[发明专利]高温熔渣余热梯级回收利用系统

说明书

本发明公开了一种高温熔渣余热梯级回收利用系统系统。系统包括盘式离心粒化单元、固定床传热‑反应耦合单元(一级)和回转床余热回收单元(二级)，能够高效利用高炉熔渣中富含的高品质余热。本发明还提出一种新型高效热板耦合反应器，利用CO₂/CH₄或者CH₄/H₂O重整，产生H₂和CO气体，反应器内化学反应所需的热量由干法粒化产生的高温熔渣余热提供。本系统的顺利实施，可以实现熔渣高温余热的有效利用，对冶金工业节能减排，提高能源利用效率至关重要。

技术领域

本发明属于余热回收技术领域，涉及高炉熔渣干法粒化余热回收技术，特别涉及一种基于高温热板耦合反应器的甲烷重整制取氢气和一氧化碳系统。

背景技术

钢铁行业具有高能耗、高排放和高污染等特点，中国钢铁行业能耗约占全国总能耗的10％～15％。高炉渣是钢铁工业主要的副产品，每1吨钢铁约产生300kg高炉渣，其出炉温度在1450℃～1550℃左右，每吨渣约含有1.8×10⁶kJ的余热(从1500℃冷却至50℃计算)。2016年中国生铁产量约7亿吨，产生高炉渣约2.1亿吨，如果将这些余热全部回收利用，其所含的热量相当于1300万吨标准煤(1吨标准煤＝29307.6千焦)，减排约2000万吨CO₂和大量SO₂、H₂S等大气污染物。因此，有效地回收熔渣余热，减少钢铁行业对环境的污染，在能源紧缺且环境问题日益严重的今天显得十分重要。

相比湿法，干法工艺依靠机械动力或高压气流实现熔渣快速冷却粒化，有效避免了湿法引起的环境污染和能源浪费，且渣粒也可作为水泥的优质原料，在瑞典、前苏联、英国、日本和澳大利亚等国有了显著进步。离心粒化法是目前最具潜力的干式粒化方法，具有单体设备简单、布置紧凑、处理能力大等的优点，其粒化室内空气与高炉渣直接接触，并吸热形成高温空气，温度可达800℃以上。早期的利用以物理方法为主，近年来，化学法受到了广泛的关注。

甲烷水蒸气重整反应是传统制取富氢合成气的重要途径，目前工业上较成熟的制氢工艺，也是最简单和最经济的制氢方法。它的反应方程式：

其反应条件主要有温度，压力，水碳比和催化剂等。在工业上，反应温度一般维持在700℃～900℃。实验证明，甲烷蒸汽重整反应中，当温度达到900℃时，甲烷具备最大转化率，可达96％。甲烷水蒸气重整反应是体积增大的反应，低压有利平衡，低压也可抑制一氧化碳析碳反应，但是低压对甲烷裂解析碳反应平衡有利，适当加压可抑制甲烷裂解。所以常压(101.325kPa)反应比较合适。催化剂一般采用Ni基催化剂。

甲烷二氧化碳重整反应近年来也受到了广泛的关注和研究。它对于缓解化工原料和能源危机具有重大意义，利用CO₂中的碳资源缓解温室气体排放量，具有化废为宝、保护环境和开发新能源的重要意义。它的反应方程式：

其反应条件主要有温度，压力和催化剂等。研究显示，考虑到积碳和经济成本，最佳反应温度应约为850℃。由于CO₂重整CH₄制合成气属于体积增大的可逆反应，反应压力越大，CH₄和CO₂转化率越低，所以压力选择常压(101.325kPa)比较合适。催化剂一般采用Ni基催化剂。

熔渣离心粒化后余热资源品质高，产生的高温空气完全满足以上两个化学反应所需的条件(高温>800℃，常压～101.325kPa)，基于此，本专利提出了高温熔渣余热利用的传热-化学反应耦合系统。

发明内容