在DRI预热过程中直接净化、还原焦炉煤气的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种在DRI预热过程中直接净化、还原焦炉煤气的方法及装置，属于直接还原铁冶金还原技术领域。该方法主要流程为降温分液

【技术实现步骤摘要】
在DRI预热过程中直接净化、还原焦炉煤气的方法及装置


[0001]本专利技术属于涉直接还原铁(DRI
‑
Direct Reduced Iron)冶金还原
，尤其涉及一种在DRI预热过程中直接净化、还原焦炉煤气的方法及装置。

技术介绍

[0002]为了减少CO2排放，全球都在进行相关减碳工艺路径的探索研究工作，。全球近75％的钢铁生产采用了高炉和转炉工艺。经过多年实践，采用气基直接还原工艺(DRI
‑
Direct Reduced Iron)同时配以电炉(EAF)被证实为CO2排放量最低的炼铁路线，这是因为天然气的氢气含量高于燃煤。
[0003]典型工厂所使用的还原气体中包含约55％的H2和36％的CO，或者100％是的H2，而高炉使用的还原气体几乎全部是CO。因此，与电炉配合使用的DRI 工艺吨钢CO2排放量约为高炉/转炉(BF/BOF)工艺的一半。但是，煤炭能源在冶金工业体系中占据主导地位，大型的钢铁联合企业均有自己的焦化工厂。焦炉煤气的主要成分是H2、CH4、CO，其中H2占到55
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60％，若将其净化重整，替代天然气用于DRI，将是钢化联产降碳的有效途径，具有显著的经济价值和社会效益，寻求一种廉价高效的切换灵活工艺路径，不影响现有的工艺流程，是最佳的选择。
[0004]然而，焦炉煤气COG(Coke Oven Gas)，是炼焦工业的副产品，成分复杂，是在高温和空气隔绝条件下分解，经过复杂的物理化学变化产生的可燃性气体，占所有产品的15％—18％，是仅次于焦炭的第二大产品，不经过净化处理是无法满足DRI的直接应用。焦炉煤气中可燃组分H2+CH4+CO+CnHm约占90％以上，还含有各种形态的硫，包括无机硫H2S、有机硫(COS、CS2、RSH、RSH
′
、C4H4S 等)、O2、HCN、NH3、苯、萘、焦油、粉尘等杂质。这些物质不仅会腐蚀管道、设备，焦油、粉尘等还会附着在设备和管道上，堵塞设备和管道，而且是下游工序转化催化剂、合成催化剂等的毒物，附着在催化剂上，造成催化剂失效，管道破裂，重整炉倒塌，整个流程停滞等严重后果。如何有效脱除有毒硫化物，确保纯净的H2、CO、和CH4等高还原势气体进入DRI工序，安全性、经济性、连续性、高效性成为钢化联产工作者争相研究的课题。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中净化、利用焦炉煤气的方法复杂，需额外能源供能的技术问题，提供一种在DRI预热过程中直接净化、还原焦炉煤气的方法及装置。
[0007]本专利技术第一方面提供一种在DRI预热过程中直接净化、还原焦炉煤气的方法，包括深度净化处理和重整反应，上述深度净化处理的步骤如下：
[0008]降温分液：将自脱碳后的焦炉煤气A冷冻降温，大部分的有机物液化分离，得到初步净化的焦炉煤气B；
[0009]脱硫脱萘：将上述焦炉煤气B通过吸附脱萘塔，得到初步脱硫、脱萘焦炉煤气C；
[0010]脱油脱硫：将上述焦炉煤气C通过脱油塔，得到进一步净化的焦炉煤气D；
[0011]换热裂解：将上述焦炉煤气D通过换热器进行换热、裂解，得到焦炉煤气 E；
[0012]加氢精整：向上述焦炉煤气E中加氢还原，生成烷烃和硫化氢，得到深度净化的焦炉煤气F。
[0013]本专利技术中，上述脱萘脱油塔包括依次连通的兰炭脱萘塔和分子筛脱油塔，上述兰炭脱萘塔与上述分液罐连通，上述分子筛脱油塔与上述换热器连通。上述兰炭脱萘塔为2～5mm兰炭颗粒脱萘塔。
[0014]本专利技术中自脱碳的焦炉煤气经冷冻机组冷冻预冷降温至8～10℃，将气化状态的有机烃类液化，成为焦油类被分液罐储存收集，焦炉煤气A经分液罐分液，脱去大部分的焦油、萘、BTX等重烃，得到初步净化的焦炉煤气B；焦炉煤气B 进入兰炭脱萘塔、分子筛脱油塔进行精脱油、脱萘，同时除去分子量较大的有机硫分子，得到焦炉煤气D；焦炉煤气D再经DRI竖炉炉顶换热器进行换热至约 350～400℃，致使剩余的微量有机硫裂解，得到焦炉煤气E，焦炉煤气E在加氢精整塔内加氢生成烷烃(主要为甲烷)和硫化氢，得到深度净化的焦炉煤气F，控制焦炉煤气F的总硫水平保持在30mg/Nm3以内，生成的硫化氢分子在重整加热器内作为硫钝化剂，进入加热单元进行保护型加热，防止在加热过程中有结焦反应发生。这是由于硫原子自身含有孤对电子，金属原子最外层轨道电子排布缺失，很容易使硫原子多余的电子填充金属原子的缺失轨道，使其有较强的结合力，进而占据有效位点使碳原子很难与金属原子结合，达到防止积炭的目的。
[0015]本专利技术中，在兰炭脱萘塔中脱硫属于多相催化反应。H2S和O2在兰炭表面的反应实际上分两步进行：首先是兰炭表面吸附氧，形成活性中心的表面氧化物，这一步极易进行；第二步是气体中的H2S分子与化学吸附态的氧发生反应，生成单质硫沉积在兰炭发达的微孔中，反应式如式1。兰炭具有多孔的结构，吸附H2S 和沉积的单质硫同时吸附了有机物萘。
[0016]2H2S+O2→
2H2O+2S ΔH298℃＝
‑
434.3kJ/mol
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式1
[0017]在一些实施方式中，上述重整反应后的还原气中(CO+H2)≥90％(体积分数)；优选的，上述还原气中H2与CO摩尔比≥1.5。重整反应是将深度净化后的焦炉煤气中CH4与CO2进行重整反应，制取CO+H2还原气，但不需要消耗蒸汽/氧气。
[0018]本专利技术第二方面提供一种在DRI预热过程中直接净化、还原焦炉煤气的装置，包括依次连通的冷冻机组、分液罐、脱萘脱油塔、换热器、加氢精整塔、重整加热器。
[0019]上述换热器设置在上述DRI竖炉的顶部。焦炉煤气深度净化需要一定的温度，如果没有炉顶换热器对焦炉煤气预热，则需要额外的能源提供热量加热焦炉煤气达到深度净化所需要的温度，将换热器设置在DRI竖炉的顶部，有效的回收、利用炉顶气的热能，使焦炉煤气被加热至深度净化所需要的温度，节约了能源。
[0020]上述重整加热器出口与DRI竖炉的还原气入口连通。深度净化后的焦炉气，经重整加热后还原生成的还原气，能够达到DRI的使用标准，重整加热器出口与DRI竖炉的还原气入口连通，还原得到的还原气可供DRI直接使用。
[0021]设备运行一定时间后，需要将兰炭颗粒、分子筛更换，为了不影响生产运行，在一些实施方式中，上述兰炭脱萘塔和上述分子筛脱油塔分别并列设置2个或多个，采用至少“一开一备”的操作方式，更换出的兰炭颗粒可以进入炼铁工序作为燃料使用，而不至于浪
费，分子筛则需经过加热将沉积在筛网上的有机物经过高温气化，对其中的有机类物质分类收集。
[0022]在一些实施方式中，上述重整加热器还设有用于连通所述DRI竖炉出气口的接口。DRI竖炉中反应后产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在DRI预热过程中直接净化、还原焦炉煤气的方法，包括深度净化处理和重整反应，其特征在于，所述深度净化处理的步骤如下：降温分液：将自脱碳后的焦炉煤气A冷冻降温，大部分的有机物液化分离，得到初步净化的焦炉煤气B；脱硫脱萘：将所述焦炉煤气B通过吸附脱萘塔，得到初步脱硫、脱萘的焦炉煤气C；脱油脱硫：将所述焦炉煤气C通过脱油塔，得到进一步净化的焦炉煤气D；换热裂解：将所述焦炉煤气D通过换热器进行换热、裂解，得到焦炉煤气E；加氢精整：向所述焦炉煤气E中加氢还原，生成烷烃和硫化氢，得到深度净化的焦炉煤气F。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焦炉煤气A冷冻降温后的温度为8～10℃。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸附脱萘塔为兰炭脱萘塔；和/或，所述脱油塔为分子筛脱油塔。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述换热器为DRI竖炉换热器，所述换热的温度为350～400℃。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焦炉煤气F中的总硫水平控...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘西琨，化光林，金锋，付艳鹏，程立，
申请(专利权)人：中钢设备有限公司，
类型：发明
国别省市：