竖炉还原气的制备系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种竖炉还原气的制备系统及方法，其中，其竖炉还原气的制备系统至少包括氢气生成设备、气流床气化炉、换热器、混合器、第一降温净化设备和第二降温净化设备。本发明专利技术利用高温气化合成气耦合直接还原铁制氢，无需使用昂贵的催化剂，成本低廉，热效率高，并且无需CO变换装置，利用换热器将高温的合成气的热量传递至氢气，使氢气被加热，从而使得气化炉生成的高温高压合成气的显热得到充分利用，与传统工艺先降温脱硫脱碳，再变换升温相比，节省了投资，大幅降低了能耗，并降低了运行成本。

Preparation system and method of shaft furnace reducing gas

【技术实现步骤摘要】
竖炉还原气的制备系统及方法
本专利技术涉及钢铁冶金
，特别涉及一种竖炉还原气的制备系统及方法。
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(直接还原铁)。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％，φ(H2)/φ(CO)为1.0～4.0，压力为0.15Mpa～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CO变换设备来调节气体组分，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。若要满足还原气的要求，目前的气化技术，采用固定床或流化床均需要纯氧气化，配套脱碳，CO变换设备，需要先降温再升温，造成能源浪费，能耗高。气流床气化技术炉温高，生成的CO+H2>90％，不需配套脱碳设备，只需要配套CO变换设备以提高氢气的含量，同样造成能源的浪费和高能耗。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种能降低能耗且合理利用热量的竖炉还原气的制备系统。本专利技术的另一个目的是提供一种采用上述竖炉还原气的制备系统的竖炉还原气的制备方法。为达到上述目的，本专利技术提供了一种竖炉还原气的制备系统，其至少包括：氢气生成设备，其具有合成气进口、水蒸气进口、直接还原铁入口和氢气排气口；气流床气化炉，其具有合成气排气口；换热器，其具有合成气入口、合成气出口、氢气入口和氢气出口，所述合成气入口与所述合成气排气口相连通，所述氢气入口与所述氢气排气口相连通；混合器，其具有第一入口、第二入口和还原气出口，所述氢气出口与所述第一入口相连通；第一降温净化设备，其具有第三入口、合成气净化出口和水蒸气出口，所述第三入口与所述合成气出口相连通，所述合成气净化出口通过两连接管路分别与所述第二入口和所述合成气进口相连通，所述水蒸气排出口与所述水蒸气进口相连通；第二降温净化设备，其具有炉顶气入口和炉顶气净化出口，所述炉顶气净化出口与所述第一入口相连通。如上所述的竖炉还原气的制备系统，其中，所述氢气生成设备包括：第一反应器，其设有第一进料口、第一出料口、所述合成气进口和排放口，所述排放口与外界连通；第二反应器，其设有所述直接还原铁入口、第二进料口、第二出料口、所述水蒸气进口和所述氢气排气口，所述第二进料口与所述第一出料口相连通，所述第二出料口与所述第一进料口相连通。如上所述的竖炉还原气的制备系统，其中，所述氢气排气口与所述氢气入口之间设有冷凝器。如上所述的竖炉还原气的制备系统，其中，所述第一反应器为移动床反应器或者流化床反应器，所述第二反应器为移动床反应器或者流化床反应器。如上所述的竖炉还原气的制备系统，其中，所述第一降温净化设备包括依次连通的废热锅炉、除尘装置和脱硫装置，所述废热锅炉为管壳式换热器，所述水蒸气出口和所述第三入口设置在所述废热锅炉上，所述脱硫装置的出口通过两所述连接管路分别与所述第二入口和所述合成气进口相连通。如上所述的竖炉还原气的制备系统，其中，所述第二降温净化设备包括依次连通的洗涤器和净化装置，所述炉顶气入口设置在所述洗涤器上，所述净化装置的出口与所述第一入口相连通。如上所述的竖炉还原气的制备系统，其中，所述净化装置包括依次连通的气体加压装置和脱硫脱碳装置，所述气体加压装置的进口与所述洗涤器相连通，所述脱硫脱碳装置的出口与所述第一入口相连通。如上所述的竖炉还原气的制备系统，其中，所述竖炉还原气的制备系统还包括竖炉，所述竖炉包括炉本体，所述炉本体上设有铁矿石入口、炉顶气出口、还原气入口和直接还原铁出口，所述炉顶气出口与所述炉顶气入口相连通，所述还原气入口与所述还原气出口相连通，所述直接还原铁入口能与所述直接还原铁出口相连通。本专利技术还提供了一种竖炉还原气的制备方法，其采用上述的竖炉还原气的制备系统，所述竖炉还原气的制备方法包括：向第二降温净化设备的炉顶气入口通入炉顶气进行降温净化处理；将降温净化处理后的所述炉顶气通入混合器；将气流床气化炉生成的合成气依次通过换热器和第一降温净化设备进行降温净化处理；将降温净化处理后的一部分所述合成气通入混合器，将另一部分所述合成气、第一降温净化设备产生的水蒸气和直接还原铁通入氢气生成设备制取氢气；将所述氢气生成设备生成的氢气与所述气流床气化炉生成的合成气通入换热器进行换热处理；将换热后的所述氢气通入所述混合器；降温净化处理后的所述炉顶气、降温净化处理后的一部分所述合成气和换热后的所述氢气在所述混合器内混合制成竖炉还原气。如上所述的竖炉还原气的制备包括，其中，所述气流床气化炉的气化温度为1300℃～1800℃，所述气流床气化炉的气化压力为0.5MPa～3.0MPa，所述氢气生成设备的反应温度为600℃-900℃。与现有技术相比，本专利技术的优点如下：本专利技术提供的竖炉还原气的制备系统，利用高温气化合成气耦合直接还原铁制氢，组分可调，无需使用昂贵的催化剂，成本低廉，热效率高，并且无需CO变换装置，利用换热器将高温的合成气的热量传递至氢气，使氢气被加热，从而使得气化炉生成的高温高压合成气的显热得到充分利用，与传统工艺先降温脱硫脱碳，再变换升温相比，节省了投资，大幅降低了能耗，并降低了运行成本。本专利技术提供的竖炉还原气的制备方法采用上述竖炉还原气的制备系统，因此，竖炉还原气的制备方法具有上述竖炉还原气的制备系统的全部优点，并且，竖炉还原气的制备方法具有操作简单方便的优点。附图说明以下附图仅旨在于对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。其中：图1是本专利技术的竖炉还原气的制备系统的结构示意图。附图标号说明：1、氢气生成设备；11、第一反应器；111、第一进料口；112、第一出料口；113、合成气进口；114、排放口；12、第二反应器；121、直接还原铁入口；122、第二进料口；123、第二出料口；124、水蒸气进口；125、氢气排气口；13、冷凝器；2、气流床气化炉；21、合成气排气口；3、换热器；31、合成气入口；32、合成气出口；33、氢气入口；34、氢气出口；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种竖炉还原气的制备系统，其特征在于，所述竖炉还原气的制备系统至少包括：/n氢气生成设备，其具有合成气进口、水蒸气进口、直接还原铁入口和氢气排气口；/n气流床气化炉，其具有合成气排气口；/n换热器，其具有合成气入口、合成气出口、氢气入口和氢气出口，所述合成气入口与所述合成气排气口相连通，所述氢气入口与所述氢气排气口相连通；/n混合器，其具有第一入口、第二入口和还原气出口，所述氢气出口与所述第一入口相连通；/n第一降温净化设备，其具有第三入口、合成气净化出口和水蒸气出口，所述第三入口与所述合成气出口相连通，所述合成气净化出口通过两连接管路分别与所述第二入口和所述合成气进口相连通，所述水蒸气排出口与所述水蒸气进口相连通；/n第二降温净化设备，其具有炉顶气入口和炉顶气净化出口，所述炉顶气净化出口与所述第一入口相连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种竖炉还原气的制备系统，其特征在于，所述竖炉还原气的制备系统至少包括：
氢气生成设备，其具有合成气进口、水蒸气进口、直接还原铁入口和氢气排气口；
气流床气化炉，其具有合成气排气口；
换热器，其具有合成气入口、合成气出口、氢气入口和氢气出口，所述合成气入口与所述合成气排气口相连通，所述氢气入口与所述氢气排气口相连通；
混合器，其具有第一入口、第二入口和还原气出口，所述氢气出口与所述第一入口相连通；
第一降温净化设备，其具有第三入口、合成气净化出口和水蒸气出口，所述第三入口与所述合成气出口相连通，所述合成气净化出口通过两连接管路分别与所述第二入口和所述合成气进口相连通，所述水蒸气排出口与所述水蒸气进口相连通；
第二降温净化设备，其具有炉顶气入口和炉顶气净化出口，所述炉顶气净化出口与所述第一入口相连通。


2.根据权利要求1所述的竖炉还原气的制备系统，其特征在于，
所述氢气生成设备包括：
第一反应器，其设有第一进料口、第一出料口、所述合成气进口和排放口，所述排放口与外界连通；
第二反应器，其设有所述直接还原铁入口、第二进料口、第二出料口、所述水蒸气进口和所述氢气排气口，所述第二进料口与所述第一出料口相连通，所述第二出料口与所述第一进料口相连通。


3.根据权利要求2所述的竖炉还原气的制备系统，其特征在于，
所述氢气排气口与所述氢气入口之间设有冷凝器。


4.根据权利要求2所述的竖炉还原气的制备系统，其特征在于，
所述第一反应器为移动床反应器或者流化床反应器，所述第二反应器为移动床反应器或者流化床反应器。


5.根据权利要求2所述的竖炉还原气的制备系统，其特征在于，
所述第一降温净化设备包括依次连通的废热锅炉、除尘装置和脱硫装置，所述废热锅炉为管壳式换热器，所述水蒸气出口和所述第三入口设置在所述废热锅炉上，所述脱硫装置的出口通过两所述连接管路分别与所述第二入口和所述合成气进口相连通。


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【专利技术属性】
技术研发人员：孙加亮，邢文伟，杜雄伟，吴英军，高峰，叶小虎，杨伟明，
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：发明
国别省市：北京;11