[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种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，属于直接还原铁生产技术领域。

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。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冷却至需要的温度。

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，焦炉气富余4-6万m³/h。

焦炉气主要成分为H₂(55-66%)、CH₄(18-26%)、CO(6-8%)，其余为二氧化碳、氮气和C₂以上烃及少量氧和硫杂质，是优质的DRI还原气原料。

中国专利申请CN102605132A公开了一种利用焦炉气生产直接还原铁的方法，该方法中焦炉气没有精脱硫和专一的催化转化过程，焦炉气经加热后进入还原炉，还原铁含硫量高，焦炉气中甲烷因转化不安全利用率低。

中国专利申请CN101392192B公开了一种焦炉气二氧化碳转化及气基竖炉直接还原铁生产方法，该申请中把焦炉气深度净化脱硫后补加氧气、二氧化碳和水蒸气作为气体转化剂，该过程中添加水蒸气太多，转化后要冷却至40℃进行脱水处理，然后再升温进气基竖炉，该工艺对高温合成气的降温和升温过程导致能耗高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种生产直接还原铁（DRI）的方法，该方法针对焦炉气精脱硫处理后的非催化转化，控制燃烧温度和氧化剂，生产满足气基竖炉法生产直接还原铁要求的合成气，具有工艺简单，设备投资低等优点。

本发明的目的还在于提供一种利用焦炉气非催化转化生产气基直接还原铁的系统。

为达到上述目的，本发明首先提供了一种利用焦炉气非催化转化生产气基直接还原铁的方法，其包括以下步骤：

将通过常规净化和精脱硫处理后的焦炉气与“转炉煤气、高炉煤气、净化尾气中的一种或两种以上的混合气”混合形成原料混合气，使原料混合气与含氧气体混合并在转化炉烧嘴出口处部分燃烧，燃烧时控制火焰温度为1100-2300℃，使焦炉气中的烃类与二氧化碳和/或水蒸汽在高温下发生转化，生成含H₂和CO的合成气；

使含H₂和CO的合成气进入竖炉还原氧化铁生产直接还原铁，竖炉排出的还原尾气经过冷却、洗涤、脱碳、脱硫净化后得到净化尾气。

可以与焦炉气等混合的“净化尾气”指的是生产还原铁之后由竖炉排出的还原尾气经过净化得到的净化尾气，即竖炉排出的还原尾气经过冷却、洗涤、脱碳、脱硫净化后得到的净化尾气。上述的竖炉可以是目前生产直接还原铁常用的设备，例如Midrex高温气基还原铁竖炉、HyL高温气基还原铁竖炉等。

在上述方法中，转化后得到的合成气直接进入竖炉还原氧化铁生产直接还原铁，竖炉排出的还原尾气经过冷却、洗涤、脱碳、脱硫净化后得到净化尾气，净化尾气可以部分返回与焦炉气混合重新进入转化炉，也可适当换热后与部分燃烧得到的合成气混合，返回竖炉进行利用，也可以对进入竖炉的合成气进行调温，还可以使用一部分净化尾气作为燃料将其余净化后的竖炉尾气加热到约800-1000℃，然后使被加热的尾气与部分燃烧得到的合成气混合直接作为还原气进入竖炉；即优选地，净化尾气采用以下方式中的一种或几种进行使用：