本实用新型涉及钢铁冶金技术领域，进一步的，涉及一种净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统，尤其涉及一种采用深度净化的焦炉煤气制备气基竖炉还原气的系统。
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，以使其提供气基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，提出一种净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统，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净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统，对焦炉煤气进行除尘、除油、除萘、除有机硫以及除无机硫等处理，以深度净化焦炉煤气中的杂质，并使净化后的焦炉煤气催化转化为气基竖炉所使用的还原气，达到节能以及减排co2的效果，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。
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净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统，包括对焦炉煤气进行净化处理的焦炉煤气净化装置、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炉顶气净化装置，其中：
所述焦炉煤气净化装置的进气口与焦炉煤气管道连接，所述焦炉煤气净化装置的出气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炉顶气净化装置的进气口连接，所述炉顶气净化装置的出气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。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述焦炉煤气净化装置包括除尘设备、除焦油设备、除萘设备、除有机硫设备和除无机硫设备，所述除尘设备的进气口连接焦炉煤气管道，所述除尘设备的出气口与所述除焦油设备的进气口连接，所述除焦油设备的出气口与所述除萘设备的进气口连接，所述除萘设备的出气口与所述除有机硫设备的进气口连接，所述除有机硫设备的出气口与所述除无机硫设备的进气口连接，所述除无机硫设备的出气口与所述还原气转化炉的燃料气入口连接；
所述除尘设备的进气口即为所述焦炉煤气净化装置的进气口，所述除无机硫设备的出气口即为所述焦炉煤气净化装置的出气口。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统还包括对炉顶气净化装置排出的工艺气进行预热升温的热回收装置，所述炉顶气净化装置的出气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，所述焦炉煤气净化装置的出气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，所述还原气转化炉的烟气出口与所述热回收装置的烟气进口连接，所述热回收装置的烟气出口直接与外部相连通。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述炉顶气净化装置的出气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，所述炉顶气净化装置包括换热器、洗涤器和吸附脱硫塔，所述换热器的进气口与所述竖炉的炉顶气出口连接，所述换热器的出气口与所述洗涤器的进气口连接，所述洗涤器的出气口与所述吸附脱硫塔的进气口连接，所述吸附脱硫塔的出气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；
所述换热器的进气口即为所述炉顶气净化装置的进气口，所述吸附脱硫塔的出气口即为所述炉顶气净化装置的出气口。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述吸附脱硫塔的解吸气出口与所述换热器的解吸气入口连接，所述换热器的解吸气出口与所述吸附脱硫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，所述还原气转化炉的内部设置有将所述焦炉煤气净化装置排出的原料气和所述炉顶气净化装置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，本实用新型的净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统的特点及优点是：采用焦炉煤气净化装置对初步净化后的焦炉煤气进行深度净化处理，达到除尘、除油、除萘、除有机硫以及除无机硫等杂质的效果，使得净化后的焦炉煤气与co2能够催化转化为富h2和co的还原气，不仅能够用于与气基竖炉内的铁矿石发生还原反应，而且能够达到节能减排co2的效果，有效解决钢铁工业co2排放高的问题，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：为本实用新型净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统的结构示意图。
图2：为本实用新型净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统中焦炉煤气净化装置的结构示意图。
图3：为本实用新型净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统中炉顶气净化装置的结构示意图。
图4：为本实用新型净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气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、焦炉煤气净化装置；101、除尘设备；
102、除焦油设备；103、除萘设备；
104、除有机硫设备；105、除无机硫设备；
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、炉顶气净化装置；301、换热器；
302、洗涤器；303、吸附脱硫塔；
4、热回收装置；5、加压装置；
6、竖炉；601、炉顶气出口；
602、还原气入口；603、铁矿石入口；
604、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4所示，本实用新型提供了一种净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统，该净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统包括焦炉煤气净化装置1、还原气转化炉2和炉顶气净化装置3，焦炉煤气净化装置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，炉顶气净化装置3用于对竖炉6排出的炉顶气进行净化处理。其中：焦炉煤气净化装置1的进气口与焦炉煤气管道连接，焦炉煤气净化装置1的出气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的还原气出口202通过第五输气管道14与竖炉6的还原气入口602连接，竖炉6的炉顶气出口601与炉顶气净化装置3的进气口连接，炉顶气净化装置3的出气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。
本实用新型采用焦炉煤气净化装置1对初步净化后的焦炉煤气进行深度净化处理，达到除尘、除油、除萘、除有机硫以及除无机硫等杂质的效果，使得净化后的焦炉煤气与竖炉6排出的炉顶气中的co2能够催化转化为富h2和co的还原气，不仅能够用于与竖炉6内的铁矿石发生还原反应，而且能够达到节能减排co2的效果，有效解决钢铁工业co2排放高的问题，有利于钢厂升级改造以及提升产品的质量。
具体的，如图1所示，炉顶气出口601设置于竖炉6的顶部，竖炉6的顶部且位于炉顶气出口601的上方设置有铁矿石入口603；还原气入口602设置于竖炉6的底部，竖炉6的底部且位于还原气入口602的下方设置有海绵铁出口604。
进一步的，第五输气管道14内还原气的压力为0.3mpa至0.5mpa，还原气的温度为850℃至1100℃，还原气中
优选的，还原气中
本实用新型的一个可选实施例中，如图1、图2所示，焦炉煤气净化装置1包括依次连接的除尘设备101、除焦油设备102、除萘设备103、除有机硫设备104和除无机硫设备105，除尘设备101的进气口连接焦炉煤气管道，除尘设备101的出气口与除焦油设备102的进气口连接，除焦油设备102的出气口与除萘设备103的进气口连接，除萘设备103的出气口与除有机硫设备104的进气口连接，除有机硫设备104的出气口与除无机硫设备105的进气口连接，除无机硫设备105的出气口与还原气转化炉2的燃料气入口203连接。其中，除尘设备101的进气口即为焦炉煤气净化装置1的进气口，除无机硫设备105的出气口即为焦炉煤气净化装置1的出气口。依次通过除尘设备101、除焦油设备102、除萘设备103、除有机硫设备104和除无机硫设备105对初步净化后的焦炉煤气进行深度净化处理，达到除尘、除油、除萘、除有机硫以及除无机硫等杂质的效果，使得净化后的焦炉煤气为富ch4气体，能够与竖炉6排出的炉顶气中的co2催化转化为富h2和co的还原气，以用于竖炉6内铁矿石的还原，且达到减排co2的效果。
进一步的，除尘设备101可为但不限于布袋除尘器。
进一步的，除焦油设备102可为但不限于除焦油器。
进一步的，除萘设备103可为但不限于除萘器。
进一步的，除有机硫设备104和除无机硫设备105均可为现有的有机硫脱除设备和无机硫脱除设备，其在除有机硫设备104内加氢并在镍系催化剂的催化作用下转化为无机硫，并将无机硫输送至无机硫脱除设备中进行脱除。
初步净化后的焦炉煤气在依次通过除尘设备101、除焦油设备102、除萘设备103、除有机硫设备104和除无机硫设备105后，满足净化后焦炉煤气净化装置1排出的气体中硫含量小于1mg/nm3、苯含量小于1mg/nm3、萘含量小于5mg/nm3即可。
在本实用新型的一个可选实施例中，如图1所示，净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统还包括热回收装置4，热回收装置4用于对炉顶气净化装置3排出的工艺气进行预热升温，炉顶气净化装置3的出气口通过热回收装置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，焦炉煤气净化装置1的出气口通过热回收装置4与还原气转化炉2的原料气入口201连接。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。
进一步的，如图1所示，还原气转化炉2的烟气出口通过第六输气管道15与热回收装置4的烟气进口连接，热回收装置4的烟气出口直接与外部相连通。
在本实用新型的一个可选实施例中，如图1所示，炉顶气净化装置3的出气口与还原气转化炉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、图3所示，炉顶气净化装置3包括换热器301、洗涤器302和吸附脱硫塔303，换热器301的进气口通过第七输气管道16与竖炉6的炉顶气出口601连接，换热器301的出气口通过第八输气管道17与洗涤器302的进气口连接，洗涤器302的出气口通过第九输气管道18与吸附脱硫塔303的进气口连接，吸附脱硫塔303的出气口通过第四输气管道13与还原气转化炉2的燃料气入口203连接，吸附脱硫塔303的出气口还通过第三输气管道12与还原气转化炉2的原料气入口201连接，第四输气管道13和第三输气管道12均穿过热回收装置4，加压装置5设置于第三输气管道12上，焦炉煤气净化装置1的出气口通过第一输气管道10与还原气转化炉2的燃料气入口203连接，焦炉煤气净化装置1的出气口通过第二输气管道11与还原气转化炉2的原料气入口201连接。其中，换热器301的进气口即为炉顶气净化装置3的进气口，吸附脱硫塔303的出气口即为炉顶气净化装置3的出气口。
进一步的，吸附脱硫塔303的数量为多个，各吸附脱硫塔303中至少一个为备用吸附脱硫塔。
进一步的，如图1所示，吸附脱硫塔303的解吸气出口通过第十一输气管道20与换热器301的解吸气入口连接，换热器301的解吸气出口通过第十输气管道19与吸附脱硫塔303的解吸气入口连接。
进一步的，如图1所示，吸附脱硫塔303的脱附气出口依次通过第十二输气管道21和第四输气管道13与还原气转化炉2的燃料气入口203连接，吸附脱硫塔303所产生的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303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。
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。
在本实用新型的一个可选实施例中，如图1、图4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将焦炉煤气净化装置1排出的原料气和炉顶气净化装置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6的铁矿石入口603进入至竖炉6内，还原气在竖炉6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)；炉顶气通过竖炉6的炉顶气出口601输出，首先进入至换热器301内，炉顶气与吸附脱硫塔303输出的解吸气(富h2、co和co2气体)进行换热后，进入至洗涤器302内进行除尘降温，然后进入吸附脱硫塔303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303净化后吸附脱硫塔303的工艺气分为两部分，一部分工艺气输送至热回收装置4中预热升温至约300℃后与吸附脱硫塔303输出的脱附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；另一部分工艺气经加压装置5加压至0.3mpa至0.5mpa后与经过焦炉煤气净化装置1深度净化后的焦炉煤气(cog)混合，经热回收装置4预热至500℃至700℃输送至还原气转化炉2，工艺气与焦炉煤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，焦炉煤气中的ch4和co2以及炉顶气中的co2作为原料反应生成为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，需要的热量来自于部分工艺气、部分深度净化后的焦炉煤气和脱附气在还原气转化炉2内的燃烧。最终，将反应生成富h2和co的高温气体作为还原气通过还原气入口602输送至竖炉6内。
初步净化焦炉煤气(即：未经过焦炉煤气净化装置1净化的焦炉煤气)中总硫含量为≤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)，首先进入除尘设备101除尘至<10mg/nm3(即：灰尘含量小于10mg/nm3)，然后进入除焦油设备102，将焦油脱除到<1mg/nm3(即：焦油含量小于1mg/nm3)，再进入除萘设备103，将萘脱除到<5mg/nm3(即：萘含量小于5mg/nm3)，进入除有机硫设备104，对有机硫催化加氢，将有机硫转化为无机硫，再进入除无机硫设备105，将硫脱除至<1mg/nm3(即：硫含量小于1mg/nm3)，再与加压后的工艺气混合(混合压力0.3mpa至0.5mpa)，预热后输送至还原气转化炉2内。
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6的铁矿石入口603供料，还原气在竖炉6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6的炉顶气出口601排出进入至换热器301内，并在换热器301内与吸附脱硫塔303输出的解吸气(富h2、co和co2气体)进行换热，将解吸气温度升至260℃，吸附脱硫塔303进行再生。炉顶气在换热器301内换热后进入洗涤器302进行冷却除尘，之后再进入吸附脱硫塔303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303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0.4mpa，并经热回收装置4预热至温度达到650℃后，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，原料气以及工艺气在催化剂管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303的数量为4个，1个为备用吸附脱硫塔。当吸附脱硫塔303吸附达到预设的饱和度阈值后，抽取3000nm3/h的工艺气进入至换热器301内升温至260℃，再通入至吸附脱硫塔303内进行脱附再生。吸附脱硫塔303的再生分为升温、保温和冷却三个阶段，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脱附气中，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，经过焦炉煤气净化装置1进行净化后，气体中硫含量小于1mg/nm3，苯含量小于1mg/nm3，萘含量小于5mg/nm3，其中，燃料气以2000nm3/h输送至还原气转化炉2内，其余净化后的焦炉煤气与经过加压装置5加压后的工艺气混合，经过热回收装置4预热后进入还原气转化炉2内。
本实用新型的净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统的特点及优点是：
一、该净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统对初步净化后的焦炉煤气进行深度净化处理，达到除尘、除油、除萘、除有机硫以及除无机硫等杂质的效果，使得净化后的焦炉煤气与竖炉6排出的炉顶气中的co2能够催化转化为富h2和co的还原气，不仅能够用于与竖炉6内的铁矿石发生还原反应，而且能够达到节能减排co2的效果。
二、该净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统中在吸附脱硫塔303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、该净化焦炉煤气制备气基竖炉还原气系统中设置有热回收装置4和换热器301，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6中与铁矿石进行还原反应，能耗低。
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。
