一种氢气补天然气生产还原铁合成气的方法以及气基竖炉生产还原铁的方法技术

本发明专利技术提供了一种氢气补天然气生产还原铁合成气的方法以及气基竖炉生产还原铁的方法。该方法包括：将H2补天然气后进入合成气转化催化剂床层，制备得到合成气。本发明专利技术还提供了一种气基竖炉生产还原铁的方法，其包括：按照上述方法制备得到合成气；将合成气输入气基竖炉进行还原铁的生产。本发明专利技术经过往氢气中补加天然气并与气基竖炉还原铁尾气(竖炉炉顶气)混合，形成H2、CH4、CO2、CO混合气，经过转化催化剂，转化甲烷并调整H2/CO比例，使之符合气基还原铁的工艺要求。还原铁的工艺要求。还原铁的工艺要求。

【技术实现步骤摘要】
一种氢气补天然气生产还原铁合成气的方法以及气基竖炉生产还原铁的方法


[0001]本专利技术涉及一种氢气补天然气生产还原铁合成气的方法以及气基竖炉生产还原铁的方法，属于合成气生产


技术介绍

[0002]随着电动汽车逐渐取代油车，炼油化工逐渐向炼化一体化发展，带来烃类裂解副产氢越来越多，如乙烷蒸汽裂解制乙烯，会副产大量氢气，难以消纳，只好用作燃料烧掉。
[0003]传统钢铁冶金为高CO2排放过程，为减碳，钢铁冶炼逐渐由长流程向短流程过度，即由高炉+转炉炼钢向还原铁+电炉钢转变。而生产还原铁的工艺主要是气基竖炉工艺，由CO+H2合成气在竖炉中还原铁矿石生产还原铁，需要大量的CO+H2合成气，据预测中国未来几十年所需求折成氢可达2000
‑
4000万吨/年。
[0004]随着光伏风电的生产，使电价格逐渐降低，利用绿电电解水制取H2也将具有生产还原铁的经济性。因此，利用工业废氢及绿电电解水制氢生产还原铁具有可行性，然而，在气基竖炉中，H2还原铁矿为吸热反应，因此，如果采用纯H2还原还需要更高的温度(1000℃以上)，以防还原过程中因吸热而导致床层强度下降，影响反应速度，甚至终止还原。此外，气基竖炉还原过程中，还要渗碳以降低还原铁出竖炉的活性，防止见空气氧化强烈，影响质量，运输以及后续加工，因此，气基竖炉生产还原铁，纯H2中需添加碳源，以满足工艺中渗碳要求。
[0005]由此可以看出，利用纯H2生产还原铁还存在较多的问题，需要寻找新的技术路线。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种还原铁合成气的生产方法，通过将H2、天然气组合或将将气基竖炉还原铁尾气与H2、天然气组合进行转化，得到适用于生产还原铁的合成气。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供了一种氢气补天然气生产还原铁合成气的方法，其包括以下步骤：
[0008]将H2补天然气后进入合成气转化催化剂床层，制备得到合成气。
[0009]气基竖炉还原铁合成气一般由H2和CO组成，而CO还原铁矿石为放热，本专利技术的生产方法将H2和天然气组合在一起，借助合成气转化催化剂并控制反应温度，以调整气体的组成，从而得到适当成分的合成气，以用于气基竖炉生产还原铁。通过这种方式，一方面可以在较低温度下进行还原铁的生产，避免采用纯H2生产还原铁时所需要的高温，另一方面，通过所添加的天然气可以作为“渗碳”所需要的碳源。通过本专利技术的方法可以同时解决纯H2生产还原铁的高温以及“渗碳”问题，为纯H2的应用找到出路，为利用纯H2生产还原铁找到新的技术路线，并且可以在较低要求的条件下实现。
[0010]在上述方法中，优选地，将气基竖炉还原铁尾气与H2和天然气的混合气按一定比
例混合后进入合成气转化催化剂床层，制备得到合成气。
[0011]在上述方法中，优选地，催化剂床层工艺条件为温度550
‑
1000℃(优选为700
‑
950℃)，压力为0.1MPa
‑
1.0MPa，空速为600
‑
4000h
‑1。
[0012]在上述方法中，可以采用等温床反应器，也可以采用变温床反应器。
[0013]在上述方法中，优选地，所述催化剂床层为等温床(即采用等温床反应器)，温度优选为700
‑
950℃。
[0014]在上述方法中，优选地，所述催化剂床层为变温床(即采用变温床反应器)，优选地，入口温度为500
‑
700℃，出口温度为750
‑
950℃。
[0015]在上述方法中，优选地，在H2补天然气时，在二者的混合气中，补入的天然气的含量为1
‑
25％(体积比)。二者的混合气中的H2S含量可以控制在100ppm以下，优选低于50ppm，更优选低于30ppm。
[0016]在上述方法中，优选地，在H2和天然气的混合气中，H2的占比为75
‑
99％(体积比)。
[0017]在上述方法中，优选地，所述气基竖炉还原铁尾气与H2和天然气的混合气的摩尔比为2
‑
4:1。在气基竖炉还原铁尾气、H2、天然气的混合气的混合气中，H2S含量可以控制在100ppm以下，优选低于50ppm，更优选低于30ppm。
[0018]在上述方法中，优选地，所述催化剂的活性组分为镍，载体为Al2O3、MgO、CaO或其中的两种以上的反应物或混合物，例如CaAl2O4。
[0019]在上述方法中，优选地，在所述催化剂中，镍的含量为2
‑
20％，余量为载体。
[0020]在上述方法中，优选地，采用感应线圈为变温床反应器供能，所述感应线圈缠绕在反应管的外部，并且，所述反应管从入口到出口的不同位置所缠绕的感应线圈的匝数不同，以控制不同位置处的温度。
[0021]在上述方法中，优选地，采用感应线圈为等温床反应器供能，所述感应线圈均匀地缠绕在反应管外部。
[0022]根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术采用的等温床反应器和变温床反应器均可以为管式，催化剂装填于反应管内，感应线圈均匀缠绕在反应管的外壁上，在感应线圈通电之后，反应管与感应线圈之间产生电磁感应，反应管生热，从而实现对于反应管内部的原料的加热。其中，反应管与感应线圈之间可以以保温材料(例如水泥、防火材料等)填充。
[0023]根据本专利技术的具体实施方案，采用感应线圈为等温床反应器供能时，所述感应线圈均匀地缠绕在反应管外部。常规的CO2甲烷化装置、CH4蒸汽转化装置是通过燃油、燃气的燃烧提供热量，通过燃烧室内的烧嘴进行燃烧供热，然后通过与反应管换热实现对于反应管的加热，进而加热反应管中的原料，然而由于燃烧室内不同区域的温度不均匀，导致这种换热往往都不均匀，热量会在局部区域集中，无法实现催化剂各部分的温度均能够均匀控制，转化反应也不均匀。而本专利技术通过感应线圈对反应管进行加热，加热效率高，而且感应线圈在反应管均匀分布，能够使反应管均匀地产生电磁感应，能够真正实现等温反应。
[0024]根据本专利技术的具体实施方案，采用感应线圈为变温床反应器供能时，所述感应线圈缠绕在反应管的外部，并且，所述反应管从入口到出口的不同位置所缠绕的感应线圈的匝数不同，以控制不同位置处的温度，入口处的温度较低，感应线圈的匝数可以少一些，随着由入口向出口的逐渐过渡，温度逐渐升高，感应线圈的匝数也逐渐增加。由于常规装置存在的问题，虽然能够使反应管的不同位置具有不同的温度，但是由于燃烧是不可控的，因
此，无法真正实现对于反应管的不同位置的温度控制，无法控制变温床反应器的变温程度。而本专利技术通过控制感应线圈在反应管外部缠绕的方式就可以控制电磁感应加热的程度，由此可以相对准确地控制反应管内部不同位置处的催化剂的温度，实现对于变温程度的控制。而且，本专利技术的技术方案可以同时采用多根反应管，并且对于不同的反应管可以实现不同的温度控制，进而控制不同反应管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气补天然气生产还原铁合成气的方法，其包括以下步骤：将H2补天然气后进入合成气转化催化剂床层，制备得到合成气。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将气基竖炉还原铁尾气与H2和天然气的混合气按一定比例混合后进入合成气转化催化剂床层，制备得到合成气。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，催化剂床层工艺条件为温度550
‑
1000℃，压力为0.1MPa
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1.0MPa，空速为600
‑
4000h
‑1；优选地，所述催化剂床层为等温床，温度优选为700
‑
950℃；优选地，所述催化剂床层为变温床，优选地，入口温度为500
‑
700℃，出口温度为750
‑
950℃。4.根据权利要求1所述的方法，其中，在H2补天然气时，在二者的混合气中，补入的天然气的含量为1
‑
25％。5.根据权利要求2所述的方法，其中，在H2和天然气的混合气中，H2的占比为75
‑
99％。6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述气基竖炉还原铁尾气与H2和天然气的混合气的摩尔比为2
‑
4:1。7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述催化剂的活性组分为...

【专利技术属性】
技术研发人员：周红军，周颖，吴全贵，
申请(专利权)人：北京碳零氢电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：