CN102268504B - 一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，a、将经过净化、加压的焦炉煤气输入煤气加湿器进行加湿，b、将加湿后的焦炉煤气输入煤气加热系统加热，c、将加热后的焦炉煤气输入低压竖炉还原铁矿石，并产生竖炉炉顶气；本工艺利用低压竖炉炉内还原出的新鲜海绵铁的催化作用，以及利用海绵铁和CH4的渗碳反应，使焦炉煤气中的CH4在竖炉内转化改质，生成CO和H2，避免了外部转化炉的投资和Ni基等贵重金属催化剂的消耗费用；采用低压竖炉可以避免高压竖炉的高压设备、高压密封等问题，同时，可放宽对H2/CO的限制，使工艺的投资、运行和灵活性获得较大的改善，且本工艺充分回收竖炉炉顶气的热能，运行成本低。

Description

一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺
技术领域
本发明涉及一种炼铁工艺，特别涉及一种利用焦化厂产生的焦炉煤气生产海绵铁的工艺。
背景技术
钢铁工业是国民经济的基础产业，也是我国能源资源消耗和污染排放的重点行业。为加快钢铁工业结构调整和产业升级，转变钢铁工业发展方式，促进节约、清洁和可持续发展，国家在《钢铁产业调整和振兴规划》中提出将“加强非高炉冶炼-炼钢、精炼-直接轧制全新流程清洁工艺技术研发和试验”等作为推进全行业节能减排的重点任务，全面推行清洁生产。
直接还原工艺作为典型的非高炉炼铁工艺，是实现钢铁生产短流程，即废钢/海绵铁(DRI)－电炉流程的重要环节。世界上主流的气基竖炉直接还原工艺是基于天然气为原料气开发的，我国的资源特点是多煤少天然气，因此，发展具有自主知识产权的，利用煤制气、焦炉煤气、煤层气及合成焦炉煤气加大型化竖炉的直接还原工艺是我国直接还原技术发展的主流方向。
焦炉煤气生产海绵铁属于较为前沿的新技术，国内外均有相应研究，但尚无实际装置投产。
对于焦炉煤气生产海绵铁，国外仅HYL公司提出利用焦炉煤气进高压竖炉(>0.6MPa(G))的HYL-ZR的工艺流程。但HYL-ZR工艺采用高压竖炉，存在高压设备和高压密封等问题，同时其对H2/CO比要求较为严格，通常要求>4，加之属于国外技术，牵涉到技术引进和专利费用，使得整个工艺路线的投资、运行费用较高。另外，竖炉操作压力过高，从平衡角度来讲，并不利于焦炉煤气中CH4的重整和渗碳反应，因为重整和渗碳反应均为压力增加的反应。
对于焦炉煤气生产海绵铁，国内公司也有过相应的研究，并提出了各自的工艺流程。其方法均是采用将竖炉炉顶气和焦炉煤气原料气混合后在高温转化炉中进行转化使CH4与H2O、CO2发生转化反应生成CO+H2的方式进行，此种方法需要转化炉，同时对H2/CO的比值要求较为严格，且甲烷转化需要如Ni基等贵重金属催化剂，投资、运行费用较高。
综上所述，目前国内外提出的利用焦炉煤气生产海绵铁的工艺流程，均存在各自的缺陷和不足，如要工业化，还需进一步改进。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对目前国内外利用焦炉煤气生产海绵铁的工艺流程存在的不足，从降低投资、经济节能以及技术可行的角度出发，提出了一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，该专利的发明目的如下：
1) 通过合理的流程配置和技术应用，使焦炉煤气或用于低压竖炉生产海绵铁。同时利用低压竖炉炉内还原出的新鲜海绵铁对CH4与CO2、H2O发生转化反应的催化作用，以及海绵铁和CH4的渗碳反应，使焦炉煤气中的CH4在竖炉内转化改质，生成CO和H2，补充还原反应损失的还原气，以避免外部转化炉的投资和Ni基等贵重金属催化剂的消耗费用。
2) 充分回收竖炉炉顶焦炉煤气的热能，以降低运行成本。
3) 利用产生的低压蒸汽对进入竖炉前的焦炉煤气进行加湿，为后续工序提供氧化剂，同时提高焦炉煤气温度，降低焦炉煤气加热的能源消耗。
本发明一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，包括以下步骤：
a、将经过净化、加压的焦炉煤气输入煤气加湿器进行加湿，
b、将加湿后的焦炉煤气输入煤气加热系统加热，
c、将加热后的焦炉煤气输入低压竖炉还原铁矿石，并产生竖炉炉顶气。
进一步，还包括步骤d：对步骤c中的竖炉炉顶气进行换热和除尘降温处理，将处理后的一部分竖炉炉顶气用作煤气输出，并对剩余部分竖炉炉顶气先进行加压和脱碳处理，然后再将其和步骤a中所述的经净化、加压的焦炉煤气一起输入煤气加湿器，并重复步骤a至c。
进一步，所述步骤c中的低压竖炉的操作压力为0.1～0.2MPa；
进一步，所述步骤a中的加湿采用的是低压蒸汽加湿，加湿的蒸汽按体积百分比计为焦炉煤气总量的3%～5%；
进一步，所述步骤b中焦炉煤气被加热至980～1000℃；
进一步，所述步骤b中的煤气加热系统的加热方式为：先由管式炉加热焦炉煤气至950℃后，再采用喷氧部分氧化的方式加热焦炉煤气至980～1000℃；或者所述步骤b中的煤气加热系统的加热方式为：采用热风炉将焦炉煤气加热至980～1000℃；
进一步，所述步骤b中的煤气加热系统利用步骤d中作为煤气输出的竖炉炉顶气进行加热；
进一步，所述步骤d中的竖炉炉顶气经换热器换热降温至150℃，并将换热器产生的1.3MPa、200℃的低压蒸汽输入步骤a中的煤气加湿器进行加湿；
进一步，所述步骤d中的除尘降温采用的是湿法洗涤除尘方式或干法布袋除尘加冷却喷淋方式；
进一步，所述步骤d中的脱碳采用的是真空变压吸附的方式。
本发明的有益效果：
1、本工艺利用低压竖炉炉内还原出的新鲜海绵铁对CH4与CO2、H2O发生转化反应的催化作用，以及利用海绵铁和CH4的渗碳反应，使焦炉煤气中的CH4在竖炉内转化改质，生成CO和H2，补充还原反应损失的还原气。采用低压竖炉可以避免高压竖炉的高压设备、高压密封等问题，同时，可放宽对H2/CO的限制，使工艺的投资、运行和灵活性获得较大的改善。另外，低压有利于CH4在低压竖炉内的转化反应和渗碳反应，且采用CH4在低压竖炉内转化改质生产CO和H2的方式，避免了外部转化炉的投资和Ni基等贵重金属催化剂的消耗费用。
2、本工艺中的竖炉炉顶气一部分作为还原气体被重复利用，节约了焦炉煤气的用量。
3、本工艺利用换热器吸收竖炉炉顶气的热能产生低压蒸汽，并利用低压蒸汽对进入竖炉前的焦炉煤气进行加湿；利用蒸汽加湿可为后续工序提供氧化剂，同时可提高焦炉煤气温度，降低焦炉煤气加热的能源消耗；另外，CH4与CO2的转化反应所需热量较与H2O的转化反应更高，利用蒸汽加湿的方式提供氧化剂，可降低后续转化反应所需热量，从而降低焦炉煤气加热的温度，同时还可增加后续工序还原气中的H2含量，H2还原铁矿石产生的H2O可通过洗涤洗掉，节省后端原料气加压功耗。本工艺充分回收竖炉炉顶气的热能，可很大的降低运行成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明工艺的工艺流程图。
具体实施方式
图1为本发明工艺的工艺流程图。
如图所示，本实施例一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a、将经过净化、加压的焦炉煤气输入煤气加湿器进行加湿，
b、将加湿后的焦炉煤气输入煤气加热系统加热，
c、将加热后的焦炉煤气输入低压竖炉还原铁矿石，并产生竖炉炉顶气。
本工艺利用低压竖炉炉内还原出的新鲜海绵铁对CH4与CO2、H2O发生转化反应的催化作用，以及利用海绵铁和CH4的渗碳反应，使焦炉煤气中的CH4在竖炉内转化改质，生成CO和H2，补充还原反应损失的还原气。采用低压竖炉可以避免高压竖炉的高压设备、高压密封等问题，同时，可放宽对H2/CO的限制，使工艺的投资、运行和灵活性获得较大的改善。另外，低压有利于CH4在低压竖炉内的转化反应和渗碳反应，且采用CH4在低压竖炉内转化改质生产CO和H2的方式，避免了外部转化炉的投资和Ni基等贵重金属催化剂的消耗费用。
作为对本实施方案的改进，还包括步骤d：对步骤c中的竖炉炉顶气进行换热和除尘降温处理，将处理后的一部分竖炉炉顶气用作煤气输出，并对剩余部分竖炉炉顶气先进行加压和脱碳处理，然后再将其和步骤a中所述的经净化、加压的焦炉煤气一起输入煤气加湿器，并重复步骤a至c。本工艺中的竖炉炉顶气被充分利用，有利于节约焦炉煤气的用量。本步骤中，竖炉炉顶气在进入换热器进行换热前可设置一道粗除尘步骤，可减小后续除尘降温装置的除尘量，有利于提高竖炉炉顶气的洁净度，当然在具体实施中也可只布置除尘降温这一道除尘工步。
作为对本实施方案的改进，所述步骤c中的低压竖炉的操作压力为0.1～0.2MPa。设备压力低，可以避免高压竖炉的高压设备、高压密封等问题。
作为对本实施方案的改进，所述步骤a中的加湿采用的是低压蒸汽加湿，加湿的蒸汽按体积百分比计为焦炉煤气总量的3%～5%，加湿后的焦炉煤气的温度约为70℃。利用蒸汽加湿的方式提供氧化剂，可降低后续转化反应所需热量，从而降低焦炉煤气加热的温度，同时还可增加后续工序还原气中的H2含量，有利于绿色冶金。
作为对本实施方案的改进，所述步骤b中焦炉煤气被加热至980～1000℃，在此温度范围内的还原效果最好。
作为对本实施方案的改进，所述步骤b中的煤气加热系统的加热方式为：先由管式炉加热焦炉煤气至950℃后，再采用喷氧部分氧化的方式加热焦炉煤气至980～1000℃。当然具体实施中还可采用其他加热方式，如采用热风炉将焦炉煤气加热至980～1000℃。
作为对本实施方案的改进，所述步骤b中的煤气加热系统利用步骤d中作为煤气输出的竖炉炉顶气进行加热；当然在具体实施中还可采用外部煤气进行加热，如高炉煤气、焦炉煤气等。
作为对本实施方案的改进，所述步骤d中的竖炉炉顶气经换热器换热降温至150℃，并将换热器产生的1.3MPa、200℃的低压蒸汽输入步骤a中的煤气加湿器进行加湿。本步骤充分利用了竖炉炉顶气的热量，有利于降低能耗，本实施例中的换热器采用的使热管换热器，换热效率高。
作为对本实施方案的改进，所述步骤d中的除尘降温采用的是湿法洗涤除尘方式，除尘降温同时完成，效率高；当然在具体实施中还可采用其他除尘降温方式，如干法布袋除尘加冷却喷淋方式。
作为对本实施方案的改进，所述步骤d中的脱碳采用的是真空变压吸附的方式，除尘效率高。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a、将经过净化、加压的焦炉煤气输入煤气加湿器进行加湿，
b、将加湿后的焦炉煤气输入煤气加热系统加热，
c、将加热后的焦炉煤气输入低压竖炉还原铁矿石，并产生竖炉炉顶气；
d、对步骤c中的竖炉炉顶气进行换热和除尘降温处理，将处理后的一部分竖炉炉顶气用作煤气输出，并对剩余部分竖炉炉顶气先进行加压和脱碳处理，然后再将其和步骤a中所述的经净化、加压的焦炉煤气一起输入煤气加湿器，并重复步骤a至c；
所述步骤a中的加湿采用的是低压蒸汽加湿，加湿的蒸汽按体积百分比计为焦炉煤气总量的3%～5%。
2.权利要求1所述的一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：所述步骤c中的低压竖炉的操作压力为0.1～0.2MPa。
3.权利要求1所述的一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：所述步骤b中焦炉煤气被加热至980～1000℃。
4.权利要求3所述的一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：所述步骤b中的煤气加热系统的加热方式为：先由管式炉加热焦炉煤气至950℃后，再采用喷氧部分氧化的方式加热焦炉煤气至980～1000℃；或者所述步骤b中的煤气加热系统的加热方式为：采用热风炉将焦炉煤气加热至980～1000℃。
5.权利要求1、3或4所述的一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：所述步骤b中的煤气加热系统利用步骤d中作为煤气输出的竖炉炉顶气进行加热。
6.权利要求1所述的一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：所述步骤d中的竖炉炉顶气经换热器换热降温至150℃，并将换热器产生的1.3MPa、200℃的低压蒸汽输入步骤a中的煤气加湿器进行加湿。
7.权利要求2所述的一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：所述步骤d中的除尘降温采用的是湿法洗涤除尘方式或干法布袋除尘加冷却喷淋方式。
8.权利要求2所述的一种焦炉煤气生产海绵铁的直接还原工艺，其特征在于：所述步骤d中的脱碳采用的是真空变压吸附的方式。
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