利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103525966103525966A(43)申请公布日2014.01.22(21)申请号201310464503.X(22)申请日2013.10.08(71)申请人中国石油大学(北京)地址102249北京市昌平区府学路18号申请人北京中石大新能源研究院有限公司(72)发明人周红军余长春李然家周广林吴全贵(74)专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司11127代理人姚亮(51)Int.Cl.C21B13/02(2006.01)C21B13/14(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书7页说明书7页附图3页附图3页(54)发明名称利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法及系统(57)摘要本发明涉及一种利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法和系统。上述方法包括以下步骤：对天然气进行精脱硫处理；使天然气与净化尾气混合成原料混合气，与含氧气体在催化转化炉的烧嘴出口处燃烧，得到高温混合气；高温混合气在催化转化炉中与催化剂接触，转化得到高H2和CO浓度的合成气；使转化后得到的合成气直接进入竖炉还原氧化铁生产还原铁，竖炉的还原尾气经过冷却除尘净化后得到净化尾气。本发明还提供了一种用于上述方法的利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的系统。CN103525966ACN1035296ACN103525966A权利要求书1/2页1.一种利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法，其包括以下步骤：对天然气进行精脱硫处理，使其含硫量≤10ppm；使精脱硫处理后的天然气与净化尾气混合成原料混合气，与含氧气体在催化转化炉的烧嘴出口处燃烧，控制火焰温度为1100-1800℃，得到高温混合气，其中，原料混合气和/或含氧气体中添加有CO2、含CO2的气体和/或水蒸汽；高温混合气与催化转化炉中的催化剂接触，使高温混合气中的烃类在催化剂上与CO2发生转化反应，燃烧反应产生的热量为转化反应提供热量，转化得到高H2和CO浓度的合成气，催化转化炉的出口处的合成气的温度控制为850-1050℃；使转化后得到的合成气直接进入竖炉还原氧化铁生产还原铁，竖炉的还原尾气经过冷却除尘净化后得到净化尾气。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述净化尾气返回与天然气混合重新进入催化转化炉，或者用作燃料以加热净化尾气，然后直接进入竖炉回用。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述竖炉入口合成气的组成满足(H2+CO)/(H2+CO+H2O+CO2)的摩尔比不低于0.90。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述含氧气体为纯氧。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述含CO2的气体为净化尾气。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述催化转化炉出口处的合成气的温度为850-1050℃。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述催化转化炉出口处的合成气的压力为0.1-1.0MPa。8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其中，所述催化转化炉中的催化剂的活性组分为镍，助剂为钙、镁、钡和钾中的一种或两种以上的组合，载体为氧化铝、铝酸钙、氧化镁、镁铝尖晶石和硅铝酸钾中的一种或两种以上的组合；优选地，以该催化剂的总重量计，所述活性组分的含量为5-15wt%，所述助剂的含量为0.1-7wt%，余量为载体。9.如权利要求1所述的方法，其中，所述竖炉尾气的冷却除尘净化中的净化为精脱硫处理，脱硫后得到的净化尾气的硫含量≤10ppm；优选地，所述竖炉还原尾气的精脱硫处理采用氧化锌脱硫剂。10.如权利要求1所述的方法，其中，所述净化尾气在脱除CO2后再回用或用作燃料；优选地，脱除CO2的方法为胺法、变压吸附法或碳酸丙烯酯法。11.一种利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的系统，其包括：氢气混合器、第一精脱硫塔、催化转化炉、气体混合器、竖炉、洗涤器、第二精脱硫塔、脱碳塔、加热器，其中：所述氢气混合器设有天然气输入口，并且其出口与所述第一精脱硫塔连接；所述第一精脱硫塔设有CO2/H2O入口，其出口与所述催化转化炉连接，并且，在第一精脱硫塔和催化转化炉的连接管道上设有其他气体输入管道；所述气体混合器分别设有含氧气体入口和CO2/H2O入口，其出口与所述催化转化炉连接；所述催化转化炉的出口与所述竖炉连接；所述竖炉设有球团矿入口、炉顶气出口和还原铁出口，其通过炉顶气出口与所述洗涤器连接；2CN103525966A权利要求书2/2页所述洗涤器与所述第二精脱硫塔连接；所述第二精脱硫塔与所述脱碳塔连接；所述脱碳塔设有还原气出口和CO2出口，并通过还原气出口与所述加热器连接；所述加热器与所述竖炉连接。3CN103525966A说明书1/7页利用天然气催化转化生产气基直接还原铁的方法及系统技术领域[0001]本发明涉及一种利用