CN108485725B - 一种粗煤气改质的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粗煤气改质的工艺，其包括：改质工作空间内设置有改质炉炉料；将净化粗煤气通入改质工作空间进行改质，所述改质借助改质炉炉料脱除CO₂及H₂S，改质后得到改质煤气；向改质煤气中混入调温煤气，得到合成改质煤气，对所述合成改质煤气进行除尘，得到净化合成气。本发明提供的粗煤气改质的工艺，结合中国能源特征，在煤制气的基础上进行改质。脱除净化粗煤气中的CO₂及H₂S，控制改质煤气中的H₂/CO比值，利于控制净化合成气的整体还原性，拥有更好的使用效果。使用调温煤气调整温度适于后续使用。整个流程简短，温度稳定，能耗小。等优点。

Description

一种粗煤气改质的工艺

技术领域

本发明涉及煤制气生产处理技术领域，尤其是一种粗煤气改质的工艺。本发明还提供了一种粗煤气改质的装置。本发明还提供了一种制备DRI(直接还原铁)的装置，一种制备DRI的工艺。

背景技术

随着世界钢铁工业的飞速发展和国际社会对环境保护的日益重视，铁矿石、焦炭、优质废钢资源的日益减少以及天然气等价格的大幅上涨，直接还原技术在世界各地迅速发展。中国天然气资源比较缺乏，已探明的天然气储量主要集中在工业比较落后的西部和西南部，且城市天然气必须优先供给居民生活使用。但是我国的煤炭资源非常丰富，且分布相对均匀；同时，我国铁矿资源也十分丰富，根据我国资源情况，发展煤基或者煤制气还原工艺比较有利。

煤化工在中国发展历史悠久，世界上大部分煤制气工艺在中国均有实践尝试，煤制气工艺相对成熟。传统的煤制气-竖炉直接还原流程，热煤气需经过冷却-变换-净化-再加热后才能用于竖炉生产直接还原铁，工序漫长复杂，且涉及到预热炉、加热炉等诸多化工行业装置，不利于在冶金行业的实施及推广。煤作燃料和还原剂的直接还原方法迫切需要创新技术来推动发展。随着近年来煤气化技术的取得了重大突破，煤制气技术的推广应用及商业化为煤制气生产直接还原铁提供了现实的可能。

而在利用我国丰富的煤炭资源、发展气基直接还原铁技术，实现中国气基直接还原铁技术的创新与突破的过程中，选择合适的煤气转化技术、煤气净化技术是亟待解决的问题。现有的煤气化热煤气要在冷却-变换-净化-再加热后才能用于竖炉生产直接还原铁，工序漫长复杂，投资巨大，损耗较高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种流程短、低能耗、低污染适应中国能源国情的粗煤气改质的工艺及设备。

还提供了一种使用低能耗、低污染来源的还原气制备直接还原铁的用改质后的粗煤气制备DRI(直接还原铁)的工艺和设备。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供一种粗煤气改质的工艺，其包括如下步骤：改质工作空间内设置有改质炉炉料；将净化粗煤气通入改质工作空间进行改质，所述改质借助改质炉炉料脱除CO₂及H₂S，改质后得到改质煤气；向改质煤气中混入调温煤气，得到合成改质煤气，对所述合成改质煤气进行除尘，得到净化合成气。

优选的，改质工作空间的温度达到1100℃-1250℃，所述改质煤气的温度为900℃-1100℃，所述改质煤气中的H₂/CO为1.2-1.7，所述净化合成气的温度为850℃-900℃。

优选的，所述改质炉炉料包括65-85％wt的焦炭和/或兰炭，还包括10-25％wt的白云石和5-10％wt的转炉钢渣，所述改质炉炉料的粒度大于50mm。进一步的，所述改质后得到废炉料，将所述废炉料冷却、筛分后得到回收炉料和含碳炉渣，所述回收炉料混入到所述改质炉炉料，所述含碳炉渣自身携带的余热用于回收。

进一步的，当改质过程中，改质工作空间内温度下降后，停止通入净化粗煤气，将改质炉炉顶煤气除尘、水洗、加压后导通回改质工作空间，所述改质炉炉顶煤气中包括碳与CO₂反应得到的CO；同时将氧气通入改质工作空间，氧气和改质炉炉顶煤气燃烧，使改质工作空间的温度上升至1250℃；然后停止向改质工作空间通入氧气和改质炉炉顶煤气，再通入净化粗煤气进行改质。

进一步的，包括若干改质工作空间，同一时间内，至少一个所述改质工作空间进行改质，其余改质工作空间进行加热；进行改质的改质工作空间内的改质炉炉顶煤气导通到进行加热的改质工作空间内，用于燃烧加热。

进一步的，向改质工作空间内通入700℃以上的热风，使改质炉炉料中的碳燃烧，再通入氧气助燃，使改质工作空间温度达到1100℃-1250℃。

本方案提供一种粗煤气改质的装置，其用于完成前述粗煤气改质的工艺。

本方案提供一种制备DRI的装置，包括前述粗煤气改质的装置，还包括竖炉；所述净化合成气用于还原竖炉内的铁矿石和/或氧化球团；所述竖炉内的炉顶煤气，经调温净化后得到调温煤气。

本方案提供一种制备DRI的工艺，采用前述方案的用改质粗煤气制备直接还原铁的装置制备DRI。

(三)有益效果

本发明提供一种粗煤气改质的工艺，结合中国能源特征，在煤气的基础上进行改质。脱除净化粗煤气中的CO₂及H₂S，控制改质煤气中的H₂/CO比值，利于控制净化合成气的整体还原性，拥有更好的使用效果。使用调温煤气调整温度适于后续使用。整个流程简短，温度稳定，能耗小。

改质工作空间的温度能够满足改质反应的进行，同时又不是过高的难以达到，使用调温煤气降低气体温度，使最终的净化合成气温度不高于改质煤气的温度，但依旧较高，免去了使用净化合成气时的预热。

在改质工作空间的高温环境下，碳可以很好地去除CO₂，氧化钙可以很好的去除H₂S。改质炉炉料粒度大于50mm，一来减少了气流带走固体颗粒的数量，二来粒度较大的改质炉炉料堆积时之间的空隙较大，利于气流较好的通过。焦炭和兰炭有较好的还原性、杂质低。白云石分解出氧化钙，可以吸收H₂S。改质炉炉料的组分配比合适，较富裕的碳一方面还原净化粗煤气中的CO₂；另一方面还原燃料气中CO燃烧产生的CO₂。废炉料分类回收，减少污染，降低成本。回收余热可以提高流程中能量的利用率。粒度较大的回收炉料可以回收利用，降低成本。

利用本工艺的产物维持改质工作空间的温度，减少外部能源消耗。提高产物利用率。燃烧得到的CO₂还可以被还原成CO。

通过设置多个改质工作空间，循环改质、加热，可以保证持续的供给终产物，改质炉炉顶煤气相互使用，可以保证管路内气体流动，提供效率。

利用改质炉炉料含有的碳，在热风作用下燃烧来加热。加热方式简单方便快速，整个加热空间升温快速均匀。

本发明提供的粗煤气改质的设备，基于制备方法配备各个装置，结构紧凑，布置连贯同时又利于各种废物回收，使用寿命长，投资小。

本发明提供的用改质后的粗煤气制备直接还原铁的装置，效率高，能源利用率高，还原气还原性好，气体温度适合还原反应有效进行。

本发明提供的用改质后的粗煤气制备直接还原铁的工艺，流程短，结构紧凑，产物综合利用，各阶段气体温度稳定连续。

附图说明

图1为一种粗煤气改质的设备的结构示意图。

【附图标记说明】

1：改质炉；11：炉料入口；12：炉顶煤气出口；13：改质煤气出口；14：净化粗煤气入口；15：燃烧口；2：水冷旋转排料阀；3：灰渣冷却仓；4：振动筛；5：余热锅炉；6：混合管路；7a：第一旋风除尘器；7b：第二旋风除尘器；8：加压泵。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，改质炉1拥有一定的高度，改质炉1内部空间即改质工作空间。改质炉1顶部包括炉料入口11，通过炉料入口11向改质工作空间内填充改质炉炉料，其中包括35％wt的焦炭，35％wt兰炭，20％wt的白云石和10％wt的转炉钢渣。改质炉炉料粒度50mm，颗粒间拥有大量空隙，可以透过气体。

开炉时，先通入700℃以上的热风，改质炉1内的焦炭在此温度下开始燃烧。引风管道可以通到改质炉1下部的燃烧口15。然后通入助燃氧气，使得燃烧更加剧烈，温度攀升至1200℃左右。在燃烧的过程中产生大量CO₂，CO₂在高温下与碳反应生成CO，聚集在改质炉1顶部，形成炉顶煤气。

改质炉1的下部设置有净化粗煤气入口14，高于净化粗煤气入口14的位置处设置有改质煤气出口13。净化粗煤气入口14可以分成多个周向布置在改质炉1的四周，使得净化粗煤气以小气流均匀通入改质炉1内。改质炉1内温度1250℃。

在改质炉炉料的作用下，净化粗煤气中的CO₂及H₂S被脱除，得到H₂/CO为1.3的改质煤气。脱除CO₂的反应为CO₂+C＝2CO，脱除H₂S的反应为CaO+H₂S＝CaS+H₂O。温度1100℃的改质煤气从改质煤气出口13排出到混合管路6中，同时向混合管路6内通入40℃的调温煤气，得到合成改质煤气。合成改质煤气经第一旋风除尘器7a除尘之后，得到900℃的净化合成气。

如图1所示，改质炉1顶部包括位置高于改质煤气出口13的炉顶煤气出口12。炉顶煤气出口12连通第二旋风除尘器7b，第二旋风除尘器7b连通加压泵8，在第二旋风除尘器7b处还可以设置水洗装置。加压泵8排出的炉顶煤气经燃烧口15连通回改质炉1。燃烧口15位于改质炉1底部，位置低于净化粗煤气入口14。改质炉1在燃烧口15附近的位置还设置有助燃氧气入口。助燃氧气也可以先和加压泵8排出的气体混合，再一同导通回改质炉1。

可以在改质炉1底部设置燃烧室，燃烧室与改质工作空间之间设置隔网。隔网用于防止改质炉炉料下落，隔网可以打开。燃烧口15位于燃烧室处。

随着改质炉1内煤气改质的进行，改质工作空间内的温度不断降低，当该改质炉1内的温度降至1100℃时，改质煤气在混合管道6内的温度降至900℃左右，此时关闭净化粗煤气入口的阀门，打开炉顶煤气出口12的阀门和燃烧口15的阀门，同时通入助燃氧气。

炉顶煤气中含有浓度很高的CO，在氧气的辅助下剧烈燃烧，生成CO₂并放出大量热量。燃烧位置在改质炉的下部，因而生成的CO₂一路上行，在上行的过程中与炉料中的碳反应，被还原成CO。

当改质炉1内的温度升到1250℃时，关闭助燃氧气，关闭燃烧口15，同时关闭炉顶煤气出口12。然后打开净化粗煤气入口14，改质工作空间内继续进行改质，并且最终排出净化合成气。如果采用外部加热的方式，可以持续输出净化合成气。或者在本实施例后面接一个储气罐，在本实施例排出净化合成气时，储存一部分；在本实施例加热的阶段，排出其储存的净化合成气，以保证净化合成气的连续。

改质炉1的下部设置水冷旋转排料阀2，可以在停炉时排出废炉料，也可以在工作过程中实时排出废炉料。水冷旋转排料阀2下部连接灰渣冷却仓3，可以临时储存冷藏废炉料。灰渣冷却仓3之后连接振动筛4，用于筛选废炉料，含碳炉渣转移到余热锅炉5回收余热。较大块的回收炉料可以回收循环使用，可以单独也可以和改质炉炉料一起从炉料入口11加入改质炉1。

实施例2

拥有两个改质炉1，两个改质炉1的炉顶煤气回到一处，再在第二旋风除尘器7b进行除尘水洗，经加压泵8加压后到达一个三通阀；也可以分别除尘水洗加压后，再汇集到三通阀处。三通阀可以选择将炉顶煤气导通回两个改质炉1中的其中一个的燃烧口15。

两个改质炉1中的一个先升温到1250℃，先行进行改质，改质过程中排出炉顶煤气。其排出的炉顶煤气经过三通阀导通入另一个改质炉1即先行加热炉的燃烧口15处，并在助燃氧气的帮助下燃烧，以提升这个先行加热炉的炉温。

两个改质炉1内的改质炉炉料为80％wt的焦炭，15％wt的白云石和5％wt的转炉钢渣。先行改质炉排出的改质煤气温度为1100℃，H₂/CO为1.7。随之改质的进行，先行改质炉的炉温下降，同时先行加热炉的炉温达到1250℃。

关闭先行改质炉的炉顶煤气出口12和净化粗煤气入口14，打开燃烧口15和氧气入口。关闭先行加热炉的燃烧口15和氧气入口，打开炉顶煤气出口12和净化粗煤气入口14。将三通阀切换，使得先行加热炉的炉顶煤气出口12与先行改质炉的燃烧口15连通。随后，先行加热炉内开始进行对净化粗煤气的改质，先行改质炉内开始加热补温。

本实施例中两个改质炉1交互作用，轮流改质，能够持续稳定的输出终产物净化合成气。

实施例3

如实施例2，净化合成气导通到放置有铁矿石或氧化球团的竖炉，经反映后得到直接还原铁和竖炉炉顶煤气。

竖炉炉顶煤气经过换热除尘后，作为调温煤气与改质煤气混合，再除尘之后得到净化合成气。竖炉煤气循环使用，减少了浪费。降低成本，本装置结构紧凑，制备直接还原铁的流程短。

上实施例仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种粗煤气改质的工艺，其特征在于，其包括如下步骤：

改质工作空间内设置有改质炉炉料；

将净化粗煤气通入改质工作空间进行改质，所述改质借助改质炉炉料脱除CO₂及H₂S，改质后得到改质煤气；

向改质煤气中混入调温煤气，得到合成改质煤气，对所述合成改质煤气进行除尘，得到净化合成气；

所述改质后得到废炉料，将所述废炉料冷却、筛分后得到回收炉料和含碳炉渣，所述回收炉料混入到所述改质炉炉料，所述含碳炉渣自身携带的余热用于回收；

当改质过程中，改质工作空间内温度下降后，停止通入净化粗煤气，将改质炉炉顶煤气除尘、水洗、加压后导通回改质工作空间，所述改质炉炉顶煤气中含有CO；同时将氧气通入改质工作空间，氧气和改质炉炉顶煤气燃烧，使改质工作空间的温度达到1100℃-1250℃；当温度达到该温度后，停止向改质工作空间通入氧气和改质炉炉顶煤气，改为再向所属改质工作空间通入净化粗煤气进行改质；

所述改质炉炉料包括65-85％wt的焦炭和/或兰炭，还包括10-25％wt的白云石和5-10％wt的转炉钢渣。

2.如权利要求1所述的粗煤气改质的工艺，其特征在于：所述改质煤气的温度为900℃-1100℃，所述改质煤气中的H₂/CO为1.2-1.7，所述净化合成气的温度为850℃-900℃。

3.如权利要求1所述的粗煤气改质的工艺，其特征在于：所述改质炉炉料的粒度大于50mm。

4.如权利要求1所述的粗煤气改质的工艺，其特征在于：包括若干改质工作空间，同一时间内，至少一个所述改质工作空间进行改质，其余改质工作空间进行加热；

进行改质的改质工作空间内的改质炉炉顶煤气导通到进行加热的改质工作空间内，用于燃烧加热。

5.如权利要求1所述的粗煤气改质的工艺，其特征在于，还包括如下步骤：向改质工作空间内通入700℃以上的热风，使改质炉炉料中的碳燃烧，再通入氧气助燃，使改质工作空间温度达到1100℃-1250℃。

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