一种CO2氧化耦合CH4转化制氢基竖炉还原气的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于冶金领域和化工合成气应用领域，涉及一种CO2氧化耦合CH4转化制氢基竖炉还原气的方法及装置。该方法具体为:先调节氢基竖炉净化炉顶气与富氢富甲烷气的压力，再将按比例混合,混合均匀后，进行预热；将预热后的混合气体导入转化装置中，混合气体导依次经过设有多孔催化剂层的转化装置中的升温区和高温区，即得到还原气。生产后的还原气在氢基竖炉反应利用后生成炉顶气，大部分作为转化原料气，少部分作为转化燃料气，循环利用，该方法完全符合富氢富甲烷气高效利用途径的需求，在生产系统和方法中无需进行CO2的脱除、储存，将CO2作为原料，为钢铁行业“低碳”发展和“氢冶金”提供一种切实可行的方法和思路。提供一种切实可行的方法和思路。提供一种切实可行的方法和思路。

A method and device for CO2 oxidation coupled CH4 conversion to hydrogen based shaft furnace reducing gas

【技术实现步骤摘要】
一种CO2氧化耦合CH4转化制氢基竖炉还原气的方法及装置


[0001]本专利技术属于冶金领域和化工合成气应用领域，涉及一种CO2氧化耦合CH4转化制氢基竖炉还原气的方法及装置。
技术背景
[0003]在国家的“双碳”目标的大背景下，以减少碳足迹、降低碳排放为中心的冶金工艺技术变革，业已成为钢铁行业绿色发展的新趋势；以“氢冶金制还原铁”代替“传统碳冶金”是当前低碳发展、能源变革的重要方向，也被认为是钢铁行业绿色化的主要抓手。氢基直接还原铁技术相对于传统技术(高炉+转炉)具有流程短、能耗低、污染物排放低的绿色环保特点；其中：每吨产品CO2减排54％，SO2减排74％，NOx减排63％及以上。氢基还原铁在生产过程中使用气体(H2+CO)为还原剂，不带入传统冶金工艺采用固体还原剂中的S、 P、Si、V、Ti等杂质；氢基还原铁的产品清洁度高，是生产纯净钢、特种钢和粉末冶金的优质原料。
[0004]目前，世界上氢基还原铁主要是以天然气为原料生产还原气。由于许多国家的国情为缺油、少气、多煤的能源结构，采用国外的天然气转化制备还原气的技术在国内无法进行大幅推广，因此寻找适合国情的原料气并制备氢基竖炉用的还原气成为国家氢冶金大力发展的基础。而大量的科技工作者多气源、多种转化方式的研究和技术开发；包括焦炉煤气重整转化技术(蒸汽重整、干重整)，煤制气转化技术(蒸汽重整、干重整)等等；但由于受到原料气特性的影响：
[0005]1.原料气中的CO在转化过程中歧化积碳和甲烷化升温反应导致的设备粉化腐蚀，转化催化剂短时间运行转化炉堵塞，阻力上升，难以长周期操作；
[0006]2.如果在原料气转化过程中采用蒸汽(H2O)，虽可有效降低CO歧化反应的积碳问题；但会导致转化后的还原气H2O含量(H2O％)过高，无法直接作为氢基竖炉的还原气使用；需要降温脱水、再升温；增加工序、生产能耗和生产成本；
[0007]3.原料气中的CO2无法得到有效利用，导致转化过程中需要将CO2脱碳、储存；虽然CO2脱碳、储存技术均已成熟；但CO2无法大量工业化；导致CO2排放增加；无法实现低碳生产；

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种富氢富甲烷气体在转化炉内采用CO2氧化并耦合CH4转化的方式生产满足竖炉需求还原气，本专利技术具有工序简单、成本低、能耗低、CO2排放低等优点的方法。
[0009]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种CO2氧化耦合富氢富甲烷气转化制氢基竖炉还原气的方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0010]S1)先调节氢基竖炉净化炉顶气与富氢富甲烷气的压力，再将按比例混合,混合均匀后，进行预热；
[0011]S2)将S1)预热后的混合气体导入转化装置中，混合气体导依次经过设有多孔催化剂层的转化装置中的升温区和高温区，即得到还原气。
[0012]进一步，所述S1)中的氢基竖炉净化炉顶气与富氢富甲烷气二者之间的体积比为1
‑
3:1，预热温度为580
‑
610℃，调节气体的压力为0.3
‑
0.6MPa。
[0013]进一步，所述富氢富甲烷气的组分为：H
2 55
‑
65％、CH
4 18
‑
26％、CO≤10％、总硫≤1.0mg/Nm3；以及不可避免的杂质(无苯、酚、萘、焦油的不饱和烃等)；
[0014]所述净化炉顶气H
2 45
‑
50％、CH
4 2.0
‑
3.0％、CO
2 16
‑
20％、CO 22
‑
30％、 H2O≤4.0％、总硫≤1.0mg/Nm3。
[0015]进一步，所述S2)中所述升温区的温度为580
‑
800℃；所述高温区的温度为800
‑
910℃，气体的流速为10
‑
30m/s。
[0016]进一步，所述多孔催化剂层包括碱性载体和负载活性组分，催化剂的粒径：5
‑
50mm。
[0017]进一步，所述碱性载体包括MgO、Al2O3、和SiO2，其中,SiO2含量≤1％,MgO 的含量≥70％；负载活性组分为Ni。
[0018]进一步，所述方法得到还原气的成分：H2+CO≥85％、H2O+CO2≤8％、 H2/CO＝1.5
‑
2.5，压力：1.5
‑
2.0MPa(G)温度：850
‑
950℃，总硫≤1.0mg/Nm3。
[0019]一种实现上的方法的转化装置，所述转化装置壳体、第一催化剂床和第二催化剂床；
[0020]其中，所述壳体呈圆筒状，且底部设有进气口，顶部为出气口，
[0021]所述第一催化剂床和第二催化剂床由下到上依次设置在所述壳体内部。
[0022]进一步，所述第一催化剂床的长度是所述第二催化剂床的长度的1/2，所述第一催化剂床和第二催化剂床之间的粒径比例为1
‑
10：2
‑
8。
[0023]一种氢基竖炉直接还原铁生产方法，所述方法中采用上述的方法得到还原气进行氢基竖炉直接还原铁生产。
[0024]本专利技术的机理是：
[0025]混合气体主要通过以下反应阶段实现，示意图详见图2：
[0026]2.1升温反应区的反应：反应管内装填有H2还原CO2型转化装置，转化装置的第一催化剂床层高度0.8
‑
1.5m，在炉管内的催化剂反应床温度为 580
‑
800℃；其主导反应为：(正反应)，本反应有以下优势：
[0027]1.利用H2和CO2的反应可有效的降低原料气中的H2含量(H2％)和CO2含量 (CO2％)；
[0028]2.利用本反应的正反应和生产的H2O可有效抑制CO歧化反应的进行，避免了此反应阶段积炭影响正常生产；
[0029]3.本反应的正反应为吸热反应，可有效的抑制转化装置内部升温过快，提供了转化装置的寿命；
[0030]本反应采用的催化剂为是碱性载体(MgO含量≥70％)，负载活性组分为 Ni，本反应CO2的氧化率≥40％。
[0031]本反应有以下优势：
[0032]本反应以CO2转化为主，进一步降低原料气中CO2含量(CO2％)；
[0033]参与转化反应H2O主要为升温反应区的产品，通过H2O转化反应，降低了气体中的H2O含量(H2O％)；
[0034]本反应的主、副反应均为吸热反应，可有效的抑制炉管升温过快，提供了炉管的寿
命；
[0035]本反应采用的催化剂为特殊制备的催化剂，主要特点是：碱性载体(MgO 含量≥70％)，负载活性组分为Ni，
[0036]高温应区的反应：转化装置内装填主导CO2与CH4转化的碱性金属催化剂；催化剂床层高度≥2m(可根据原料气的CH4和CO2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CO2氧化耦合富氢富甲烷气转化制氢基竖炉还原气的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：S1)先调节氢基竖炉净化炉顶气与富氢富甲烷气的压力，再将按比例混合,混合均匀后，进行预热；S2)将S1)预热后的混合气体导入转化装置中，混合气体导依次经过设有多孔催化剂层的转化装置中的升温区和高温区，即得到还原气。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1)中的氢基竖炉净化炉顶气与富氢富甲烷气二者之间的体积比为1
‑
3:1，预热温度为580
‑
610℃，调节气体的压力为0.3
‑
0.6MPa。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述富氢富甲烷气的组分为：H
2 55
‑
65％、CH
4 18
‑
26％、CO≤10％、总硫≤1.0mg/Nm3；以及不可避免的杂质；所述净化炉顶气H
2 45
‑
50％、CH
4 2.0
‑
3.0％、CO
2 16
‑
20％、CO 22
‑
30％、H2O≤4.0％、总硫≤1.0mg/Nm3。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2)中所述升温区的温度为580
‑
800℃；所述高温区的温度为800
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：范晋峰，季爱兵，白明光，巨龙，陈全亮，牛登飞，
申请(专利权)人：中晋冶金科技有限公司，
类型：发明
国别省市：