专利名称：一种与气基竖炉配套的还原气净化工艺及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体净化工艺，特别是涉及一种与气基竖炉配套的还原气净化工艺及系统。
背景技术：
目前，国外多用天然气重整制还原气的方式提供CCHH2的还原气，与国外相比，由于受到天然气资源的限制，我国至今没有大型的竖炉法直接还原铁生产工厂。然而我国煤炭资源丰富，煤炭的资源利用效率较低，如果将煤气化后进行深度净化脱硫处理作为原料气，再与适量的水蒸气等混合，进变换炉进行变换反应即可得到H2/C0在4. 6-1. 5之间的H2和CO的混合气。这些混合气可以作为直接还原生产海绵铁的还原性气体，并且具有价格低廉等优点。煤气化的气体中大多含硫，这种工况对煤气压缩机的选型和操作将带来非常不利 的影响，因此要求先进行粗煤气脱硫，然后在经过压缩、CO变换、精脱硫、脱碳等工序才能进入气基竖炉作为还原铁的工艺气。在粗煤气脱硫工艺中，若采取氨水液相催化法、改良ADA法、栲胶法、KCA法等，也能够满足脱硫净化工艺的要求，但由于这些脱硫方法的最大缺陷是溶液硫容低，对于硫含量高且处理气量大的工况，存在着溶液循环量大、操作强度大、能耗高等弊端。而且粗煤气脱硫和后续的精脱硫、脱碳等过程是采用不同的工艺技术来完成的。这使得整个装置流程较为复杂，操作管理不便，设备投资费用较高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种与气基竖炉配套的还原气净化工艺及系统，该发明解决了传统的脱硫方法中存在的操作强度大、能耗高等问题，以及粗煤气脱硫和后续的精脱硫、脱碳等过程需要采用不同的工艺技术而导致的装置流程复杂，设备投资费用高等问题。并且提供一种与气基竖炉还原铁配套的气体净化工艺，同时解决炉顶气净化和循环利用。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种与气基竖炉配套的还原气净化工艺，包括以下步骤(I)粗煤气经除尘降温后，用N-甲基二乙醇胺(即MDEA)溶液进行脱硫；(2)脱硫后的粗煤气经冷却和气液分离后送至压缩机压缩；(3)经压缩机出来的气体与水蒸汽充分混合，进行变换反应，再经气液分离器分离液体后，返回压缩机进行压缩；(4)经压缩机出来的变换气与经压缩机压缩后的气基竖炉炉顶气混合，用N-甲基二乙醇胺溶液进行脱硫脱碳，生成还原气；(5)还原气经冷却和气液分离后，加热升温，进入竖炉还原铁；(6)经竖炉反应的生成的炉顶气经过净化、气液分离，进入压缩机压缩；(7)压缩后的炉顶气重复步骤(4)-步骤(6)。
所述步骤(I)和所述步骤(4)排出的N-甲基二乙醇胺溶液，混合后进入闪蒸罐，进行脱硫再生，再生后的N-甲基二乙醇胺溶液经换热器和溶液冷却器换热后，在步骤(I)和步骤(4)循环使用。所述步骤(6)中竖炉反应后的炉顶气采用N-甲基二乙醇胺溶剂进行净化。所述步骤(4)生成的还原气中，H2+C0体积含量在88%以上，H2/C0体积比可在4. 6-1. 5之间调节，氧化度〈5%，调节压力约I. OMPa(G)。所述步骤(5)中加热温度为900°C。所述步骤(6)的净化过程还包括除尘。所述与气基竖炉配套的还原气净化工艺所用的系统，包括煤制气单元，粗脱硫单元，第一压缩单元，变换单元，混合单元，精脱硫脱碳单元，加热单元，还原竖炉单元，第二压缩单元，其中，所述煤制气单元依次连接粗脱硫单元，第一压缩单元，变换单元，混合单元， 精脱硫脱碳单元，加热单元，还原竖炉单元，第二压缩单元，混合单元。所述煤制气单元与所述加热单元连接。所述第二压缩单元与精脱硫脱碳单元连接。所述加热单元为管式加热炉。本发明提供的技术方案，为了操作和管理的方便，采用煤气粗脱硫和还原气脱硫脱碳均在采用同一种溶剂N-甲基二乙醇胺(MDEA)的设备中进行，同时脱硫的MDEA与脱硫脱碳的MDEA共用一套溶液再生系统，同时由于竖炉炉顶气中除了反应生成的CO2和水外，尚有大量的CO和H2没有参加反应，为了提高还原气的利用率和提高经济性能，可将竖炉炉顶循环气的净化工艺也合并到本发明的净化系统中，从而简化系统、节省能耗、提高还原气的利用率、减少设备数量和投资。
图I是本发明中与气基竖炉配套的还原净化工艺流程图
具体实施例方式为更好的说明本发明，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。I.粗脱硫粗煤气经除尘、洗涤等工艺后进入净化系统，在脱硫塔中与塔内的MDEA溶液逆流接触，使得混合气体重的大部分H2S及部分SO2和COS被吸收。出脱硫塔的粗煤气(常温)进入塔顶冷却器，将因吸收升温的工艺气体冷却至40°C，工艺气进行气液分离，回收MDEA吸收液。然后工艺气送煤气压缩。脱硫塔底排出的富液，进行脱硫再生，再生后的MDEA溶液经换热器和溶液冷却器换热后回脱硫塔和脱碳塔循环使用。2.压缩I :压缩机将煤气压缩至一定压力后，导入变换工序。3.变换煤气压缩机出口气体在一定压力和温度下进入变换工序，经油水分离器分离掉压缩过程中夹带的油水，与水蒸汽一起进入混合器使蒸汽与煤气充分混合，约65%的粗煤气进入热交换器，用出变换炉的变换气为入口煤气换热升温。煤气由130°C升至300-3600C ;变换气由400-350°C降至150-180°C。然后经水冷器，温度降至40°C左右，然后进入气液分离器，分离工艺冷凝液后返回煤气压缩机，经压缩机提压后还原气中h2/co在4. 6-1. 5 之间。4.混合煤气压缩机出口变换气与竖炉炉顶循环气压缩机出口还原气体混合。天然气或焦炉煤气制得的还原气与竖炉炉顶循环气压缩机出口还原气体混合。5.精脱硫脱碳煤制气的变换气与循环气压缩机出口的还原气(或者是天然气或焦炉煤气制得的还原气与竖炉炉顶循环气压缩机出口还原气体混合)混合后进入进气除油器，后进精脱硫脱碳塔，还原气体下进上出，吸收液上进下出，逆流接触。脱碳后的气体由塔顶出来，进入塔顶冷却器，回收再生MDEA吸收液。净化后的还原气经调解压力后送入管式加热炉(H2+C0可达88%以上，H2/C0可在4. 6-1. 5之间调节，氧化度〈5%，压力约I. OMPa(G))调节压力后送加热炉。6.管式炉加热用于给还原气加热到竖炉还原铁所需要的温度、00°C。7.压缩2 :经竖炉还原反应后的工艺气体夹带着铁矿石粉尘400 450°C由竖炉 顶排出，由竖炉顶出来的炉顶气进入水洗除尘塔，净化后的气体经循环气气液分离器少部分作为弛放气送加热炉作燃料，以维持系统的惰性气平衡，大部分作为循环气送循环气压缩机升压到一定压力后与新鲜的变换气一起送入MDEA净脱硫脱碳。本发明的有以下有益效果I.减少投资、降低操作的难度，在变换反应之前预先将粗煤气中的大部分硫脱除，降低了变换及脱碳工序的设备和管道对材质的设计要求，减少了投资；MDEA溶液稳定性好，不降解，挥发性小，对碳钢设备腐蚀性小，对烃类溶解度低；煤气的粗脱硫、还原气脱硫脱碳和竖炉炉顶气的净化均采用同一种溶剂MDEA，MDEA脱硫与MDEA脱硫脱碳共用一套溶液再生系统，便于了操作和管理。2.多效脱除性能，可以在一个系统内同时脱除H2S、有机硫、SO2, COS、CO2等，并在再生时分别处理满足副产CO2产品气、H2S浓缩等要求。3.净化度高，净化气总硫< 10mg/m3，CO2含量彡1%。4.溶液吸收能力大，由于MDEA对于C02、H2S在低温下具有优越的吸收性能，与其它净化方法相比具有溶液硫容高，吸收CO2能力高，溶液循环量低、操作强度大、能耗高5.降低能耗，采用竖炉炉顶气循环利用，参与竖炉还原铁的反应，节省了还原单位质量相同品味铁矿石所需的还原气，从而节省了耗煤量。从上述分析可知，本发明使用的气体净化工艺化节省了工艺投资和运行成本，同时竖炉炉顶气的循环利用降低了能耗。整个工艺从技术上说是环保节能可行的。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种与气基竖炉配套的还原气净化工艺，其特征在于，包括以下步骤 (1)粗煤气经除尘降温后，用N-甲基二乙醇胺溶液进行脱硫； (2)脱硫后的粗煤气经冷却和气液分离后送至压缩机压缩； (3)经压缩机出来的气体与水蒸汽充分混合，进行变换反应，再经气液分离器分离液体后，返回压缩机进行压缩； (4)经压缩机出来的变换气与经压缩机压缩后的气基竖炉炉顶气混合，用N-甲基二乙醇胺溶液进行脱硫脱碳，生成还原气； (5)还原气经冷却和气液分离后，加热升温，进入竖炉还原铁； (6)经竖炉反应的生成的炉顶气经过净化、气液分离，进入压缩机压缩； (7)压缩后的炉顶气重复步骤(4)-步骤(6)。
2.根据权利要求I所述的与气基竖炉配套的还原气净化工艺，其特征在于，所述步骤(I)和所述步骤(4)排出的N-甲基二乙醇胺溶液，混合后进入闪蒸罐，进行脱硫再生，再生后的N-甲基二乙醇胺溶液经换热器和溶液冷却器换热后，在步骤(I)和步骤(4)中循环使用。
3.根据权利要求I所述的与气基竖炉配套的还原气净化工艺，其特征在于，所述步骤(6)中竖炉反应后的炉顶气采用N-甲基二乙醇胺溶剂进行净化。
4.根据权利要求I所述的与气基竖炉配套的还原气净化工艺，其特征在于，所述步骤(4)生成的还原气中，H2+CO体积含量在88%以上，H2/CO的体积比在4.6-1. 5之间调节，氧化度〈5%，调节压力约I. OMPa(G)。
5.根据权利要求I所述的与气基竖炉配套的还原气净化工艺，其特征在于，所述步骤(5)中加热温度为900°C。
6.根据权利要求I所述的与气基竖炉配套的还原气净化工艺，其特征在于，所述步骤(6)的净化过程还包括除尘。
7.根据权利要求I所述的与气基竖炉配套的还原气净化工艺所用的系统，其特征在于，包括煤制气单元，粗脱硫单元，第一压缩单元，变换单元，混合单元，精脱硫脱碳单元，加热单元，还原竖炉单元，第二压缩单元，其中，所述煤制气单元依次连接粗脱硫单元，第一压缩单元，变换单元，混合单元，精脱硫脱碳单元，加热单元，还原竖炉单元，第二压缩单元，混合单元。
8.根据权利要求7所述的与气基竖炉配套的还原气净化工艺所用的系统，其特征在于，所述煤制气单元与所述加热单元连接。
9.根据权利要求7所述的与气基竖炉配套的还原气净化工艺所用的系统，其特征在于，所述第二压缩单元与精脱硫脱碳单元连接。
10.根据权利要求7所述的与气基竖炉配套的还原气净化工艺所用的系统，其特征在于，所述加热单元为管式加热炉。
全文摘要
本发明提供了一种与气基竖炉配套的还原气净化工艺及系统，包括粗煤气用MDEA溶液进行脱硫，经冷却和气液分离后送至压缩机压缩，在一定压力和温度下与水蒸汽进行变换反应，再经气液分离器分离液体后进行压缩，经压缩机出来的变换气与经压缩机压缩后的气基竖炉炉顶气混合，用MDEA溶液进行脱硫脱碳，生成还原气，还原气经冷却和气液分离后，加热升温，进入竖炉还原铁，经竖炉反应的生成的炉顶气经过净化、气液分离，进入压缩机压缩，重复与变换气混合后的工艺。该发明不仅能耗低，而且MDEA溶液吸收效果好，对设备腐蚀性小，且充分利用了竖炉炉顶气，能同时解决炉顶气净化和循环利用。
文档编号C10K1/02GK102876828SQ201210364110
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者吴道洪, 史雪君, 窦从从, 齐健 申请人:北京神雾环境能源科技集团股份有限公司