入密闭壳体后首先为催化剂管内反应提供热量，一般从催化剂管侧面通过)；所述热回收装置为换热器，其设有热粗合成气入口及热粗合成气出口，冷精制合成气入口及冷精制合成气出口，冷原料气入口及冷原料气出口；所述焦炉煤气净化装置的入口作为焦炉煤气进入系统的入口，所述焦炉煤气净化装置的出口与所述焦炉煤气脱硫装置的入口相连，所述焦炉煤气脱硫装置的出口通过管路与所述冷原料气入口相连，所述冷原料气出口与所述转化炉的原料气入口相连，所述变换气出口与所述混合器的入口相连；所述气基竖炉炉顶气洗涤器的入口作为炉顶气进入系统的入口，所述气基竖炉炉顶气洗涤器的出口与所述炉顶气脱碳装置的入口相连，同时该气基竖炉炉顶气洗涤器的出口通过管路连接在所述焦炉煤气脱硫装置出口与所述冷流体原料气入口之间的管路上，所述炉顶气脱碳装置的出口与所述混合器的入口相连；所述转化炉的合成气出口与所述热粗合成气入口相连，所述热粗合成气出口与所述合成气除尘装置的入口相连，所述合成气除尘装置的出口与所述合成气脱硫脱碳装置的入口相连，所述合成气脱硫脱碳装置的出口与所述冷精制合成气入口相连，所述冷精制合成气出口与所述混合器的入口相连；所述混合器的出口作为气基竖炉还原气的出口。采用上述制备系统可将煤制的合成气和焦炉煤气结合，二者优势互补，生产出符合竖炉要求的还原气。该技术可充分利用钢厂焦炉煤气资源，气化炉生产高温煤气的优势，大幅降低直接还原铁成本，能耗小，气体组分灵活可调，是钢厂升级改造提升产品质量的极具前景的技术路线。本技术上述制备系统还可包括气基竖炉，该气基竖炉的炉体设有铁矿石进料口、直接还原铁出口、还原气入口及炉顶气出口；该炉顶气出口与所述气基竖炉炉顶气洗涤器的入口相连。在该气基竖炉内，铁矿石(如球团或块状)从竖炉上部进入，还原气从下向上流动，发生铁矿石的还原反应，反应温度一般为850～1000℃，得到海绵铁和炉顶气，直接还原铁从直接还原铁出口排出，炉顶气从炉顶气出口排出。本技术上述制备系统还可包括升温装置；所述混合器的出口与所述升温装置的入口相连，所述升温装置的出口与所述还原气入口相连。本技术上述制备系统还可包括煤气化炉，该煤气化炉设有合成气出口，该煤气化炉的合成气出口与所述转化炉的合成气入口相连；优选地，该煤气化炉为气流床气化炉。需要说明的是该煤气化炉可为其他类型的气化炉。在该煤气化炉内，煤炭在高温条件下，发生氧化还原反应，生成高温合成气。该高温合成气为转化炉提供热量，降低了合成气显热，节省能源。本技术上述制备系统还可包括焦炉，该焦炉设有焦炉煤气出口，该焦炉煤气出口与所述焦炉煤气净化装置的入口相连。本技术上述制备系统可包括上述多种组件。作为本技术上述制备系统的一具体实施方式，优选地，所述合成气除尘装置为干法除尘装置。合成气在此进行除尘后，进入脱硫脱碳装置，经升温后进入混合器。作为本技术上述制备系统的一具体实施方式，优选地，所述催化剂管为多根，其并列设置。本技术催化剂管中可所采用的催化剂是镍基催化剂。其为现有催化剂。另一方面，本技术提供一种气基竖炉还原气的制备方法，所述方法采用上述的制备系统，其包括如下步骤：来自于焦炉的焦炉煤气经所述焦炉煤气净化装置、焦炉煤气脱硫装置，除尘、除焦油及脱硫后得净化后的焦炉煤气；来自于气基竖炉的炉顶气进入所述气基竖炉炉顶气洗涤器除尘降温后，一部分进入所述炉顶气脱碳装置脱除二氧化碳后进入所述混合器，另一部分与所述净化后的焦炉煤气混合作为原料气，该原料气经所述热回收装置预热后进入所述催化剂管，在该催化剂管内发生催化重整反应得富含H2和CO的变换气，该变换气进入所述混合器；来自于煤气化炉的合成气首先经所述转化炉的合成气入口进入所述转化炉内为所述催化重整反应提供热量，提供热量后的合成气进入所述热回收装置作为热源，经再次换热冷却后依次进入所述合成气除尘装置及所述脱硫脱碳装置，除尘、脱硫及脱碳后得精制后的合成气，其经所述热回收装置加热后进入所述混合器；进入所述混合器的所述富含H2和CO的变换气、精制后的合成气、脱碳后的炉顶气在混合器内混合调节温度和气体组分，得到还原气。本技术催化重整反应中，焦炉煤气中的CH4、CO2和炉顶气中的CO2作为原料被重整为富含CO和H2的高温变换气，温度为800～1000℃。这使得资源配置合理，减少了CO2的排放。催化重整反应是吸热反应，反应温度为800～1000℃，所需要的热量来自于煤气化炉制得的高温合成气。本技术来自于气化炉生成的高温合成气，温度为1000～1300℃。进入转化炉为焦炉煤气的催化重整提供热量，节省能源，出转化炉的合成气进入热回收装置，出热回收装置的合成气经除尘后进入脱硫脱碳装置，净化后进入热回收装置，经加热后进入混合器。本技术所述热回收装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气基竖炉还原气的制备系统，其特征在于，该制备系统包括气基竖炉炉顶气洗涤器、炉顶气脱碳装置、焦炉煤气净化装置、焦炉煤气脱硫装置、转化炉、热回收装置、合成气除尘装置、合成气脱硫脱碳装置及混合器；所述转化炉包括密闭壳体，该密闭壳体内设有催化剂管，所述催化剂管的入口端作为所述转化炉的原料气入口，所述催化剂管的出口端作为所述转化炉的变换气出口，该密闭壳体上还设有合成气入口及合成气出口，该合成气入口作为合成气进入系统的入口；所述热回收装置为换热器，其设有热粗合成气入口及热粗合成气出口，冷精制合成气入口及冷精制合成气出口，冷原料气入口及冷原料气出口；所述焦炉煤气净化装置的入口作为焦炉煤气进入系统的入口，所述焦炉煤气净化装置的出口与所述焦炉煤气脱硫装置的入口相连，所述焦炉煤气脱硫装置的出口通过管路与所述冷原料气入口相连，所述冷原料气出口与所述转化炉的原料气入口相连，所述变换气出口与所述混合器的入口相连；所述气基竖炉炉顶气洗涤器的入口作为炉顶气进入系统的入口，所述气基竖炉炉顶气洗涤器的出口与所述炉顶气脱碳装置的入口相连，同时该气基竖炉炉顶气洗涤器的出口通过管路连接在所述焦炉煤气脱硫装置出口与所述冷原料气入口之间的管路上，所述炉顶气脱碳装置的出口与所述混合器的入口相连；所述转化炉的合成气出口与所述热粗合成气入口相连，所述热粗合成气出口与所述合成气除尘装置的入口相连，所述合成气除尘装置的出口与所述合成气脱硫脱碳装置的入口相连，所述合成气脱硫脱碳装置的出口与所述冷精制合成气入口相连，所述冷精制合成气出口与所述混合器的入口相连；所述混合器的出口作为气基竖炉还原气的出口。...

【技术特征摘要】
1.一种气基竖炉还原气的制备系统，其特征在于，该制备系统包括气基竖炉炉顶气洗涤器、炉顶气脱碳装置、焦炉煤气净化装置、焦炉煤气脱硫装置、转化炉、热回收装置、合成气除尘装置、合成气脱硫脱碳装置及混合器；所述转化炉包括密闭壳体，该密闭壳体内设有催化剂管，所述催化剂管的入口端作为所述转化炉的原料气入口，所述催化剂管的出口端作为所述转化炉的变换气出口，该密闭壳体上还设有合成气入口及合成气出口，该合成气入口作为合成气进入系统的入口；所述热回收装置为换热器，其设有热粗合成气入口及热粗合成气出口，冷精制合成气入口及冷精制合成气出口，冷原料气入口及冷原料气出口；所述焦炉煤气净化装置的入口作为焦炉煤气进入系统的入口，所述焦炉煤气净化装置的出口与所述焦炉煤气脱硫装置的入口相连，所述焦炉煤气脱硫装置的出口通过管路与所述冷原料气入口相连，所述冷原料气出口与所述转化炉的原料气入口相连，所述变换气出口与所述混合器的入口相连；所述气基竖炉炉顶气洗涤器的入口作为炉顶气进入系统的入口，所述气基竖炉炉顶气洗涤器的出口与所述炉顶气脱碳装置的入口相连，同时该气基竖炉炉顶气洗涤器的出口通过管路连接在所述焦炉煤气脱硫装置出口与所述冷原料气入口之间的管路上，所述炉顶气脱碳装置的出口与所述混合器的入口相连；所述转化炉的合成气出口与所述热粗合成气入口相连，所述热粗合成气出口与所述合成气除尘装置的入口相连，所述合成气除尘装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙加亮，杨伟明，赵红，牛得草，吴英军，
申请(专利权)人：北京京诚泽宇能源环保工程技术有限公司，中冶京诚工程技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11