本发明专利技术涉及一种利用焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的方法及系统。该方法包括以下步骤：将通过常规净化、精脱硫处理和脱不饱和烃处理后的焦炉气与转炉煤气、高炉煤气、净化尾气中的一种或两种以上混合气混合成原料混合气，使原料混合气与含氧气体在转化炉烧嘴出口处燃烧，得到高温混合气；向高温混合气中添加CO2、含CO2的气体和/或水蒸汽，然后使其与催化转化炉中的催化剂接触，转化得到高H2和CO浓度的合成气；合成气直接进入竖炉还原氧化铁生产还原铁，竖炉还原尾气经过冷却除尘净化后得到净化尾气。本发明专利技术还提供了一种利用焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的系统。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种利用焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的方法及系统。该方法包括以下步骤：将通过常规净化、精脱硫处理和脱不饱和烃处理后的焦炉气与转炉煤气、高炉煤气、净化尾气中的一种或两种以上混合气混合成原料混合气，使原料混合气与含氧气体在转化炉烧嘴出口处燃烧，得到高温混合气；向高温混合气中添加CO2、含CO2的气体和/或水蒸汽，然后使其与催化转化炉中的催化剂接触，转化得到高H2和CO浓度的合成气；合成气直接进入竖炉还原氧化铁生产还原铁，竖炉还原尾气经过冷却除尘净化后得到净化尾气。本专利技术还提供了一种利用焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的系统。【专利说明】利用焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的方法及系统
本专利技术涉及一种利用焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的方法及系统，属于直接还原铁生产
。
技术介绍
直接还原铁(DRI)又称海绵铁，是一种不用高炉冶炼而得到的金属铁，生产DRI的工艺叫非高炉炼铁工艺。DRI的生产工艺分煤基和气基两类。其中目前气基法占DRI产量的90%，典型工艺是罐式法(HYL法)和竖炉法(Midrex法)，竖炉法采用竖型移动床还原反应器，其主要分两个部分:还原区，在高温下还原气体在该区中循环，800°C以上的氢气和一氧化碳还原氧化铁生成DRI，氢气和一氧化碳生成水和二氧化碳；以及位于还原区下部的冷区，在DRI出料前，经过在一冷却回路中循环的含氢气和一氧化碳的冷却气体将冷却区的DRI冷却至环境温度。气基法所用还原剂主要是天然气，经蒸汽转化或部分氧化生产合成气CCHH2，而中国天然气价格昂贵，在东部沿海一些地区天然气价格已达5元/m3，而采用大型煤气化生产的精制合成气价格也在0.8元/m3以上，因此寻找一条价格便宜的还原气原料渠道是大力发展中国DRI生产所必须面对的问题。中国有大量的焦炉气(COG)资源，除一部分用于发电、生产纯氢、加热燃料和生产甲醇外，约三分之一资源放入火炬烧掉。并且在钢铁企业中存在大量的低热值燃气富余，放空的高炉气和转炉气等。随着节能技术的进步，热风炉的双预热技术、蓄热化加热炉技术等不断涌现，大量的低热值燃气被利用，焦炉气的富余已无可置疑。以鞍钢为例，预测2006年高炉煤气富余46万m3/h，焦炉气富余4-6万m3/h。焦炉气主要成分为H2 (55-66%)、CH4 (18-26%)、CO (6-8%)，其余为二氧化碳、氮气和C2以上烃及少量氧和硫杂质，是优质的DRI还原气。中国专利申请CN100523228C公开了一种利用焦炉气制还原气生产海绵铁的方法，是把焦炉气精脱硫后补加一定量的C02，利用焦炉气中的CH4和CO2的转化来生产高质量的还原铁合成气，一部分还原尾气用作燃料，由于CO2的补加和与CH4的吸热反应，需燃烧大量的焦炉气来外供反应热，供热效率低，烟气能耗损失大，与加O2氧化直接产热相比，设备投资大，热损失大，能耗高，补加的CO2也增加能耗和分离成本。中国专利申请CN101392192B公开了一种焦炉气二氧化碳转化及气基竖炉直接还原铁生产方法，该申请中把焦炉气深度净化脱硫后补加氧气、二氧化碳和水蒸汽作为气体转化剂，因过程中添加水蒸汽太多，转化后要冷却至40°C进行脱水处理，然后再升温进气基竖炉，该工艺对高温合成气的降温和升温过程导致能耗高。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种还原铁的生产方法，其是利用焦炉气通过催化转化法生产合成气，然后再生产直接还原铁的方法，具有易于控制，工艺简单，能耗低等特点。本专利技术的目的还在于提供一种利用焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的系统。为达到上述目的，本专利技术提供了一种利用焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的方法，其包括以下步骤: 将通过常规净化、精脱硫处理和脱不饱和烃处理后的焦炉气与“转炉煤气、高炉煤气、净化尾气中的一种或两种以上混合气”混合成原料混合气，使原料混合气与含氧气体在转化炉烧嘴出口处燃烧，得到高温混合气，燃烧时控制火焰温度为1100-1800°c，其中，精脱硫处理后的焦炉气的硫含量< IOppm,烯烃和芳烃浓度小于5000ppm ；向高温混合气中添加0)2、含CO2的气体和/或水蒸汽，然后使其与催化转化炉中的催化剂接触，使焦炉气中的烃类在催化剂上与CO2和/或水蒸汽发生转化反应，燃烧反应产生的热量为转化反应提供热量，转化得到高H2和CO浓度的合成气，并将催化转化炉出口处的合成气的温度控制为850-1050°C ；催化转化后得到的合成气直接进入竖炉还原氧化铁生产还原铁，竖炉还原尾气经过冷却除尘净化后得到净化尾气。在上述方法中，优选地，净化尾气返回与焦炉气混合重新进入转化炉或者一部分用作燃料加热另一部分净化尾气，然后直接进入竖炉作为还原气。可以与焦炉气等混合的“净化尾气”指的是生产还原铁之后由竖炉排出的还原尾气经过净化得到的净化尾气，即竖炉排出的还原尾气经过冷却除尘净化后得到的净化尾气。上述的竖炉可以是目前生产还原铁常用的设备，例如Midrex高温气基还原铁竖炉、HyL高温气基还原铁竖炉等。在上述方法中，在对焦炉气进行精脱硫处理的同时进行脱不饱和烃的处理(例如通过采用加氢脱硫催化剂进行)，使其烯烃和芳烃浓度小于5000ppm,优选小于IOOppm,以避免造成后续转化催化剂的积炭。在上述方法中，催化转化得到的高H2和CO浓度的合成气是一种H2O含量低的还原气体，优选地，竖炉入口合成气的组成满足(h2+co) / (H2+C0+H20+C02)的摩尔比至少为0.90。在上述方法中，优选地，含氧气体为纯氧，例如空分产生的纯氧。在上述方法中，优选地，催化转化炉出口处的合成气的压力为0.1-1.0MPa0在上述方法中，优选地，催化转化炉中的催化剂的活性组分为镍，助剂为钙、镁、钡和钾等中的一种或两种以上的组合，载体为氧化铝、铝酸钙、氧化镁、镁铝尖晶石和硅铝酸钾等中的一种或两种以上的组合；更优选地，以该催化剂的总重量计，活性组份镍的含量为5-15wt%，助剂的含量为0.l_7wt%，余量为载体。在上述方法中，竖炉排出的还原尾气可以进行冷却除尘净化，优选地，该冷却除尘净化包括精脱硫处理，脱硫后的净化尾气的硫含量< lOppm。上述精脱硫处理可以采用氧化锌脱硫剂，脱硫剂的用量可以根据需要按照常规的做法进行控制。在上述方法中，优选地，焦炉气的精脱硫处理的催化剂的活性组分为镍、钴、钥、铁和钨等中的一种或两种以上的组合，载体为氧化铝、氧化锌、氧化硅、氧化镁等中的一种或两种以上的组合；更优选地，以该催化剂的总重量计，以该催化剂的总重量计，活性组分的含量为8-25wt%，载体的含量为75-92wt%。催化剂的用量可以根据需要按照常规的做法进行控制。在上述方法中，优选地，焦炉气的精脱硫处理的压力为0.3-1.5MPa，温度为120-400°C，体积空速为 400-800(?' 在上述方法中，优选地，净化尾气在脱除CO2后进行回用或用作燃料；更优选地，脱除CO2的方法为胺法、变压吸附法或碳酸丙烯酯法。在上述方法中，优选地,原料混合气的含硫量< IOppm ;更优选地,原料混合气的含硫量< 3ppm。本专利技术还提供了一种利用焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的系统，其包括净化器、第一精本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的方法，其包括以下步骤：将通过常规净化、精脱硫处理和脱不饱和烃处理后的焦炉气与转炉煤气、高炉煤气、净化尾气中的一种或两种以上混合气混合成原料混合气，使原料混合气与含氧气体在转化炉烧嘴出口处燃烧，得到高温混合气，燃烧时控制火焰温度为1100?1800℃，其中，精脱硫处理后的焦炉气的硫含量≤10ppm，烯烃和芳烃浓度小于5000ppm；向高温混合气中添加CO2、含CO2的气体和/或水蒸汽，然后使其与催化转化炉中的催化剂接触，使焦炉气中的烃类在催化剂上与CO2和/或水蒸汽发生转化反应，燃烧反应产生的热量为转化反应提供热量，转化得到高H2和CO浓度的合成气，并将催化转化炉出口处的合成气的温度控制为850?1050℃；催化转化后得到的合成气直接进入竖炉还原氧化铁生产还原铁，竖炉还原尾气经过冷却除尘净化后得到净化尾气。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周红军，余长春，李然家，周广林，吴全贵，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，北京中石大新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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