[发明专利]一种利用焦炉气制还原气生产海绵铁的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用焦炉气生产合成还原气，利用直接还原气基法生产海绵铁(DRI)的方法及设备，更具体地说，涉及一种利用焦炉气制还原气生产海绵铁的方法及设备。

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的生产工艺分煤基和气基两类。其中目前气基法占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。

气基法所用还原剂主要是天然气，经蒸汽转化或部分氧化生产合成气CO+H₂，而中国天然气价格昂贵，在东部沿海一些地区天然气价格已达5元/m³，而采用大型煤气化生产的精制合成气价格也在0.8元/m³以上，因此寻找一条价格便宜的还原气原料渠道是大力发展中国DRI生产所必须面对的问题。

中国有大量的焦炉气(COG)资源，除一部分用于发电、生产纯氢、加热燃料和生产甲醇外，约三分之一资源放入火炬烧掉；并且在钢铁企业中存在大量的低热值燃气富余，放空的高炉气和转炉气等。随着节能技术的进步，热风炉的双预热技术、蓄热化加热炉技术等不断涌现，大量的低热值燃气被利用，焦炉煤气的富余已无可置疑。以鞍钢为例，预测2006年高炉煤气富余46万m³/h，焦炉煤气富余4-6万m³/h。

焦炉煤气主要成分为H₂(55-66％)、CH₄(24-26％)、CO(6-8％)，其余为二氧化碳、氮气和C₂⁺烃及少量氧和硫杂质，是优质的DRI还原气原料，但由于其中杂质硫成分复杂，含有羰基硫及噻吩类硫化合物，使得甲烷转化镍催化剂易于失活；同时少量C₂⁺烃在甲烷转化的高温下按照制DRI还原气工艺条件运行时，容易积碳导致甲烷转化镍催化剂失活；由于这两方面原因使焦炉气制DRI还原气的工业生产难于经济性运行；另一方面还由于受焦炉气量的影响，大规模生产DRI受到限制，因此最大限度地利用焦炉气生产还原气也是要优先考虑的问题之一。

因此，对于联合钢铁企业，可充分利用其它合适的煤气资源，如转炉煤气和高炉煤气等。另一方面就是充分利用好现有焦炉煤气，在生产工艺过程中，尽量避免焦炉煤气充当燃料和放空，只有在循环还原气中为避免氮气积累而把一部分焦炉气烧掉。

生产DRI过程中，有效还原气含量越高，生产DRI的温度就越低，因此为节能和提高生产效率，应尽量把还原气中的甲烷转化成CO和H₂，使焦炉还原气在800℃左右就有很高的铁还原率和还原速度。

中国专利申请CN1995402A公开了一种利用焦炉气将氧化铁直接还原成金属铁的方法。该申请公开的技术方案特别关注了用冷却/排料区的DRI来脱除COG中的重烃、焦油，以避免气体加热和其它设备的结垢。而对焦炉气中的有机硫及还原气还原铁矿石时生成的硫化氢等没有脱除，这些气体中的总硫量远大于天然气转化时催化剂要求的最大硫含量1ppm，将导致工艺流程中的甲烷转化催化剂快速失活，而使生产不具有经济性，在脱除还原反应尾气中的二氧化碳方案中，只记载了通过化学吸收或物理吸收可以有效地去除二氧化碳，没有说明在脱除二氧化碳的同时脱除还原尾气中的大量硫化氢如何处理，这些硫化氢随二氧化碳排入大气中是不符合环保要求的。

美国专利US4270739、US4333761、US4351513公开了利用焦炉气制还原气进行直接还原工艺，通过在还原炉的还原区上部脱除COG中的有机硫，但没考虑在脱除转化过程中还原尾气中存在的大量硫化氢，实际生产可达300ppm，这些硫化氢易使甲烷转化催化剂快速失活而使实际操作无法进行。

美国专利US4900356公开了一种还原尾气中的脱硫方法，用急冷水洗涤还原尾气使硫化物转化为固体，从而实现减少还原尾气中的硫含量，以达到减少甲烷转化催化剂中毒、改进工艺效率的目的，但产生的含硫废水需进一步处理，且脱硫精度值得商榷。

发明内容