一种天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺

本发明涉及炼铁，特别涉及一种天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺。

背景技术：

1、为了实现竖炉直接还原炼铁工艺和高炉富氢炼铁工艺的碳减排，使用富含氢气和一氧化碳的还原气体（以下简称富氢还原气体）不可欠缺。关于碳减排的炼铁工艺主要有以下两种典型工艺。

2、一是高炉喷吹天然气/焦炉煤气的炼铁工艺。该工艺属于较成熟的炼铁技术，对于高炉喷吹天然气或喷吹焦炉煤气的炼铁工艺能够较好地控制高炉炼铁工艺的碳减排，但由于天然气或焦炉煤气中的甲烷在高炉风口前分解吸热，造成高炉内大量热量的损失，会浪费大量宝贵的高炉内高温能源，存在热能阶梯利用不合理的问题。

3、二是竖炉直接还原炼铁工艺或高炉喷吹热态富氢还原气体炼铁工艺。该工艺是当下提倡和开发的可有效降低炼铁碳排放的工艺，但目前在制备富氢还原气体的工艺上存在不足。一般说来，制备富氢还原气体需使用天然气或焦炉煤气为原料，经过重整工艺将天然气或焦炉煤气中不具还原能力的甲烷气体转化为具有强还原能力的（h2+ co）气体。主要的甲烷重整工艺及其发生的化学反应有：

4、1）甲烷水蒸气重整法（smr法）

5、ch4+h2o=3h2+co△ho298=206.29 kj/mol（1）

6、2）甲烷二氧化碳干气重整法（cdr法）

7、ch4+co2=2co+2h2△ho298=247 kj/mol（2）

8、虽然上述两种方法能够制备富氢还原气体，但从其反应（1）和（2）可以看出，两者均是强吸热反应，在重整过程中必将消耗大量的热。而目前生产工艺中多采用燃烧天然气/焦炉煤气为其反应供热，由于天然气/焦炉煤气均属于优质能源（其中，天然气热值为33～40mj/m3、焦炉煤气热值为17～19mj/m3），并且，天然气/焦炉煤气的重整温度仅为550～850℃中低温的温度范围，如果采用燃烧天然气进行加热是典型的高阶能源低阶使用，容易造成资源的极大浪费，因此，应当使用低阶能源替代宝贵天然气/焦炉煤气优质能源，为天然气/焦炉煤气的重整工艺提供热量，使自然资源更加合理利用。

9、另外，天然气/焦炉煤气的重整工艺使用的设备占地面积、建设投资及运行费用等方面均较大，使得天然气/焦炉煤气的重整工艺成本居高不下，这也制约了现有重整技术的发展。因此，寻求使用其他替代设备或与其他工艺共同使用同一套设备，是降低重整工艺成本亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明提供一种能够节能高效、成本较低、工艺简单的天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，以有效规避现有天然气/焦炉煤气重整工艺中存在的不足，使其能够充分利用低阶能源替代优质的高阶能源，并充分利用炼铁工艺已有的装备，使能源/设备物尽其用。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，包括如下步骤：

3、在热风炉炉身中下部设置催化剂；

4、从热风炉顶部通入未脱除co2高炉炉顶煤气和助燃空气对热风炉烧炉；

5、将天然气或焦炉煤气与部分脱除co2高炉炉顶煤气的混合气体从热风炉底部吹入，自下而上经中温重整，高温加热得到高温富氢还原气体；

6、将高温富氢还原气体用于竖炉直接还原炼铁或高炉富氢炼铁。

7、进一步地，所述催化剂设置在热风炉炉身温度为550～850oc的区域。

8、进一步地，所述催化剂在热风炉炉身温度为550～850oc的区域范围内可以上下调节。

9、进一步地，所述催化剂设置在热风炉炉身黏土砖上部三分之一处到高铝砖中心线处的区域内。

10、进一步地，所述从热风炉顶部通入未脱除co2高炉炉顶煤气和助燃空气对热风炉烧炉的步骤包括：

11、将未脱除co2高炉炉顶煤气和助燃空气从顶部通入热风炉，烧炉100～150min；

12、烧炉过程中，当热风炉拱顶温度达到1300oc～1450oc、烟气排出温度达到300oc～400oc、热风炉黏土砖底部温度达到300oc～500oc，停止烧炉。

13、进一步地，所述混合气体从热风炉底部吹入，自下而上经中温重整，高温加热得到高温富氢还原气体的步骤包括：

14、所述混合气体从热风炉进入后自下而上通过催化剂所在区域时进行重整，得到竖炉直接还原炼铁或高炉富氢炼铁所需的富氢还原气体；

15、所述富氢还原气体在热风炉上部完成加热过程，得到高温富氢还原气体；

16、所述高温富氢还原气体温度降至供竖炉直接还原炼铁或供高炉富氢炼铁所需的鼓风温度停止送风。

17、进一步地，所述混合气体中ch4和co2的体积比控制在（0.5～3.0）：1。

18、进一步地，所述供竖炉直接还原炼铁所需的鼓风温度为800℃～950℃，所述供高炉富氢炼铁所需的鼓风温度为1000℃～1150℃。

19、进一步地，所述热风炉的热风管道与竖炉直接还原炼铁设备或高炉富氢炼铁设备的喷吹入口连接，所述高温富氢还原气体从热风管道排入竖炉直接还原炼铁设备或高炉富氢炼铁设备作为竖炉直接还原炼铁或高炉富氢炼铁的喷吹气体。

20、本发明提供的一种天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，使用高炉炼铁工艺中已有的热风炉，利用热风炉在高度方向上的温度分布特性，利用热风炉炉身中下部区域的温度总能保持在550-850oc这一特点，因此，将催化剂设置在温度总能保持在550-850oc的热风炉炉身中下部，使天然气或焦炉煤气中的甲烷在此区域进行催化重整，不仅能够促进催化重整反应，还能避免温度过高导致催化剂的烧结和活性下降，从而提高天然气或焦炉煤气的重整效率，进而可以实现竖炉直接还原炼铁和高炉富氢炼铁工艺的碳减排。

21、并且，本发明提供的一种天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，在热风炉烧炉中使用未脱除co2高炉炉顶煤气进行烧炉，由于高炉炉顶煤气的发热值较低，热值约5mj/m3，仅为天然气热值的1/7～1/8，为焦炉煤气热值的1/3～1/4，属于低阶能源燃料，可以实现利用低阶能源替代高阶能源的目标，能够节约资源，使自然资源的利用更加合理，节能环保，降低成本。

22、同时，本发明提供的一种天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，利用高炉冶炼工艺中已经配置的热风炉设备对天燃气/焦炉煤气进行重整与加热，无需另外建设重整与加热设备，可大幅度降低天燃气/焦炉煤气的重整工艺的成本，提供经济效益。

技术特征：

1.一种天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，其特征在于：所述催化剂设置在热风炉炉身温度为550～850oc的区域。

3.根据权利要求2所述的天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，其特征在于：所述催化剂在热风炉炉身温度为550～850oc的区域范围内可以上下调节。

4.根据权利要求3所述的天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，其特征在于：所述催化剂设置在热风炉炉身黏土砖上部三分之一处到高铝砖中心线处的区域内。

5.根据权利要求1所述的天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，其特征在于，所述从热风炉顶部通入未脱除co2高炉炉顶煤气和助燃空气对热风炉烧炉的步骤包括：

6.根据权利要求1所述的天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，其特征在于，所述混合气体从热风炉底部吹入，自下而上经中温重整，高温加热得到高温富氢还原气体的步骤包括：

7.根据权利要求6所述的天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，其特征在于：所述混合气体中ch4和co2的体积比控制在（0.5～3.0）：1。

8.根据权利要求6所述的天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，其特征在于：所述供竖炉直接还原炼铁所需的鼓风温度为800℃～950℃，所述供高炉富氢炼铁所需的鼓风温度为1000℃～1150℃。

9.根据权利要求8所述的天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，其特征在于：所述热风炉的热风管道与竖炉直接还原炼铁设备或高炉富氢炼铁设备的喷吹入口连接，所述高温富氢还原气体从热风管道排入竖炉直接还原炼铁设备或高炉富氢炼铁设备作为竖炉直接还原炼铁或高炉富氢炼铁的喷吹气体。

技术总结本发明提供了一种天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，其步骤包括：在热风炉炉身中下部设置催化剂；从热风炉顶部通入未脱除CO<subgt;2</subgt;高炉炉顶煤气和助燃空气对热风炉烧炉；将天然气或焦炉煤气与部分脱除CO<subgt;2</subgt;高炉炉顶煤气的混合气体从热风炉底部吹入，自下而上经中温重整，高温加热得到高温富氢还原气体；将高温富氢还原气体用于竖炉直接还原炼铁或高炉富氢炼铁。本发明提供的一种天然气/焦炉煤气在热风炉重整加热的炼铁工艺，节能高效、成本较低、工艺简单。技术研发人员：沈峰满,郑海燕,葛亮,王硕,丁智敏,张严,张福成,聂小森受保护的技术使用者：东北大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5