一种气体的铁浴加热方法和加热重整方法及其气基竖炉还原系统与流程

1.本发明属于化工和冶金领域，具体涉及一种气体的铁浴加热重整方法及其气基竖炉还原系统。


背景技术：

2.目前化工和气基竖炉直接还原采用的气体加热和重整方法包括辐射管加热法和催化法、催化和非催化部分氧化法。这几种工艺至少存在下列一项缺点：(1)加热管是耐高温的，价格昂贵，单台加热器通常需要几百根加热管，投资大；(2)外热燃烧加热排放出大量的co2和nox；(3)使用的催化剂，价格昂贵，需要定期更换，增加运营成本；(4)使用纯氧燃烧升温重整烃类气体，增加制氧投资和耗氧的运行费用。
3.如，申请号：cn201910952204.8，名称为，一种用于生产还原气的新型重整炉的专利提出，气基还原铁(俗称，海绵铁)的主要问题是解决还原气的生产，该专利重整炉包括辐射室箱体，重整炉管，燃烧器，过渡段以及对流段；所述的重整炉管成2m排立式并联布置于辐射室箱体内；一排重整炉管对应一根重整原料气进口支干管，每根重整原料气进口支于管上开设与每排重整炉管数量相同的分支，通过柔性管将重整炉管气体进口与重整原料气进口支干管相连；燃烧器成(2m 1)排布置于辐射室下方底壁板；重整炉管气体出口通过斜三通与冷壁支管连接；过渡段是辐射室箱体的两侧壁板上方设有若干个过渡段分支管引出至过渡段分支干管，两分过渡段分支干管在辐射室箱体的一端汇集成过渡段总管；过渡段总管与对流段相连，所述的对流段通过引风机与烟囱相连；所述的对流段由≥4个换热器组成，所述换热器为急速蒸发器、重整原料预热器、蒸汽过热器、脱硫焦炉气预热器、炉顶气预热器和燃烧空气预热器中的至少4种。过渡段出口1200℃的高温烟气，经对流段回收热量，使烟气温度降至100℃以下。
4.此技术方案存在以下问题：(1)采用燃料燃烧加热造成废气排放；(2)由于重整炉管采用外加热，因此限制了重整管直径，造成单个重整管体积小，重整炉管数量庞大。从该专利附图可以看到，重整炉管162根，燃烧器成70个。这造成辐射室加热系统设备庞大，安装复杂；(3)过渡段出口温度高达1200℃，说明重整炉管承受的温度要高于1200℃，这样的重整炉管和燃烧器价格非常昂贵，一套重整炉设备通常需要几百根重整炉管，因此，投资过大； (4)催化剂价格昂贵，使用量大，定期需更换，因此造成生产运行成本高；(5)排放烟气和利用烟气余热的过渡段以及对流段设备庞大，结构复杂，再次增加投资成本。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种气体的铁浴加热方法和重整方法及其气基竖炉还原系统。本发明的目的是降低投资、加热气体时不排放co2和no
x
，设备结构简单且不使用氧气，运营成本低。本发明的其它目的将在后面指出，或者对本领域的技术人员显而易见。
6.为实现上述目的，本发明铁浴加热重整方法采用以下的技术方案：
7.气体至少含有一种富烃类气，将气体流吹入铁浴炉中，气体与铁液接触，铁液作为加热气体的热源和重整气体的催化剂，被加热和重整后的气体由铁浴炉气体出口排出。
8.与现有技术相比，本发明铁浴加热重整方法具有以下有益效果：
9.1)本发明采用铁浴加热重整含烃类气，铁液作为加热气体的热源，加热过程无co2和no
x
排出。
10.2)本发明铁液既作为加热气体的热源又作为重整气体的催化剂，铁液来源于废钢，价格低廉，铁液损耗低，可反复使用，运营成本极低。
11.3)铁浴炉主要由耐火材料构成，材料成本低，结构简单，因此投资低。
12.4)铁浴炉中铁液温度在1450℃～1600℃，因此在1200℃以上重整烃类气体，不需要加氧提温。
13.本发明铁液来源的优选方案为：
14.通过围绕铁浴炉炉体的电磁感应线圈感应加热铁浴炉中的铁料来提供铁液，或通过从铁浴炉外连续加入铁液获得。例如，铁浴炉与中频炉或电弧炉连通，由中频炉或电弧炉连续向铁浴炉提供铁液。
15.进一步地，对于装有感应线圈的铁浴炉，安装废钢入口和炉渣排出口，废钢入口用来加废钢补充铁液，废钢及气体夹带的杂质定期从炉渣口排出。
16.进一步地，对于从铁浴炉外连续加入铁液的铁浴炉，安装铁液入口和出口，保证新铁液的加入。
17.本发明气体流与铁液接触方式，优选采用气体从液面的上面冲击铁液液面。
18.优选地，重整烃类气体时，含烃类气体中混入蒸汽和/或二氧化碳。
19.为实现上述目的，本发明铁浴加热方法采用以下的技术方案：
20.一种气体的铁浴加热方法，气体为非烃类还原气，将气体吹入铁浴炉中，气体与铁液接触，铁液作为加热气体的热源，被加热的气体由铁浴炉气体出口排出。
21.与现有技术相比，本发明铁浴加热方法具有以下有益效果：
22.1)本发明采用铁浴加热非烃类还原气，加热过程无co2和no
x
排出。
23.2)铁浴炉主要由耐火材料构成，材料成本低，结构简单，因此加热炉投资低。
24.3)铁浴中铁液温度在1450℃～1600℃，因此加热气体到1000℃以上，不需要加氧提温。
25.为实现上述目的，本发明气基竖炉还原系统采用以下的技术方案：
26.一种气基竖炉还原系统，包括气基竖炉、气体加热炉或气体的加热重整炉，其中气体加热炉或气体的加热重整炉采用铁浴炉，铁浴炉包括炉体，电磁感应线圈，喷枪、中频电源、和气体排出口，电磁感应线圈缠绕在炉体上，喷枪从铁浴炉上部或侧面插入炉中，气体排出口位于炉体上部，中频电源连接感应线圈。
27.与现有技术相比，本发明气基竖炉还原系统具有以下有益效果：
28.1)本发明采用铁浴加热或加热重整气基竖炉还原气，铁液作为加热气体的热源，铁液采用电加热，加热过程无co2和no
x
排出。
29.2)本发明铁液既作为加热气体的热源又作为重整气体的催化剂，铁液来源于废钢，价格低廉，几乎无损耗，可反复使用，运营成本极低。
30.3)铁浴炉主要由耐火材料构成，材料成本低，结构简单，因此加热炉投资低。
31.4)铁浴中铁液温度在1450℃～1600℃，因此无论是将非烃类气体加热到1000℃以上还是将烃类气体加热到在1200℃以上重整，均不需要加氧提温。
32.进一步地，铁浴炉上部或侧面还设有气体降温喷枪。通过降温喷枪喷出常温烃类气体和/ 或非烃类气体，将经铁液加热的高温气体降到900℃～1100℃，达到气基竖炉对气体温度的要求。
33.气基竖炉还原系统至少需要两台气体加热用铁浴炉，一开一备。
附图说明
34.图1为本发明加热气体或加热重整气体的第一种铁浴炉结构示意图；
35.图2为本发明加热气体或加热重整气体的第二种铁浴炉结构示意图；
36.图3为本发明加热气体或加热重整气体的第三种铁浴炉结构示意图；
37.图4为本发明加热气体或加热重整气体的第四种铁浴炉结构示意图；
38.图5为本发明气基竖炉的第一种还原系统；
39.图6为本发明气基竖炉的第二种还原系统；
40.图7为本发明气基竖炉的第三种还原系统；
41.图8为本发明气基竖炉的第四种还原系统；
42.图中标记为：1-铁浴炉，2-气基竖炉，3-除尘器，4-脱二氧化碳装置，5-脱水装置，6
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电弧炉，7-原料气，8-加湿器，11-铁浴炉连通气基竖炉管路上的阀门，12-第一喷枪，13
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第二喷枪，14-铁液，15-铁浴炉排气口，16-铁浴炉本体，17-电磁感应线圈，18-废钢入口， 19-炉渣排出口，31-除尘后做燃料气用的炉顶气，32-除尘后去脱二氧化碳的炉顶气，33-除尘后与原料气混合的炉顶气，61-电极，62-铁浴炉与电弧炉铁液连通通路，63-铁浴炉排铁口， 64-电弧炉平台，71-加湿后的原料气。
具体实施方式
43.为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。
44.请参阅图1，图1为本发明加热气体或加热重整气体的第一种铁浴炉结构示意图。铁浴炉1包括炉体16，喷枪一12、气体排出口15，电磁感应线圈17，喷枪一12从铁浴炉炉体16侧面插入炉中，喷枪一12的个数≥1，n个喷枪一12均匀布置在铁浴炉炉体16的四周，气体排出口15位于炉体16上部，铁液14存在炉体16中下部，炉体16缠绕电磁感应线圈 17。例如，铁浴炉1加热气体为h2气时，将h2通过两个喷枪一12吹入铁浴炉1中，h2气与铁液14接触，铁液14迅速将h2气加热，被加热的h2气由铁浴炉气体出口15排出，排出的h2气温度约1300℃，压力0.15mpa。喷枪一12可以深入铁液14中，优选喷枪一12在铁液面之上，采用h2气从铁液14的上面冲击铁液14液面的接触方式，这样避免喷枪一12的枪头被铁液14高温侵蚀。铁液14温度低于1450℃时，电磁感应线圈17启动加热铁浴炉1内的铁液 14，直到铁液14温度达到1500℃时，停止工作。
45.请参阅图2，图2为本发明加热气体或加热重整气体的第二种铁浴炉结构示意图。图2 与图1铁浴炉结构不同之处是，增加了喷枪二13，喷枪二13从铁浴炉炉体16侧面插入炉
中，喷枪二13是气体降温喷枪。喷枪二13的个数≥1，n个喷枪二13均匀布置在铁浴炉炉体16 的四周，通过降温喷枪喷出常温烃类气体和/或非烃类气体，将喷枪一12喷出的经铁液加热的高温气体降到900℃～1100℃，达到气基竖炉对气体温度的要求。例如，铁浴炉1加热气体为h2和co混合气时，喷枪一12中吹出的h2和co混合气与铁液14接触被加热后，气体向上流动，此时h2和co混合气温度达到1400℃，遇到喷枪二13中吹出的h2和co混合气时，将其加热，同时自身温度降低。两流混合气由铁浴炉气体出口15排出，排出的混合气温度约 950℃，压力0.25mpa。当铁液14温度低于1500℃时，电磁感应线圈17启动加热铁浴炉1内的铁液14，直到铁液14温度达到1550℃时，停止工作。
46.请参阅图3，图3为本发明加热气体或加热重整气体的第三种铁浴炉结构示意图。图3 与图2铁浴炉结构不同之处是，增加了废钢入口18和炉渣排出口19。废钢入口18用来加发钢补充铁液，废钢及气体夹带的杂质形成的炉渣191定期从炉渣排出口19排出。
47.请参阅图1，当加热重整天然气时，先将天然气中加入蒸汽或将天然气加湿，混合均匀，然后将天然气和蒸汽的混合气体通过喷枪一12吹入铁浴炉1中，天然气和蒸汽的混合气体与铁液14接触，喷枪头距离铁液保持一定距离，铁液14迅速将混合气体加热，同时在铁的催化下，天然气中的甲烷与水反应，被重整为h2和co，被加热的混合气体由铁浴炉气体出口15 排出，排出的混合气体温度约1350℃，压力0.4mpa。铁液14温度低于1550℃时，电磁感应线圈17启动加热铁浴炉1内的铁液14，直到铁液14温度达到1600℃时，停止工作。
48.请参阅图2，当加热重整焦炉煤气时，先将焦炉煤气中加入蒸汽，混合均匀，然后将焦炉煤气和蒸汽的混合气体通过喷枪一12吹入铁浴炉1中，焦炉煤气和蒸汽的混合气体与铁液 14接触，喷枪头距离铁液保持一定距离，铁液14迅速将混合气体加热，同时在铁液的催化下，焦炉煤气中的烃类成分的与水反应，被重整为h2和co，重整后的焦炉煤气向上流动，温度达到1350℃时，遇到喷枪二13中吹出的第二流混有蒸汽的焦炉煤气，将其加热和部分重整，同时自身温度降低。两流混合气由铁浴炉气体出口15排出，排出的混合气温度约1050℃，压力0.35mpa。铁液14温度低于1550℃时，电磁感应线圈17启动加热铁浴炉1内的铁液4，直到铁液14温度达到1600℃时，停止工作。喷枪二13中吹出的焦炉煤气也可以是气基竖炉除尘后的炉顶煤气，炉顶煤气被焦炉煤气加热，同时炉顶煤气中的co2对焦炉煤气中未重整的烃类继续重整。两流混合气由铁浴炉气体出口15排出，排出的混合气温度约980℃，压力 0.35mpa。
49.请参阅图4，图4为本发明加热气体或加热重整气体的第四种铁浴炉结构示意图。图4 与图1铁浴炉结构不同之处是，去掉了电磁感应线圈加热系统，增加了铁浴炉排铁口63、铁浴炉与电弧炉铁液连通通路62、电弧炉6、电极61及电弧炉平台64，电弧炉6将加热的铁液14经铁浴炉与电弧炉铁液连通通路62连续加入铁浴炉1中，为铁浴炉1提供新的热能，降温后的铁液14通过铁浴炉排铁口63流入铁液罐中，铁液罐再将铁液14倒入电弧炉6内，继续加热，如此循环，为铁浴炉1提供新的热铁液14。例如，当加热重整煤层气时，先将煤层气中加入蒸汽，混合均匀，然后将煤层气和蒸汽的混合气体通过喷枪一12吹入铁浴炉1中，煤层气和蒸汽的混合气体与铁液14接触，喷枪头距离铁液保持一定距离，铁液14迅速将混合气体加热，同时煤层气中的甲烷在铁的催化下重整为h2和co，被加热的混合气体由铁浴炉气体出口15排出，排出的混合气体温度约1320℃，压力0.18mpa。通过控制铁液14流入和流出铁浴炉1的速度以及电弧炉6加热铁液的温度，来控制铁液温度在1550℃～1600℃之间。
50.请参阅图5和图1，图5为本发明气基竖炉的一种还原系统。包括气基竖炉和气体加热重整炉，其中气体加热重整炉采用铁浴炉1，铁浴炉1包括炉体16，电磁感应线圈17，喷枪一12、中频电源、和气体排出口15，电磁感应线圈17缠绕在炉体16上，喷枪一12从铁浴炉1上部或侧面插入炉中，气体排出口15位于炉体16上部，中频电源连接感应线圈17。有两台铁浴炉1并联后与气基竖炉2的风口连通，并联管路上分别安装一个阀门11，用于控制两台铁浴炉1加热原料气时，一开一备。当原料气为天然气时，气基竖炉2的炉顶煤气经除尘器3后一部分作为燃料气31外供，另一部分作为回用原料气32继续经脱二氧化碳装置4 脱出二氧化碳后，与经铁浴炉1加热重整后的1350℃天然气混合，混合后气体温度1000℃，压力0.4mpa，进入气基竖炉2。
51.请参阅图6和图1，图6为本发明气基竖炉的第二种还原系统。包括气基竖炉和气体加热炉，其中气体加热炉采用铁浴炉1，铁浴炉1包括炉体16，电磁感应线圈17，喷枪一12、中频电源、和气体排出口15，电磁感应线圈17缠绕在炉体16上，喷枪一12从铁浴炉1上部或侧面插入炉中，气体排出口15位于炉体16上部，中频电源连接感应线圈17。有三台铁浴炉1并联后与气基竖炉2的风口连通，每个并联管路上分别安装一个阀门11，用于控制三台铁浴炉1加热原料气时，两开一备。当原料气为h2气时，气基竖炉2的炉顶煤气经除尘器 3、脱水装置5后，调整压力与经铁浴炉1加热后的1300℃h2气混合，混合后温度降为1100℃，进入气基竖炉2。
52.请参阅图7和图2，图7为本发明气基竖炉的第三种还原系统。包括气基竖炉和气体加热重整炉，其中气体加热重整炉采用铁浴炉1，铁浴炉1包括炉体16，电磁感应线圈17，喷枪一12、喷枪二13、中频电源、气体排出口15、废钢入口18和炉渣排出口19。电磁感应线圈17缠绕在炉体16上，喷枪一12和喷枪二13从铁浴炉1上部或侧面插入炉中，气体排出口15位于炉体16上部，中频电源连接感应线圈17，废钢入口18用来加废钢补充铁液，废钢及气体夹带的杂质形成的炉渣定期从炉渣排出口19排出。有三台铁浴炉1并联后与气基竖炉2的风口连通，每个并联管路上分别安装一个阀门11，用于控制三台铁浴炉1加热原料气时，三台铁浴炉1两开一备。当原料气为焦炉煤气气时，气基竖炉2的炉顶煤气经除尘器3 处理后形成燃料气供焦炉作燃料气，经两台铁浴炉1加热和部分重整后的焦炉煤气，温度约 1050℃，进入气基竖炉2。
53.请参阅图8和图4，图8为本发明气基竖炉的第四种还原系统。包括气基竖炉和气体加热重整炉，其中气体加热重整炉采用铁浴炉1，铁浴炉1由电弧炉6提供铁液14。铁浴炉1 包括炉体16，铁浴炉排铁口63，铁浴炉与电弧炉铁液连通通路62，喷枪一12，和气体排出口15，喷枪一12从铁浴炉1上部或侧面插入炉中，气体排出口15位于炉体16上部。电弧炉6将加热的铁液14经铁浴炉与电弧炉铁液连通通路62连续加入铁浴炉1中，为铁浴炉1 提供新的热能，降温后的铁液14通过铁浴炉排铁口63流入铁液罐中，铁液罐再将铁液14倒入电弧炉6内，继续加热，如此循环，为铁浴炉1提供新的热铁液14。有两台铁浴炉1并联后与气基竖炉2的风口连通，并联管路上分别安装一个阀门11，用于控制两台铁浴炉1加热原料气时，一开一备。当原料气7为焦炉煤气时，气基竖炉2的炉顶煤气一部分经除尘器3 后作为燃料气31外供，原料气(焦炉煤气)7经压缩机和加湿器8后，形成的加湿原料气(焦炉煤气)71与除尘后的第二部分炉顶煤气33混合后，喷入铁浴炉1中，混合气体与铁液14 接触，喷枪头距离铁液保持一定距离，铁液14迅速将混合气体加热，同时焦炉煤气中的烃类成分在铁的催化下
与炉顶气33中的co2和加湿器8中带入的h2o反应，被重整为h2和co，被加热的混合气体由铁浴炉气体出口15排出，排出的混合气体温度约1350℃，压力0.18mpa。排出的混合气体温度约1350℃，可以采用两种方式降温，从而达到气基竖炉对还原气的温度要求。第一种方式，将除尘后的第三部分炉顶煤气32经脱二氧化碳装置4后与铁浴炉1排出的约1350℃气体混合，混合气体温度降为1010℃后，进入气基竖炉2：第二种方式，直接用经压缩机和加湿器8后，形成的加湿原料气(焦炉煤气)71与铁浴炉1排出的约1350℃气体混合，将混合气体温度降为1050℃后，进入气基竖炉2。
54.以上列举的仅是本发明的优选实施例，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。