[发明专利]二氧化碳-甲烷自热重整生产直接还原铁的方法及系统

说明书

本发明提供一种二氧化碳‑甲烷自热重整生产直接还原铁的方法及系统，包括：将经过脱硫处理的富甲烷原料气与脱碳净化后升温的二氧化碳循环气混合，形成混合气；混合气与从转化炉出来的粗合成气进行换热，换热后的混合气升温并与氧气进入转化炉进行反应，生成粗合成气，粗合成气与所述混合气换热后降温；降温后的粗合成气与脱碳净化后的还原气进行换热，换热降温后的粗合成气进入脱碳净化器，换热后的所述还原气升温，再进一步升温后，进入竖炉进行直接还原铁反应；生成的炉顶气从所述竖炉出来，并与从所述脱碳净化器出口出来的所述二氧化碳循环气进行换热，换热后的所述炉顶气降温，经过洗涤冷却处理后，所述炉顶气进入所述脱碳净化器，如此循环。

技术领域

本发明涉及直接还原铁生产技术领域，特别是涉及一种二氧化碳-甲烷自热重整生产直接还原铁的方法及系统。

背景技术

我国作为世界上规模最大的钢铁生产国，其钢铁产量连续20年位居世界首位。同时，我国的钢铁生产过程又是高能耗高碳排放的过程，钢铁行业的碳排放量占到了工业部门碳排放总量的30％。据欧盟钢铁协会称，中国应为全球钢铁生产50％以上的碳排放负责，而27个欧盟国仅需负责8％。因此，作为中国的国民经济行业的碳排放大户，实现钢铁行业的低碳化的发展对中国目前面临的碳减排压力非常重要。

目前广泛使用的直接还原炼铁技术为气基竖炉炼铁工艺，约占全球直接还原铁产量的80％。气基竖炉直接还原铁是使用富氢气体对铁矿石或含铁氧化物在熔化温度以下进行还原得到金属产品的炼铁过程。其中天然气为国外广泛使用的气基竖炉原料气，多采用天然气、蒸汽与净化后的炉顶气重整获得还原气。该技术至少存在以下缺点：炉顶气成分复杂，含有一氧化碳、氢气、二氧化碳和水等成分，造成转化炉复杂，设备投资大。

中国专利号200810226076.0的专利公开了一种焦炉煤气二氧化碳转化及气基竖炉直接还原铁生产方法，将焦化厂已经初步净化处理的焦炉煤气进行深度净化脱硫处理作为原料气，氧气、二氧化碳、水蒸汽为气体转化剂，进转化炉转化，转化气用作气基竖炉直接还原铁生产方法的还原气。该技术至少存在以下缺点：我国80％的焦炉煤气由钢铁联合企业生产，目前钢铁生产过程中焦炉煤气的利用率基本可以达到100％，焦炉煤气作为原料气无法满足钢铁生产的需求；

中国专利申请CN103276133A公开了一种利用天然气部分氧化工艺生产直接还原铁的方法，该方法添加了水蒸汽，易使合成气的还原性能受到影响，导致还原铁质量不高。

中国专利CN 103525966B公开了一种利用竖炉的还原尾气经过冷却除尘净化后得到的净化尾气与天然气催化转化生产竖炉还原气生产直接还原铁的方法，该方法净化尾气中气体成分复杂，工艺控制系统复杂。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种二氧化碳-甲烷自热重整生产直接还原铁的方法及系统，该方法更加低碳环保，工艺简洁，可实现直接还原铁生产过程中二氧化碳的资源化利用，进一步降低直接还原铁过程的二氧化碳排放。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种二氧化碳-甲烷自热重整生产直接还原铁的方法，所述方法至少包括：

在脱碳净化器出口分别获得二氧化碳循环气与还原气，所述二氧化碳循环气换热升温；

将经过脱硫处理的富甲烷原料气与换热升温后的所述二氧化碳循环气混合，形成混合气；

所述混合气与从转化炉出来的粗合成气进行换热，换热后的所述混合气升温并与预热的氧气进入所述转化炉进行反应，反应后生成所述粗合成气，所述粗合成气与所述混合气换热后降温；

降温后的所述粗合成气与所述还原气进行换热，换热后的粗合成气进一步降温并进入所述脱碳净化器，换热后的所述还原气升温，再经过燃烧炉进一步升温后，所述还原气进入竖炉进行直接还原铁反应；