利用焦炉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CNCN103525964103525964A(43)申请公布日2014.01.22(21)申请号201310464490.6(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)C22B5/12(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书8页说明书8页附图2页附图2页(54)发明名称利用焦炉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焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的方法及系统。该方法包括以下步骤：将通过常规净化、精脱硫处理和脱不饱和烃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混合气混合成原料混合气，使原料混合气与含氧气体在转化炉烧嘴出口处燃烧，得到高温混合气；向高温混合气中添加CO2、含CO2的气体和/或水蒸汽，然后使其与催化转化炉中的催化剂接触，转化得到高H2和CO浓度的合成气；合成气直接进入竖炉还原氧化铁生产还原铁，竖炉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利用焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的系统。CN103525964ACN10352964ACN103525964A权利要求书1/2页1.一种利用焦炉气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、精脱硫处理和脱不饱和烃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混合气混合成原料混合气，使原料混合气与含氧气体在转化炉烧嘴出口处燃烧，得到高温混合气，燃烧时控制火焰温度为1100-1800℃，其中，精脱硫处理后的焦炉气的硫含量≤10ppm，烯烃和芳烃浓度小于5000ppm；向高温混合气中添加CO2、含CO2的气体和/或水蒸汽，然后使其与催化转化炉中的催化剂接触，使焦炉气中的烃类在催化剂上与CO2和/或水蒸汽发生转化反应，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，并将催化转化炉出口处的合成气的温度控制为850-1050℃；催化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，所述净化尾气与焦炉气混合重新进入催化转化炉，或者一部分用作燃料加热另一部分净化尾气，然后直接进入竖炉作为还原气。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)的摩尔比至少为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，催化转化炉出口处的合成气的压力为0.1-1.0MPa。6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，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、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，活性组份镍的含量为5-15wt%，助剂含量为0.1-7wt%，余为载体。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述冷却除尘净化包括精脱硫处理，脱硫后的净化尾气的硫含量≤10ppm；优选地，所述精脱硫采用氧化锌脱硫剂。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述焦炉气的精脱硫处理的催化剂的活性组分为镍、钴、钼、铁和钨中的一种或两种以上的组合，载体为氧化铝、氧化锌、氧化硅、氧化镁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，活性组分的含量为8-25wt%，载体的含量为75-92wt%。9.如权利要求8所述的方法，其中，所述焦炉气的精脱硫处理的压力为0.3-1.5MPa，温度为120-400℃，体积空速为400-8000h-1。10.如权利要求1所述的方法，其中，所述净化尾气在脱除CO2后进行回用或用作燃料；优选地，所述脱除CO2的方法为胺法、变压吸附法或碳酸丙烯酯法。11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，所述原料混合气的含硫量≤10ppm；优选地，所述原料混合气的含硫量≤3ppm。12.一种利用焦炉气催化转化生产气基直接还原铁的系统，其包括净化器、第一精脱硫塔、催化转化炉、气体混合器、竖炉、冷却器、洗涤器、第二精脱硫塔、脱碳塔、加热器，其中：所述净化器设有焦炉气输入口，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