CN103525966B - 利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法及系统

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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℃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+CO₂→2CO+2H₂反应来生产合成气，转化炉复杂，设备投资大。

H_yL-Ⅲ法以天然气和水蒸汽转化制取合成气，反应过程CH₄+H₂O→CO+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+O₂→2H₂O+Q

CH₄+H₂O→CO+3H₂-Q

CH₄+CO₂→2CO+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。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明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。

本发明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，本发明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≤10ppm；

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℃，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℃；

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CO₂、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℃。

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0.1-1.0MPa。

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0.1-7wt%，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≤10ppm。

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。

本发明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CO₂/H₂O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，CO₂/H₂O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CO₂/H₂O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，加热器用于对输入竖炉的净化尾气进行加热处理。

本发明所提供的利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法可以采用上述系统按照以下步骤进行：

使天然气进入氢气混合器与氢气或者含有氢气的气体混合，之后进入第一精脱硫塔与催化剂接触进行精脱硫处理，然后与净化尾气混合得到原料混合气并在预热之后进入催化转化炉，含氧气体经过预热之后进入催化转化炉；

在转化炉中，含氧气体和原料混合气混合并在催化转化炉的喷嘴处部分燃烧（部分氧化），进行甲烷的干重整和/或蒸汽重整，得到高H₂和CO浓度的合成气，为了控制部分燃烧时的火焰温度，可以在进入催化转化炉之前的含氧气体或原料混合气中混入一定量的二氧化碳和/或水蒸汽；

使高H₂和CO催化的合成气进入竖炉，对球团矿等进行还原得到直接还原铁，并通过还原铁出口输出，竖炉顶部产生的还原尾气（炉顶气）进入洗涤器中进行洗涤，洗涤之后的干气进入第二精脱硫塔与氧化锌催化剂接触进行精脱硫处理得到净化尾气，净化尾气再进入脱碳塔脱除其中的CO₂（CO₂通过CO₂出口排出），之后通过还原气出口进入加热器进行加热，再进入竖炉作为还原气参与还原反应，净化尾气也可以在经过第二精脱硫塔之后直接排出，以用于其他用途。

本发明提供的利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法和系统通过对天然气精脱硫处理使之达到后续转化剂对硫化物的要求，利用氧与天然气燃烧产生的热量为后续转化反应提供热量，并通过控制工艺参数及添加剂使之达到竖炉气基还原铁所需合成气标准，工艺过程易于控制，合成气易于达标，流程简单，能耗低，特别适合具有空分的企业。

附图说明

图1为实施例1提供的利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的系统的结构示意图；

图2为实施例2提供的利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法的流程示意图；

图3为实施例3提供的利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法的流程示意图；

图4为实施例4提供的利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法的流程示意图。

主要附图标号说明：

氢气混合器1第一精脱硫塔2催化转化炉3气体混合器4竖炉5洗涤器6第二精脱硫塔7脱碳塔8加热器9

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例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，其结构如图1所示。该系统包括氢气混合器1、第一精脱硫塔2、催化转化炉3、气体混合器4、竖炉5、洗涤器6、第二精脱硫塔7、脱碳塔8、加热器9，其中：

氢气混合器1设有天然气输入口，其出口与第一精脱硫塔2连接；

第一精脱硫塔2设有CO₂/H₂O入口，其出口与催化转化炉3连接，并且，二者的连接管道上设有其他气体输入管道；

气体混合器4分别设有含氧气体入口和CO₂/H₂O入口，其出口与催化转化炉3连接；

催化转化炉3的出口与竖炉5连接；

竖炉5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洗涤器6连接；

洗涤器6与第二精脱硫塔7连接，第二精脱硫塔7与脱碳塔8连接；

脱碳塔8设有还原气出口和CO₂出口，并通过还原气出口与加热器9连接；

加热器9与竖炉5连接。

本实施例所提供的利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的系统可以按照以下步骤进行直接还原铁的生产：

使天然气进入氢气混合器1与氢气或者含有氢气的其他气体（例如竖炉尾气、净化尾气）进行混合，之后进入第一精脱硫塔2与催化剂接触进行精脱硫，然后通过其他气体输入管道输入净化尾气与天然气混合得到原料混合气，并在预热之后进入催化转化炉3，含氧气体经过预热之后进入催化转化炉3；

在催化转化炉3中，含氧气体和原料混合气混合并在催化转化炉3的喷嘴处部分燃烧（部分氧化），进行甲烷的干重整和/或蒸汽重整，得到高H₂和CO浓度的合成气，为了控制部分燃烧时的火焰温度，可以在进入催化转化炉3之前的含氧气体或原料混合气中混入一定量的二氧化碳和/或水蒸汽，例如通过气体混合器4向含氧气体中混入二氧化碳和/或水蒸汽；

使催化转化炉3中产生的高H₂和CO浓度的合成气进入竖炉5，对球团矿等进行还原得到直接还原铁，并通过还原铁出口输出，竖炉5顶部产生的还原尾气（炉顶气）进入洗涤器6中进行洗涤，洗涤之后的干气进入第二精脱硫塔7与氧化锌催化剂接触进行精脱硫处理得到净化尾气，净化尾气再进入脱碳塔8脱除其中的CO₂（CO₂通过CO₂排出），之后进入加热器9进行加热，再进入竖炉5参与还原反应。

实施例2

本实施例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，其流程如图2所示，可以采用图1所示的系统进行：

原料天然气的流量为16000Nm³/h，其中，以体积比计，甲烷的含量约为95%，C₂ ⁺的含量约为4.5%，还含有微量CO₂和N₂组分，总硫含量低于150ppm；

原料天然气通过氢气混合器1补加3%氢气后，换热至280℃，在1.2MPa的压力下，进入临氢吸附精脱硫反应器（第一精脱硫器2），共两个反应器，一开一再生，也可串并联使用，各装临氢吸附精脱硫剂20m³，临氢吸附精脱硫剂含约15wt%的镍和5wt%的钨、余量为氧化锌、氧化铝及氧化镁，含量分别为65wt%、10wt%和5wt%（该精脱硫剂为CUPB-XTS系列临氢吸附脱硫剂，由山东东营科尔特新材料有限公司生产），离开精脱硫反应器的气体的总硫含量小于0.5ppm，得到原料混合气（可以在精脱硫后的天然气中混入部分净化尾气），将其预热到600℃；

以混合有10v%水蒸汽的空分氧气作为含氧气体（氧化剂），水蒸汽用于控制催化转化炉出口处的合成气的温度，通过气体混合器4实现水蒸汽与空分氧气的混合，含氧气体的流量约为9600Nm³/h，预热到600℃；

在0.6MPa的压力下，使原料混合气和含氧气体两股气流进入催化转化炉3的喷嘴处进行混合并部分燃烧，火焰温度控制为1500-1700℃，部分燃烧后得到的高温混合气进入催化转化炉3的催化剂床层，在催化剂作用下发生甲烷二氧化碳干重整转化和甲烷蒸汽转化，得到高H₂和CO浓度的合成气，催化转化炉3中的催化剂的装填量为32m³，天然气转化催化剂为CUPB-DR系列(由山东东营科尔特新材料有限公司生产，含镍约12%、余量为耐高温铝硅镁镧复合氧化物异形载体)，催化转化炉3出口处的合成气的温度约为1000℃，压力约为0.3MPa，合成气的流量约为49650Nm³/h，其中，H₂:H₂O=19.3:1和CO:CO₂=33.5:1，均为摩尔比，竖炉入口合成气的组成(H₂+CO)/(H₂+CO+H₂O+CO₂)的摩尔比为0.96，指标达到气基直接还原铁要求，可直接用于还原铁生产；

上述步骤制造的合成气的温度高达1000℃，氧化度为4.2%，H₂:CO的摩尔比值约为1.82:1，将其输入Midrex高温气基还原铁竖炉5进行生产；

使用流量为49650Nm³/h的合成气生产直接还原铁，产量约为31t/h，还原铁后得到的还原尾气经过冷却、洗涤（洗涤器6）、压缩后得到净化尾气，其中，还原尾气经过洗涤后得到的干基还原尾气的流量约为34440Nm³/h，利用第二精脱硫器7采用精脱硫工艺对净化尾气进行脱硫，使其总硫含量低于0.5ppm，然后利用脱碳塔8采用变压吸附法脱碳，脱出的部分二氧化碳可以作为原料加入氧气或天然气中使用，脱硫脱碳净化后的净化尾气的流量约为26560Nm³/h，水和二氧化碳的含量很低，氧化度约为3.5%，是优质的气基还原铁还原气，可以使用其中2950Nm³/h的部分作为燃料将另外的23610Nm³/h的气体加热到约900℃（通过加热器9实现），然后使被加热的气体与合成气（催化转化的产品气）混合或直接作为竖炉还原气，由此可以增产还原铁约15t/h，实现还原铁尾气的合理利用。

实施例3

本实施例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，其流程如图3所示：

原料天然气的流量为12500Nm³/h，其中，以体积比计，甲烷的含量约为93%，C₂ ⁺的含量约为6%，还含有少量CO₂和N₂组分，总硫含量低于100ppm；

在1.0MPa的压力下，天然气经换热升温至300℃，补加5v%含氢竖炉尾气后进入加氢脱硫反应器，内装30m³钴钼加氢催化剂（市场常规采购，钴含量为5wt%，钼含量为12wt%，余量为氧化铝），有机硫经加氢转化为硫化氢，进入工业上常规铁锰脱硫剂反应器，进行中温脱硫，脱硫反应器共两个，各装70吨常规铁锰脱硫剂（氧化铁含量为35wt%，余量为氧化锰），一开一再生，也可串并联使用，经过精脱硫的天然气的总硫含量小于1ppm，脱硫后的天然气换热升温至560℃；

以混合有15v%的二氧化碳的空分氧气作为氧化剂，二氧化碳用于控制催化转化炉出口处的合成气的温度，含氧气体的流量为8000Nm³/h，经换热器预热到560℃；

在0.6MPa的压力下，使原料混合气（脱硫后的天然气，可以混入一定量的净化尾气）和含氧气体两股气流进入催化转化炉的喷嘴处进行混合并部分燃烧，火焰温度控制为1450-1550℃，部分燃烧后得到的高温混合气进入催化转化炉的催化剂床层，在催化剂作用下发生甲烷二氧化碳干重整转化和甲烷蒸汽转化，得到高H₂和CO浓度的合成气，催化转化炉中的催化剂装填量为25m³，天然气转化催化剂为CUPB-DR系列(由山东东营科尔特新材料有限公司生产)，含镍约12%、余量为耐高温镁铝钙复合氧化物异形载体，转化炉出口处的合成气的温度约为950℃，压力为0.3MPa，合成气的流量约为39550Nm³/h，其中，H₂:H₂O=16.4:1和CO:CO₂=24.7:1，均为摩尔比，竖炉入口合成气的组成(H₂+CO)/(H₂+CO+H₂O+CO₂)的摩尔比为0.95，指标满足气基直接还原铁要求，可直接用于还原铁生产；

上述步骤制造的合成气的温度高达950℃，氧化度为5.0%，H₂:CO的摩尔比值为1.75:1，将其输入Midrex高温气基还原铁竖炉进行生产。

使用流量为39550Nm³/h的合成气生产直接还原铁，产量约为25t/h，还原铁后得到的还原尾气经过冷却、洗涤、压缩后进行精脱硫处理得到净化尾气，其中，还原尾气经过洗涤后得到的干基还原尾气的流量约为27420Nm³/h，净化尾气的总硫含量低于1ppm，然后采用碳酸丙烯酯法脱碳，脱硫脱碳净化后的净化尾气的流量约为20960Nm³/h，水和二氧化碳含量很低，氧化度约为4.0%，是优质的气基还原铁还原气，可以使用其中2375Nm³/h的部分作为燃料将另外的18585Nm³/h的气体加热到约920℃，然后使被加热的气体与合成气（催化转化的产品气）混合或作为竖炉还原气，由此可以增产还原铁约12t/h，实现还原铁尾气的有效利用。

实施例4

本实施例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，其流程如图4所示：

原料天然气的流量为14000Nm³/h，其中，以体积比计，甲烷的含量约为94%，C₂ ⁺的含量约为5.5%，其余为少量CO₂和N₂组分，总硫含量低于120ppm；

将原料天然气换热升温至320℃，在1.0MPa的压力下，补加10v%氢气后进入加氢脱硫反应器，采用两个反应器各装临氢吸附精脱硫剂10m³，临氢吸附精脱硫剂含8wt%的钴和17wt%的钼，其余组分为氧化锌及氧化硅，含量分别为70wt%和5wt%(该临氢吸附精脱硫剂为CUPB-XTS系列临氢吸附脱硫剂，由东营科尔特新材料有限公司生产)，一开一再生，也可串并联使用，经精脱硫反应器的天然气的总硫含量小于0.1ppm，然后换热升温至610℃；

以空分氧气为氧化气体，其流量为8300Nm³/h，换热升温至610℃；

在0.7MPa的压力下，使原料天然气和含氧气体两股气流进入催化转化炉的喷嘴处进行混合并部分燃烧，火焰温度控制为1250-1450℃，部分燃烧后得到的高温混合气进入催化转化炉的催化剂床层，在催化剂作用下发生甲烷二氧化碳干重整转化和甲烷蒸汽转化，得到高H₂和CO浓度的合成气，催化转化反应器的催化剂装填量为28m³，天然气转化催化剂为CUPB-DR系列(由山东东营科尔特新材料有限公司生产)，含镍约12%，余为耐高温铝镁钡钾复合氧化物异形载体，催化转化炉出口处的合成气的温度约为940℃，压力约为0.3MPa，合成气的流量约为43420Nm³/h，其中，H₂:H₂O=24.0:1和CO:CO₂=34.0:1，均为摩尔比，竖炉入口合成气的组成(H₂+CO)/(H₂+CO+H₂O+CO₂)的摩尔比为0.97，指标满足气基直接还原铁要求，可直接用于还原铁生产；

上述步骤制造的合成气的温度高达940℃，氧化度约为3.6%，H₂:CO的摩尔比值约为1.80:1，将其输入Midrex高温气基还原铁竖炉进行生产。

使用流量为43420Nm³/h的合成气生产直接还原铁，产量约为27t/h，还原铁后得到是还原尾气经过冷却、洗涤、压缩后进行精脱硫得到净化尾气，其中，还原尾气经过洗涤后得到的干基还原尾气的流量约为30090Nm³/h，净化尾气的总硫含量低于0.1ppm，然后采用胺法脱碳。脱硫脱碳净化后的净化尾气的流量约为23010Nm³/h，水和二氧化碳含量很低，氧化度约为5.0%，是优质的气基还原铁还原气，可以使用其中2580Nm³/h的部分作为燃料将另外的20430Nm³/h的气体加热到约910℃，然后使被加热的气体与合成气（催化转化的产品气）混合或作为竖炉还原气，由此增产还原铁约13t/h，实现还原铁尾气的有效利用。

Claims (15)

1.一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。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，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。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述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。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述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。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述含氧气体为纯氧。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述含CO₂的气体为净化尾气。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述催化转化炉出口处的合成气的温度为850-1050℃。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述催化转化炉出口处的合成气的压力为0.1-1.0MPa。

9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其中，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、镁铝尖晶石和硅铝酸钾中的一种或两种以上的组合。

10.如权利要求9所述的方法，其中，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0.1-7wt％，余量为载体。

11.如权利要求1所述的方法，其中，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≤10ppm。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述竖炉还原尾气的精脱硫处理采用氧化锌脱硫剂。

13.如权利要求1所述的方法，其中，所述净化尾气在脱除CO₂后再回用或用作燃料。

14.如权利要求13所述的方法，其中，脱除CO₂的方法为胺法、变压吸附法或碳酸丙烯酯法。

15.一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；

所述第一精脱硫塔设有CO₂/H₂O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；

所述气体混合器分别设有含氧气体入口和CO₂/H₂O入口，其出口与所述催化转化炉连接；

所述催化转化炉的出口与所述竖炉连接；

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；

所述洗涤器与所述第二精脱硫塔连接；

所述第二精脱硫塔与所述脱碳塔连接；

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；

所述加热器与所述竖炉连接。