一種利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置。該裝置包括通過管路依序串接的瓦斯氣除塵器、第一脫硫塔、轉(zhuǎn)化爐與氣基豎爐，還包括設(shè)置在瓦斯氣除塵器與第一脫硫塔之間管路上的第一氣體混合器和/或設(shè)置在第一脫硫塔與轉(zhuǎn)化爐之間管路上的第二氣體混合器。應(yīng)用本實用新型的裝置，利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵，可提高瓦斯氣的利用價值和效率。
【專利說明】一種利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是關(guān)于一種利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]直接還原鐵(DRI)又稱海綿鐵，是一種不用高爐冶煉而得到的金屬鐵，生產(chǎn)DRI的工藝叫非高爐煉鐵工藝。DRI的生產(chǎn)工藝分煤基和氣基兩類。其中目前氣基法占DRI產(chǎn)量的90%，典型工藝是罐式法(HYL法)和豎爐法(Midrex法)，豎爐法采用豎型移動床還原反應(yīng)器，其主要分兩個部分:還原區(qū)，在高溫下還原氣體在該區(qū)中循環(huán)，800°C以上的氫氣和一氧化碳還原氧化鐵生成DRI，氫氣和一氧化碳生成水和二氧化碳；以及位于還原區(qū)下部的冷區(qū)，在DRI出料前，經(jīng)過在冷卻回路中循環(huán)的含氫氣和一氧化碳的冷卻氣體將冷卻區(qū)的DRI冷卻至環(huán)境溫度。
[0003]氣基法所用還原劑主要是天然氣，經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)化或部分氧化生產(chǎn)合成氣CCHH2，而中國天然氣價格昂貴，在東部沿海一些地區(qū)天然氣價格已達5元/m3，而采用大型煤氣化生產(chǎn)的精制合成氣價格也在0.8元/m3以上，因此尋找一條價格便宜的還原氣原料渠道是大力發(fā)展中國DRI生產(chǎn)所必須面對的問題。
[0004]煤層氣是儲存在煤層中的一種非常規(guī)天然氣(主要成分是甲烷)，也稱煤層吸附氣，是經(jīng)地殼運動被埋入地下億萬年前的古代植物在地熱和厭氧細菌的作用下與煤同時生成的，煤在開采過程中煤層氣與空氣混合形成瓦斯氣。瓦斯氣的瓦斯?jié)舛燃粗窩H4濃度，如某煤礦井下抽采的瓦斯氣組成為CH4約50%、O2約10%、N2約35%、CO約2%、CO2約3%。
[0005]瓦斯氣是一種易燃危險氣體，極易爆炸，因為甲烷的爆炸極限為5%?15%，因而限制了其的綜合利用。目前瓦斯氣主要用于發(fā)電，但由于受多種因素影響，發(fā)電的經(jīng)濟效益受到限制。大量的瓦斯氣仍然沒有充分利用而排放，造成溫室氣體的增加及資源的浪費。
[0006]CN1420077A公開了一種利用瓦斯氣生產(chǎn)合成氣的方法，其中通過向煤礦瓦斯氣中添加含氫的合成弛放氣，并經(jīng)過加氫脫氧過程，降低煤礦瓦斯氣中的氧含量；通過吸附過程排出煤礦瓦斯氣中的氮氣，制得富甲烷氣；再通過蒸汽轉(zhuǎn)化過程，制得合成氣。該方法主要是用于甲醇和二甲醚的合成。
[0007]經(jīng)查，未見有關(guān)將瓦斯氣用于還原鐵生產(chǎn)的工藝及流程的技術(shù)報道。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型的目的在于提供一種利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置，利用其高效且環(huán)保地利用瓦斯氣制備合成氣將鐵礦石還原成DRI。
[0009]為達到上述目的，本實用新型提供了一種利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置，其特征在于，該裝置包括通過管路依序串接的瓦斯氣除塵器、第一脫硫塔、轉(zhuǎn)化爐與氣基豎爐，還包括設(shè)置在瓦斯氣除塵器與第一脫硫塔之間管路上的第一氣體混合器和/或設(shè)置在第一脫硫塔與轉(zhuǎn)化爐之間管路上的第二氣體混合器；其中:
[0010]所述瓦斯氣除塵器設(shè)有瓦斯氣進口和除塵后瓦斯氣出口 ；該瓦斯氣除塵器是用于對瓦斯氣進行除塵等凈化處理，得到除塵后瓦斯氣；
[0011]所述第一氣體混合器設(shè)有除塵后瓦斯氣進口、天然氣進口和氣體出口，除塵后瓦斯氣進口與瓦斯氣除塵器的除塵后瓦斯氣出口連接；該第一氣體混合器是用于將除塵后瓦斯氣與天然氣混合，得到瓦斯氣與天然氣的混合氣；
[0012]所述第一脫硫塔設(shè)有待脫硫氣體進口和脫硫后氣體出口，待脫硫氣體進口與第一氣體混合器的混合氣體出口，或直接與瓦斯氣除塵器的除塵后瓦斯氣出口連接；該第一脫硫塔是用于對待脫硫氣體進行精脫硫以使所得脫硫氣體含硫量在Ippm以下；
[0013]所述第二氣體混合器脫硫氣體進口、蒸汽進口和混合氣體出口，脫硫氣體進口與第一脫硫塔的脫硫氣體出口連接；該第二氣體混合器是用于將上述脫硫氣體與蒸汽混合，得到脫硫氣體與蒸汽的混合氣；
[0014]所述轉(zhuǎn)化爐設(shè)有第一氣體進口、第二氣體進口以及轉(zhuǎn)化后得到的還原氣出口，第一氣體進口與第二混合氣的混合氣體出口連接，或直接與第一脫硫塔的脫硫氣體出口連接；該轉(zhuǎn)化爐是用于將來自第一脫硫塔的混合氣或第二混合器的混合氣與含氧氣體或CO2轉(zhuǎn)化為滿足氣基直接還原鐵要求的合成氣；
[0015]所述氣基豎爐設(shè)有還原氣進口、球團礦入口、爐頂氣出口和還原鐵出口，還原氣進口與轉(zhuǎn)化爐的還原氣出口連接；該氣基豎爐是用于利用還原氣及球團礦生產(chǎn)直接還原鐵，并產(chǎn)生爐頂氣。 [0016]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置中，所述轉(zhuǎn)化爐為非催化轉(zhuǎn)化爐或容置有催化劑的催化轉(zhuǎn)化爐。
[0017]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置還可包括第一換熱器，該第一換熱器根據(jù)需要設(shè)置在第一脫硫塔前、第二混合器前或轉(zhuǎn)化爐前的管路上，用于對進入第一脫硫塔、第二混合器前或轉(zhuǎn)化爐的氣體加熱至所需溫度。
[0018]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置還可進一步包括氣基豎爐的爐頂氣凈化循環(huán)系統(tǒng)，該爐頂氣凈化循環(huán)系統(tǒng)包括通過管路依序串接的洗滌塔、第二脫硫塔以及變壓吸附塔；其中:
[0019]所述洗滌塔設(shè)有爐頂氣進口以及洗滌后尾氣出口，爐頂氣進口與氣基豎爐的爐頂氣出口連接；該洗滌塔是用于對來自氣基豎爐的爐頂氣進行洗滌得到洗滌后尾氣；
[0020]所述第二脫硫塔設(shè)有洗滌后尾氣進口以及脫硫尾氣出口，洗滌后尾氣進口與洗滌塔的洗滌后尾氣出口連接；該第二脫硫塔主要是用于脫除洗滌后尾氣中的硫得到脫硫尾氣；
[0021]所述變壓吸附塔設(shè)有脫硫尾氣進口以及凈化尾氣出口，脫硫尾氣進口與第二脫硫塔的脫硫尾氣出口連接；該變壓吸附塔主要是用于通過變壓吸附脫除脫硫尾氣中的氮氣和二氧化碳得到凈化尾氣。
[0022]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置中，所述爐頂氣凈化循環(huán)系統(tǒng)還包括第二換熱器，第二換熱器設(shè)有凈化尾氣進口以及還原氣出口，凈化尾氣進口與變壓吸附塔的凈化尾氣出口連接；該第二換熱器是用于將凈化尾氣加熱至800~ΙΟΟΟ?后作為還原氣返回氣基豎爐用于生產(chǎn)直接還原鐵。更優(yōu)選地，是將凈化尾氣中的一部分用作燃料以加熱用于返回氣基豎爐的凈化尾氣(即，相應(yīng)地，所述爐頂氣凈化循環(huán)系統(tǒng)還包括用于將凈化尾氣中的一部分用作燃料以加熱用于返回氣基豎爐的凈化尾氣的管路)。
[0023]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置中，在轉(zhuǎn)化爐與氣基豎爐之間的管路上設(shè)置有用于混合合成氣及凈化尾氣的第三氣體混合器，用以將凈化尾氣與自轉(zhuǎn)化爐出來的合成氣混合后作為豎爐生產(chǎn)還原鐵的還原氣。
[0024]應(yīng)用本實用新型的裝置利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵，可以按照包括以下步驟的方法進行:
[0025]①將抽采出的瓦斯氣凈化后與蒸汽和/或天然氣混合形成混合氣，使其偏離爆炸極限；
[0026]②上述混合氣與含氧氣體或者與CO2在轉(zhuǎn)化爐中發(fā)生轉(zhuǎn)化，生成含H2、CO和N2的合成氣；
[0027]③使含H2XC^PN2的合成氣作為全部或部分還原氣進入氣基豎爐還原氧化鐵生成還原鐵。
[0028]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，上述方法中，步驟①的混合氣中水蒸汽與甲烷的摩爾比≤0.1。
[0029]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，上述方法中，步驟②中是根據(jù)混合氣中CH4含量選擇該混合氣與含氧氣體 或是與CO2混合發(fā)生轉(zhuǎn)化；優(yōu)選地，當混合氣中CH4含量低于35%時是將混合氣與CO2混合發(fā)生催化轉(zhuǎn)化。
[0030]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，上述方法中，步驟②中:混合氣與含氧氣體在轉(zhuǎn)化爐中的轉(zhuǎn)化是混合氣與含氧氣體在轉(zhuǎn)化爐燒嘴出口處部分燃燒，燃燒時控制火焰溫度為900~1700°C，從而使混合氣中的甲烷與氧或水蒸汽在高溫下發(fā)生轉(zhuǎn)化，生成含H2、C0和N2的合成氣；其中，控制合成氣在轉(zhuǎn)化爐出口處溫度為850~1300°C、壓力為0.1~0.5MPa。優(yōu)選地，所述含氧氣體為空分氧氣。燃燒時的火焰溫度是通過調(diào)節(jié)步驟①中與瓦斯氣混合的蒸汽和/或天然氣的量而控制。
[0031]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，上述方法中，步驟②中:混合氣與CO2在轉(zhuǎn)化爐中的轉(zhuǎn)化是在催化劑的作用下進行，生成含H2XC^PN2的合成氣；控制合成氣在轉(zhuǎn)化爐出口處溫度為850~1300°C、壓力為0.1~0.5MPa ;優(yōu)選地，所述催化劑為載體擔載活性組分組成，其中的活性組分為鎳，載體為氧化鋁、鋁酸鈣、鎂鋁尖晶石和硅鋁酸鉀中的一種或兩種以上的組合；優(yōu)選以催化劑的總重量計，活性組分鎳的含量為10~30%，載體為70~90%。
[0032]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，上述方法中，進入豎爐的合成氣的組成滿足(h2+co) / (H2+C0+H20+C02)的摩爾比不小于 0.90。
[0033]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，上述方法中，氣基豎爐內(nèi)產(chǎn)生爐頂氣，該爐頂氣引出氣基豎爐后經(jīng)冷卻，除塵，脫硫，脫N2XO2優(yōu)選采用變壓吸附法脫除爐頂氣中的N2、C02，得到凈化尾氣，所述凈化尾氣采用以下一種或多種方式進行使用:
[0034]凈化尾氣充當轉(zhuǎn)化爐出口的含H2XC^PN2的合成氣的調(diào)溫氣與轉(zhuǎn)化爐出口合成氣直接混合以調(diào)轉(zhuǎn)化爐出口合成氣溫度優(yōu)選為900-950°C后進入豎爐；
[0035]凈化尾氣被加熱到800~1000°C與含H2、CO和N2的合成氣混合直接作為還原氣進入豎爐；[0036]凈化尾氣用作燃料用于加熱；優(yōu)選是將凈化尾氣中的一部分用作燃料以加熱用于返回氣基豎爐的凈化尾氣。
[0037]本實用新型中，所述的豎爐具體為豎型移動床反應(yīng)器，可以是目前生產(chǎn)還原鐵常用的設(shè)備，例如Midrex高溫氣基還原鐵豎爐、HyL高溫氣基還原鐵豎爐等。
[0038]本實用新型中所用的其他設(shè)備包括除塵器、脫硫塔、換熱器(加熱器)、氣體混合氣、轉(zhuǎn)化爐、洗滌塔、變壓吸附塔等均可以采用所屬領(lǐng)域的常規(guī)設(shè)備，只要能實現(xiàn)本實用新型中所述的功能即可。
[0039]綜上所述，本實用新型提供了一種高效利用瓦斯氣裝置，應(yīng)用該裝置，通過利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵，既充分利用了這一資源又提高了瓦斯氣利用的經(jīng)濟效益。因為瓦斯氣經(jīng)過蒸汽或其它含甲烷氣體的稀釋使之處于爆炸極限之外，使爆炸可能性得于最大限度的排除。在豎爐出口尾氣中用PSA脫除氮氣，也避免了 PSA尾氣中CH4在爆炸極限范圍內(nèi)的可能性。脫除N2的豎爐尾氣再與轉(zhuǎn)化爐出口的合成氣混合，可最大限度地降低進豎爐合成氣中的氮氣含量，使豎爐的生產(chǎn)效率基本不受影響，從而極大地提高了瓦斯氣的利用價值和效率，達到了以天然氣為原料生產(chǎn)還原鐵的效果和目標。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1:本實用新型一具體實施例的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖2:本實用新型另一具體實施例的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖3:甲烷含量約50%的中氮瓦斯氣補天然氣非催化部分氧化結(jié)合還原尾氣變壓吸附分離N2和CO2生產(chǎn)DRI還原氣流程圖。
[0043]圖4:甲烷含量約20%的高氮瓦斯氣補天然氣非催化部分氧化結(jié)合還原尾氣變壓吸附分離N2和CO2生產(chǎn)DRI還原氣流程圖。
[0044]圖5:甲烷含量約20%的高氮瓦斯氣補天然氣催化轉(zhuǎn)化結(jié)合還原尾氣變壓吸附分離N2和CO2生產(chǎn)DRI還原氣流程圖。
[0045]圖6:甲烷含量約80%的低氮瓦斯氣不補天然氣非催化部分氧化結(jié)合還原尾氣變壓吸附分離N2和CO2生產(chǎn)DRI還原氣流程圖。
【具體實施方式】
[0046]以下通過具體實施例并結(jié)合附圖詳細說明本實用新型的實施過程和所能產(chǎn)生的有益效果，旨在幫助閱讀者更好地理解本實用新型的實質(zhì)和特點，不作為對本實用新型可實施范圍的限定。
[0047]實施例1
[0048]請參見圖1所示，本實施例中提供了一種利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置，該裝置主要包括通過管路依序串接的瓦斯氣除塵器1、第一脫硫塔2、轉(zhuǎn)化爐3與氣基豎爐4等設(shè)備，還包括設(shè)置在瓦斯氣除塵器I與第一脫硫塔2之間管路上的第一氣體混合器5和/或設(shè)置在第一脫硫塔2與轉(zhuǎn)化爐3之間管路上的第二氣體混合器6。其中:
[0049]所述瓦斯氣除塵器I設(shè)有瓦斯氣進口和除塵后瓦斯氣出口 ；該瓦斯氣除塵器是用于對瓦斯氣進行除塵等凈化處理，得到除塵后瓦斯氣；
[0050]所述第一氣體混合器5設(shè)有除塵后瓦斯氣進口、天然氣進口和氣體出口 ；該第一氣體混合器是用于將除塵后瓦斯氣與天然氣混合，得到瓦斯氣與天然氣的混合氣；
[0051]所述第一脫硫塔2設(shè)有待脫硫氣體進口和脫硫后氣體出口，待脫硫氣體進口與第一氣體混合器的混合氣體出口，或直接與瓦斯氣除塵器的除塵后瓦斯氣出口連接(在未設(shè)置第一氣體混合器的情況下)；該第一脫硫塔是用于對待脫硫氣體(上述除塵后瓦斯氣或者上述瓦斯氣與天然氣的混合氣作為待脫硫氣體)進行精脫硫以使所得脫硫氣體含硫量在Ippm以下；
[0052]所述第二氣體混合器6脫硫氣體進口、蒸汽進口和混合氣體出口 ；該第二氣體混合器是用于將上述脫硫氣體(脫硫后的瓦斯氣、或者脫硫后的瓦斯氣與天然氣的混合氣)與蒸汽混合，得到脫硫氣體與蒸汽的混合氣；
[0053]所述轉(zhuǎn)化爐3設(shè)有第一氣體進口、第二氣體進口以及轉(zhuǎn)化后得到的還原氣出口，第一氣體進口與第二混合氣的混合氣體出口連接，或直接與第一脫硫塔的脫硫氣體出口連接(在未設(shè)置第二氣體混合器的情況下)；該轉(zhuǎn)化爐是用于將來自第一脫硫塔的混合氣或第二混合器的混合氣(即，瓦斯氣與蒸汽和/或天然氣的混合氣)與含氧氣體或CO2轉(zhuǎn)化為滿足氣基直接還原鐵要求的合成氣，該合成氣是作為生產(chǎn)還原鐵的還原氣，因此本實用新型中亦稱為還原氣；具體地，該轉(zhuǎn)化爐為非催化轉(zhuǎn)化爐(混合氣與含氧氣體在轉(zhuǎn)化爐燒嘴出口處部分燃燒轉(zhuǎn)化，生成含H2、C0和N2的合成氣)或容置有催化劑的催化轉(zhuǎn)化爐(混合氣與CO2在催化劑作用下發(fā)生轉(zhuǎn)化，生成含H2、CO和N2的合成氣)；
[0054]所述氣基豎爐4設(shè)有還原氣進口、球團礦入口、爐頂氣出口和還原鐵出口，還原氣進口與轉(zhuǎn)化爐的還原氣出口連接；該氣基豎爐是用于利用還原氣及球團礦生產(chǎn)直接還原鐵，并產(chǎn)生爐頂氣；
[0055]本實用新型的裝置還進一步包括第一換熱器7，該第一換熱器根據(jù)需要設(shè)置在第一脫硫塔前(圖1、圖2、圖3)、第二混合器前(圖4、圖6)或轉(zhuǎn)化爐前(圖5)的管路上，用于對進入第一脫硫塔、第二混合器前或轉(zhuǎn)化爐的氣體加熱至所需溫度。
[0056]本實施例的裝置主要是用于利用瓦斯氣制合成氣并生產(chǎn)還原鐵，具體操作時，可按照以下步驟進行:
[0057]①將抽采出的瓦斯氣引入除塵氣除塵后，進入第一脫硫塔或根據(jù)需要與蒸汽在第一混合器混合后進入第一脫硫塔脫硫，再根據(jù)需要與天然氣在第二混合器中混合，得到瓦斯氣與蒸汽和/或天然氣的混合氣；
[0058]該過程中，控制混合氣偏離爆炸極限；
[0059]優(yōu)選地，控制混合氣中水蒸汽與甲烷的摩爾比≤0.1 ；
[0060]優(yōu)選地,脫硫后氣體含硫量≤Ippm ；
[0061]②上述混合氣與含氧氣體或者與CO2在轉(zhuǎn)化爐中發(fā)生轉(zhuǎn)化，生成含H2、CO和N2的合成氣；
[0062]具體地，是根據(jù)混合氣中CH4含量選擇該混合氣與含氧氣體或是與CO2混合發(fā)生轉(zhuǎn)化；當混合氣中CH4含量低于35%時優(yōu)選是將混合氣與CO2混合發(fā)生催化轉(zhuǎn)化；
[0063]具體地，混合氣與含氧氣體在轉(zhuǎn)化爐中的轉(zhuǎn)化是在非催化轉(zhuǎn)化爐中進行，混合氣與含氧氣體在轉(zhuǎn)化爐燒嘴出口處部分燃燒，燃燒時控制火焰溫度為900~1700°C (火焰溫度通過調(diào)節(jié)步驟①中與瓦斯氣混合的蒸汽和/或天然氣的量而控制)，從而使混合氣中的甲烷與氧或水蒸汽在高溫下發(fā)生轉(zhuǎn)化，生成含H2、CO和N2的合成氣；其中，控制燃燒時火焰溫度和進入燒嘴處的物料壓力而使合成氣在轉(zhuǎn)化爐出口處溫度為850~1300°C、壓力為
0.1~0.5MPa ;優(yōu)選地,所述含氧氣體為空分氧氣；
[0064]具體地，混合氣與CO2在轉(zhuǎn)化爐中的轉(zhuǎn)化是在催化轉(zhuǎn)化爐中進行，在催化劑的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)化，生成含H2XC^PN2的合成氣；控制燃燒時火焰溫度和進入燒嘴處的物料壓力而使合成氣在轉(zhuǎn)化爐出口處溫度為850~1300°C、壓力為0.1~0.5MPa ;優(yōu)選地，所述催化劑為載體擔載活性組分組成，其中的活性組分為鎳，載體為氧化鋁、鋁酸鈣、鎂鋁尖晶石和硅鋁酸鉀中的一種或兩種以上的組合；優(yōu)選以催化劑的總重量計，活性組分鎳的含量為10~30%,載體為70~90% ；
[0065]③使含 H2、⑶和N2的合成氣作為還原氣進入氣基豎爐還原氧化鐵生成還原鐵。優(yōu)選地，控制進氣基豎爐的還原氣溫度為900-950°C。
[0066]實施例2
[0067]請參見圖2所示，與圖1所示的裝置相比，本實用新型的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置還可進一步包括氣基豎爐的爐頂氣凈化系統(tǒng)8 (參見圖2中虛線框所示部分)，該爐頂氣凈化系統(tǒng)8包括通過管路依序串接的洗滌塔81、第二脫硫塔82、變壓吸附塔83 ;其中:
[0068]所述洗滌塔81設(shè)有爐頂氣進口以及洗滌后尾氣出口，爐頂氣進口與氣基豎爐4的爐頂氣出口連接；該洗滌塔是用于對來自氣基豎爐的爐頂氣進行洗滌(主要是除塵)得到洗滌后尾氣；
[0069]所述第二脫硫塔82設(shè)有洗滌后尾氣進口以及脫硫尾氣出口，洗滌后尾氣進口與洗滌塔的洗滌后尾氣出口連接；該第二脫硫塔主要是用于脫除洗滌后尾氣中的硫得到脫硫尾氣；
[0070]所述變壓吸附塔83設(shè)有脫硫尾氣進口以及凈化尾氣出口，脫硫尾氣進口與第二脫硫塔的脫硫尾氣出口連接；該變壓吸附塔主要是用于通過變壓吸附(PSA)脫除脫硫尾氣中的氮氣、二氧化碳得到凈化尾氣。
[0071]本實用新型中，更優(yōu)選地，可采用以下方式對凈化尾氣進行利用:
[0072]凈化尾氣被加熱到800~1000°C與含H2、CO和N2的合成氣混合直接作為還原氣進入豎爐。請參見圖2所示，根據(jù)該優(yōu)選方案，本實用新型的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置中，所述的爐頂氣凈化系統(tǒng)8 (或稱爐頂氣凈化循環(huán)系統(tǒng))還進一步包括第二換熱器84。第二換熱器84設(shè)有凈化尾氣進口以及還原氣出口，凈化尾氣進口與變壓吸附塔的凈化尾氣出口連接；該第二換熱器是用于將凈化尾氣加熱至800~KKKTC后作為還原氣返回氣基豎爐用于生產(chǎn)直接還原鐵，如圖所示，爐頂氣凈化循環(huán)系統(tǒng)還包括連通第二換熱器的還原氣出口與氣基豎爐的管路，以將來自第二換熱器的加熱氣體作為還原氣返回氣基豎爐。第二換熱器的熱源可以是來自部分的凈化尾氣(凈化尾氣中的一部分用作燃料以加熱用于返回氣基豎爐的凈化尾氣)。
[0073]本實用新型中，凈化尾氣也可充當轉(zhuǎn)化爐出口的含H2XC^PN2的合成氣的調(diào)溫氣，與含h2、CO和隊的合成氣混合(可根據(jù)需要在轉(zhuǎn)化爐與氣基豎爐之間的管路上設(shè)置用于混合合成氣及凈化尾氣的第三氣體混合器，參見圖4、圖5)以調(diào)轉(zhuǎn)化爐出口合成氣溫度為900-950°C后進入豎爐。
[0074]圖2所示利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置及利用該裝置生產(chǎn)還原鐵的工藝流程的其他部分與實施例1相同。
[0075]實施例3
[0076]本實施例提供一種甲烷含量約50%的中氮瓦斯氣補天然氣和蒸汽非催化部分氧化制合成氣結(jié)合還原尾氣變壓吸附分離N2和CO2生產(chǎn)DRI的工藝，請參見圖3所示。
[0077]原料煤礦瓦斯氣10000Nm3/h，其中甲烷約50%，氧氣約10%，氮氣約37%，少量CO2等，總硫含量低于150mg/Nm3 ;原料經(jīng)除塵后，混合5000Nm3/h天然氣，換熱升溫至350°C，壓力0.7MPa，進入中溫氧化鋅精脫硫反應(yīng)器，采用兩個反應(yīng)器，中溫氧化鋅精脫硫劑(東營科爾特新材料公司生產(chǎn))20m3，一開一再生；經(jīng)精脫硫反應(yīng)器的混合氣總硫小于0.lppm，然后與350°C過熱蒸汽560Nm3/h混合，蒸汽與甲烷比值約0.06 ;空分純氧5040Nm3/h經(jīng)換熱升溫至350°C，在壓力0.7MPa下，原料氣與氧氣兩股氣流進入轉(zhuǎn)化爐(轉(zhuǎn)化反應(yīng)器)控制噴嘴處溫度1460°C進行絕熱非催化部分氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化反應(yīng)器出口溫度約1060°C，壓力0.4MPa，產(chǎn)品合成氣流量34530Nm3/h，此合成氣中(H2+C0) / (H2+C0+H20+C02)為0.90，指標滿足氣基直接還原鐵要求，可直接用于還原鐵生產(chǎn)。該工藝制造的還原合成氣溫度高達1060°C，可以進入Midrex類型氣基還原鐵豎爐生產(chǎn)。
[0078]使用34530Nm3/h的還原氣可生產(chǎn)直接還原鐵約20t/h，還原鐵后的干基還原尾氣約24860Nm3/h。該氣體氮氣含量高,約15%。經(jīng)過冷卻、洗滌、壓縮、精脫硫(使總硫含量低于0.1ppm)后，采用變壓吸附法脫氮和脫碳。脫除出的含氮和二氧化碳尾氣進入鍋爐燃燒后凈化達標排 放。
[0079]脫氮脫碳后的凈化尾氣約16574Nm3/h，含水和二氧化碳很低，(H2+C0) /(H2+C0+H20+C02)≥0.95，是優(yōu)質(zhì)的氣基還原鐵還原氣?？梢允褂闷渲?660Nm3/h作為燃料將另外的14914Nm3/h的氣體加熱到約900°C，然后與非催化部分氧化的產(chǎn)品氣混合作為豎爐還原氣，也可以直接進入豎爐作為還原氣。由此增產(chǎn)還原鐵約10t/h，實現(xiàn)還原鐵尾氣的充分利用。
[0080]實施例4
[0081]本實施例提供一種甲烷含量約20%的高氮瓦斯氣補天然氣和蒸汽非催化部分氧化制合成氣結(jié)合還原尾氣變壓吸附分離N2和CO2生產(chǎn)DRI的工藝，請參見圖4所示。
[0082]原料煤礦瓦斯氣8000Nm3/h，其中甲烷約20%，空氣約80%，總硫含量低于50mg/Nm3 ;原料經(jīng)除塵后，混合1000ONmVh的天然氣，采用吸附脫硫，精脫硫劑為含約20%氧化鎳的氧化鋅精脫硫劑(東營科爾特新材料公司生產(chǎn)，預(yù)先使用氫氣在450°C對脫硫劑進行活化還原)，一開一再生，各裝吸附脫硫劑20立方米，出精脫硫反應(yīng)器的凈化氣體總硫小于
0.5ppm,然后,將混合氣換熱升溫至600°C,壓力0.8MPa,與過熱蒸汽650Nm3/h混合。混合其中的蒸汽與甲烷比值約0.06 ;空分純氧5750Nm3/h經(jīng)換熱升溫至600°C，在壓力0.8MPa下，混合好的原料氣與空分氧氣兩股氣流進入轉(zhuǎn)化反應(yīng)器(轉(zhuǎn)化爐)控制噴嘴處溫度1650°C進行絕熱非催化部分氧化反應(yīng)，控制轉(zhuǎn)化反應(yīng)器出口溫度約1265°C，壓力0.5MPa，產(chǎn)品合成氣流量40556Nm3/h，此合成氣中(H2+C0) / (H2+C0+H20+C02)為0.90，指標滿足氣基直接還原鐵要求，可直接用于還原鐵生產(chǎn)。
[0083]為了充分利用高溫合成氣的顯熱，可以將進還原鐵豎爐出來經(jīng)除塵、脫硫、脫氮和脫碳凈化后的19060Nm3/h常溫氣與轉(zhuǎn)化爐出口氣混合，混合氣溫度可達到約910°C，(H2+CO)/(H2+C0+H20+C02)可以提高到0.93以上，混合氣后的高溫合成氣總量為59616Nm3/h,直接用于Midrex豎爐生產(chǎn)還原鐵可以達到約35t/h。實現(xiàn)的高溫合成氣顯熱的有效利用和還原尾氣的循環(huán)利用。
[0084]實施例5
[0085]本實施例提供一種甲烷含量約20%的高氮瓦斯氣補天然氣和蒸汽催化轉(zhuǎn)化制合成氣結(jié)合還原尾氣變壓吸附分離N2和CO2生產(chǎn)DRI的工藝，請參見圖5所示。
[0086]原料煤礦瓦斯氣12000Nm3/h，其中甲烷約20%，空氣約80%，總硫含量低于60mg/Nm3 ;原料經(jīng)除塵后，混合8000Nm3/h的天然氣，采用吸附脫硫，精脫硫劑為含約20%氧化鎳的氧化鋅精脫硫劑(東營科爾特新材料公司生產(chǎn)，預(yù)先使用氫氣在450°C對脫硫劑進行活化還原)，一開一再生，各裝吸附脫硫劑30m3，出精脫硫反應(yīng)器的凈化氣體總硫小于0.5ppm，然后，將混合氣配入3000Nm3/h的蒸汽，換熱升溫至550°C，在壓力0.8MPa下，與3000Nm3/h的CO2混合，混合氣進行外部加熱的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，催化轉(zhuǎn)化爐中的催化劑的活性組分為鎳，載體為氧化鋁，優(yōu)選以該催化劑的總重量計，所述活性組分鎳的含量為10~30%，載體氧化鋁為70~90%，轉(zhuǎn)化反應(yīng)爐出口溫度約900°C，壓力0.3MPa，產(chǎn)品合成氣流量42810Nm3/h，此合成氣中(H2+C0)/(H2+C0+H20+C02)為0.96，指標滿足氣基直接還原鐵要求，可直接用于還原鐵生產(chǎn)。
[0087]還原鐵豎爐出來的氣體N2和CO2含量高達約40%。經(jīng)除塵、脫硫、脫氮和脫碳凈化后的 20000Nm3/h 常溫氣，(H2+C0)/(H2+C0+H20+C02)可以提高到 0.93 以上，采用其中 2000Nm3/h將另外18000Nm3/h加熱到900°C，與轉(zhuǎn)化的合成氣混合后可以將有效氣(H2+C0)含量提高7%，(H2+C0) / (H2+C0+H20+C02)比值約 0.95，總量為 60810Nm3/h 的還原氣，直接用于 Midrex豎爐生產(chǎn)還原鐵可以達到約35t/h。實現(xiàn)這兩部分氣體的有效利用。
[0088]實施例6
[0089]本實施例提供一種甲烷含量約80%的低氮瓦斯氣不補天然氣補蒸汽非催化部分氧化制合成氣結(jié)合還原尾氣變壓吸附分離N2和CO2生產(chǎn)DRI的工藝，參見圖6所示。
[0090]原料煤礦瓦斯氣15000Nm3/h，其中甲烷約80%，空氣約20%，少量CO2等，總硫含量低于100mg/Nm3 ;原料經(jīng)除塵后，進入常溫氧化鐵脫硫反應(yīng)器，采用兩個反應(yīng)器，常溫氧化鐵脫硫劑(東營科爾特新材料公司生產(chǎn))30m3，一開一再生；經(jīng)脫硫反應(yīng)器的凈化氣體總硫小于lppm,然后預(yù)熱到450°C,與過熱蒸汽600Nm3/h混合,蒸汽與甲燒比值約0.05 ;空分純氧6000Nm3/h經(jīng)換熱升溫至450°C，在壓力0.7MPa下，原料氣與氧氣兩股氣流進入轉(zhuǎn)化爐控制噴嘴處溫度1350°C進行絕熱非催化部分氧化反應(yīng)，且控制轉(zhuǎn)化反應(yīng)器出口溫度約950°C，壓力0.3MPa，產(chǎn)品合成氣流量38616Nm3/h，此合成氣中(H2+C0) / (H2+C0+H20+C02)為0.93，指標滿足氣基直接還原鐵要求，可直接用于Midrex類型氣基還原鐵豎爐進行還原鐵生產(chǎn)。
[0091]使用此38616Nm3/h的還原氣可生產(chǎn)直接還原鐵約23t/h，還原鐵后的干基還原尾氣約27030Nm3/h。經(jīng)過冷卻、洗滌、壓縮后進行精脫硫，使總硫含量低于lppm。該氣體氮氣含量約7.4%，不需要采用脫氮工藝?？梢圆捎米儔何椒撎?，然后脫碳凈化尾氣氮氣含量 9.3%，流量約 21760Nm3/h，含水和二氧化碳很低，(H2+C0)/(H2+C0+H20+C02)≥ 0.95，利用其中2200Nm3/h作為燃料加熱其余19560Nm3/h的脫碳凈化氣加熱到約910°C，直接進入豎爐作為還原氣。由此增產(chǎn)還原鐵約12t/h，實現(xiàn)還原鐵尾氣的充分利用。
【權(quán)利要求】
1.一種利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置，其特征在于，該裝置包括通過管路依序串接的瓦斯氣除塵器、第一脫硫塔、轉(zhuǎn)化爐與氣基豎爐，還包括設(shè)置在瓦斯氣除塵器與第一脫硫塔之間管路上的第一氣體混合器和/或設(shè)置在第一脫硫塔與轉(zhuǎn)化爐之間管路上的第二氣體混合器；其中: 所述瓦斯氣除塵器設(shè)有瓦斯氣進口和除塵后瓦斯氣出口； 所述第一氣體混合器設(shè)有除塵后瓦斯氣進口、天然氣進口和氣體出口，除塵后瓦斯氣進口與瓦斯氣除塵器的除塵后瓦斯氣出口連接； 所述第一脫硫塔設(shè)有待脫硫氣體進口和脫硫氣體出口，待脫硫氣體進口與第一氣體混合器的混合氣體出口，或直接與瓦斯氣除塵器的除塵后瓦斯氣出口連接； 所述第二氣體混合器脫硫氣體進口、蒸汽進口和混合氣體出口，脫硫氣體進口與第一脫硫塔的脫硫氣體出口連接； 所述轉(zhuǎn)化爐設(shè)有第一氣體進口、第二氣體進口以及轉(zhuǎn)化后得到的還原氣出口，第一氣體進口與第二混合氣的混合氣體出口連接，或直接與第一脫硫塔的脫硫氣體出口連接； 所述氣基豎爐設(shè)有還原氣進口、球團礦入口、爐頂氣出口和還原鐵出口，還原氣進口與轉(zhuǎn)化爐的還原氣出口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化爐為非催化轉(zhuǎn)化爐或容置有催化劑的催化轉(zhuǎn)化爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置，其特征在于，該裝置還包括第一換熱器，該第一換熱器根據(jù)需要設(shè)置在第一脫硫塔前、第二混合器前或轉(zhuǎn)化爐前的管路上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置，其特征在于，該裝置進一步包括氣基豎爐的爐頂氣凈化循環(huán)系統(tǒng)，該爐頂氣凈化循環(huán)系統(tǒng)包括通過管路依序串接的洗滌塔、第二脫硫塔以及變壓吸附塔；其中: 所述洗滌塔設(shè)有爐頂氣進口以及洗滌后尾氣出口，爐頂氣進口與氣基豎爐的爐頂氣出口連接； 所述第二脫硫塔設(shè)有洗滌后尾氣進口以及脫硫尾氣出口，洗滌后尾氣進口與洗滌塔的洗滌后尾氣出口連接； 所述變壓吸附塔設(shè)有脫硫尾氣進口以及凈化尾氣出口，脫硫尾氣進口與第二脫硫塔的脫硫尾氣出口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置，其特征在于，所述爐頂氣凈化循環(huán)系統(tǒng)還包括第二換熱器，第二換熱器設(shè)有凈化尾氣進口以及還原氣出口，凈化尾氣進口與變壓吸附塔的凈化尾氣出口連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置，其特征在于，所述爐頂氣凈化循環(huán)系統(tǒng)還包括用于將凈化尾氣中的一部分用作燃料以加熱用于返回氣基豎爐的凈化尾氣的管路。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用瓦斯氣制合成氣生產(chǎn)還原鐵的裝置，其特征在于，該裝置中，在轉(zhuǎn)化爐與氣基豎爐之間的管路上設(shè)置有用于混合合成氣及凈化尾氣的第三氣體混合器。
【文檔編號】C21B13/02GK203794927SQ201420081575
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】周紅軍, 余長春, 李然家, 周廣林, 吳全貴 申請人:中國石油大學(xué)(北京), 北京中石大新能源研究院有限公司