CN115109877B - 一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法 - Google Patents

一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法 Download PDF

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Abstract

一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法，本发明属于冶金领域，具体涉及一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法。本发明方法：富烃气先预热，然后进入非催化部分氧化转化炉发生部分氧化反应，生成还原气一，控制非催化部分氧化转化炉出口温度，含CO的还原气二预热，然后与还原气一混合成为还原气三，控制还原气三温度，还原气三进入气基竖炉。本发明还原气加热装置为体积很小的非催化部分氧化炉，造价低，装置寿命高，增加了有效还原气H2、CO的含量，焦炉和气基竖炉的整体热能利用率高。

Description

一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法。
背景技术
现有的气基竖炉直接还原工艺是将一部分竖炉自产粗煤气净化处理成为竖炉自产净化煤气，然后将天然气和竖炉自产净化煤气混合后，通过燃料气燃烧加热，燃烧加热产生的烟气换热后排入大气，天然气和竖炉自产净化煤气的混合气被加热后成为还原气，还原气再从竖炉还原段喷入竖炉内。这种工艺存在以下问题:1、还原气加热装置为管式加热炉，这种外燃加热的方式，能耗高；2、还原气加热系统结构复杂，带有庞大的换热系统，投资大；3、当采用含复杂烃的气体为原料时，还原气加热装置出现积碳，堵塞管路的问题，影响生产的正常进行。针对上述情况专利CN201310464502.5“利用焦炉气非催化转化生产气基直接还原铁的方法及系统”提出了改进措施，该专利在一定程度上解决了上述问题，但是也存在以下问题：1、焦炉气中混入其它气体会增加混合气升温消耗的氧量，进而增加还原气中H2O和CO2含量，减少还原气的有效气体量，进而增加能耗，降低DRI的金属化率，降低产量。2、在转化炉出口处的温度低于1100℃时，还原气体中存在炭黑，炭黑会附着在管壁上，腐蚀管壁，长期积累还会堵塞管路，吹入气基竖炉内的炭黑会影响炉内的透气性，炭黑包裹在球团表面还会影响球团的还原反应。3、在转化炉出口处的温度高于1200℃时，还原气体中的水分高，减少还原气的有效气体量，进而增加能耗，降低DRI的金属化率，降低产量。专利CN201310114729.7“利用CH4非催化转化生产海绵铁的直接还原工艺”也存在上述问题。
发明内容
本发明是要解决上述的技术问题，而提供一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法。
本发明烃气制备气基竖炉还原气的方法包括下列步骤：
步骤一：富烃气先预热至200-600℃，然后进入非催化部分氧化转化炉，在炉内富烃气与纯氧发生部分氧化反应，生成H2、CO为主要成分的还原气一，控制非催化部分氧化转化炉内燃烧温度使还原气一在非催化部分氧化转化炉出口温度为1100-1200℃；
步骤二：将H2和CO总含量大于90％的还原气二预热至400℃以下，然后与还原气一混合成为还原气三，控制还原气三温度为850-1100℃，还原气三进入气基竖炉。
与现有技术相比，本发明方法具有以下有益效果：
一、与原技术使用庞大的气基竖炉还原气管式加热炉及加热炉热回收系统相比，本发明还原气加热装置为体积很小的非催化部分氧化炉，造价低。
二、通过将富烃气预热到200-600℃，然后进入非催化部分氧化转化炉，减少了富烃气在非催化部分氧化转化炉内升温的耗氧量，进而减少了非催化部分氧化转化炉出口还原气中H2O和CO2含量，相对增加了有效还原气H2、CO的含量。
三、通过控制非催化部分氧化转化炉内燃烧温度，使非催化部分氧化转化炉出口温度降低为1100-1200℃，减少了耗氧量，进而减少了非催化部分氧化转化炉出口还原气中H2O和CO2含量，相对增加了有效还原气H2、CO的含量。
四、由于气基竖炉还原气的加热过程充分利用了焦炉煤气的炉顶热量，使得焦炉和气基竖炉的整体热能利用率提高。
五、通过非催化部分氧化转化炉，解决了管式加热炉加热含不饱和烃的富烃气体时，易积碳的问题。
六、通过控制含CO的还原气的加热温度不超过400℃，避免了还原气在400℃-700℃之间时CO发生歧化反应生成炭黑，影响换热管寿命，以及堵塞换热管的问题。
七、通过向400℃以下的含CO的还原气中混入高温还原气(1100-1200℃)，使得含CO的还原气温度迅速超过400℃-700℃范围，降低CO发生歧化反应的概率。
附图说明
图1为富烃气制备气基竖炉还原气的第一种工艺流程图；
图2为富烃气制备气基竖炉还原气的第二种工艺流程图；
图3为富烃气制备气基竖炉还原气的第三种工艺流程图；
图4为加热装置二、三中的还原气管线第一种布置图；
图5为加热装置二、三中的还原气管线第二种布置图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式富烃气制备气基竖炉还原气的方法包括下列步骤：
步骤一：富烃气先预热至200-600℃，然后进入非催化部分氧化转化炉，在炉内富烃气与纯氧发生部分氧化反应，生成H2、CO为主要成分的还原气一，控制非催化部分氧化转化炉内燃烧温度使还原气一在非催化部分氧化转化炉出口温度为1100-1200℃；
步骤二：将H2和CO总含量大于90％的还原气二预热至400℃以下，然后与还原气一混合成为还原气三，控制还原气三温度为850-1100℃，还原气三进入气基竖炉。
本实施方式具备以下有益效果：
一、与原技术使用庞大的气基竖炉还原气管式加热炉及加热炉热回收系统相比，本实施方式还原气加热装置为体积很小的非催化部分氧化炉，造价低。
二、通过将富烃气预热到200-600℃，然后进入非催化部分氧化转化炉，减少了富烃气在非催化部分氧化转化炉内升温的耗氧量，进而减少了非催化部分氧化转化炉出口还原气中H2O和CO2含量，相对增加了有效还原气H2、CO的含量。
三、通过控制非催化部分氧化转化炉内燃烧温度，使非催化部分氧化转化炉出口温度降低为1100-1200℃，减少了耗氧量，进而减少了非催化部分氧化转化炉出口还原气中H2O和CO2含量，相对增加了有效还原气H2、CO的含量。
四、由于气基竖炉还原气的加热过程充分利用了焦炉煤气的炉顶热量，使得焦炉和气基竖炉的整体热能利用率提高。
五、通过非催化部分氧化转化炉，解决了管式加热炉加热含不饱和烃的富烃气体时，易积碳的问题。
六、通过控制含CO的还原气的加热温度不超过400℃，避免了还原气在400℃-700℃之间时CO发生歧化反应生成炭黑，影响换热管寿命，以及堵塞换热管的问题。
七、通过向400℃以下的含CO的还原气中混入高温还原气(1100-1200℃)，使得含CO的还原气温度迅速超过400℃-700℃范围，降低CO发生歧化反应的概率。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中，控制还原气三温度700℃-850℃，再将还原气三加热至850-1000℃后，进入气基竖炉。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：还原气二经焦炉炉顶耐火材料内的一组换热管流经焦炉的碳化室和/或燃烧室的顶部，利用焦炉的碳化室和/或燃烧室的顶部热量将换热管内的还原气二加热至400℃以下，然后与还原气一混合，形成温度700℃-850℃的还原气三；还原气三再进入焦炉炉顶耐火材料内的另一组换热管，将换热管内的还原气三加热至850-1000℃后，进入气基竖炉。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：将还原气二加热到400℃以下的一组换热管位于焦炉碳化室和/或燃烧室顶部耐火材料的内上层，将还原气三加热到850-1000℃左右的另一组换热管位于焦炉碳化室和/或燃烧室顶部耐火材料内下层。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三不同的是：将还原气二加热到400℃以下的一组换热管位于焦炉碳化室顶部耐火材料中，将还原气三加热到850-1000℃左右的另一组换热管位于焦炉燃烧室顶部耐火材料中。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中，富烃气预热至400-600℃。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中，还原气二预热至200-350℃。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六不同的是：富烃气经焦炉煤气上升管换热器预热。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二不同的是：富烃气先采用焦炉热烟气换热器预热后，再经焦炉煤气上升管换热器二次预热。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：还原气一分成两流，分别为还原气四和还原气五，还原气二与还原气四混合，成为还原气三，还原气三加热至950～1000℃后，与还原气五混合，混合后温度提至1000～1100℃后，再进入气基竖炉。
实验一：
如图1，一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法，富烃气为焦炉煤气，焦炉煤气主要成分H2(58.5％)、CO(7.05％)、CO2(2.31％)、CmHn(3.52％)、CH4(25.1％)，N2(3.51)。
还原方法包括下列步骤：
步骤一：富烃气管路5内的焦炉煤气经加热炉一1加热至600℃，然后进入非催化部分氧化转化炉8的烧嘴82的煤气管路，纯氧管路6内的纯氧进入非催化部分氧化转化炉8的烧嘴82的氧气管路，蒸汽管路7内的蒸汽进入非催化部分氧化转化炉8的烧嘴82的蒸汽管路，在非催化部分氧化转化炉8内富烃气与纯氧发生缺氧燃烧，在蒸汽的参与下，发生部分氧化反应，生成H2、CO为主要成分的还原气一，控制燃烧温度，使还原气一在非催化部分氧化转化炉出口温度为1100℃，非催化部分氧化转化炉出口管路81内还原气一的主要成分为H2(65.21％)、CO(22.33％)、CO2(1.33％)、H2O(6.10％)、CH4(2.52％)。
步骤二：气基竖炉4炉顶煤气依次经气基竖炉顶热煤气出口管路42、竖炉热煤气换热器43、除尘装置44后，分成两股气流管路，第一股气流管路为421，第二股气流管路为422，第二股气流作为其它用途，第一股气流管路421再依次与脱水装置45、竖炉炉顶煤气压缩机46、脱硫装置47、脱CO2装置48连通，脱CO2装置48出口流出的气体为气基竖炉炉顶净化煤气，气基竖炉炉顶净化煤气主要成分为H2和CO，且将H2和CO总含量大于90％，将气基竖炉炉顶净化煤气作为还原气二，还原气二在加热装置二2内被加热至300℃，然后与还原气一混合成为还原气三，控制还原气二的流量使还原气三温度为1000-1100℃，还原气三经气基竖炉风口41进入气基竖炉4内。
实验二：如图2，与实验一不同之处为，焦炉煤气在加热炉一加热至400℃，非催化部分氧化转化炉出口管路81内还原气一的主要成分为H2(63.51％)、CO(21.93％)、CO2(1.83％)、H2O(7.82％)、CH4(2.5％)。还原气二在加热装置二2内被加热至200℃，然后与还原气一混合成为还原气三，控制还原气二流速，使还原气三温度750℃，再将还原气三在加热装置三3中加热至850-1000℃后，进入气基竖炉。
实验三：如图3，与实验二不同之处为，焦炉煤气在加热炉一加热至200℃，控制燃烧温度，使还原气一在非催化部分氧化转化炉出口温度为1200℃，非催化部分氧化转化炉出口管路81内还原气一的主要成分为H2(58.65％)、CO(23.78％)、CO2(2.23％)、H2O(10.21％)、CH4(1.2％)。非催化部分氧化转化炉出口管路81分成两个管路分别为还原气四管路811(内部为还原气四)和还原气五管路812(内部为还原气五)，还原气二与还原气四混合，成为还原气三，还原气三在加热装置三3中加热至960℃，与还原气五混合，混合后温度提至1050℃左右后，再进入气基竖炉。
实验四：如图2、4，图4中，碳化室和燃烧室都含有加热装置二2和加热装置三3。与实验二不同之处为，加热装置二2为焦炉炉顶耐火材料的上层中埋设的换热管(图4中实线)，还原气二在加热装置二2内被加热至350℃，加热装置三3为焦炉炉顶耐火材料的下层中埋设的换热管(图4中虚线)。
实验五：如图3、5，图5中，碳化室和燃烧室分别设置在碳化室和燃烧室内，碳化室和燃烧室间隔设置。与实验三不同之处为，加热装置二2为焦炉碳化室炉顶耐火材料中埋设的换热管，还原气二在加热装置二2内被加热至350℃，加热装置三3为焦炉燃烧室炉顶耐火材料中埋设的另一组换热管。富烃气先采用焦炉烟气通过换热器预热后，再经焦炉煤气上升管通过换热器二次预热至400℃。

Claims (8)

1.一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法，其特征在于包括下列步骤：
步骤一：富烃气先预热至400-600℃，然后进入非催化部分氧化转化炉，在炉内富烃气与纯氧发生部分氧化反应，生成H2、CO为主要成分的还原气一，控制非催化部分氧化转化炉内燃烧温度使还原气一在非催化部分氧化转化炉出口温度为1100-1200℃；
步骤二：将H2和CO总含量大于90%的还原气二预热至200-350℃，然后与还原气一混合成为还原气三，控制还原气三温度为850-1100℃，还原气三进入气基竖炉。
2.根据权利要求1所述的一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法，其特征在于步骤二中，控制还原气三温度700℃-850℃，再将还原气三加热至850-1000℃后，进入气基竖炉。
3.根据权利要求2所述的一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法，其特征在于还原气二经焦炉炉顶耐火材料内的一组换热管流经焦炉的碳化室和/或燃烧室的顶部，利用焦炉的碳化室和/或燃烧室的顶部热量将换热管内的还原气二加热至400℃以下，然后与还原气一混合，形成温度700℃-850℃的还原气三；还原气三再进入焦炉炉顶耐火材料内的另一组换热管，将换热管内的还原气三加热至850-1000℃后，进入气基竖炉。
4.根据权利要求3所述的一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法，其特征在于将还原气二加热到400℃以下的一组换热管位于焦炉碳化室和/或燃烧室顶部耐火材料的内上层，将还原气三加热到850-1000℃的另一组换热管位于焦炉碳化室和/或燃烧室顶部耐火材料内下层。
5.根据权利要求3所述的一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法，其特征在于将还原气二加热到400℃以下的一组换热管位于焦炉碳化室顶部耐火材料中，将还原气三加热到850-1000℃的另一组换热管位于焦炉燃烧室顶部耐火材料中。
6.根据权利要求1所述的一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法，其特征在于富烃气经焦炉煤气上升管换热器预热。
7.根据权利要求6所述的一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法，其特征在于富烃气先采用焦炉热烟气换热器预热后，再经焦炉煤气上升管换热器二次预热。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种富烃气制备气基竖炉还原气的方法，其特征在于还原气一分成两流，分别为还原气四和还原气五，还原气二与还原气四混合，成为还原气三，还原气三加热至950~1000℃，与还原气五混合，混合后温度提至1000~1100℃后，再进入气基竖炉。
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