CN1047798C - 还原气生产海绵铁联产合成氨的方法 - Google Patents

还原气生产海绵铁联产合成氨的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及还原法生产海绵铁和合成氨的方法。以石化燃料及其加工产品为原料得到含CO、H2等组分的可燃气体；还原气一次净化；净化后的还原气经预热进入燃烧炉，通氧燃烧升温至850-1000℃；热还原气进入竖炉与铁矿石直接还原法生产海绵铁；尾气用于对一次净化后的还原气预热，回收热量后的尾气进行二次净化；净化后的尾气进入合成氨系统，联产合成氨。本发明的方法流程简单，经济和社会效益显著。

Description

还原气生产海绵铁联产合成氨的方法
本发明涉及还原法生产海绵铁和合成氨的方法。
还原法生产海绵铁常用的方法之一是煤气竖炉，如EP-459810专利“煤气还原生产海绵铁”。关于海绵铁的生产技术还有以下公开报导：SU1655995“通过提高还原气温度高于840℃以降低原料天然气流率在竖炉中生产海绵铁”，EP847856“在熔融炉中以干净预热的转炉排放气为还原气生产海绵铁和生铁”，RU2023016“获得海绵铁、水泥渣和电能的装置”，JP063224“在隧道炉中生产海绵铁”。综合已有技术可知，现有海绵铁生产流程大体是：还原气一次净化后进入加热器预热，然后入燃烧炉通氧气加热到设定高温(840℃以上)，再通过竖炉与铁矿反应生成海绵铁，尾气部分放空，部分二次净化后与补充的新鲜还原气一齐再重复上述流程。这样，放空尾气中大量的有效还原气便白白地浪费掉。如，天然气为原料一次净化后含(CO＋H2)为99.3％(vol)的还原气用现有工艺生产一吨含铁92％的海绵铁，消耗还原气约1100Nm3，耗氧气约240Nm3，放空气为76.8Nm3，放空气的有效气(CO＋H2)为82.9％(vol)。在已有技术中，还有利用还原气入竖炉前的高压发电的，但未见有尾气全部被利用的报导。
本发明的目的在于，克服已有技术的缺点，提供一种使尾气全部被利用、还原气生产海绵铁联产合成氨的方法。
本发明的方法包括如下步骤：
1.还原气：以石化燃料及其加工产品为原料得到含CO、H2等组分的可燃气体。
例如，以煤原料生产的循环流化床煤气，以天然气为原料生产的转化气，以水煤浆为原料生产的合成气，以焦碳为原料得到的高炉气和转炉煤气，以煤焦油(含沥青黄不接)为原料生产的煤气等，均可作本发明的还原气。
2.还原气一次净化，去除CO2、H2S、COS、H2O等组分以及煤气中所含粉尘。
3.净化后的还原气预热至450～650℃。
4.预热后的还原气进入燃烧炉，通入氧气，利用部分氧化法使还原气温度升至850～1000℃。
5.上述热还原气进入竖炉与铁矿石直接还原法生产海绵铁。
6.尾气用于对一次净化后的还原气预热，回收热量后的尾气进行二次净化。
7.净化后的尾气进入合成氨系统，联产合成氨。
上述步骤l中还原气含CO10～75％(vol)、H22～80％(vol)，压力：常压～8.5MPA，温度：常温～1500℃。
上述步骤2和6中的还原气净化，以洗涤剂如：仿聚乙二醇二甲醚(NHD)、聚乙二醇二甲醚(Selexol)、低温甲醇(Rectisol)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、环丁砜(Sulfinol)、N-甲基吡咯烷酮(Purisol)、一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、本菲尔(Benfild)、水进行洗涤，或者采用活性碳、氧化铁、分子筛或分子膜等进行固体吸收、吸附、分离介质(如)脱除煤气中的粉尘、CO2、H2S和H2O，二次净化还需脱除CO，净化温度：负60～500℃，压力：常压～8.0MPA。
上述步骤3中尾气对新鲜还原气的预热是在竖炉还原界区气体系统之外进行的，因此避免了因气体循环带来的控制和操作方面的问题。
上述步骤4中使用纯氧气，通过控制进氧量来控制燃烧炉温度。
上述步骤5中铁矿石主要成分为Fe2O3，还原气有效成份是CO和H2，竖炉中主要反应如下：
；     。竖炉内温度为800～1100℃，压力为常压～3MPA，通过调节还原气流量来控制炉温。所产海绵铁由竖炉下方出炉，尾气由竖炉上方输出。
上述步骤7中，在铁系催化剂作用下合成氨反应为： 。反应温度300～500℃，压力6.0～32MPA。
与已有技术相比，本发明的方法减少了因尾气放空带来的原料损失，经济效益显著；因避免了气体循环带来的控制和操作方面的问题，简化了流程；本发明使得煤气、钢铁、化工产业能联合生产，社会效益显著。若以含CO65.0％(vol)、H234.3％(vol)的天然气典型组份为还原气，本发明方法生产一吨含铁92％的海绵铁，还原气较现有工艺消耗降低42Nm3，联产合成氨还将增加经济效益。
本发明还可用于其他以CO和H2为原料的合成气的联合生产。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图是本发明的工艺流程示意图，其中，1、铁矿石加入竖炉，2、海绵铁出炉，3、高温还原气进入竖炉，4、尾气出炉输往一次净化后的还原气体外回收热量，5、一次净化后的还原气被尾气预热，6、预热后的还原气进入燃烧炉，7、向燃烧炉中通氧气，8、回收热量后的尾气二次净化，9、二次净化后的尾气进入合成氨系统。
实施例1.以水煤浆为原料气流床气化所产煤气为还原气生产海绵铁联产合成氨。
水煤气经气流床气化，气化温度1500℃，气化压力0.1～8.5MPA；进行一次净化，在40℃、2.5MPA条件下，用NHD洗涤脱除粉尘和CO2、H2S、COS、H2O等组分，这时其典型组成为：
组分        CO        H2      CO2      H2O     N2＋Ar   H2S      CH4
组成(vol)   56.8      42.2     0.1       0.3      0.6       10ppm     100ppm净化后的上述还原气加热到500℃，加热后的还原气在燃烧炉内与纯氧进行氧化燃烧，以使还原气温度升高到960℃；升温后的还原气在竖炉内与铁矿石进行还原反应，反应温度维持在860℃以上，根据还原气中CO和H2的相对比例，通过调节气体流量来控制炉温。竖炉出口气体用于加热新鲜还原气，以合理利用热能，这时竖炉出口气体典型组成如下：
组分        CO      H2      CO2    H2O   N2＋Ar   H2S     CH4
组成(vol)   49.5    36.3     7.4     6.2    0.6       10ppm    100ppm竖炉出口气体回收热量后进行二次净化，然后输往合成氨系统：在压力32MPA，温度480℃，氨催化剂(A110)条件下，进行H2和N2的合成氨反应。每生产一吨含铁92％的海绵铁，联产3.35吨合成氨，消耗上述组成的还原气8200Nm3，耗纯氧263Nm3。
实施例2.以煤为原料循环流化床(CFB)生产煤气联产海绵铁与合成氨。
煤经循环流化床(CFB)气化，气化温度900℃，气化压力0.1～1.0MPA；进行一次净化，在40℃、0.6MPA条件下，脱除粉尘和CO2、H2S、COS、H2O等组分，这时其典型组成为：
组分        CO      H2     CO2   H2O   N2＋Ar   H2S     CH4
组成(vol)   50.1    45.5    0.1    0.3    0.7       10ppm    3.4净化后的上述还原气加热到600℃，加热介质为竖炉出口尾气；加热后的还原气在燃烧炉内与纯氧进行部分燃烧，以使还原气温度升高到980℃；升温后的还原气在竖炉中与铁矿石进行还原反应，反应温度维持在860℃以上，根据还原气中CO和H2的相对比例，通过调节气体流量来控制炉温。竖炉出口气体用于加热新鲜还原气，以合理利用热能，这时竖炉出口气体典型组成如下：
组分         CO     H2     CO2     H2O     N2＋Ar     H2S       CH4
组成(vol)    44.1   39.5    6.1      6.3      0.7         10ppm      3.4竖炉出口气体回收热量后进行二次净化，然后输往合成氨系统：在压力32MPA，温度490℃，氨催化剂(Al10)条件下进行H2和N2的合成氨反应。每生产一吨含铁92％的海绵铁，联产3.34吨合成氨，消耗上述组成的还原气8400Nm3，耗纯氧228Nm3。
实施例3.以渣油为原料气流床气化生产煤气联产海绵铁与合成氨。
煤油经流床气化，气化温度1400℃，气化压力0.1～8.5MPA；进行一次净化，脱除粉尘和CO2、H2S、COS、H2O等组分，这时其典型组成为：
组分        CO        H2      CO2    H2O   N2＋Ar   H2S    CH4
组成(vol)   47.9      50.0     0.1     0.3    0.8       10ppm   1.1净化后的上述还原气加热到500℃，加热介质为竖炉出口尾气；加热后的还原气在燃烧炉内与纯氧进行部分燃烧，以使还原气温度升高到960℃；升温后的还原气在竖炉中与铁矿石进行还原反应，反应温度维持在860℃以上，根据还原气中CO和H2的相对比例，通过调节气体流量来控制炉温。竖炉出口气体用于加热新鲜还原气，以合理利用热能，这时竖炉出口气体典型组成如下：
组分        CO       H2      CO2      H2O    N2＋Ar   H2S     CH4
组成(vol)   41.4     43.0     6.1       7.2     0.7       10ppm    1.1竖炉出口气体回收热量后进行二次净化，然后输往合成氨系统：在490℃、32MPA，氨催化剂(A110)条件下，进行H2和N2的合成氨反应。每生产一吨含铁92％的海绵铁，联产3.44吨合成氨，消耗上述组成的还原气8600Nm3，耗纯氧282Nm3。

Claims (5)

1.还原气生产海绵铁联产合成氨的方法，包括如下步骤：
(1)还原气：以石化燃料及其加工产品为原料得到含CO、H2等组分的可燃气体；
(2)还原气一次净化，去除CO2、H2S、COS、H2O等组分以及煤气中所含粉尘；
(3)净化后的还原气预热至450～650℃；
(4)预热后的还原气进入燃烧炉，通入氧气，利用部分氧化法使还原气温度升至850～1000℃；
(5)上述热还原气进入竖炉与铁矿石直接还原法生产海绵铁；
(6)尾气用于对一次净化后的还原气预热，回收热量后的尾气进行二次净化；
(7)净化后的尾气进入合成氨系统，联产合成氨。
2.如权利要求1所述的还原气生产海绵铁联产合成氨的方法，其特征在于，所述还原气含CO10～75％(vol)、H22～80％(vol)，压力：常压～8.5MPA，温度：常温～1500℃。
3.如权利要求1所述的还原气生产海绵铁联产合成氨的方法，其特征在于，所述还原气净化，以洗涤剂：仿聚乙二醇二甲醚(NHD)、聚乙二醇二甲醚(Selexol)、低温甲醇(Rectisol)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、环丁砜(Sulfinol)、N-甲基吡咯烷酮(Purisol)、一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、本菲尔(Benfild)、水洗涤，或者采用活性碳、氧化铁、分子筛或分离膜进行固体吸收、吸附、分离介质，脱除煤气中的粉尘、CO2、H2S和H2O，二次净化还需脱除CO，净化温度：负60～500℃，压力：常压～8.0MPA。
4.如权利要求1所述的还原气生产海绵铁联产合成氨的方法，其特征在于，竖炉出口气体对新鲜还原气的预热是在竖炉还原界区气体系统之外进行。
5.如权利要求1所述的还原气生产海绵铁联产合成氨的方法，其特征在于，铁矿石与还原气在竖炉内反应，控制温度为800～1100℃，压力为常压～3MPA。
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