CN103276133B - 一种用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法，包括：竖炉排出的炉顶气经水洗、压缩后，分成三部分：气体1、气体2和气体3；气体1与天然气混合，经预热器预热后，进入加热炉加热，气体2通入加热炉中作燃料；加热后的气体与氧气、水蒸汽进入部分氧化器进行氧化重整反应，生成高温还原气；将高温还原气与经过脱硫脱碳的气体3混合，进入竖炉还原铁氧化球团；铁氧化球团还原后得到直接还原铁，经竖炉冷却段冷却后排出。应用本发明无需造价昂贵的重整炉，降低了成本；无需镍催化剂，矿石和天然气中的硫含量没有严格的限制；炉顶气得到高效、灵活利用，能源利用效率高。
Description
技术领域
本发明涉及化学冶金领域，具体涉及一种用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法。
背景技术
直接还原铁（DRI），是铁矿石在低于熔化温度下直接还原得到的含铁产品。直接还原铁化学成分稳定，杂质含量少，是废钢的替代品之一，是电炉炼纯净钢、优质钢不可缺少的杂质稀释剂，是转炉炼钢优质的冷却剂，是发展钢铁冶金短流程不可或缺的原料。2011年全世界直接还原铁的产量达7330万吨，创历史新高。直接还原铁已列为我国钢铁工业发展的主要方向之一。
生产直接还原铁的工艺方法称为直接还原法，属于非高炉炼铁工艺，分为气基法和煤基法两大类。目前，世界范围内，约76%的直接还原铁是通过气基法生产。气基法以MIDREX法和HYL法为主，所占的比例分别约为79%和20%。
MIDREX法以天然气为原料气，用炉顶气作为转化剂，经重整制成高品质的还原气。炉顶气经降温除尘，其中60～70%压缩后与天然气按化学反应当量混合，与重整炉烟气在预热器内换热，然后通过装有镍催化剂的重整炉。在重整炉内，天然气与炉顶气中的CO2和H2O发生重整反应，得到850～900℃的还原气送入竖炉。含铁的氧化球团或块矿在竖炉内经还原气还原，得到产品直接还原铁，在竖炉底部冷却段冷却后出炉。冷却段的冷却气在循环系统由水洗塔水洗和压缩机提压后，返回竖炉循环使用。竖炉炉顶气部分作为转化剂使用，部分作为重整炉的燃料。然而该方法重整炉造价昂贵，维护成本较高；硫会导致重整炉内的重整催化剂中毒，因此，矿石和煤气中硫含量要求严格。
HYL-Ⅲ法以天然气和部分炉顶气为燃料，通过原料天然气、转化剂水蒸汽在重整炉内的催化重整反应制取还原气。由重整炉制取的还原气，通过热量回收装置生产水蒸汽、水洗冷却装置降温除水后，与部分水洗冷却、脱硫脱碳的炉顶气混合；混合气经加热炉加热至900～950℃后通入竖炉还原氧化球团或块矿。然而该方法不仅重整炉造价昂贵，维护成本较高；而且由转化炉制取的高温还原气，需冷却除水以降低氧化度后、再加热升温，工艺上不太合理，能量浪费大。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供造价低的直接还原铁方法，特别是一种用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法，包括：
步骤1、竖炉排出的炉顶气经水洗、压缩后，分成三部分：气体1、气体2和气体3；
步骤2、气体1与天然气混合，经预热器预热后，进入加热炉加热；气体2通入加热炉中作燃料；
步骤3、加热后的混合气体与氧气、水蒸汽进入部分氧化器进行氧化重整反应，生成高温还原气；
步骤4、高温还原气与经过脱硫脱碳的气体3混合，进入竖炉还原铁氧化球团；
步骤5、铁氧化球团还原后得到直接还原铁，经竖炉冷却段冷却后排出。
所述气体1的体积量为水洗压缩后炉顶气的0-15%，所述气体2体积量为水洗压缩后炉顶气的30-40%，所述气体3体积量为水洗压缩后炉顶气的45-70%。
所述步骤2中加热炉中气体2燃烧后产生的烟气通入预热炉对天然气和气体1的混合气体进行预热。
所述步骤2中气体1与天然气的混合预热后的温度至200-300℃；
所述步骤3中加热后的混合气体的温度为400-600℃；
所述步骤3中通入的水蒸汽体积为所述天然气体积的0-10%，氧气体积为所述天然气体积的50-80%。
所述步骤3中生成的高温还原气的温度为1200-1350℃。
所述步骤5通过冷却气冷却直接还原铁，所述冷却气排出竖炉后，经水洗、压缩后返回竖炉循环冷却使用。
应用本发明的有益效果：无需造价昂贵的重整炉，部分氧化器的建造、维护成本均很低；无需镍催化剂，因此，矿石和天然气中的硫含量没有严格的限制；炉顶气得到高效、灵活利用，部分作为转化剂与天然气混合用于制备还原气，部分作为加热炉的燃料，部分经脱硫脱碳作为循环气与部分氧化器出口的还原气混合。还原气无需先降温后升温的过程，通过部分氧化器的高温粗还原气，通过兑加部分脱硫脱碳的炉顶气后即可达到竖炉还原气温度要求，然后直接进入竖炉，能源利用效率高。
附图说明
图1为本发明用天然气部分氧化生产直接还原铁的工艺流程图
具体实施方式
为更好的说明本发明，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，该发明的工艺步骤包括：
（1）天然气与部分炉顶气混合，经预热器预热到200℃、加热炉加热到550℃；
（2）加热后的混合气进入部分氧化炉，同时通入氧气和水蒸汽，其中氧气、水蒸汽流量分别为天然气流量的60%和5%，在部分氧化炉内，天然气、氧气、水蒸汽、CO2进行部分氧化、水蒸汽重整、CO2重整反应，温度为1350℃；
（3）气体产物与部分脱硫脱碳后作为循环气的炉顶气混合通入竖炉，还原铁氧化球团，得到直接还原铁，混合后的还原气温度约为860℃；
（4）竖炉冷却段通入冷却气，冷却直接还原铁，冷却后，排出直接还原铁；
（5）竖炉冷却段的冷却气使用后排出，经水洗、压缩后返回竖炉循环利用；
（6）竖炉顶部的炉顶气经水洗、压缩后分为三路：10%作为转化剂与天然气混合，35%作为加热炉的燃料，剩余部分经脱硫脱碳后作为循环气。
本发明与现有技术相比，无需造价昂贵的重整炉，部分氧化器的建造、维护成本低；也无需镍催化剂，因此，矿石和天然气中的硫含量没有严格的限制；同时，还原气无需先降温后升温的过程，而是直接降温到所需温度即可，极大减少了能量浪费。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法，其特征在于，包括：
步骤1、竖炉排出的炉顶气经水洗、压缩后，分成三部分：气体1、气体2和气体3；
步骤2、气体1与天然气混合，经预热器预热后，进入加热炉加热；气体2通入加热炉中作燃料；
步骤3、加热后的混合气体与氧气、水蒸汽进入部分氧化器进行氧化重整反应，生成高温还原气；
步骤4、高温还原气与经过脱硫脱碳的气体3混合，进入竖炉还原铁氧化球团；
步骤5、铁氧化球团还原后得到直接还原铁，经竖炉冷却段冷却后排出；
所述气体1的体积量为水洗压缩后炉顶气的0-15％，所述气体2体积量为水洗压缩后炉顶气的30-40％，所述气体3体积量为水洗压缩后炉顶气的45-70％。
2.根据权利要求1所述的一种用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤2中加热炉中气体2燃烧后产生的烟气通入预热炉对天然气和气体1的混合气体进行预热。
3.根据权利要求1所述的一种用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤2中气体1与天然气的混合预热后的温度至200-300℃。
4.根据权利要求1所述的一种用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤3中加热后的混合气体的温度为400-600℃。
5.根据权利要求1所述的一种用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤3中通入的水蒸汽体积为所述天然气体积的0-10％，氧气体积为所述天然气体积的50-80％。
6.根据权利要求1所述的一种用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤3中生成的高温还原气的温度为1200-1350℃。
7.根据权利要求1所述的一种用天然气部分氧化生产直接还原铁的方法， 其特征在于，所述步骤5通过冷却气冷却直接还原铁，所述冷却气排出竖炉后，经水洗、压缩后返回竖炉循环冷却使用。
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