本发明专利技术涉及一种利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法和系统。上述方法包括以下步骤：对天然气进行精脱硫处理；使天然气与净化尾气混合成原料混合气，与含氧气体在催化转化炉的烧嘴出口处燃烧，得到高温混合气；高温混合气在催化转化炉中与催化剂接触，转化得到高H2和CO浓度的合成气；使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，竖炉的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用于上述方法的利用天然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天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法和系统。上述方法包括以下步骤：对天然气进行精脱硫处理；使天然气与净化尾气混合成原料混合气，与含氧气体在催化转化炉的烧嘴出口处燃烧，得到高温混合气；高温混合气在催化转化炉中与催化剂接触，转化得到高H2和CO浓度的合成气；使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，竖炉的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用于上述方法的利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的系统。【专利说明】利用天然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天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法及系统，属于直接还原铁的生产
。
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的生产工艺分为煤基和气基两类。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。Midrex法以天然气为原料气，用炉顶气中的CO2作为转化剂，利用CH4+C02 — 2C0+2H2反应来生产合成气，转化炉复杂，设备投资大。HyL-1II法以天然气和水蒸汽转化制取合成气，反应过程CH4+H20 — C0+3H2,因水蒸汽参加反应且过量，合成气必须冷却脱除后再升温进竖炉，这一降温和升温过程导致工艺过程复杂和能耗高。中国专利申请CN103276133A公开了一种利用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法，反应方程式为:2H2+02 — 2H20+QCH4+H20 — C0+3H2-QCH4+C02 — 2C0+2H2-Q部分氧化天然气过程中添加氧气和水蒸汽，水蒸汽的加入易使合成气的还原性能受到影响，导致还原铁质量不高，且申请中没有记载硫化物的含量，硫化物易使设备腐蚀和还原铁质量下降。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种直接还原铁的生产方法，该方法采用经过精脱硫处理的天然气通过催化转化来生产直接还原铁的方法，具有工艺过程易于控制，合成气易于达标，流程简单，能耗低等优点。本专利技术的目的还在于提供一种利用天然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天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法，其包括以下步骤:对天然气进行精脱硫处理，使其含硫量< IOppm ；使精脱硫处理后的天然气与净化尾气(洗涤净化后的竖炉尾气)混合成原料混合气，与含氧气体在催化转化炉的烧嘴出口处燃烧，控制火焰温度为1100-1800°C，得到高温混合气，其中，原料混合气和/或含氧气体中添加有0)2、含CO2的气体和/或水蒸汽； 高温混合气在催化转化炉中与催化剂接触，使高温混合气中的烃类在催化剂上与CO2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，催化转化炉的出口处的合成气的温度控制为850-1050°C ；使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，竖炉的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，所述净化尾气返回与天然气混合重新进入催化转化炉，或者用作燃料以加热净化尾气，然后直接进入竖炉回用。在上述方法中，对于天然气的精脱硫处理可以通过常规的加氢方法进行。通过在原料混合气和/或含氧气体中添加0)2、含CO2的气体和/或水蒸汽，可以实现对于催化转化炉出口处的合成气的温度的控制。通过催化转化得到的高H2和CO浓度的合成气是一种H2O浓度低的还原气体。可以与天然气混合的“净化尾气”指的是竖炉产生的还原尾气经过冷却除尘净化后得到的气体。在上述方法中，优选地，竖炉入口合成气的组成满足(h2+co)/(h2+co+h2o+co2)的摩尔比不低于0.90。在上述方法中，优选地，所采用的含氧气体为纯氧，例如空分生产的纯氧。 在上述方法中，优选地，所述含CO2的气体为净化尾气。在上述方法中，优选地，所述催化转化炉出口处的合成气的温度为850_1050°C。在上述方法中，优选地，所述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，所述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、硅铝酸钾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，所述活性组分的含量为5-15wt%，所述助剂的含量为0.l_7wt%，余量为载体。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，所述竖炉尾气的冷却除尘净化中的净化为精脱硫处理，脱硫后得到的净化尾气的硫含量< lOppm。在上述方法中，优选地，所述竖炉还原尾气的精脱硫处理采用氧化锌脱硫剂。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，所述净化尾气在脱除CO2后再回用或用作燃料；优选地，脱除CO2的方法为胺法、变压吸附法或碳酸丙烯酯法。本专利技术还提供了一种利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的系统，其包括:氢气混合器、第一精脱硫塔、催化转化炉、气体混合器、竖炉、洗涤器、第二精脱硫塔、脱碳塔、加热器，其中:所述氢气混合器设有天然气输入口，并且其出口与所述第一精脱硫塔连接；该氢气混合器用于向天然气中加入氢气或含有氢气的尾气；所述第一精脱硫塔设有C02/H20入口，其出口与所述催化转化炉连接，并且，在第一精脱硫塔和催化转化炉的连接管道上设有其他气体输入管道；第一精脱硫塔用于对天然气进行精脱硫处理，C02/H20入口用于输入CO2和/或H2O以用于控制催化转化炉喷嘴处的火焰温度，其他气体输入管道用于输入净化尾气，以便使经过精脱硫处理的天然气与净化尾气混合得到原料混合气；所述气体混合器分别设有含氧气体入口和C02/H20入口，其出口与所述催化转化炉连接；气体混合器用于将含氧气体和CO2和/或H2O进行混合以用于控制催化转化炉喷嘴处的火焰温度；所述催化转化炉的出口与所述竖炉连接，用于将催化转化炉获得的高H2和CO浓度的合成气输入竖炉以作为还原气；所述竖炉设有球团矿入口、炉顶气出口和还原铁出口，其通过炉顶气出口与所述洗涤器连接；其中，球团矿入口用于向竖炉中输入铁矿，炉顶气出口用于将竖炉产生的炉顶气(还原尾气)输入洗涤器，还原铁出口用于将生产得到的直接还原铁输出；所述洗涤器与所述第二精脱硫塔连接，洗涤器用于对竖炉产生的还原尾气进行洗涤处理；所述第二精脱硫塔与所述脱碳塔连接，第二精脱硫塔用于对经过洗涤的还原尾气进行精脱硫处理，以得到净化尾气；所述脱碳塔设有还原气出口和CO2出口，并通过还原气出口与所述加热器连接，脱碳塔用于对净化尾气进行脱CO2处理，CO2出口用于排出脱除的CO2 ;还原气出口用于将脱碳后的净化尾气输入加热器，以便在加热后送入竖炉作为还原气参与还原反应；所述加热器与所述竖炉连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法，其包括以下步骤：对天然气进行精脱硫处理，使其含硫量≤10ppm；使精脱硫处理后的天然气与净化尾气混合成原料混合气，与含氧气体在催化转化炉的烧嘴出口处燃烧，控制火焰温度为1100?1800℃，得到高温混合气，其中，原料混合气和/或含氧气体中添加有CO2、含CO2的气体和/或水蒸汽；高温混合气与催化转化炉中的催化剂接触，使高温混合气中的烃类在催化剂上与CO2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，催化转化炉的出口处的合成气的温度控制为850?1050℃；使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，竖炉的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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