CN114854923B - 生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法 - Google Patents

生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114854923B
CN114854923B CN202210415498.2A CN202210415498A CN114854923B CN 114854923 B CN114854923 B CN 114854923B CN 202210415498 A CN202210415498 A CN 202210415498A CN 114854923 B CN114854923 B CN 114854923B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
biomass
synthesis gas
shaft furnace
based shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210415498.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114854923A (zh
Inventor
徐润生
张建良
叶涟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN202210415498.2A priority Critical patent/CN114854923B/zh
Publication of CN114854923A publication Critical patent/CN114854923A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114854923B publication Critical patent/CN114854923B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/723—Controlling or regulating the gasification process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B3/00—General features in the manufacture of pig-iron
    • C21B3/04—Recovery of by-products, e.g. slag
    • C21B3/06—Treatment of liquid slag
    • C21B3/08—Cooling slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903—Feed preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/22—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by reforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/08—Treatment of slags originating from iron or steel processes with energy recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

本发明提供了一种生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，以生物质合成气为气基竖炉喷吹原料，搭建气基竖炉循环喷吹系统，将炉顶煤气作为生物质气化的气化剂来源和热量来源，并以气基竖炉的生产参数为导向，以碳排放量和热耗值为约束目标，确定最佳H2和CO比值，然后进行合成气气化工艺的定向设计，实现生物质气化工艺与气基竖炉工艺耦合。以此种约束流程得到的H2和CO比值，在尽可能地降低碳排放和能耗的同时，还能保证还原率，设计流程更加科学合理，且容易操作，最终能够显著降低碳排放量以及能耗，经济效益显著。

Description

生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法
技术领域
本发明涉及竖炉炼铁技术领域，尤其涉及一种生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法。
背景技术
非高炉炼铁技术包括直接还原和熔融还原两大工艺，能使钢铁工业的发展可以摆脱焦煤资源短缺的羁绊，取消了烧结及焦化工艺环节后能有效降低钢铁流程的产品综合能耗。其中基于氢冶金的气基竖炉直接还原-电炉短流程可节省能耗40％、减少碳排放50％。我国多煤少气少油的能源结构特点，使得竖炉的气源需要转向煤制气、焦炉煤气和熔融还原尾气来代替天然气。但这些本质仍是属于化石能源，会带来能源消耗和碳排放。
生物质能具有环境友好、成本低廉和碳中性的优势特点，迫于能源短缺与环境恶化的双重压力，各国政府高度重视生物质资源的开发和利用。近年来，全球生物质能的开发利用技术取得了飞速发展，应用成本快速下降，以生物质产业为支撑的“生物质经济”被国际学界认为是正在到来的“接棒”石化基“烃经济”的下一个经济形态。生物质经过热解气化获得的以CO和 H2为主的合成气后利用效率高，用途广泛，既可供生产、生活直接燃用，也可用来发电进行热电联产联供，从而实现生物质的高效清洁利用。生物质合成气利用与气基竖炉，将是钢铁行业进一步实现低碳绿色发展的关键。
由于合成气中氢气作为还原剂是吸热反应，CO作为还原剂是防热反应，但CO过多会提高碳排放量，不符合低碳减排的目标要求，氢气过多又会提高热耗值，因此H2和CO的比例对喷吹效益具有重要影响，如何实现生物质合成气与气基竖炉的耦合喷吹是亟待解决的问题。
有鉴于此，有必要设计一种改进的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，以解决上述问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，以低碳减排和低能耗为喷吹目标，设计出一套气基竖炉循环喷吹系统，并根据此系统设计出一种高度耦合喷吹方法，以实现生物质合成气在气基竖炉中的高效利用。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，包括以下步骤：
S1.搭建气基竖炉循环喷吹系统：包括依次连通的生物质合成气制备单元、喷吹单元和气基竖炉；所述气基竖炉的炉顶煤气出口与所述生物质合成气制备单元的气化剂入口相连通，用于为所述生物质合成气制备单元提供气化剂来源和热量来源；
S2.根据所述气基竖炉的生产参数，确定所需生物质合成气的指标参数及对应的喷吹量，然后确定当前生产条件下的炉顶煤气参数；其中，所述生物质合成气的指标参数包括生物质合成气中H2和CO的体积比；所述炉顶煤气参数包括 CO2和水蒸气的体积比；
S3.根据所述H2和CO的体积比，确定所述生物质合成气制备单元的工艺参数，然后按所述工艺参数，将生物质原料高温裂解，得到生物质合成气；再通过所述喷吹单元将所述生物质合成气喷吹至所述气基竖炉内，将含铁矿石还原得到高温海绵铁；与此同时，所述气基竖炉产生的炉顶煤气循环输送至所述生物质合成气制备单元，并根据所述炉顶煤气参数调控所述生物质合成气制备单元的工艺参数。
作为本发明的进一步改进，所述H2和CO的体积比范围为(1.5-2.0):1。
作为本发明的进一步改进，所述炉顶煤气出口与所述生物质合成气制备单元之间还设有脱碳单元，用于根据所述生物质合成气制备单元的工艺参数，调节所述CO2和水蒸气的体积比。
作为本发明的进一步改进，所述气基竖炉循环喷吹系统还包括设置于所述气基竖炉的出渣口与所述生物质合成气制备单元之间的水蒸气热交换单元；所述水蒸气热交换单元吸收竖炉渣的显热，然后输送至所述生物质合成气制备单元的气化剂入口。
作为本发明的进一步改进，所述生物质原料为原生态生物质或预处理生物质；所述预处理生物质为通过气相变压闪蒸得到的生物质富氢微粉。
作为本发明的进一步改进，所述生物质富氢微粉的氧含量低于25wt％，氢含量为5wt％-12wt％，碳含量为62wt％-68wt％；根据所述生物质合成气中H2和 CO的体积比，确定所述生物质富氢微粉的最佳元素比。
作为本发明的进一步改进，所述气相变压闪蒸包括：将原生态生物质依次置于若干个高温高压过热气相反应器中，进行降压逐级闪蒸，以使所述生物质发生破碎、水分蒸发和结构重组；所述结构重组包括加氢提质和脱氧提碳；
所述高温高压过热气相反应器的个数≥2，且第一级所述高温高压过热气相反应器的温度大于220℃，压力大于2.0MPa，停留时间为5-30min；第二级所述高温高压过热气相反应器的温度为140-160℃，压力为1.2-1.4MPa，停留时间为 5-60min；所述高温高压过热气相反应器中的气相介质包括过热蒸汽、二氧化碳、氨气、甲烷、页岩气和焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述生物质合成气的指标参数还包括生物质合成气中H2和CO的总含量；步骤S3中所述生物质合成气制备单元的工艺参数包括气化剂组成、气化温度、气化时间；通过提高所述气化温度、延长所述气化时间或者增加所述气化剂中水蒸气的含量，以提高合成气中H2的含量。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述生产参数包括原料的化学组分、DRI化学组分、含铁炉料的单位时间投料量、碳排放量、热耗值；以所述碳排放量和热耗值为约束目标，进而确定所需生物质合成气的指标参数及对应的喷吹量；其中，所述碳排放量低于500kg/t，所述热耗值低于360kgce/t。
作为本发明的进一步改进，所述生物质合成气制备单元和所述喷吹单元之间还设有合成气净化单元，用于将生物质合成气除尘净化后再喷吹。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，以生物质合成气为气基竖炉喷吹原料，搭建气基竖炉循环喷吹系统，将炉顶煤气作为生物质气化的气化剂来源和热量来源，并以气基竖炉的生产参数为导向，以碳排放量和热耗值为约束目标，确定最佳H2和CO比值，然后进行合成气气化工艺的定向设计，实现生物质气化工艺与气基竖炉工艺耦合，最终能够显著降低碳排放量以及能耗，经济效益显著。
2.本发明根据气基竖炉的含铁炉料投料参数，首先以还原率达到90％以上为目标，依据能质平衡原理，计算得到合成气用量初始范围值；接着，以碳排放量和热耗值为约束目标，在合成气用量初始范围值内得到碳排放量和热耗值均在约束值内的H2和CO比值，最后再从该比值范围内，选取碳排放量最低的比值，作为最后的H2和CO比值，进行后续气化工艺的设计。以此种约束流程得到的 H2和CO比值，在尽可能地降低碳排放和能耗的同时，还能保证还原率，设计流程更加科学合理，且容易操作。
3.本发明优选以生物质富氢微粉为气化原料，进行耦合喷吹的工艺设计，选用脱氧后的小粒径富氢微粉作为气化原料，有助于提高合成气中氢气的比例，降低焦油量，且无需苛刻的制备条件，合成气的纯度高，H2和CO的含量占总合成气的比例可达80％-90％，相比以原生态生物质为原料，H2和CO的总产率可提高10％-25％。
4.本发明制备符合气基竖炉喷吹组分、温度要求的生物质合成气，将生物质气化工艺与气基竖炉工艺耦合，实现钢铁绿色发展。可以根据不同气基竖炉的工艺要求，通过气化温度、气化时间、气化剂等手段调整H2/CO比例，替代焦炉煤气、天然气、煤制气，减少化石能源消耗和提高生物质合成气利用率。
附图说明
图1为本发明生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法的流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
请参阅图1所示，本发明提供的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，包括以下步骤：
S1.搭建气基竖炉循环喷吹系统：包括依次连通的生物质合成气制备单元、喷吹单元和气基竖炉；气基竖炉的炉顶煤气出口与生物质合成气制备单元的气化剂入口相连通，用于为生物质合成气制备元提供气化剂来源和热量来源；由于炉顶煤气为高温烟气，因此以高温形式通入生物质合成气制备单元内，可作为高温气化剂，减少能耗。
如此设置，能够将炉顶煤气循环利用，既能节约能耗，又能减少碳排放。
S2.根据气基竖炉的生产参数，确定所需生物质合成气的指标参数及对应的喷吹量，然后确定当前生产条件下的炉顶煤气参数；其中，生物质合成气的指标参数包括生物质合成气中H2和CO的体积比；炉顶煤气参数包括CO2和水蒸气的体积比；
H2和CO的体积比范围优选为(1.5-2.0):1，在此范围内，再根据气基竖炉的具体生产参数，进行细化调控。其中，生产参数包括原料的化学成分、DRI的化学成分、含铁炉料的单位时间投料量、碳排放量、热耗值等；以碳排放量和热耗值为约束目标，进而确定所需生物质合成气的指标参数及对应的喷吹量；其中，碳排放量低于500kg/t，热耗值低于360kgce/t。根据碳排放量、热耗值以及生物质合成气的有效热和还原势，依据能质平衡原理，能够得到合成气理论需求量和合成气组成。
具体地，根据气基竖炉的含铁炉料投料参数，以还原率达到90％以上为目标，依据能质平衡原理，计算得到合成气用量初始范围值(即还原气含量范围值，即在该范围值内，通过搭配合适的还原温度和时间设计，均能实现还原率90％的目标)；接着，以碳排放量和热耗值为约束目标，在合成气用量初始范围值内得到碳排放量和热耗值均满足约束值内对应的H2和CO比值，最后再从该比值范围内，选取碳排放量最低的比值，作为最后的H2和CO比值，进行后续气化工艺的设计。
例如温度一定时，煤气中H2/CO≤1/3时，煤气利用率随温度升高而降低； H2/CO≥1时则相反。而H2/CO一定时，温度高于800℃，煤气利用率随H2/CO 的增加而增加；低于800℃时，煤气利用率随H2/CO的增加而降低。因此，当确定合成气用量初始范围值后，能够通过适配还原温度，以达到最高煤气利用率。
生物质合成气的指标参数还包括生物质合成气中H2和CO的总含量；步骤 S3中生物质合成气制备单元的工艺参数包括气化剂组成、气化温度、气化时间等；通过提高气化温度、延长气化时间或者增加气化剂中水蒸气的含量，以提高合成气中H2的含量。其中，气化温度范围为1000℃-1500℃，气化时间为1-3min。
S3.根据H2和CO的体积比，确定生物质合成气制备单元的工艺参数，然后按工艺参数，将生物质原料高温裂解，得到生物质合成气；再通过喷吹单元将生物质合成气喷吹至气基竖炉内，将含铁矿石还原得到高温海绵铁；与此同时，气基竖炉产生的炉顶煤气循环输送至生物质合成气制备单元，并根据炉顶煤气参数调控生物质合成气制备单元的工艺参数。
炉顶煤气出口与生物质合成气制备单元之间还设有脱碳单元，用于根据生物质合成气制备单元的工艺参数，调节CO2和水蒸气的体积比。主要作用是根据H2/CO比例，确定气化剂组成，例如若需要提高氢气含量，则需要提高气化剂中水蒸气含量，因此，可通过脱碳，提高炉顶煤气中水蒸气的百分含量。而当合成气中H2增加时，还可以增加炉顶煤气净化单元，用于将炉顶煤气除尘净化后再作为气化剂使用，以提高后续合成气的纯度。
气基竖炉循环喷吹系统还包括设置于气基竖炉的出渣口与生物质合成气制备单元之间的水蒸气热交换单元；水蒸气热交换单元吸收竖炉渣的显热，然后输送至生物质合成气制备单元的气化剂入口。
生物质合成气制备单元和喷吹单元之间还设有合成气净化单元，用于将生物质合成气除尘净化后再喷吹。
生物质原料为原生态生物质或预处理生物质；优选为通过气相变压闪蒸得到的生物质富氢微粉。生物质富氢微粉的氧含量低于25wt％，氢含量为5wt％- 12wt％，碳含量为62wt％-68wt％，粒径小于1mm，且200目以下的比例大于40％；根据生物质合成气中H2和CO的体积比，确定生物质富氢微粉的最佳元素比。如此操作，选用脱氧后的小粒径富氢微粉作为气化原料，有助于提高合成气中氢气的比例，降低焦油量，且无需苛刻的制备条件，而且合成气的纯度高，H2和 CO的含量占总合成气的比例可达80％-90％，相比以原生态生物质为原料，H2和 CO的总产率可提高10％-25％。
气相变压闪蒸包括：将原生态生物质依次置于若干个高温高压过热气相反应器中，进行降压逐级闪蒸，以使生物质发生破碎、水分蒸发和结构重组；结构重组包括加氢提质和脱氧提碳；高温高压过热气相反应器的个数≥2，时间为2- 30min；且第一级高温高压过热气相反应器的温度大于220℃，压力大于2.0MPa；例如，第一级高温高压过热气相反应器的温度为240-280℃，压力为2.4-2.8MPa，停留时间为5-30min；第二级高温高压过热气相反应器的温度为140-160℃，压力为1.2-1.4MPa，停留时间为5-60min，以此类推。高温高压过热气相反应器中的气相介质包括过热蒸汽、二氧化碳、氨气、甲烷、页岩气和焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气中的一种或多种。
在一个具体实施例中，通过以下步骤制备富氢微粉：
降低生物质的粒度大小和水分含量，并将其依次置于两个串联的亚临界气相反应器中进行逐级降压闪蒸，以使生物质脱水、脱氧富氢提碳，得到生物质富氢微粉；生物质富氢微粉中粒度小于1.25mm的颗粒质量占比为92％；其中，第一亚临界气相反应器的温度为250℃，压力为2.5MPa，处理时间为30min，气相介质为水蒸气；第二亚临界气相反应器的温度150℃，压力为1.3MPa，处理时间为20min，气相介质为水蒸气。如此得到的富氢微粉，C、H、O元素的含量分别为65％、10％、20％。将其作为合成气制备原料，按上述工艺流程进行气基竖炉循环喷吹，吨铁的碳排放量相比传统的煤制气喷吹可降低200kg/t，成本降低800元/t。
在一些实施方式中，例如在传统Midrex工艺，其所使用的还原气中H2/CO 比例在1.5～2.0之间，且由于竖炉内压力较低约为0.23MPa，还原气温度为 750～900℃，即可根据该使用要求，提高生物质合成气制备过程的气化温度、气化时间及采用H2O作为气化剂，进而提高H2在合成气中的比例(1.5-2.0之间)，合成气经过除尘净化后，与竖炉炉顶脱碳煤气进入预热器内加热至要求温度，进行竖炉喷吹。
高温还原气体从竖炉中间部位进入还原段。在还原气氛下，竖炉内预热后的铁氧化物与还原气中的H2和CO发生还原反应，历经Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe 三个阶段还原成高温海绵铁。未被利用的炉顶煤气首先经过清洗净化，脱除因还原过程冷凝产生的水蒸气，同时去除灰尘、以便加压。清洗后的炉顶煤气通向两部分，一部分作为燃料气供应还原气加热炉，另一部分进行加压处理与生物质还原气混合再进行共同喷吹，整个过程最大程度实现了减少碳排放和化石能源消耗。
生物质合成气的气基竖炉喷吹还可以利用高温气化炉降低合成气中的焦油量、提高合成气品质。其产生的以CO、H2为主的高温还原气经调温到850℃后除尘、由环管送入竖炉，从下向上逆流穿过下降的矿石层。高温生物质合成气可以兑入净化后的竖炉炉顶煤气进行调温，达到800～850℃温度要求后经过热旋风除尘器除尘，作为还原气进入竖炉。
生物质合成气的应用优势还有根据气基竖炉工艺要求进行区间范围合成气的成分灵活调整(H2/CO比例)。不同竖炉工艺在还原温度以及不同还原气氛中对煤气H2/CO的要求不同。可以根据不同气基竖炉的工艺要求，通过气化温度、气化时间、气化剂等手段调整H2/CO比例，替代焦炉煤气、天然气、煤制气，减少化石能源消耗和提高生物质合成气利用率。
综上所述，本发明提供的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，以生物质合成气为气基竖炉喷吹原料，搭建气基竖炉循环喷吹系统，将炉顶煤气作为生物质气化的气化剂来源和热量来源，并以气基竖炉的生产参数为导向，以碳排放量和热耗值为约束目标，确定最佳H2和CO比值，然后进行合成气气化工艺的定向设计，实现生物质气化工艺与气基竖炉工艺耦合，最终能够显著降低碳排放量以及能耗，经济效益显著。以本发明设计的约束流程得到的H2和CO比值，在尽可能地降低碳排放和能耗的同时，还能保证还原率，设计流程更加科学合理，且容易操作。
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精神和范围。

Claims (8)

1.一种生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.搭建气基竖炉循环喷吹系统：包括依次连通的生物质合成气制备单元、喷吹单元和气基竖炉；所述气基竖炉的炉顶煤气出口与所述生物质合成气制备单元的气化剂入口相连通，用于为所述生物质合成气制备单元提供气化剂来源和热量来源；
S2.根据所述气基竖炉的生产参数，确定所需生物质合成气的指标参数及对应的喷吹量，然后确定当前生产条件下的炉顶煤气参数；其中，所述生物质合成气的指标参数包括生物质合成气中H2和CO的体积比；所述炉顶煤气参数包括CO2和水蒸气的体积比；
S3.根据所述H2和CO的体积比，确定所述生物质合成气制备单元的工艺参数，然后按所述工艺参数，将生物质原料高温裂解，得到生物质合成气；再通过所述喷吹单元将所述生物质合成气喷吹至所述气基竖炉内，将含铁矿石还原得到高温海绵铁；与此同时，所述气基竖炉产生的炉顶煤气循环输送至所述生物质合成气制备单元，并根据所述炉顶煤气参数调控所述生物质合成气制备单元的工艺参数；
所述生物质原料为预处理生物质；所述预处理生物质为通过气相变压闪蒸得到的生物质富氢微粉；
所述气相变压闪蒸包括：将原生态生物质依次置于若干个高温高压过热气相反应器中，进行降压逐级闪蒸，以使所述生物质发生破碎、水分蒸发和结构重组；所述结构重组包括加氢提质和脱氧提碳；
所述高温高压过热气相反应器的个数≥2，且第一级所述高温高压过热气相反应器的温度大于220℃，压力大于2.0MPa，停留时间为5-30min；第二级所述高温高压过热气相反应器的温度为140-160℃，压力为1.2-1.4MPa，停留时间为5-60min；所述高温高压过热气相反应器中的气相介质包括过热蒸汽、二氧化碳、氨气、甲烷、页岩气和焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，所述H2和CO的体积比范围为(0.5-2.0):1。
3.根据权利要求1所述的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，所述炉顶煤气出口与所述生物质合成气制备单元之间还设有脱碳单元，用于根据所述生物质合成气制备单元的工艺参数，调节所述CO2和水蒸气的体积比。
4.根据权利要求1所述的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，所述气基竖炉循环喷吹系统还包括设置于所述气基竖炉的出渣口与所述生物质合成气制备单元之间的水蒸气热交换单元；所述水蒸气热交换单元吸收竖炉渣的显热，然后输送至所述生物质合成气制备单元的气化剂入口。
5.根据权利要求1所述的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，所述生物质富氢微粉的氧含量低于25wt％，氢含量为5wt％-12wt％，碳含量为62wt％-68wt％；根据所述生物质合成气中H2和CO的体积比，确定所述生物质富氢微粉的最佳元素比。
6.根据权利要求5所述的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，步骤S2中，所述生物质合成气的指标参数还包括生物质合成气中H2和CO的总含量；步骤S3中所述生物质合成气制备单元的工艺参数包括气化剂组成、气化温度、气化时间；通过提高所述气化温度、延长所述气化时间或者增加所述气化剂中水蒸气的含量，以提高合成气中H2的含量。
7.根据权利要求1所述的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，步骤S2中，所述生产参数包括原料化学成分、DRI化学成分、含铁炉料的单位时间投料量、碳排放量、热耗值；以所述碳排放量和热耗值为约束目标，进而确定所需生物质合成气的指标参数及对应的喷吹量；其中，所述碳排放量低于500kg/t，所述热耗值低于360kgce/t。
8.根据权利要求1所述的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，所述生物质合成气制备单元和所述喷吹单元之间还设有合成气净化单元，用于将生物质合成气除尘净化后再喷吹。
CN202210415498.2A 2022-04-20 2022-04-20 生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法 Active CN114854923B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210415498.2A CN114854923B (zh) 2022-04-20 2022-04-20 生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210415498.2A CN114854923B (zh) 2022-04-20 2022-04-20 生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114854923A CN114854923A (zh) 2022-08-05
CN114854923B true CN114854923B (zh) 2023-02-07

Family

ID=82631500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210415498.2A Active CN114854923B (zh) 2022-04-20 2022-04-20 生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114854923B (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009022509B4 (de) * 2009-05-25 2015-03-12 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag Verfahren zur Herstellung von Synthesegas
JP5403027B2 (ja) * 2011-09-27 2014-01-29 Ｊｆｅスチール株式会社 木質バイオマスを原料とした高炉操業方法およびコークスの製造方法
US10093996B2 (en) * 2014-12-14 2018-10-09 Synthesis Energy Systems, Inc. Method and apparatus for recycling top gas for shaft furnace
NL2016437B1 (en) * 2016-03-15 2017-10-02 Torrgas Tech B V Process to prepare a char product and a syngas mixture.

Also Published As

Publication number Publication date
CN114854923A (zh) 2022-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104212930B (zh) 一种二步法冶炼铁水的baosherex炼铁工艺
CN101260448B (zh) 一种直接使用精矿粉的熔融还原炼铁方法
KR101961418B1 (ko) 선철 제조를 위한 플랜트로부터의 폐가스 및/또는 합성 가스 처리 방법
CN101413038B (zh) 一种煤粉纯氧高炉炼铁工艺及其设备
CN101153349A (zh) 一种综合利用煤气和粉矿的熔融还原炼铁工艺
CN111979371B (zh) 一种干熄焦耦合竖炉生产直接还原铁的工艺中热量分布式利用的方法
CN115516116A (zh) 用于生产渗碳海绵铁的方法
CN103290160B (zh) 一种兰炭纯氧气化生产直接还原铁工艺
CN105885953A (zh) 褐煤气化多联产制取还原气的装置及方法
CN102586529A (zh) 一种以生物质含碳球团为原料的转底炉炼铁方法
CN101928800A (zh) 利用粗煤气显热直接还原含碳铁磁性金属球团矿的方法
CN101597663B (zh) 一种高压粉煤气化制取海绵铁能量回收系统及方法
CN114686633A (zh) 利用直接还原铁炉顶煤气预热变换氢气的方法
CN111910036B (zh) 一种利用生物质还原钒钛磁铁矿联产高品质合成气的方法
CN107118807B (zh) 一种褐煤双床气化制备还原气的系统及方法
CN103276131B (zh) 一种高温粗煤气余热余压余气综合利用工艺方法
CN213507040U (zh) 一种铁矿粉循环还原生产直接还原铁的装置
CN111850216B (zh) 一种利用生物质还原钒钛磁铁矿联产合成气的方法
CN205669012U (zh) 褐煤气化多联产制取还原气的装置
CN114854923B (zh) 生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法
CN105296698A (zh) 一种利用煤气和半焦的熔融还原炼铁方法
CN114854455B (zh) 生物质合成气定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺
CN105543437A (zh) 一种两段式气流床铁矿粉还原工艺
CN107164594B (zh) 一种bgl气化气体经双重整转化生产直接还原铁的系统及方法
CN111850217B (zh) 一种利用生物质还原钒钛磁铁矿联产合成气的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant