[发明专利]一种天然气三重整制备直接还原铁的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种天然气三重整制备直接还原铁的系统和方法。

背景技术

直接还原铁又称海绵铁，是一种重要的可代替废钢且优于废钢的炼钢原料，可稀释废钢中的杂质元素成分，为电炉炼钢提供必不可少的纯净铁原料。钢铁企业发展直接还原铁技术，能更好地适应时代对企业向紧凑化、高效化、洁净化方向发展的要求。

2014年，全世界直接还原铁产量为7455万吨。其中，由气基竖炉法生产的约占80％。典型的工艺包括MIDREX工艺和HYLⅢ(Energiron)工艺。

MIDREX法以天然气为原料气，用炉顶气作为转化剂，经重整反应得到高品质还原气。炉顶气经降温除尘后，其中60～70％经压缩后与天然气按照化学反应当量混合，经预热器预热，然后通过装有镍催化剂的重整炉。在重整炉内，天然气与炉顶气中的CO₂和H₂O发生重整反应，得到850～900℃的还原气，然后将该还原气送入竖炉中。含铁的氧化球团或块矿在竖炉内经还原气还原得到直接还原铁。直接还原铁经竖炉底部的冷却段冷却后排出竖炉。冷却段的冷却气从竖炉排出，然后经水洗塔水洗和压缩机提压后，送回竖炉循环使用。但是，该方法中，重整炉造价昂贵，维护成本较高。并且，气体中的硫会导致重整炉内的重整催化剂中毒。因此，该工艺中需要严格控制矿石和煤气中的硫含量。

HYLⅢ工艺以天然气和部分炉顶气为原料，通过原料天然气、转化剂水蒸气在重整炉中的催化重整反应制取还原气。由重整炉制取的还原气，通过热量回收装置、水洗冷却装置处理，然后与部分经水洗冷却、脱硫脱碳的炉顶气混合。得到的混合气经加热炉加热至900～950℃，然后通入竖炉中，还原氧化球团或块矿。但是，该工艺中，操作压力较高，对反应器的要求较高。并且，由转化炉制取的高温还原气，需经冷却除水以降低氧化度，然后再加热升温。因此，工艺上不太合理，耗能较高。

发明内容

本发明旨在提供一种天然气三重整制备直接还原铁的系统和方法，本发明可以充分循环利用炉顶气，并提高天然气中甲烷的三重整效率。

本发明提供了一种天然气三重整制备直接还原铁的系统，包括竖炉、第一气体单元、第二气体单元、第三气体单元。

所述竖炉具有炉顶气出口、还原气入口、铁氧化球团入口、直接还原铁出口。

所述第一气体单元包括依次连接的预热装置、脱硫装置、加热装置、三重整反应器。所述预热装置具有混合气体入口，所述混合气体入口与所述竖炉的炉顶气出口连接。所述三重整反应器具有氧气入口、还原气出口，所述还原气出口与所述竖炉的还原气入口连接。

所述第二气体单元包括所述加热装置、所述预热装置。所述加热装置具有第二气体入口、烟气出口，所述第二气体入口与所述竖炉的炉顶气出口连接。所述预热装置具有烟气入口，所述烟气入口与所述加热装置的烟气出口连接。

所述第三气体单元包括脱硫脱碳装置，所述脱硫脱碳装置具有第三气体入口、第三气体出口。所述第三气体入口与所述竖炉的炉顶气出口连接。所述第三气体出口与所述竖炉的还原气入口连接。

优选的，所述三重整反应器设置有多个，所述多个三重整反应器并联连接，所述多个并联连接的三重整反应器与所述加热炉串联连接。

进一步的，上述的系统中还包括依次连接的洗涤装置、压缩装置，用于洗涤、压缩炉顶气。所述洗涤装置与所述竖炉连接，所述压缩装置上设置有所述炉顶气出口。

本发明还提供了一种利用上述系统由天然气三重整制备直接还原铁的方法，包括步骤：

所述竖炉排出的炉顶气分为三部分：第一气体，第二气体，第三气体。

将所述第一气体与天然气混合，得到混合气体。所述混合气体经预热、脱硫后，送入所述加热装置中加热，然后送入所述三重整反应器中，并向所述三重整反应器中通入氧气，所述三重整反应器中发生三重整反应得到还原气。

将所述第二气体送入所述加热装置中作为燃料。

所述第三气体经过脱硫脱碳后与所述还原气混合，然后送入所述竖炉中，并还原所述竖炉中的铁氧化球团，得到直接还原铁。

进一步的，所述第一气体的体积占所述炉顶气总体积的百分数为40～70％。所述第二气体的体积占所述炉顶气总体积的百分数为25～40％。所述第三气体的体积占所述炉顶气总体积的百分数为5～20％。

优选的，所述三重整反应的催化剂为镍基催化剂。

进一步的，所述氧气的体积占所述天然气体积的70～80％。