本实用新型涉及钢铁冶金技术领域，进一步的，涉及一种竖炉还原气制备及解吸气自加热系统，尤其涉及一种焦炉煤气制备竖炉还原气及采用烟气对解吸气进行加热的系统。
背景技术：
钢铁生产中有长、短两种流程，其中长流程为高炉炼铁以及转炉炼钢相结合，短流程为采用直接还原铁以及电炉炼钢相结合。传统的高炉炼铁具有流程长、能耗高、污染重、需要消耗焦炭等特点，尽管实施的各种节能减排措施已取得一定效果，但这种基于碳还原的长流程所涉及的冶金热力学反应已趋于极限水平，继续减排co2的潜力十分有限，因此必须寻找新的突破性工艺解决钢铁工业co2排放高的问题，而短流程生产吨钢排放的co2要远低于长流程。
现阶段，我国的社会经济结构无法提供足够的废钢作为短流程的原料，需要采用海绵铁替代废钢作为原料。短流程中直接还原铁(directreductioniron)，也称海绵铁，成分稳定，有害杂质元素含量低，是炼钢的优质原料，不仅可以作为电炉炼钢的原料和转炉炼钢的冷却剂，补充废钢资源的不足，而且对保证钢材的质量，生产优质纯净钢种起着不可替代的作用。目前世界先进的直接还原铁技术是气基竖炉直接还原技术，该技术主要以天然气为原料，其中富ch4和co2的气体反应变换成富h2和co的气体后，直接与铁矿石在高温条件下发生还原反应，生产海绵铁。由于我国天然气资源匮乏，发展气基竖炉还原技术受到限制。我国的焦炉煤气资源相对丰富，利用焦炉煤气制备富氢气体，既解决了煤气的排放和利用问题，又为现阶段生产直接还原铁提供一种获得富氢还原气的方法。采用焦炉煤气制取还原气，用于生产海绵铁是符合我国国情的优选的技术路线，是适合我国发展新型炼铁技术的重要方向。
随着技术的发展，气基竖炉对还原气的要求更加广泛，其要求
针对相关技术中无法对焦炉煤气进一步处理，以使其提供竖炉的还原气使用的问题，目前尚未给出有效的解决方案。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种竖炉还原气制备及解吸气自加热系统，以克服现有技术的缺陷。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种竖炉还原气制备及解吸气自加热系统，能够对焦炉煤气中的杂质进行吸附脱除，再生后的脱附气可送至还原气转化炉进行燃烧供热，烟气中剩余的热量可用于对解吸气的加热，净化后的焦炉煤气与净化处理后的炉顶气进行混合并催化转化为还原气，解决了焦炉煤气中杂质多、净化难的问题，达到节能以及减排co2的效果，有利于资源的合理配置以及对环境的保护。
本实用新型的目的可采用下列技术方案来实现：
本实用新型提供了一种竖炉还原气制备及解吸气自加热系统，包括对焦炉煤气进行净化处理的吸附精制塔、将净化后的焦炉煤气转化为还原气的还原气转化炉以及对竖炉排出的炉顶气进行净化处理的吸附脱硫塔，其中：
所述吸附精制塔的焦炉煤气入口和所述还原气转化炉的燃料气入口分别与焦炉煤气管道连接，所述吸附精制塔的脱附气出口和原料气出口分别与所述还原气转化炉的燃料气入口和原料气入口连接，所述还原气转化炉的还原气出口与所述竖炉的还原气入口连接，所述竖炉的炉顶气出口与所述吸附脱硫塔的炉顶气进口连接，所述吸附脱硫塔的工艺气出口分别与所述还原气转化炉的燃料气入口和所述还原气转化炉的原料气入口连接；
所述还原气转化炉的烟气出口与热回收装置连接，所述吸附脱硫塔的工艺气出口还通过所述热回收装置分别与所述吸附脱硫塔的解吸气入口和所述吸附精制塔的解吸气入口连接。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述吸附精制塔的内部填装有能对焦炉煤气中含有的杂质进行吸附、并在加热后能发生脱附再生的分子筛材料。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述吸附精制塔的数量为多个，各所述吸附精制塔中至少一个为备用吸附精制塔。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述吸附脱硫塔的工艺气出口通过所述热回收装置分别与所述还原气转化炉的燃料气入口和所述还原气转化炉的原料气入口连接，所述吸附精制塔的原料气出口通过所述热回收装置与所述还原气转化炉的原料气入口连接。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述竖炉还原气制备及解吸气自加热系统还包括洗涤器，所述洗涤器的进气口与所述竖炉的炉顶气出口连接，所述洗涤器的出气口与所述吸附脱硫塔的炉顶气进口连接，所述吸附脱硫塔的脱附气出口通过所述热回收装置与所述还原气转化炉的燃料气入口连接。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述吸附脱硫塔的内部填装有能对炉顶气中含有的有机硫和无机硫进行吸附、并在加热后能发生脱附再生的分子筛材料。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述吸附脱硫塔的数量为多个，各所述吸附脱硫塔中至少一个为备用吸附脱硫塔。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述吸附脱硫塔的工艺气出口与所述还原气转化炉的原料气入口之间设置有调整输气压力的加压装置。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述还原气转化炉的内部设置有将所述吸附精制塔排出的原料气和所述吸附脱硫塔排出的工艺气催化重整为还原铁矿石所需还原气的多根催化剂管，各所述催化剂管并联于所述还原气转化炉的原料气入口与所述还原气转化炉的还原气出口之间。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述催化剂管内填装有镍系催化剂。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述炉顶气出口设置于所述竖炉的顶部，所述竖炉的顶部且位于所述炉顶气出口的上方设置有铁矿石入口；
所述还原气入口设置于所述竖炉的底部，所述竖炉的底部且位于所述还原气入口的下方设置有海绵铁出口。
由上所述，本实用新型的竖炉还原气制备及解吸气自加热系统的特点及优点是：通过吸附精制塔对焦炉煤气进行净化处理，达到对焦炉煤气中无机硫、有机硫、焦油、苯以及萘等杂质进行吸附脱除的效果，吸附精制塔再生后的第一脱附气可送至还原气转化炉进行燃烧供热，经过吸附精制塔净化后的焦炉煤气与经过吸附脱硫塔净化处理后的炉顶气进行混合并催化转化为富h2和co的还原气，通入竖炉内与铁矿石发生还原反应，解决了焦炉煤气中杂质多、净化难的问题，达到节能以及减排co2的效果。另外，生成还原气过程中烟气中剩余的热量可用于对吸附精制塔中的第一解吸气和吸附脱硫塔中的第二解吸气进行加热，热量利用充分，有利于资源的合理配置以及对环境的保护，有利于钢厂升级改造以及提升产品的质量，具有极大的发展前景。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
图1：为本实用新型竖炉还原气制备及解吸气自加热系统的结构示意图。
图2：为本实用新型竖炉还原气制备及解吸气自加热系统中还原气转化炉的结构示意图。
本实用新型中的附图标号为：
1、吸附精制塔；2、还原气转化炉；
201、原料气入口；202、还原气出口；
203、燃料气入口；204、烟气出口；
205、催化剂管；3、吸附脱硫塔；
4、热回收装置；5、加压装置；
6、洗涤器；7、竖炉；
701、炉顶气出口；702、还原气入口；
703、铁矿石入口；704、海绵铁出口；
10、第一输气管道；11、第二输气管道；
12、第三输气管道；13、第四输气管道；
14、第五输气管道；15、第六输气管道；
16、第七输气管道；17、第八输气管道；
18、第九输气管道；19、第十输气管道；
20、第十一输气管道；21、第十二输气管道。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
如图1至图2所示，本实用新型提供了一种竖炉还原气制备及解吸气自加热系统，该竖炉还原气制备及解吸气自加热系统包括吸附精制塔1、还原气转化炉2以及吸附脱硫塔3，吸附精制塔1用于对焦炉煤气进行净化处理，还原气转化炉2用于将净化后的焦炉煤气转化为还原气，吸附脱硫塔3用于对竖炉7排出的炉顶气进行净化处理。其中：吸附精制塔1的焦炉煤气入口与焦炉煤气管道连接，且还原气转化炉2的燃料气入口203通过第一输气管道10与焦炉煤气管道连接，吸附精制塔1的脱附气出口与还原气转化炉2的燃料气入口203连接，吸附精制塔1的原料气出口与还原气转化炉2的原料气入口201连接，还原气转化炉2的还原气出口202通过第五输气管道14与竖炉7的还原气入口702连接，竖炉7的炉顶气出口701与吸附脱硫塔3的炉顶气进口连接，吸附脱硫塔3的工艺气出口分别与还原气转化炉2的燃料气入口203和还原气转化炉2的原料气入口201连接；还原气转化炉2的烟气出口204通过第六输气管道15与热回收装置4的烟气入口连接，热回收装置4的烟气出口直接与外部相连通，吸附脱硫塔3的工艺气出口还通过热回收装置4分别与吸附脱硫塔3的解吸气入口和吸附精制塔1的解吸气入口连接。
本实用新型通过吸附精制塔1对焦炉煤气进行净化处理，达到对焦炉煤气中无机硫、有机硫、焦油、苯以及萘等杂质进行吸附脱除的效果，吸附精制塔1再生后的第一脱附气可送至还原气转化炉2进行燃烧供热，经过吸附精制塔1净化后的焦炉煤气与经过吸附脱硫塔3净化处理后的炉顶气进行混合并催化转化为富h2和co的还原气，通入竖炉7内与铁矿石发生还原反应，解决了焦炉煤气中杂质多、净化难的问题，达到节能以及减排co2的效果。另外，还原气转化炉2生成还原气过程中烟气中剩余的热量可用于对吸附精制塔1中的第一解吸气和吸附脱硫塔3中的第二解吸气进行加热，热量利用充分，有利于资源的合理配置以及对环境的保护。
具体的，如图1所示，炉顶气出口701设置于竖炉7的顶部，竖炉7的顶部且位于炉顶气出口701的上方设置有铁矿石入口703；还原气入口702设置于竖炉7的底部，竖炉7的底部且位于还原气入口702的下方设置有海绵铁出口704。
进一步的，第五输气管道14内还原气的压力为0.08mpa至0.5mpa，还原气的温度为850℃至1100℃，还原气中
优选的，还原气中
进一步的，吸附精制塔1的内部填装有能对焦炉煤气中含有的杂质(无机硫、有机硫、焦油、苯以及萘等)进行吸附、并在加热后能发生脱附再生的分子筛材料。
优选的，分子筛材料采用疏水型微晶材料，能够吸附无机硫、有机硫、焦油、苯以及萘等杂质，在20℃至100℃温度范围内具备吸附能力，在160℃至350℃温度范围能进行脱附再生；分子筛材料的寿命5至7年，可反复再生，且耐高温。
进一步的，疏水型微晶材料可为含有镁、钙、锶、钇、镧、铈、铕、铁、钴、镍、铜、银、锌等元素中的至少一种元素的材料制成；具体地，该疏水型微晶材料选自x型分子筛、y型分子筛、a型分子筛、zsm型分子筛、丝光沸石、β型分子筛、mcm型分子筛、sapo型分子筛中的至少一种，并且实际实施时，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理设置该催化剂的用量。
进一步的，吸附精制塔1的数量为多个，各吸附精制塔1中至少一个为备用吸附精制塔。
在本实用新型的一个可选实施例中，如图1所示，吸附脱硫塔3的工艺气出口通过热回收装置4分别与还原气转化炉2的燃料气入口203和还原气转化炉2的原料气入口201连接，吸附精制塔1的原料气出口通过热回收装置4与还原气转化炉2的原料气入口201连接，从而可以通过热回收装置4对进入还原气转化炉2之前的工艺气以及原料气进行预热升温。
在本实用新型的一个可选实施例中，如图1所示，吸附脱硫塔3的工艺气出口与还原气转化炉2的原料气入口201之间设置有加压装置5，通过加压装置5调节输气压力，对工艺气以及原料气进行加压后输送至还原气转化炉2的原料气入口201中。
进一步的，加压装置5可为但不限于加压机。
在本实用新型的一个可选实施例中，如图1所示，竖炉还原气制备及解吸气自加热系统还包括洗涤器6，洗涤器6的进气口通过第九输气管道18与竖炉7的炉顶气出口701连接，洗涤器6的出气口通过第十输气管道19与吸附脱硫塔3的炉顶气进口连接，吸附脱硫塔3的工艺气出口通过第七输气管道16与还原气转化炉2的原料气入口201连接，吸附脱硫塔3的工艺气出口还通过第八输气管道17与还原气转化炉2的燃料气入口203连接，第七输气管道16和第八输气管道17均穿过热回收装置4，加压装置5设置于第七输气管道16上。
进一步的，如图1所示，吸附精制塔1的脱附气出口通过第四输气管道13接入至第八输气管道17中，吸附精制塔1脱附后的第一脱附气依次通过第四输气管道13和第八输气管道17输送至还原气转化炉2内进行燃烧供热。
进一步的，如图1所示，吸附精制塔1的原料气出口通过第二输气管道11接入至第七输气管道16中，吸附精制塔1输出的原料气依次通过第二输气管道11、第七输气管道16以及热回收装置4后进入至还原气转化炉2内作为原料气进行催化重整反应。
进一步的，如图1所示，吸附精制塔1的解吸气入口通过第三输气管道12接入至第七输气管道16中，第七输气管道16中的工艺气可作为第一解吸气经过热回收装置4加热后输送至吸附精制塔1内，以供吸附精制塔1脱附再生，脱附后的第一脱附气直接输送至还原气转化炉2内进行燃烧供热。
进一步的，如图1所示，吸附脱硫塔3的解吸气入口通过第十一输气管道20与吸附脱硫塔3的工艺气出口连接，第十一输气管道20穿过热回收装置4，吸附脱硫塔3输出的工艺气通过第十一输气管道20以及热回收装置4加热后，可作为吸附脱硫塔3的第二解吸气通入至吸附脱硫塔3内，以供吸附脱硫塔3脱附再生，第二解吸气的气量为2000nm3/h至6000nm3/h；吸附脱硫塔3的脱附气出口通过第十二输气管道21与第八输气管道17连接，以使得吸附脱硫塔3的脱附气出口依次通过第十二输气管道21和第八输气管道17与还原气转化炉2的燃料气入口203连接，吸附脱硫塔3所产生的第二脱附气通过热回收装置4进行预热升温后通入至还原气转化炉2中进行燃烧供热。
进一步的，吸附脱硫塔3的内部填装有能对炉顶气中含有的有机硫和无机硫进行吸附、并在加热后能发生脱附再生的分子筛材料。吸附脱硫塔3的炉顶气进口与吸附脱硫塔3的工艺气出口之间的压差小于4kpa，吸附脱硫塔3的操作压力为5kpa至0.1mpa。
优选的，分子筛材料采用疏水型微晶材料，能够吸附无机硫和有机硫，在20℃至100℃温度范围内具备吸附能力，在160℃至350℃温度范围能进行脱附再生；分子筛材料的寿命7至10年，可反复再生，且耐高温。
进一步的，疏水型微晶材料可为含有镁、钙、锶、钇、镧、铈、铕、铁、钴、镍、铜、银、锌等元素中的至少一种元素的材料制成；具体地，该疏水型微晶材料选自x型分子筛、y型分子筛、a型分子筛、zsm型分子筛、丝光沸石、β型分子筛、mcm型分子筛、sapo型分子筛中的至少一种，并且实际实施时，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理设置该催化剂的用量。
进一步的，吸附脱硫塔3的数量为多个，各吸附脱硫塔3中至少一个为备用吸附脱硫塔。
在本实用新型的一个可选实施例中，如图1、图2所示，还原气转化炉2的内部设置有多根催化剂管205，各催化剂管205并联于还原气转化炉2的原料气入口201与还原气转化炉2的还原气出口202之间，通过各催化剂管205将吸附精制塔1排出的原料气和吸附脱硫塔3排出的工艺气催化重整为还原铁矿石所需还原气。
进一步的，催化剂管205内填装的催化剂可为但不限于镍系催化剂。
本实用新型的基本工作原理为：将铁矿石从竖炉7的铁矿石入口703进入至竖炉7内，还原气在竖炉7内由下向上流动，还原气(富h2和co气体)与铁矿石(fe2o3)反应，生成海绵铁(fe)和炉顶气(富h2、co和co2气体)；炉顶气首先通过竖炉7的炉顶气出口701输出，首先进入至洗涤器6内进行除尘降温，然后进入吸附脱硫塔3内采用分子筛材料对炉顶气中的有机硫和无机硫等杂质进行脱除，吸附脱硫塔3净化后吸附脱硫塔3的工艺气分为两部分，一部分工艺气输送至热回收装置4中预热升温至200℃至400℃(优选300℃)后与吸附脱硫塔3输出的第二脱附气、部分初步净化焦炉煤气(即：燃料气)以及空气混合进入还原气转化炉2内作为燃料供还原气转化炉2燃烧升温；另一部分工艺气与吸附精制塔1净化后的原料气混合，经加压装置5加压至0.1mpa至0.5mpa后，经热回收装置4预热至500℃至700℃输送至还原气转化炉2，工艺气与原料气的混合气体在还原气转化炉2内的催化剂管205中发生催化重整反应，原料气中的ch4、co2以及工艺气中的co2作为原料气反应生成co和h2(反应的化学方程式为：ch4 co2＝2co 2h2)，由于催化重整反应是吸热反应，所需要的热量来自于部分工艺气、燃料气、第一脱附气以及第二脱附气的燃烧，还原气通过还原气入口702将还原气输送至竖炉7内。
初步净化焦炉煤气(即：未经过吸附精制塔1净化的焦炉煤气)中总硫含量≤500mg/nm3(即：小于或等于500mg/nm3)，焦油含量为≤50mg/nm3(即：小于或等于50mg/nm3)，btx(苯、甲苯、二甲苯等)含量为≤2500mg/nm3(即：小于或等于2500mg/nm3)，萘含量为≤500mg/nm3(即：小于或等于500mg/nm3)。其中，一部分初步净化焦炉煤气进入吸附精制塔1，对焦炉煤气中的无机硫、有机硫、焦油、苯以及萘等杂质进行吸附脱除，净化后焦炉煤气(即：原料气)与工艺气混合，经加压装置5加压并输送至还原气转化炉2内。当吸附精制塔1达到预设的饱和阈值后，抽取4000nm3/h的工艺气作为第一解吸气，第一解吸气经过热回收装置4内与高温烟气进行换热，至第一解吸气的温度升高到260℃左右，对吸附精制塔1内的分子筛材料进行再生，再生分为升温、保温、冷吹三个阶段，再生周期约60小时；再生过程中，分子筛材料所吸附的杂质脱附到第一解吸气中，称为第一脱附气，吸附精制塔1内的第一脱附气、另一部分初步净化焦炉煤气以及空气混合进入还原气转化炉2内进行燃烧，将混合气体中焦油、苯、萘等碳氢化合物转化为二氧化碳和水、有机硫以及无机硫转化为二氧化硫，并随烟气排出，经烟气净化达标排放。
本实用新型的一个具体实施例为：铁矿石(fe2o3)经加工成为球团或块矿后，从竖炉7的铁矿石入口703供料，还原气在竖炉7内由下至上逆向流动，在900℃温度条件下与铁矿石发生还原反应，得到海绵铁(fe)和炉顶气(富h2、co和co2气体)。炉顶气从竖炉7的炉顶气出口701排出进入至洗涤器6内进行冷却除尘，之后再进入吸附脱硫塔3内对炉顶气内混有的硫化氢和有机硫进行脱除，经过吸附脱硫塔3后输出的工艺气分为两部分，一部分工艺气(占总量的10％至50％，优选30％)经热回收装置4预热至温度达到300℃后，通过还原气转化炉2的燃料气入口203进入至还原气转化炉2内进行燃烧，为还原气转化炉2供热；另一部分工艺气(占总量的50％至90％，优选70％)经加压装置5升压至0.2mpa，并经过热回收装置4后，预热至温度达到650℃，通过还原气转化炉2的原料气入口201进入至还原气转化炉2内的催化剂管205中，工艺气与原料气的混合气体在催化剂管205内催化剂的作用下发生重整反应，将ch4和co2重整为h2和co。在还原气转化炉2内，催化剂管205被外部燃烧的高温烟气加热，反应所得还原气温度约为900℃，
其中，吸附脱硫塔3的数量为4个，1个为备用吸附脱硫塔。当吸附脱硫塔3吸附达到预设的饱和度阈值后，抽取3000nm3/h的工艺气经过热回收装置4升温至260℃，再通入至吸附脱硫塔3内进行脱附再生。吸附脱硫塔3的再生分为升温、保温、冷却三个阶段，再生周期为3天。再生过程中，分子筛材料所吸附的含硫化合物等杂质进入第二脱附气中，第二脱附气与工艺气混合进入还原气转化炉2中进行燃烧处理。
其中，初步净化焦炉煤气为50000nm3/h，总硫含量为300mg/nm3，焦油含量为20mg/nm，苯含量为500mg/nm3，萘含量为500mg/nm3，一部分初步净化焦炉煤气(48000nm3/h)进入吸附精制塔1进行净化，净化后焦炉煤气中硫含量小于1mg/nm3，苯含量小于1mg/nm3，萘含量小于1mg/nm3，另一部分初步净化焦炉煤气(2000nm3/h)输送至还原气转化炉2内进行燃烧供热。
其中，吸附精制塔1的数量为6个，1个为备用吸附精制塔。当吸附精制塔1吸附达到预设的饱和度阈值后，抽取5000nm3/h的工艺气并经过热回收装置4升温至280℃，再通入至吸附精制塔1内进行脱附再生。吸附精制塔1的再生分为升温、保温、冷却三个阶段，再生周期为3天。再生过程中，分子筛材料所吸附的硫、苯、萘、焦油等杂质进入第一脱附气中，第一脱附气、部分初步净化焦炉煤气、部分工艺气以及空气混合进入还原气转化炉2内燃烧提供热量，混合气体中的污染物转化为h2o、co2和so2进入烟气中，经净化达标后排放。
本实用新型的竖炉还原气制备及解吸气自加热系统的特点及优点是：
一、该竖炉还原气制备及解吸气自加热系统通过吸附精制塔1内的分子筛材料对焦炉煤气中的无机硫、有机硫、焦油、苯以及萘等杂质进行吸附脱除处理，再生后的第一脱附气可送至还原气转化炉2作为燃料气进行燃烧供热，结构简单，能量利用率高，与传统净化装置相比投资少，成本低，无二次污染。
二、该竖炉还原气制备及解吸气自加热系统在吸附脱硫塔3内填装有分子筛材料，通过分子筛材料吸附脱除炉顶气中的无机硫和有机硫，解吸气加热转化炉，脱硫精度高，具有较高的选择性，不损失二氧化碳。
三、该竖炉还原气制备及解吸气自加热系统中吸附脱硫塔3的工艺气出口通过热回收装置4分别与吸附脱硫塔3的解吸气入口和吸附精制塔1的解吸气入口连接，生成还原气过程中烟气中剩余的热量可用于对吸附精制塔1中的第一解吸气和吸附脱硫塔3中的第二解吸气进行加热，热量利用充分，有利于资源的合理配置以及对环境的保护。
四、该竖炉还原气制备及解吸气自加热系统设置有热回收装置4，对进入还原气转化炉2的工艺气进行预热升温，还原气转化炉2产出的还原气可直接输送至竖炉7中与铁矿石进行还原反应，能耗低，流程简洁。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
