煤催化气化制备竖炉用还原气的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了煤催化气化制备竖炉用还原气的方法和系统，其中，煤催化气化制备竖炉用还原气的方法包括：将粉煤与催化剂混合后进行压球处理，以便得到粉煤颗粒；在蓄热式热解炉中使粉煤颗粒与水蒸气在催化剂的作用下发生催化气化反应，以便生成含有氢气、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢的粗还原气；对粗还原气进行余热回收，以便产生水蒸气；将经过余热回收的粗还原气进行提纯处理，以便获得精制还原气。利用上述方法可以降低气化温度，节省能耗，制备得到的还原气可以达到气基竖炉炼制海绵铁对还原气的要求。
【专利说明】煤催化气化制备竖炉用还原气的方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气基竖炉还原气制备工艺，特别是与气基竖炉生产海绵铁配套的煤催化气化制备竖炉用还原气的方法和系统。
【背景技术】
[0002]直接还原炼铁技术主要有气基(以CCHH2为还原剂)和煤基(以非焦煤为还原剂)两种。气基直接还原法因具有容积利用率闻、热效率闻、生广率闻等优点而成为非焦煤冶金工艺的主流技术。
[0003]目前，国外多用天然气重整制还原气的方式提供CCHH2作为还原气。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生产直接还原铁工厂。相对而言，我国煤炭资源丰富，煤炭的资源利用效率却较低，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/co的比值在
4.6~1.5:1 (体积比)之间的H2和CO的混合气。这种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。
[0004]目前，比较成熟的煤气化工艺的气化温度一般在1000°C以上，而且随着煤气化的发展，煤气化工艺越来越逼近高温高压的现有技术极限，以便最大限度地促进气化反应，从而发挥大规模生产效应。随着气化温度增高，需要消耗较多的煤来维持高温气化状态，并且生产出的气体产品由于温度高，在降温过程中会越带来较多的能量损失，同时煤气中的CO含量很高，在制取合成气或氢气的工艺中，必须将CO进行变换，导致综合能量利用效率低下，同时这些工艺生产合成气均需纯氧参与反应，而纯氧的制备需要昂贵的空分设备投资和较高的制备成本，成为制约煤气化的主要瓶颈，影响了煤化工的竞争力，因此高温高压的煤气化未必是最优化的气化方式。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种煤催化气化制备竖炉用还原气的方法，该方法具有气化温度低，气化效率高，对设备材质的要求低等优点。
[0006]根据本发明实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的方法，包括:
[0007]将粉煤与催化剂混合后进行压球处理，以便得到粉煤颗粒；
[0008]在蓄热式热解炉中使所述粉煤颗粒与水蒸气发生催化气化反应，以便生成含有氢气、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢的粗还原气；
[0009]对所述粗还原气进行余热回收，以便产生水蒸气；
[0010]将经过所述余热回收的粗还原气进行提纯处理，以便获得精制还原气，
[0011]其中，所述精制还原气中氢气和一氧化碳的总含量为不低于88体积所述氢气与所述一氧化碳的体积比为(3.5~1.5):1 ;所述精制还原气的氧化度小于5% ；
[0012]所述催化气化反应是在650~800摄氏度和22KPa的压力下进行的。[0013]由此，本发明上述实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的方法简单高效，能耗低，既环保又可低成本地制造出合格的海绵铁还原气，整个工艺从技术上说是环保节能可行的，是一种高效利用煤制还原气的方法。
[0014]另外，根据本发明上述实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0015]在本发明的一些实施例中，所述粉煤、催化剂和水蒸气的质量比为:(1~4):(0.01~0.08):1。由此可以使得制备得到的还原气满足气基竖炉制备海绵铁对还原的要求。
[0016]在本发明的一些实施例中，将所述余热回收产生的所述水蒸汽返回用于所述催化气化反应。由此可以进一步节省能耗。
[0017]在本发明的一些实施例中，所述提纯处理包括:
[0018]将经过所述余热回收的粗还原气进行洗涤处理，以便除去所述粗还原气中残留的催化剂和细灰；
[0019]将经过所述洗涤处理的粗还原气进行脱硫处理，以便除去硫化氢气体；
[0020]将经过所述脱硫处理的粗还原气进行压缩处理；以及
[0021]将经过所述压缩处理的粗还原气进行脱碳处理，以便除去二氧化碳获得所述精制还原气。由此可以进一步提高还原气的纯度，改善还原气的氢气与一氧化碳的体积比。
[0022]在本发明的一些实施例中，所述脱硫处理和脱碳处理均采用N-甲基二乙醇胺进行。由此可以进一步提高脱硫脱碳效率和效果。
[0023]因此，针对现有的煤气化技术工艺的不足，本发明采用煤的催化气化技术取代现有的煤气化技术制备气基竖炉所需的还原气，在添加催化剂的情况下，粉煤颗粒可在650~800摄氏度下迅速发生气化反应，生成的粗合成气中H2/C0的比值在3.5~1.5:1之间，满足气基竖炉还原气的要求，且不需要进行变换；催化剂的添加降低了煤气化的温度、能耗和对设备材质等的要求，并且对脱硫、除尘和环保等都非常有利，对产物中煤气组成有更好的选择性，另外，由于过程中不需要加氧气，合成气中不含氮气，提高了工业生产的经济性。
[0024]根据本发明的另一个方面，本发明提出了一种煤催化气化制备竖炉用还原气的系统。
[0025]根据本发明实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的系统，其特征在于，包括:
[0026]蓄热式热解炉，所述蓄热式热解炉具有粉煤催化剂颗粒进口、水蒸汽进口和粗还原气出口，所述蓄热式热解炉适于粉煤、水蒸汽在催化剂的作用下发生催化气化反应，以便生成含有氢气、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢的粗还原气；
[0027]余热锅炉，所述余热锅炉具有热还原气进口、冷还原气出口和蒸汽出口，所述热还原气进口与所述粗还原气出口相连，所述余热锅炉适于对所述粗还原气进行余热回收，以便产生水蒸气；
[0028]提纯装置，所述提纯装置与所述余热锅炉相连，所述提纯装置适于将经过所述余热回收的粗还原气进行提纯处理，以便获得精制还原气。
[0029]另 外，根据本发明上述实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的系统还可以具有如下附加的技术特征:[0030]在本发明的一些实施例中，所述余热锅炉的所述蒸汽出口与所述蓄热式热解炉的所述水蒸汽进口相连，以便将所述水蒸气用于所述催化气化反应。由此可以进一步节省能耗。
[0031]在本发明的一些实施例中，所述提纯装置包括依次相连的适于对所述经过所述余热回收的粗还原气进行洗涤处理、脱硫处理、压缩处理以及脱碳处理的洗涤设备，脱硫设备，压缩设备和脱碳设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是根据发明一个实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的方法的流程图。
[0033]图2是根据发明另一个实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的方法的流程图。
[0034]图3是根据发明一个实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的系统的结构示意图。
[0035]图4是根据 发明另一个实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的系统的结构示意图。
[0036]图5是根据发明另一个实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0037]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0038]下面参考图1-2描述本发明实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的方法。
[0039]根据本发明实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的方法包括:
[0040]SlOO:催化气化反应
[0041]将粉煤与催化剂混合后进行压球处理，以便得到粉煤颗粒；
[0042]在蓄热式热解炉中使粉煤颗粒与水蒸气发生催化气化反应，以便生成含有氢气、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢的粗还原气。
[0043]由此，利用水蒸汽作为气化剂以及利用了催化剂进行煤催化气化，可以降低气化反应温度，不需要用空气燃烧部分煤来维持气化炉的温度，这样可以避免由空气带入氮气，合成气中不含氮气，避免后续的氮气分离问题，提高了设备单位提及处理能力和煤种的适用性，节约能耗费用，同时避免由空气带入氮气可以减少系统的热量损失，降低了设备投资和生产成本。煤的低温催化气化使得粉煤颗粒与水蒸气在催化剂的作用下，在较低的温度下即可进行气化反应，降低了煤气化的温度、能耗和对设备材质等的要求，并且对脱硫、除尘和环保等都非常有利。
[0044]采用压球后的粉煤制备还原气可以省去配置粉煤的气流输送装置，进而简化工艺降低设备成本。根据本发明的具体实施例，压球处理得到的粉煤颗粒的粒径可以为10~50mm。由此通过压球处理可以增大粉煤与催化剂的接触面积，进而可以显著提高碳的转化率，同时压球得到粒径为10~50mm粉煤颗粒不仅可以省去使用气流输送装置输送粉煤，同时提高水蒸气更加容易与粉煤颗粒接触面积。虽然粉煤的粒径更小，但是与水蒸气接触时，水蒸气很难达到与所有粉煤接触，因此气化效率并不高。然而将粉煤与催化剂预先压制成球团进而水蒸气接触反而会增大水蒸气与球团接触机会，进而可以显著提高气化效率。 [0045] 根据本发明的具体实施例，粉煤、催化剂和水蒸气的质量比为:(I~4): (0.01~
0.08):1，由此可以进一步提高气化效率、节约能耗，并且通过采用上述配比制备得到的还原气的H2/co2可以达到气基竖炉炼海绵铁用的还原气的要求。因此，将粉煤、水蒸气和催化剂按照上述质量配比进行催化气化反应，可以进一步提高气化反应效率，提高还原气的产率。
[0046]根据本发明的具体实施例，催化剂的添加可以使粉煤的在低温下气化，同时粉煤气化生成的甲烷分在催化剂的作用下进一步与水蒸气反应生产一氧化碳和氢气，粉煤热解生成的煤焦油在催化剂的作用下也进行二次分解，产生了更多的还原气。甲烷的转化和煤焦油的二次分解在同一个反应器内进行，大大提高过程的效率，同时催化剂还可以吸收部分硫化氢和二氧化碳等气体，有利于煤的低温气化和后序的脱硫、除尘和环保，并对还原气的组成有更好的选择性。
[0047]根据本发明的具体实施例，催化剂为选自碱金属、过渡金属、碱土金属的至少一种的氧化物或盐，其中，碱金属为选自锂、钠、钾、铷和铈的至少一种；过渡金属为钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜和钥的至少一种；碱土金属为镁、钙和钡的至少一种；盐的类型为碳酸盐、硫酸盐、重碳酸盐、甲酸盐、草酸盐、氨基化合物、氢氧化物、醋酸盐的至少一种。由此,催化剂的加入可以进一步提高气化反应效率，降低粉煤气化的温度、能耗和对设备材质等的要求，还可以吸收粗还成气中的部分硫化氢和二氧化碳等气体，有利于后面工序的脱硫、除尘和环保。并且催化剂的加入对粗还原气的组成有更好的选择性。
[0048]根据本发明的另一个实施例，上述催化剂中含有0.1~3.0重量％的碱土金属的氧化物和/或碱土金属的盐。由此可以显著提高催化效率，例如采用具有上述组分的催化剂可以将碳转化率从54%提高到90%，氢气和一氧化碳的含量从44%增加到89%。根据本发明的具体实施例，上述碱土金属具体可以为镁、钙和钡的至少一种。由此可以显著提高催化剂的催化效率，提高碳转化率和还原气体的含量。
[0049]根据本发明的另一个具体实施例，上述在蓄热式热解炉中的进行的催化气化反应的条件并不受特别限制，根据本发明的具体示例，上述催化气化反应可以是在650~800摄氏度和22KPa的压力下进行的。
[0050]传统的粉煤气化反应的需要在1200~1500摄氏度和2~6MPa的压力下进行，即使使用了催化剂，其气化反应的压力也要控制在3~4MPa。因此本发明的煤催化气化制备竖炉用还原气的方法较现有的粉煤气化反应显著节省了能耗。根据本发明的具体实施例，通过利用上述方法制备得到的还原气可以达到气基竖炉制备海绵铁的要求。
[0051]S200:余热回收
[0052]根据本发明的具体实施例，对上述得到的粗还原气进行余热回收，以便产生水蒸气。由此可以回收热量的同时对粗还原气进行降温。
[0053]根据本发明的另一个具体实施例，可以将余热锅炉内产生的水蒸汽返回用于催化气化反应。由此可以节省制备水蒸气的能耗。
[0054]S300:提纯处理
[0055]根据本发明的具体实施例，进一步地将经过余热回收的粗还原气进行提纯处理，以便获得精制还原气。由此可以提高还原气的纯度，以及得到具有合适h2/co2配比的精制还原气。
[0056]根据本发明的具体实施例，如图2所示，提纯处理可以进一步包括:
[0057]S310:洗涤处理
[0058]根据本发明的具体实施例，首先将经过余热回收的粗还原气进行洗涤处理，以便除去粗还原气中残留的催化剂和细灰。
[0059]根据本发明的具体示例，洗涤处理可以具体按照下列步骤进行，将粗还原气与来自激冷水泵的水经文丘里管混合，细灰被水完全浸湿，然后经洗涤塔下降管进入洗涤塔底部水浴，除去剩余的细灰，接着经下降管和导气管间的环隙上升，进入洗涤塔顶部的塔板，通过塔板上方的除沫器将夹带的水滴分离下来。基本上不含细灰的粗还原气出洗涤塔送到脱硫塔。洗涤塔底排出的酸液进入催化剂回收设备，回收催化剂。
[0060]S320:脱硫处理
[0061]根据本发明的具体示例，将经过洗涤处理的粗还原气进行脱硫处理，以便除去硫
化氢气体。
[0062]根据本发明的具体实施例，脱硫处理可以采用N-甲基二乙醇胺进行。由此可以进一步提高脱硫效果，具体可以粗还原气中的H2S从4g/m3脱到2mg/m3。并且采用N-甲基二乙醇胺在脱除硫化氢的同时还能脱除相当量的CO2,由此可以进一步提高还原气中氢气和一氧化碳的总含量，提高还原气还原性能。因此，采用本发明上述实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的方法制备得到还原气可以直接用于气基竖炉冶炼海绵铁，并且可以显著提高海绵铁的质量和冶炼效率。
[0063]根据本发明的具体示例，脱硫处理可以具体按照下列步骤进行，粗还原气经洗涤处理除尘冷却后进入脱硫塔底部，与塔内自上而下的MDEA溶液((N-甲基二乙醇胺))逆流接触吸收绝大部分H2S及部分SO2和COS。出脱硫塔的还原气进入塔顶冷却器冷却至40°C左右，进入气液分离器进行气液分离，回收MDEA吸收液(N-甲基二乙醇胺)，约22kPa(G)的还原气送至压缩机I。脱硫塔底排出的富液，经富液泵进入闪蒸罐闪蒸，闪蒸罐顶部的闪蒸汽与脱碳段的闪蒸汽及溶液再生塔的塔顶气一起经冷凝后进入CO2分离器和脱硫槽。脱硫槽内的硫经处理后，生产硫磺外售，再生塔塔底再生后的贫液经溶液换热器和溶液冷却器换热及冷却后返回脱硫塔和脱碳塔循环使用。
[0064]S330:压缩处理
[0065]根据本发明的具体实施例，将经过脱硫处理的粗还原气进行压缩处理。根据本发明的具体示例，可以利用压缩机将还原气压缩至IMPa(G)左右，然后引出进脱碳塔。
[0066]S340:脱碳处理
[0067]将经过所述压缩处理的粗还原气进行脱碳处理，以便除去二氧化碳获得所述精制还原气。
[0068]根据本发明的具体实施例，脱碳处理可以采用N-甲基二乙醇胺进行。
[0069]根据本发明的具体示例，脱硫处理可以具体按照下列步骤进行，使来自压缩机的还原气进入进气除油器，后进脱碳塔，还原气体下进上出，吸收液MDEA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，将因吸收升温的还原气体冷却至40°C，通过精脱碳塔出口气液分离器进行气液分离，回收MDEA吸收液。来自脱硫处理的脱硫塔和脱碳处理的脱碳塔的两股MDEA (N-甲基二乙醇胺)溶液混合后进入闪蒸罐。闪蒸罐顶部出来的闪蒸汽与再生塔的塔顶气一起经冷凝后进入CO2分离器和脱硫槽，脱硫槽内的硫经处理后，生产硫磺外售；再生塔塔底再生后的贫液经溶液换热器和溶液冷却器换热冷却后返回上述的脱硫塔和脱碳塔循环使用。
[0070]根据本发明的具体实施例，通过采用上述方法制备得到的精制还原气中氢气和一氧化碳的总含量为不低于88体积氢气与一氧化碳的体积比为(3.5~1.5):1。因此该精制还原气可以达到气基竖炉制备海绵铁对还原气的要求。根据本发明的具体实施例，通过上述方法制备得到的精制还原气的氧化度小于5%，压力约1.0MPa(G)。进而利用该精制还原气炼铁，可以进一步提高金属化率、生产率以及能量利用率，提高铁的纯度并降低能耗。
[0071]下面参考图3-4描述本发明实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的系统。
[0072]根据本发明实施例的煤催化气化制备竖炉用还原气的系统100包括:蓄热式热解炉10、余热锅炉20和提纯装置30。[0073]其中，蓄热式热解10炉具有粉煤催化剂颗粒进口 11、水蒸汽进口 12和粗还原气出口 13，蓄热式热解炉适于粉煤、水蒸汽在催化剂的作用下发生催化气化反应，以便生成含有氢气、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢的粗还原气；
[0074]余热锅炉20具有热还原气进口 21、冷还原气出口 22和蒸汽出口 23，热还原气进口与所述粗还原气出口相连，余热锅炉适于对粗还原气进行余热回收，以便产生水蒸气；
[0075]提纯装置30具有冷还原气进口 301和精制还原气出口 302，冷还原气进口 301与余热锅炉的冷还原气出口 22相连，提纯装置适于将经过余热回收的粗还原气进行提纯处理，以便获得精制还原气。
[0076]如图4所示，根据本发明的具体实施例，余热锅炉的蒸汽出口 23与蓄热式热解炉的所述水蒸汽进口 12相连，以便将水蒸气用于催化气化反应。由此可以节省制备水蒸气的能耗。
[0077]根据本发明的具体实施例，提纯装置进一步包括依次相连的适于对经过余热回收的粗还原气进行洗涤处理、脱硫处理、压缩处理以及脱碳处理的洗涤设备31，脱硫设备32，压缩设备33和脱碳设备34。由此可以对粗还原气进行提纯进而得到精制还原气。根据本发明的具体实施例，通过采用上述煤催化气化制备竖炉用还原气的系统制备得到的精制还原气中氢气和一氧化碳的总含量为不低于88体积％，氢气与一氧化碳的体积比为(3.5~1.5):1。因此该精制还原气可以达到气基竖炉制备海绵铁的要求。根据本发明的具体实施例，精制还原气的氧化度小于5%，压力约1.0MPa(G)。进而利用该精制还原气炼铁，可以进一步提高金属化率、生产率以及能量利用率，提高铁的纯度并降低能耗。
[0078]实施例1
[0079]参考图5，利用煤催化气化制备竖炉用还原气的方法和系统制取生产海绵铁所需的还原气工艺，其步骤如下:将粉煤和催化剂按照质量比为2.5:0.06均匀混合并进行压球处理，得到直径为10~50mm的粉煤颗粒，催化剂采用84% K2CO3-H.5 % FeCl3-L 5 %Ca (Ac) 2 ;将粉煤颗粒加入蓄热式热解炉内，并通入水蒸气进行催化气化反应，使粉煤颗粒与水蒸气按照2.5kg:lkg的配比在蓄热式热解炉内反应。控制反应温度为650~800°C、压力约为22KPa的条件下在蓄热式热解炉中反应生成粗还原气(CH4、CO2, CO、H2和少量H2S等的混合气)。
[0080]出蓄热式热解炉的高温粗还原气经余热锅炉回收余热后进入洗涤塔，洗涤塔底部的酸性水进入催化剂回收设备，回收催化剂；洗涤塔顶部洗涤后的还原气(温度约40°C、压力为22KPa(G))进入脱硫塔底部与塔内自上而下的MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液逆流接触吸收绝大部分H2S气体。出脱硫塔的还原气(压力约0.02MPa(G) ,H2S含量小于5ppm)进入塔顶冷却器，将因吸收升温的还原气冷却至40°C左右进行气液分离，回收MDEA吸收液，还原气经冷却和气液分离后，送入压缩机提压。经过压缩机提压后(还原气压力约1.0MPa(G)，温度40°C左右，)进入脱碳塔进行脱除二氧化碳得到精制还原气。
[0081]通过气相色谱分析气体产物中的成分，碳转化率为94%，产物中氢气和一氧化碳的含量为92%，氢气和一氧化碳的比值为3.8:1。将上述精制还原气经冷却和气液分离后进入管式炉加热升温至约900°C，然后进入竖炉内进行炼铁，金属化率为93%。
[0082]实施例2
[0083]参考图5，利用煤催化气化制备竖炉用还原气的方法和系统制取生产海绵铁所需的还原气工艺，其步骤如下:将粉煤和催化剂按照质量比为2.5:0.06均匀混合并进行压球处理，得到直径为10~50mm的粉煤颗粒，催化剂采用84% K2CO3-H.5% FeCl3-L 5% BaCl2 ；将粉煤颗粒加入蓄热式热解炉内，并通入水蒸气进行催化气化反应，使粉煤颗粒与水蒸气按照2.5kg:lkg的配比在蓄热式热解炉内反应。控制反应温度为650~800°C、压力约为22KPa的条件下在蓄热式热解炉中反应生成粗还原气(CH4、CO2, CO、H2和少量H2S等的混合气)O
[0084]出蓄热式热解炉的高温粗还原气经余热锅炉回收余热后进入洗涤塔，洗涤塔底部的酸性水进入催化剂回收设备，回收催化剂；洗涤塔顶部洗涤后的还原气(温度约40°C、压力为22KPa(G))进入脱硫塔底部与塔内自上而下的MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液逆流接触吸收绝大部分H2S气体。出脱硫塔的还原气(压力约0.02MPa(G) ,H2S含量小于5ppm)进入塔顶冷却器，将因吸收升温的还原气冷却至40°C左右进行气液分离，回收MDEA吸收液，还原气经冷却和气液分离后，送入压缩机提压。经过压缩机提压后(还原气压力约1.0MPa(G)，温度40°C左右，)进入脱碳塔进行脱除二氧化碳得到精制还原气。
[0085]通过气相色谱分析气体产物中的成分，碳转化率为92%，产物中氢气和一氧化碳的含量为90%，氢气和一氧化碳的比值为3.6:1。将上述精制还原气经冷却和气液分离后进入管式炉加热升温至约900°C，然后进入竖炉内进行炼铁，金属化率为91 %。
[0086]实施例3
[0087]参考图5，利用煤催化气化制备竖炉用还原气的方法和系统制取生产海绵铁所需的还原气工艺，其步骤如下:将粉煤和催化剂按照质量比为2.5:0.06均匀混合并进行压球处理，得到直径为10~50mm的粉煤颗粒，催化剂采用84% K2CO3-15% FeCl3 ;将粉煤颗粒加入蓄热式热解炉内，并通入水蒸气进行催化气化反应，使粉煤颗粒与水蒸气按照2.5kg:Ikg的配比在蓄热式热解炉内反应。控制反应温度为650~800°C、压力约为22KPa的条件下在蓄热式热解炉中反应生成粗还原气(CH4、CO2, CO、H2和少量H2S等的混合气)。
[0088] 出蓄热式热解炉的高温粗还原气经余热锅炉回收余热后进入洗涤塔，洗涤塔底部的酸性水进入催化剂回收设备，回收催化剂；洗涤塔顶部洗涤后的还原气(温度约40°C、压力为22KPa(G))进入脱硫塔底部与塔内自上而下的MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液逆流接触吸收绝大部分H2S气体。出脱硫塔的还原气(压力约0.02MPa(G) ,H2S含量小于5ppm)进入塔顶冷却器，将因吸收升温的还原气冷却至40°C左右进行气液分离，回收MDEA吸收液，还原气经冷却和气液分离后，送入压缩机提压。经过压缩机提压后(还原气压力约1.0MPa(G)，温度40°C左右，)进入脱碳塔进行脱除二氧化碳得到精制还原气。
[0089]通过气相色谱分析气体产物中的成分，碳转化率为87%，产物中氢气和一氧化碳的含量为86%，氢气和一氧化碳的比值为2.7:1。将上述精制还原气经冷却和气液分离后进入管式炉加热升温至约900°C，然后进入竖炉内进行炼铁，金属化率为88%。
[0090]实施例4
[0091]参考图5，利用煤催化气化制备竖炉用还原气的方法和系统制取生产海绵铁所需的还原气工艺，其步骤如下:将粉煤和催化剂按照质量比为2.5:0.08均匀混合并进行压球处理，得到直径为10~50mm的粉煤颗粒，催化剂采用84% K2CO3-H.5 % FeCl3-L 5 %Ca (Ac) 2 ;将粉煤颗粒加入蓄热式热解炉内，并通入水蒸气进行催化气化反应，使粉煤颗粒与水蒸气按照2.5kg:lkg的配比在蓄热式热解炉内反应。控制反应温度为650~800°C、压力约为22KPa的条 件下在蓄热式热解炉中反应生成粗还原气(CH4、CO2, CO、H2和少量H2S等的混合气)。
[0092]出蓄热式热解炉的高温粗还原气经余热锅炉回收余热后进入洗涤塔，洗涤塔底部的酸性水进入催化剂回收设备，回收催化剂；洗涤塔顶部洗涤后的还原气(温度约40°C、压力为22KPa(G))进入脱硫塔底部与塔内自上而下的MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液逆流接触吸收绝大部分H2S气体。出脱硫塔的还原气(压力约0.02MPa(G) ,H2S含量小于5ppm)进入塔顶冷却器，将因吸收升温的还原气冷却至40°C左右进行气液分离，回收MDEA吸收液，还原气经冷却和气液分离后，送入压缩机提压。经过压缩机提压后(还原气压力约1.0MPa(G)，温度40°C左右，)进入脱碳塔进行脱除二氧化碳得到精制还原气。
[0093]通过气相色谱分析气体产物中的成分，碳转化率为93%，产物中氢气和一氧化碳的含量为91%，氢气和一氧化碳的比值为3.4:1。将上述精制还原气经冷却和气液分离后进入管式炉加热升温至约900°C，然后进入竖炉内进行炼铁，金属化率为92%。
[0094]实施例5
[0095]参考图5，利用煤催化气化制备竖炉用还原气的方法和系统制取生产海绵铁所需的还原气工艺，其步骤如下:将粉煤和催化剂按照质量比为2.5:0.06均匀混合并进行压球处理，得到直径为10~50mm的粉煤颗粒，催化剂采用84% K2CO3-H.5 % FeCl3-L 5 %Ca (Ac) 2 ;将粉煤颗粒加入蓄热式热解炉内，并通入水蒸气进行催化气化反应，使粉煤颗粒与水蒸气按照2.5Kg:1.5kg的配比在蓄热式热解炉内反应。控制反应温度为650~800°C、压力约为22KPa的条件下在蓄热式热解炉中反应生成粗还原气(CH4、CO2, CO、H2和少量H2S等的混合气)。
[0096]出蓄热式热解炉的高温粗还原气经余热锅炉回收余热后进入洗涤塔，洗涤塔底部的酸性水进入催化剂回收设备，回收催化剂；洗涤塔顶部洗涤后的还原气(温度约40°C、压力为22KPa(G))进入脱硫塔底部与塔内自上而下的MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液逆流接触吸收绝大部分H2S气体。出脱硫塔的还原气(压力约0.02MPa(G) ,H2S含量小于5ppm)进入塔顶冷却器，将因吸收升温的还原气冷却至40°C左右进行气液分离，回收MDEA吸收液，还原气经冷却和气液分离后，送入压缩机提压。经过压缩机提压后(还原气压力约1.0MPa(G)，温度40°C左右，)进入脱碳塔进行脱除二氧化碳得到精制还原气。
[0097]通过气相色谱分析气体产物中的成分，碳转化率为93%，产物中氢气和一氧化碳的含量为92%，氢气和一氧化碳的比值为3.9:1。将上述精制还原气经冷却和气液分离后进入管式炉加热升温至约900°C，然后进入竖炉内进行炼铁，金属化率为92%。
[0098]对比例I
[0099]参考图5，将粉煤进行压球处理，得到直径为10~50mm的粉煤颗粒；将粉煤颗粒加入蓄热式热解炉内，并通入水蒸气进行催化气化反应(未使用催化剂)，使粉煤颗粒与水蒸气按照2.5kg:lkg的配比在蓄热式热解炉内反应。控制反应温度为650~800°C、压力约为22KPa的条件下在蓄热式热解炉中反应生成粗还原气(CH4、CO2、CO、H2和少量H2S等的混合气)。
[0100]出蓄热式热解炉的高温粗还原气经余热锅炉回收余热后进入洗涤塔，洗涤塔底部的酸性水进入催化剂回收设备，回收催化剂；洗涤塔顶部洗涤后的还原气(温度约40°c、压力为22KPa(G))进入脱硫塔底部与塔内自上而下的MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液逆流接触吸收绝大部分H2S气体。出脱硫塔的还原气(压力约0.02MPa(G) ,H2S含量小于5ppm)进入塔顶冷却器，将因吸收升温的还原气冷却至40°C左右进行气液分离，回收MDEA吸收液，还原气经冷却和气液分离后，送入压缩机提压。经过压缩机提压后(还原气压力约1.0MPa(G)，温度40°C左右，)进入脱碳塔进行脱除二氧化碳得到精制还原气。
[0101]通过气相色谱分析气体产物中的成分，碳转化率为73%，产物中氢气和一氧化碳的含量为75%，氢气和一氧化碳的比值为2.1:1。将上述精制还原气经冷却和气液分离后进入管式炉加热升温至约900°C，然后进入竖炉内进行炼铁，金属化率为78%。
[0102]对比例2
[0103]参考图5，利用煤催化气化制备竖炉用还原气的方法和系统制取生产海绵铁所需的还原气工艺，其步骤如下:将粉煤和催化剂按照质量比为2.5:0.01 (少量催化剂)均匀混合并进行压球处理，得到直径为10~50mm的粉煤颗粒，催化剂采用84% K2CO3-H.5%FeCl3-L 5% Ca(Ac)2 ;将粉煤颗粒加入蓄热式热解炉内，并通入水蒸气进行催化气化反应，使粉煤颗粒与水蒸气按照2.5kg:lkg的配比在蓄热式热解炉内反应。控制反应温度为650~800°C、压力约为22KPa的条件下在蓄热式热解炉中反应生成粗还原气(CH4、C02、C0、H2和少量H2S等的混合气)。
[0104]出蓄热式热解炉的高温粗还原气经余热锅炉回收余热后进入洗涤塔，洗涤塔底部的酸性水进入催化剂回收设备，回收催化剂；洗涤塔顶部洗涤后的还原气(温度约40°C、压力为22KPa(G))进入脱硫塔底部与塔内自上而下的MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液逆流接触吸收绝大部分H2S气体。出脱硫塔的还原气(压力约0.02MPa(G) ,H2S含量小于5ppm)进入塔顶冷却器，将因吸收升温的还原气冷却至40°C左右进行气液分离，回收MDEA吸收液，还原气经冷却和气液分离后，送入压缩机提压。经过压缩机提压后(还原气压力约1.0MPa(G)，温度40°C左右，)进入脱碳塔进行脱除二氧化碳得到精制还原气。
[0105]通过气相色谱分析气体产物中的成分，碳转化率为80%，产物中氢气和一氧化碳的含量为79%，氢气和一氧化碳的比值为2.5:1。将上述精制还原气经冷却和气液分离后进入管式炉加热升温至约900°C，然后进入竖炉内进行炼铁，金属化率为82%。
[0106]对比例3[0107]参考图5，利用煤催化气化制备竖炉用还原气的方法和系统制取生产海绵铁所需的还原气工艺，其步骤如下:将粉煤和催化剂按照质量比为2.5:0.06均匀混合并进行压球处理，得到直径为10~50mm的粉煤颗粒，催化剂采用84% K2CO3-H.5 % FeCl3-L 5 %Ca (Ac) 2 ;将粉煤颗粒加入蓄热式热解炉内，并通入水蒸气进行催化气化反应，使粉煤颗粒与水蒸气按照Ikg:1kg(大量)的配比在蓄热式热解炉内反应。控制反应温度为650~800°C、压力约为22KPa的条件下在蓄热式热解炉中反应生成粗还原气(CH4、C02、C0、H2和少量H2S等的混合气)。
[0108]出蓄热式热解炉的高温粗还原气经余热锅炉回收余热后进入洗涤塔，洗涤塔底部的酸性水进入催化剂回收设备，回收催化剂；洗涤塔顶部洗涤后的还原气(温度约40°C、压力为22KPa(G))进入脱硫塔底部与塔内自上而下的MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液逆流接触吸收绝大部分H2S气体。出脱硫塔的还原气(压力约0.02MPa(G) ,H2S含量小于5ppm)进入塔顶冷却器，将因吸收升温的还原气冷却至40°C左右进行气液分离，回收MDEA吸收液，还原气经冷却和气液分离后，送入压缩机提压。经过压缩机提压后(还原气压力约1.0MPa(G)，温度40°C左右，)进入脱碳塔进行脱除二氧化碳得到精制还原气。
[0109]通过气相色谱分析气体产物中的成分，碳转化率为95%，产物中氢气和一氧化碳的含量为91%，氢气和一氧化碳的比值为4.3:1。将上述精制还原气经冷却和气液分离后进入管式炉加热升温至约900°C，然后进入竖炉内进行炼铁，金属化率为90%。
[0110]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0111]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0112]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【权利要求】
1.一种煤催化气化制备竖炉用还原气的方法，其特征在于，包括: 将粉煤与催化剂混合后进行压球处理，以便得到粉煤颗粒； 在蓄热式热解炉中使所述粉煤颗粒与水蒸气发生催化气化反应，以便生成含有氢气、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢的粗还原气； 对所述粗还原气进行余热回收，以便产生水蒸气； 将经过所述余热回收的粗还原气进行提纯处理，以便获得精制还原气， 其中， 所述精制还原气中氢气和一氧化碳的总含量为不低于88体积所述氢气与所述一氧化碳的体积 比为(3.5~1.5):1 ;所述精制还原气的氧化度小于5% ； 所述催化气化反应是在650~800摄氏度和22KPa的压力下进行的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉煤、催化剂和水蒸气的质量比为:(1 ~4): (0.01 ~0.08):lo
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为选自碱金属、过渡金属、碱土金属的至少一种的氧化物或盐， 其中，所述碱金属为选自锂、钠、钾、铷和铈的至少一种； 所述过渡金属为钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜和钥的至少一种； 所述碱土金属为镁、钙和钡的至少一种 所述盐的类型为碳酸盐、硫酸盐、重碳酸盐、甲酸盐、草酸盐、氨基化合物、氢氧化物、醋酸盐的至少一种。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述催化剂中含有0.1~3.0重量％的所述碱土金属的氧化物和/或所述碱土金属的盐。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述余热回收产生的所述水蒸汽返回用于所述催化气化反应。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提纯处理包括: 将经过所述余热回收的粗还原气进行洗涤处理，以便除去所述粗还原气中残留的催化剂和细灰； 将经过所述洗涤处理的粗还原气进行脱硫处理，以便除去硫化氢气体； 将经过所述脱硫处理的粗还原气进行压缩处理；以及 将经过所述压缩处理的粗还原气进行脱碳处理，以便除去二氧化碳获得所述精制还原气。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脱硫处理和脱碳处理均采用N-甲基二乙醇胺进行。
8.一种煤催化气化制备竖炉用还原气的系统，其特征在于，包括: 蓄热式热解炉，所述蓄热式热解炉具有粉煤催化剂颗粒进口、水蒸汽进口和粗还原气出口，所述蓄热式热解炉适于粉煤、水蒸汽在催化剂的作用下发生催化气化反应，以便生成含有氢气、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢的粗还原气； 余热锅炉，所述余热锅炉具有热还原气进口、冷还原气出口和蒸汽出口，所述热还原气进口与所述粗还原气出口相连，所述余热锅炉适于对所述粗还原气进行余热回收，以便产生水蒸气；提纯装置，所述提纯装置具有冷还原气进口和精制还原气出口，所述冷还原气进口与所述余热锅炉的所述冷还原气出口相连，所述提纯装置适于将经过所述余热回收的粗还原气进行提纯处理，以便获得精制还原气。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述余热锅炉的所述蒸汽出口与所述蓄热式热解炉的所述水蒸汽进口相连，以便将所述水蒸气用于所述催化气化反应。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述提纯装置进一步包括依次相连的适于对所述经过所述余热回收的粗还原气进行洗涤处理、脱硫处理、压缩处理以及脱碳处理的洗涤设备，脱硫设备，压缩设备和脱碳设备，其中，所述洗涤设备与所述余热锅炉相连。
【文档编号】C10J3/46GK103952184SQ201410204168
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】吴道洪, 史雪君 申请人:北京神雾环境能源科技集团股份有限公司