一种气基竖炉直接还原方法技术

本发明专利技术公开了一种气基竖炉直接还原方法，属于直接还原领域。本发明专利技术将富烃类还原气与氧化剂在加热装置一中加热到1100℃～1350℃，形成第一气流，然后再向第一气流中加入非烃类还原气，形成第二气流，将第二气流喷入气基竖炉内，加热装置内衬为耐火材料，并由耐火材料构成一个腔体，氧化剂为O2、H2O或CO2中的一种或两种以上的混合物，非烃类还原气为H2和CO中的任何一种或两种混合气体。本发明专利技术整体投资低，原料气的利用率高，富烃气转化率高，气体加热炉结构简单，无庞大的换热系统。无庞大的换热系统。无庞大的换热系统。

【技术实现步骤摘要】
一种气基竖炉直接还原方法


[0001]本专利技术属于直接还原领域，具体涉及一种气基竖炉直接还原方法。

技术介绍

[0002]气基竖炉直接还原的现有技术，如，专利申请号201210379144.3，名称为一种利用富CH4煤气生产海绵铁的直接还原工艺的专利提出，“将经调压后的富CH4煤气和依次经降温、除尘、及加压处理后的气基竖炉炉顶气输入外部转化炉，并向外部转化炉中补充作为CH4发生改质反应氧化剂的蒸汽，使外部转化炉中的CH4、H2O和CO2在催化剂作用下发生改质反应生成主要包括CO和H2的高温还原煤气”，“转化炉出口的还原煤气的温度为850℃”；又如，专利号201710676084.4，名称为一种气基竖炉还原气的制备系统及方法的专利提出，“气基竖炉还原气的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”，“所述催化剂管为多根，其并列设置”，“热回收装置为换热器”，“本专利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℃”；再如，申请号：CN201910952204.8，名称为，一种用于生产还原气的新型重整炉的专利提出，“重整炉包括辐射室箱体，重整炉管，燃烧器，过渡段以及对流段；所述的重整炉管成2m排立式并联布置于辐射室箱体内；一排重整炉管对应一根重整原料气进口支干管，每根重整原料气进口支干管上开设与每排重整炉管数量相同的分支，通过柔性管将重整炉管气体进口与重整原料气进口支干管相连；燃烧器成(2m+1)排布置于辐射室下方底壁板；重整炉管气体出口通过斜三通与冷壁支管连接；过渡段是辐射室箱体的两侧壁板上方设有若干个过渡段分支管引出至过渡段分支干管，两分过渡段分支干管在辐射室箱体的一端汇集成过渡段总管；过渡段总管与对流段相连，所述的对流段通过引风机与烟囱相连；所述的对流段由≥4个换热器组成，所述换热器为急速蒸发器、重整原料预热器、蒸汽过热器、脱硫焦炉气预热器、炉顶气预热器和燃烧空气预热器中的至少4种；将910℃的高温重整气产物送至竖炉进行下级反应”。以上三个现有专利技术是将富烃气(如，天然气、焦炉煤气)和竖炉炉顶煤气混合后，在管式转化炉加热，并将混合气加热到850～1000℃温度后，喷入竖炉。此种工艺存在以下问题：(1)由于重整炉管采用外加热，因此限制了重整管直径，造成单个重整管体积小，重整炉管数量庞大。重整炉管多达几百根，燃烧器几十个。这造成辐射室加热系统设备庞大，安装复杂；(2)耐高温重整炉管和燃烧器价格非常昂贵，一套重整炉设备通常需要几百根重整炉管，因此，投资过大；(3)由于受耐高温炉管材质的限制，气体加热温度不能超过1000℃，因此限制了无催化剂条件下的碳氧化合物的转化率；(4)排放烟气和利用烟气余热的过渡段以及对流段设备庞大，结构复杂，再次增加投资成本；(5)富CH4煤气和非烃类炉顶煤气混合后一起参与CH1的重整，增加了重整炉的体积和催化剂的数量。
[0003]又再如，申请号CN201280070307.8，专利名为利用焦炉气制备直接还原铁(DRI)的方法和设备的专利提出，“提供一种气体加热器设计，所述设计在加热COG或类似合成气时
使碳沉积物最大限度地减少，或者提供在线清洁措施定期去除碳沉积物，以避免污染和堵塞加热器管。”，其主要措施是，将不含烃的氢和一氧化碳混合气体作为第一还原气体流，包含焦炉气的气体作为第二流，将第一流加热后，再将第二流混入第一流，以便所得混合物在高于700℃的温度形成第三气体流，从而将来自包括COG的第二流中存在的碳化合物的所述碳沉积物最大限度地减小。该方案的问题是：(1)该方案采用外热，受管材耐热限制，其最高温度不超过980℃，即该专利第三气体流在700℃～980℃之间，且为了兑入焦炉气量，第三气体流更接近700℃，而烃类重整成H2和CO的反应在700℃以上才开始，因此在此温度范围内，重整成H2和CO的转化率也有限，烃类的转化率越低，析碳量越大，所以解决积碳量有限，不足以解决积碳问题；(2)清理积碳时，管路复杂，高温阀门多，实际应用时实施困难。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种气基竖炉直接还原方法。
[0005]本专利技术目的之一是降低项目整体投资。
[0006]本专利技术目的之二是简化气体加热装置结构。
[0007]本专利技术目的之三是不使用催化剂。
[0008]本专利技术目的之四是提高原料气的利用率。
[0009]本专利技术目的之五是提高富烃气转化率，降低积碳风险。
[0010]本专利技术的其它目的将在后面指出，或者对本领域的技术人员显而易见。
[0011]为实现此目的，本专利技术还原方法采用以下的技术方案：
[0012]一种气基竖炉直接还原方法，包括将一定粒度的铁氧化物从炉顶装料装置加入气基竖炉，还原气从竖炉外加热后，喷入气基竖炉内，在气基竖炉内，铁氧化物与还原气反应，被还原成直接还原铁，直接还原铁经气基竖炉下部排出炉外，反应产生的粗煤气由竖炉炉顶排出，还原气包括富烃类还原气和非烃类还原气，其中将富烃类还原气与氧化剂在加热装置一中加热到1100℃～1350℃，形成第一气流，然后再向第一气流中加入非烃类还原气，形成第二气流，将第二气流喷入气基竖炉内，加热装置一内衬为耐火材料，并由耐火材料构成一个腔体，氧化剂为O2、H2O或CO2中的一种或两种以上的混合物，非烃类还原气为H2和CO中的任何一种或两种混合气体。
[0013]与现有技术相比，本专利技术方法具有以下有益效果：
[0014](1)降低项目整体投资：a使用耐火材料内衬的加热炉代替数百根耐热钢管组成的加热炉，降低投资；b不使用催化剂，降低对富烃气的硫含量要求，进而简化工序，减少投资；c无复杂庞大的换热系统，进一步降低投资。
[0015](2)提高原料气的利用率：与富烃气中混入H2和/或CO后和氧反应相比，单独的富烃气CH1含量更高，当与氧反应生成高温气体时，生成有效气体H2+CO的量更大，这会提高原料气的利用率，同时降低能耗。而混入H2和/或CO后，为达到高温，会增加H2和CO的消耗，生成无效成分H2O或CO2。
[0016](3)富烃气与氧化剂在1100～1350℃反应转化率高，降低积碳风险：富烃气与纯氧缺氧燃烧，在压力为0.1～0.5MPa时，加热至1100～1200℃时，CH1几乎全部转化为H2和CO；在压力大于0.5MPa时，加热至1200～1350℃时，CH1几乎全部转化为H2和CO，温度高于1350℃时，转化为H2和CO的有效气体量减少，H2O和CO2量增加，因此1100～1350℃是富烃气与氧化
剂反应的最佳温度区间。
[0017](4)气体加热炉结构简单，只有一个腔体，而传统的管式加热炉由数百根钢管腔体构成。
[0018](5)无庞大的换热系统。
[0019]本专利技术方法的优选方案为：
[0020]加热装置一采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气基竖炉直接还原方法，包括将一定粒度的铁氧化物从炉顶装料装置加入气基竖炉，还原气从竖炉外加热后，喷入气基竖炉内，在气基竖炉内，铁氧化物与还原气反应，被还原成直接还原铁，直接还原铁经气基竖炉下部排出炉外，反应产生的粗煤气由竖炉炉顶排除，还原气包括富烃类还原气和非烃类还原气，其特征在于将富烃类还原气与氧化剂在加热装置一中加热到1100℃～1350℃，形成第一气流，然后再向第一气流中加入非烃类还原气，形成第二气流，将第二气流喷入气基竖炉内，加热装置内衬为耐火材料，并由耐火材料构成一个腔体，氧化剂为O2、H2O或CO2中的一种或两种以上的混合物。2.根据权利要求1所述的一种气基竖炉直接还原方法，其特征在于在加热装置一中，富烃类还原气与纯氧缺氧燃烧，形成高温第一气流。3.根据权利要求1或2所述的一种富烃气气基竖炉直接还原方法，其特征在于加热装置一中，压力为0.1～0.5MPa时，富烃类还原气与纯氧缺氧燃烧，加热至1100～1200℃。4.根据权利要求1或2所述的一种富烃气气基竖炉直接还原方法，其特征在于加热装置一中，压力大于0.5MPa时，富烃类还原气与纯氧缺氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春雷，张力元，
申请(专利权)人：李伟，
类型：发明
国别省市：