专利名称：用混合气生产海绵铁还原气的方法
技术领域：
本发明涉及混合气处理技术，具体说本发明涉及到钢铁厂COREX(商标名)炉煤气经脱CO2、脱水、加热等处理步骤后，制成符合竖炉使用要求的还原气工艺。
背景技术：
熔融还原技术是国际钢铁工业技术中的重大前沿科技，它的目标是实现非焦煤炼铁取代传统的高炉炼铁。COREX法是不多的几种已经经投入工业化生产的熔融还原炼铁法，影响其经济性的一个重要方面是它的副产煤气的合理利用。COREX熔融还原炼铁，生产每吨铁水产生1500～1800Nm3的煤气(还原尾气)，煤气中H2+CO的含量高达～65％，热值～7500kj/Nm3。该副产煤气的用途有作燃气、发电、化工原料和生产海绵铁，对于钢厂，利用该尾气生产海绵铁是一种合理的选择。
根据竖炉生产海绵铁采用的还原气的要求，COREX尾气需进行脱CO2、脱水和加热等处理。
COREX还原气的常规处理工艺COREX炉还原气经VPSA(真空变压吸附)脱CO2、脱水后，通过管式加热炉由常温加热到约400℃，再由受控燃烧炉将还原气由～400℃快速加热至800℃以上，此时，还原气成分CO+H2＞90％，CO2+H2O＜5％，温度800℃以上送入竖炉。
上述工艺存在如下缺点(1)采用VPSA法脱除CO2，H2特别是CO损失大。(2)加热过程中，气体中的CO发生裂解反应容易在换热器管壁上结碳，影响换热效果。(3)第二步加热需用氧气，氧气燃烧H2和CO升温产生的CO2和水增多，降低了气体的还原性能。
发明内容
针对常规工艺存在的上述缺点，本发明提出了如下处理新工艺。
工艺1(见附图1)COREX炉煤气经CO变换装置1后，将煤气中80％以上的CO转化成CO2和H2，由脱碳脱水装置2脱除气体中CO2和H2O，进入管式加热炉3加热到指定的温度。管式加热炉废气由废热锅炉4回收热量，产生的蒸汽供CO变换装置使用，竖炉尾气经处理后回脱碳脱水装置。
本发明的一个重要特点是采用CO变换工艺将煤气中CO的浓度降低到0.5％～8％，这样做有两个好处(1)PSA脱碳有效气体损失小；(2)避免了加热过程中的结碳问题。本发明的另一个重要特点是采用管式加热炉升温，取消了加氧燃烧控温炉，因此经本发明处理后的气体中CO2、H2O含量低，还原性能好。
本发明采用的脱碳装置可以干法(如PSA)、湿法(如胺法、热钾法)、膜分离法或它们的组合。PSA法脱碳能耗低，但还原气有效气体(H2，CO)损失较大；湿法脱碳有效气体损失少，但蒸汽损耗大。本发明针对上述两类脱碳方法的特点，一种方案是采用PSA(或膜分离法)粗脱CO2，湿法精脱CO2的方式脱除还原气中的CO2。湿式脱碳可以用胺法(如MDEA法，MEA法等)和热钾碱法，考虑到气源压力低，本发明推荐使用改进型MEA法、MDEA法和热钾碱法，特别推荐使用改进型的MEA法、MDEA法。
本发明采用的脱H2O装置为变压吸附(PSA)、变温吸附(TSA)和真空变压吸附(VPSA)中的一种或两种装置的组合，脱水装置所使用的吸附剂为硅胶、分子筛和氧化铝中的一种或它们的组合。
本发明另一脱CO2方案是采用真空变压吸附法(VPSA)。由于炼钢炉煤气经CO变换后，CO含量很低，VPSA法脱碳，有效气体(CO、H2)的回收率也能达到很高的水平。
经脱碳脱水后的还原气加热方式可为间接式和/或直接式。常规工艺脱碳脱水后，还原气中主要成分为CO，采用间接加热方式，易在换热器管壁上结碳，轻者影响换热效果，重者引起堵塞。本发明还原气中CO含量很低，因而可直接采用管式加热炉将气体的温度提高到工艺指标，如850℃。
工艺2(见附图2)由VPSA装置1将气体中CO2脱除到6％，再由MEA装置2将还原气中CO2脱除到小于0.2％。脱碳后的气体由TSA装置3脱除H2O。脱水后的还原气进入蓄热式加热炉4加热到700℃～800℃，再由均热炉5调节气温到～800℃，然后调温炉6加入少量O2，将还原气调节到指定的温度，如850℃。经上述工艺处理后，还原气中CO+H2＞92％，CO2+H2＜3％，温度为～850℃，此还原气符合竖炉的使用要求。
TSA脱H2O装置3的尾气经水分离后用作蓄热炉的燃料，蓄热炉4的燃烧尾气通过废热锅炉7产生蒸汽作为MEA装置2的再生热源。
附图1工艺1流程示意图附图2工艺2流程示意图附图3实施例1流程示意图附图4实施例2流程示意图
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行说明。
实施例1附图3是本发明的一个具体实施方式
。
某钢厂COREX炉煤气量为23000Nm3/h，温度为常温，压力0.15Mpa(表)，其组成如下
COREX炉煤气经CO变换装置1后，将煤气中80％以上的CO转化成CO2和H2，由VPSA脱碳脱水装置2脱除气体中CO2和H2O，进入管式加热炉3加热到800℃以上。经上述工艺处理后，还原气中CO+H2＞95％，CO2+H2O＜3％，温度为800℃以上，此还原气符合竖炉的使用要求。
例2附图4是本发明的另一个具体实施方式
。
由VPSA装置1将气体中CO2脱除到6％，再由MEA装置2将还原气中CO2脱除到小于0.2％。脱碳后的气体由TSA装置3脱除H2O。脱水后的还原气进入蓄热式加热炉4加热到700℃～800℃，再由均热炉5调节气温到～800℃，然后调温炉6加入少量O2，将还原气调节到850℃。经上述工艺处理后，还原气中CO+H2＞92％，CO2+H2O＜3％，温度为850℃，此还原气符合竖炉的使用要求。管式加热炉废气由废热锅炉4回收热量，产生的蒸汽供CO变换装置使用，竖炉尾气经处理后回脱碳脱水装置。
TSA脱H2O装置3的尾气经水分离后用作蓄热炉的燃料，蓄热炉4的燃烧尾气通过废热锅炉7产生蒸汽作为MEA装置2的再生热源。
以上是本发明的两个具体实施，但本发明并不局限于此，有关技术人员可针对具体工艺条件和要求，采用本发明的构思，进行优化组合。
权利要求
1.用混合气生产海绵铁还原气的方法，其特征在于含CO、H2、CO2等组分的混合气通过加入水蒸汽催化重整使CO变换生成H2和CO2，得到变换气，脱除变换气体中CO2和H2O，然后采用加热炉将还原气温度升至800℃以上，得到用作生产海绵铁的还原气。
2.根据权利要求1所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，CO变换可采用高温变换工艺(高变)、中温变换工艺(中变)、低温变换工艺(低变)或者三种变换工艺的各种组合。
3.根据权利要求1所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，脱除CO2的方法为干法、湿法、膜分离法或者它们的组合。
4.根据权利要求1所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，脱H2O装置为变压吸附(PSA)、变温吸附(TSA)、真空变压吸附(VPSA)中的一种或其组合，吸附装置所用的吸附剂为硅胶、活性炭、分子筛和氧化铝中的一种或它们的组合。
5.根据权利2要求所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，CO变换采用中变串低变工艺。
6.根据权利要求3所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，脱CO2装置采用胺法或K2CO3法。
7.根据权利要求3所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，采用联合法脱除气体中的CO2，即先通过PSA装置对还原气进行粗脱CO2，再用胺法或K2CO3法精脱CO2。
8.根据权利要求3所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，采用VPSA法脱除气体中的CO2。
9.根据权利要求3所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，采用膜分离法脱除气体中的CO2。
10.根据权利要求1所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，脱CO2脱H2O后的气体加热采用管式加热炉。
11.用混合气生产海绵铁还原气的方法，其特征在于(1)采用干法粗脱还原气中CO2，采用湿法粗脱还原气中CO2；(2)采用吸附法脱除还原气中H2O；(3)脱采用蓄热式加热炉提高还原气温度；(4)采用均温炉和受控燃烧炉调节还原气温度。
12.根据权利要求11所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，脱H2O装置为变压吸附(PSA)、变温吸附(TSA)、真空变压吸附(VPSA)中的一种或其组合，吸附装置所用的吸附剂为硅胶、活性炭、分子筛和氧化铝中的一种或它们的组合。
13.根据权利要求11所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，湿法脱CO2装置采用胺法或K2CO3法。
14.根据权利要求11所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，采用联合法脱除气体中的CO2，即先通过PSA装置对还原气进行粗脱CO2，再用胺法或K2CO3法精脱CO2。
15.根据权利要求11所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，还原气加热炉为间歇式蓄热炉，蓄热炉为两台或多台，通过两台或多台蓄热炉分时操作，连续加热还原气。
16.根据权利要求11、15所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，在加热炉后串一台均热炉，通过均热炉的吸热和放热，减少还原气温度的波动范围。
17.根据权利要求11所述的用混合气生产海绵铁还原气的方法，在均热炉后配置一台加氧燃烧控温炉，根据还原气温度的高低，控制加氧量。确保还原气的温度在控制范围内。
全文摘要
本发明提供了两种用混合生产海铁还原气的新方法。(1)采用CO变换、变压吸附法(PSA)脱CO
文档编号C01B3/00GK1740346SQ200410040518
公开日2006年3月1日 申请日期2004年8月24日 优先权日2004年8月24日
发明者李东林, 杨若仪, 肖九高, 郭敏, 杨书春 申请人:成都华西化工研究所