一种利用COREX熔融气化炉拱顶制备合成气的方法技术

技术编号：40997453 阅读：7 留言：0更新日期：2024-04-18 21:37

本发明专利技术提供一种利用COREX熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，涉及合成气制备的技术领域。所述方法是在COREX熔融气化炉拱顶出口煤气管道与氧气和天然气管道间加装热交换器，利用热交换器将拱顶煤气的高温显热回收并用于氧气和天然气的预热；以COREX熔融气化炉的拱顶区域为反应区，以预热后的氧气和天然气为原料气，由COREX熔融气化炉拱顶的烧嘴喷入拱顶区域，进行甲烷的非催化部分氧化反应，制备得到以氢气、一氧化碳为主要组分的合成气。本发明专利技术通过对氧气/天然气烧嘴以及循环粉尘喷吹烧嘴的结构设置、热交换器的结构设置和对原料气成分的控制，为天然气非催化部分氧化反应提供了良好的动力学条件，利于工业生产实践。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合成气制备的，尤其涉及一种利用corex熔融气化炉拱顶制备合成气的方法。

技术介绍

1、corex工艺是一种资源和环境效益显著的炼铁方法，结合了煤气还原和熔融气化两部分流程，利用块煤替代昂贵的冶金焦碳，生产直接还原铁。故而其产品质量较好，拥有广阔的应用前景。

2、corex熔融气化炉拱顶区域产生的煤气温度通常可达1100℃左右，这样的高温是难以直接被后续的预还原竖炉装置接受的，需要进行一定程度的冷却。

3、传统corex流程所采用的方法是，将部分炉顶煤气分离，经冷却及净化后回兑入高温发生煤气中，使发生煤气温度降至900℃左右再通入旋风除尘器除尘。显然在这一过程中有相当一部分的热量被浪费了，如何有效利用气化炉拱顶煤气的显热是corex工艺需要考虑的问题。

4、管壳式热交换器是一种应用范围很广的热交换器，其允许的工作压力可以从高真空到41.5mpa，工作温度从-100℃以下到1100℃以上，此外还具有容量大、结构简单、换热效率高、造价低廉，清洗方便等优点；用陶瓷材料制作的管壳式热交换器，进一步加强了耐腐蚀、耐高温特性，换热效率达92％以上，是目前回收高温烟气余热的最佳装置。

5、天然气是颇具应用前景的清洁能源，其单位热值的碳排放量为所有化石能源中最低。中国常规天然气探明储量仅占世界储量的1.8％，但消费量却将长期保持快速增长，预计在2030年，天然气在一次能源中的消费比例将超过10％，因此，天然气资源的高效、合理利用将成为未来几十年减少碳排放、缓解温室效应的重要突破口。</p>

6、天然气的主要成分为ch4，目前ch4转化为合成气的反应主要有水蒸汽重整、二氧化碳重整、甲烷部分氧化以及它们之间的组合，同时伴随正/逆水煤气变换反应。其中，水蒸汽重整和二氧化碳重整为吸热反应，甲烷部分氧化为放热反应。而水蒸汽重整、二氧化碳重整普遍采用催化剂，则容易遇到的问题就是反应过程中产生的积碳易使催化剂失活，更换催化剂会导致生产的中断；非催化部分氧化的技术路线则无需采用催化剂，反应在高温、高压以及一定原料配比条件下即可自行发生，从而有效规避了催化剂失活的问题，降低生产成本的同时具有能耗低、对原料杂质容忍度高等的特点。

7、非催化部分氧化的不足之处在于，反应过程温度较高，对反应器的耐高温性能有很高的要求，需要对反应器结构进行改造，反应器材料进行选择，改造且需要高温热回收装置回收利用合成气显热。

8、中国专利cn113526465a公开了一种天然气非催化部分氧化结合二氧化碳重整制合成气的方法，其是将天然气、氧气、二氧化碳混合气体通过多孔板燃烧器通入反应通道，并在烧嘴处被点燃，在极短的时间内反应并稳定输出产物，产物从反应器出口流出，采用水淬的方式将产物冷却分离得到合成气；该方法显然属于二氧化碳重整和甲烷部分氧化的组合，虽然能够对二氧化碳和甲烷进行协同转化，但是不仅二氧化碳转化率低，而且需要对装置结构进行改进，混合气在反应区内停留时间非常短，反应器空间不大，热能利用率低，不利于工业生产实践。

9、中国专利cn116621118a公开了一种天然气耦合粉煤非催化部分氧化制备合成气的方法，该方法需要氧气和甲烷体积比为0.7-0.9:1，氧气在原料气中的占比提高，且需要通过高压惰性气添加粉煤和设计安装在炉体顶部的精密的燃烧器，成本高、效率低；粉煤加入量多，需要对转化炉内的氧气量和二氧化碳量进行精确控制，会引发其它副反应，例如：粉煤对甲烷的吸附反应，从而导致合成气的转化率低，热能利用率低。

10、中国专利cn102923659a公开了一种激冷式气态或液态烃非催化部分氧化制合成气的方法，其中是将非催化部分氧化生产的合成气经激冷环、下降管进入洗涤冷却室冷却、除灰后，合成气经补水充分润湿后进入水洗塔，经水洗塔进一步除灰后出界区进入下游装置；显然该种方法并未对合成气的热能进行有效利用，且合成气的转化率低，生产成本高。

技术实现思路

1、本专利技术所要解决的一是传统corex熔融气化炉炉顶发生煤气需要兑入净化冷煤气降温造成的热量浪费的问题，二是当前的非催化部分氧化制备合成气的方法中，对反应器耐热性要求高、合成气热能利用率低、品质低、杂质含量高等的问题。

2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：

3、一种利用corex熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，所述方法是在corex熔融气化炉拱顶出口煤气管道与氧气和天然气管道间加装热交换器，利用热交换器将拱顶煤气的高温显热回收并用于氧气和天然气的预热；以corex熔融气化炉的拱顶区域为反应区，以预热后的氧气和天然气为原料气，由corex熔融气化炉拱顶的烧嘴喷入拱顶区域，进行甲烷的非催化部分氧化反应，制备得到以氢气、一氧化碳为主要组分的合成气。

4、优选地，所述corex熔融气化炉为corex系统中完成海绵铁融化分离成铁水及生产还原竖炉需要还原煤气的反应器，其拱顶区域为熔融气化炉半焦固定床上方的空腔。

5、优选地，所述热交换器为陶瓷管壳式热交换器，其换热效率达92％以上。

6、优选地，所述烧嘴为6个氧气烧嘴以及4个循环粉尘喷吹烧嘴，6个氧气烧嘴中的1-6个改造为氧气/天然气同轴混喷烧嘴。

7、优选地，所述原料气中氧气与天然气的体积比为0.5-0.7，采用管道供给；其中，天然气的甲烷含量达到90％以上，氧气为工业纯氧。

8、优选地，氧气和天然气在喷入拱顶区域之前需要进行加压和热交换器预热处理。

9、优选地，加压直至压力为300-450kpa，预热处理的温度为100-450℃。

10、优选地，原料气的氧气和天然气通入拱顶的流量分别为4000-7000nm3/h和8000-10000nm3/h。

11、优选地，非催化部分氧化的反应时间为0.004-0.008s。

12、优选地，熔融气化炉的拱顶区域平均温度为1050-1150℃，产生的煤气温度为1100±10℃；通过管道依次进入热交换器换热以及旋风除尘器去除未燃颗粒和粉尘，除尘后的合成气可通入corex预还原竖炉或者经处理后作为煤气输出。

13、优选地，所述方法中，甲烷转化率为99.6-100％，一氧化碳产率为88.3-90.2％，氢气产率为65.6-66.2％，乙炔产率为0.04-1.20％。合成气中一氧化碳和氢气比例将达到95-98％，其中一氧化碳占比约45％，氢气占比约55％。

14、优选地，经过对高温发生煤气的余热回收利用，在现有管壳式热交换器的换热效率下，每10000m3发生煤气预计可节约热能8.3346×109j，约合标准煤284kg。

15、本专利技术的原理：

16、corex熔融气化炉是corex熔融还原炼铁工艺的主要反应器之一，根据化学反应和行使功能的不同，可以将熔融气化炉由上至下分为四个区域：(i)拱顶自由空间；(ii)煤炭填充床；(iii)风口回旋区；(iv)炉缸区域。co本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种利用COREX熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，所述方法是在COREX熔融气化炉拱顶出口煤气管道与氧气和天然气管道间加装热交换器，利用热交换器将拱顶煤气的高温显热回收并用于氧气和天然气的预热；以COREX熔融气化炉的拱顶区域为反应区，以预热后的氧气和天然气为原料气，由COREX熔融气化炉拱顶的烧嘴喷入拱顶区域，进行甲烷的非催化部分氧化反应，制备得到以氢气、一氧化碳为主要组分的合成气。

2.根据权利要求1所述的利用COREX熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，所述COREX熔融气化炉为COREX系统中完成海绵铁融化分离成铁水及生产还原竖炉需要还原煤气的反应器，其拱顶区域为熔融气化炉半焦固定床上方的空腔。

3.根据权利要求1所述的利用COREX熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，所述热交换器为陶瓷管壳式热交换器，其换热效率达92％以上。

4.根据权利要求1所述的利用COREX熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，所述原料气中氧气与天然气的体积比为0.5-0.7，采用管道供给；其中，天然气的甲烷含量达到90％以上，氧气为工业纯氧。

5.根据权利要求1所述的利用COREX熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，氧气和天然气在喷入拱顶区域之前需要进行加压和热交换器预热处理。

6.根据权利要求5所述的利用COREX熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，加压直至压力为300-450kPa，预热处理的温度为100-450℃。

7.根据权利要求1所述的利用COREX熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，原料气的氧气和天然气通入拱顶的流量分别为4000-7000Nm3/h和8000-10000Nm3/h。

8.根据权利要求1所述的利用COREX熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于非催化部分氧化的反应时间为0.004-0.008s。

9.根据权利要求1所述的利用COREX熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，熔融气化炉拱顶区域的平均温度为1050-1150℃，产生的煤气温度为1100±10℃。

10.根据权利要求1所述的利用COREX熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，所述方法中，甲烷转化率为99.6-100％，一氧化碳产率为88.3-90.2％，氢气产率为65.6-66.2％，乙炔产率为0.04-1.20％，合成气中一氧化碳和氢气比例将达到95-98％，其中一氧化碳占比约45％，氢气占比约55％。

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【技术特征摘要】

1.一种利用corex熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，所述方法是在corex熔融气化炉拱顶出口煤气管道与氧气和天然气管道间加装热交换器，利用热交换器将拱顶煤气的高温显热回收并用于氧气和天然气的预热；以corex熔融气化炉的拱顶区域为反应区，以预热后的氧气和天然气为原料气，由corex熔融气化炉拱顶的烧嘴喷入拱顶区域，进行甲烷的非催化部分氧化反应，制备得到以氢气、一氧化碳为主要组分的合成气。

2.根据权利要求1所述的利用corex熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，所述corex熔融气化炉为corex系统中完成海绵铁融化分离成铁水及生产还原竖炉需要还原煤气的反应器，其拱顶区域为熔融气化炉半焦固定床上方的空腔。

3.根据权利要求1所述的利用corex熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，所述热交换器为陶瓷管壳式热交换器，其换热效率达92％以上。

4.根据权利要求1所述的利用corex熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，其特征在于，所述原料气中氧气与天然气的体积比为0.5-0.7，采用管道供给；其中，天然气的甲烷含量达到90％以上，氧气为工业纯氧。

5.根据权利要求1所述的利用corex熔融气化炉拱顶制备合成气的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周恒，张文超，林鲲，陈明远，邢亚璞，寇明银，吴胜利，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人