焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统及方法与流程

1.本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统及方法。


背景技术：

2.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。
3.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用原料。短流程中直接还原铁(direct reduction iron)，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。
4.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，其要求大于10(其中，为体积分数)，大于0.3，压力为0.1～0.90mpa。与天然气相比，我国焦炉煤气资源相对丰富，但后续利用工艺不配套，造成大量焦炉煤气的浪费。焦炉煤气含h2s、cs2、cos、nh3、btx(苯、甲苯以及二甲苯等)、焦油和萘等杂质，导致传统的以天然气为气源的气基竖炉工艺无法运行，需要开发适合焦炉煤气的气基竖炉还原气工艺。
5.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。
6.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统及方法，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统及方法，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，mea脱硫装置可对炉顶气进行脱硫处理，并将吸附的co2再生后随净化后的焦炉煤气以及净化处理后的炉顶气通入还原气转化炉内催化转化为竖炉所使用的还原气，添加的co2能够使催化反应更加充分，有效解决了焦炉煤气中杂质多、净化难的问题，不仅具有还原气转化炉的原料气组分可调的优点，而且达到节能以及减排co2的效果，有利于资源的合理配置以及对环境的保护。
8.本发明的目的可采用下列技术方案来实现：
9.本发明提供了一种焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统，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mea脱硫装置，其中：
10.所述吸附精制塔的焦炉煤气进口与焦炉煤气管道连接，所述吸附精制塔的原料气出口与所述还原气转化炉的原料气入口连接，所述吸附精制塔的脱附气出口与所述还原气转化炉的燃料气入口连接，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mea脱硫装置的炉顶气入口连接，所述mea脱硫装置的工艺气出口分别与所述还原气转化炉的燃料气入口、所述还原气转化炉的原料气入口以及所述吸附精制塔的解吸气入口连接，所述mea脱硫装置的再生气出口通过二氧化碳分离装置与所述还原气转化炉的原料气入口连接。
11.在本发明的一较佳实施方式中，所述还原气转化炉的燃料气入口与焦炉煤气管道连接。
12.在本发明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。
13.在本发明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。
14.在本发明的一较佳实施方式中，所述焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统还包括对mea脱硫装置排出的工艺气以及所述吸附精制塔排出的原料气进行预热升温的热回收装置，所述mea脱硫装置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、所述还原气转化炉的原料气入口以及所述吸附精制塔的解吸气入口连接，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。
15.在本发明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。
16.在本发明的一较佳实施方式中，所述mea脱硫装置的再生气出口依次通过所述二氧化碳分离装置和所述热回收装置与所述还原气转化炉的原料气入口连接。
17.在本发明的一较佳实施方式中，所述焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统还包括换热装置和洗涤器，所述换热装置包括换热器以及与所述换热器相连接的汽包，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mea脱硫装置的炉顶气入口连接，所述汽包的热蒸汽出口与所述mea脱硫装置的热源入口连接。
18.在本发明的一较佳实施方式中，所述mea脱硫装置包括至少一个反应塔和与所述反应塔相连接的至少一个再生塔，所述反应塔内填装有能对二氧化碳以及硫化氢进行吸附
的mea溶液，所述反应塔的进气口与所述洗涤器的出气口连接，所述反应塔的出气口分别与所述还原气转化炉的燃料气入口、所述还原气转化炉的原料气入口以及所述吸附精制塔的解吸气入口连接，所述再生塔的进气口与所述汽包的热蒸汽出口连接；
19.其中，所述反应塔的进气口即为所述mea脱硫装置的炉顶气入口，所述反应塔的出气口即为所述mea脱硫装置的工艺气出口，所述再生塔的进气口即为所述mea脱硫装置的热源入口。
20.在本发明的一较佳实施方式中，所述二氧化碳分离装置的内部设置有燃烧设备或者所述二氧化碳分离装置的尾气出口与焚烧炉连接。
21.在本发明的一较佳实施方式中，所述mea脱硫装置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。
22.在本发明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、所述mea脱硫装置排出的工艺气以及所述mea脱硫装置排出的再生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。
23.在本发明的一较佳实施方式中，所述催化剂管内填装有镍系催化剂。
24.在本发明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；
25.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。
26.本发明提供了一种焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的方法，包括如下步骤：
27.步骤s1：初步净化焦炉煤气通过吸附精制塔，脱除初步净化焦炉煤气内混有的杂质，以形成原料气；
28.步骤s2：原料气通过还原气转化炉，原料气在所述还原气转化炉内催化剂的作用下，生成还原气；
29.步骤s3：还原气通过竖炉并与所述竖炉内的铁矿石发生还原反应，得到海绵铁和炉顶气；
30.步骤s4：炉顶气从所述竖炉内排出，通过mea脱硫装置对炉顶气中的硫化氢以及二氧化碳进行吸收，以形成工艺气；
31.步骤s5：对所述mea脱硫装置进行加热，以将吸收的硫化氢以及二氧化碳释放至再生气中；
32.步骤s6：将再生气中的二氧化碳进行分离，并将再生气中的硫化氢进行燃烧；
33.步骤s7：一部分工艺气进入至所述还原气转化炉内进行燃烧供热，另一部分工艺气、原料气以及再生气中分离的二氧化碳混合后通过所述还原气转化炉，工艺气、原料气以及再生气中分离的二氧化碳的混合气体在所述还原气转化炉内催化剂的作用下，再次生成还原气；
34.步骤s8：还原气再次通过所述竖炉并与所述竖炉内的铁矿石发生还原反应，得到海绵铁和炉顶气；
35.步骤s9：循环步骤s4至步骤s8，至所述竖炉内的铁矿石完全反应生成海绵铁。
36.在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s3包括：
37.步骤s301：将铁矿石经加工成为球团或块矿，从所述竖炉的铁矿石入口进入至所述竖炉内；
38.步骤s302：还原气在所述竖炉内由下至上流动，并与所述竖炉内的铁矿石发生还原反应，得到海绵铁和炉顶气。
39.在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s2中通过所述还原气转化炉的原料气、步骤s7中进入至所述还原气转化炉内进行燃烧的部分工艺气、步骤s7中通过所述还原气转化炉进行催化反应的另一部分工艺气、原料气以及步骤s6中所述mea脱硫装置的再生气中分离的二氧化碳，均需要通过热回收装置进行预热升温。
40.在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s1中，一部分所述初步净化焦炉煤气通过所述吸附精制塔形成原料气，另一部分所述初步净化焦炉煤气进入至所述还原气转化炉内进行燃烧供热。
41.在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s1中，所述吸附精制塔吸附达到预设的饱和度阈值后，抽取工艺气并进行加热升温，通入至所述吸附精制塔内进行脱附再生，所述吸附精制塔的脱附气进入至所述还原气转化炉内进行燃烧供热。
42.在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s5包括：
43.步骤s501：饱和后的mea溶液从脱硫塔进入至再生塔；
44.步骤s502：通过热蒸汽对所述再生塔进行加热，以将mea溶液中吸收的硫化氢和二氧化碳释放至再生气中；
45.步骤s503：再生后的mea溶液从所述再生塔返回至所述脱硫塔内循环使用。
46.由上所述，本发明的焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统及方法的特点及优点是：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脱附气可送至还原气转化炉进行燃烧供热，mea脱硫装置可对炉顶气进行脱硫处理，并将吸收的co2再生后随净化后的焦炉煤气以及净化处理后的炉顶气通入还原气转化炉内催化转化为竖炉所使用的富h2和co的还原气，所添加的co2能够使催化反应更加充分完全，从而产生足够的还原气与竖炉内的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，本发明不仅具有还原气转化炉的原料气组分可调的优点，而且达到节能以及减排co2的效果，有利于资源的合理配置以及对环境的保护，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
47.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
48.其中：
49.图1：为本发明焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统的结构示意图。
50.图2：为本发明焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统中还原气转化炉的结构示意图。
51.图3：为本发明焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统中换热装置的结构示意图。
52.图4：为本发明焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的方法的工艺流程图之一。
53.图5：为本发明焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的方法的工艺流程图之二。
54.图6：为本发明焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的方法的工艺流程图之三。
55.本发明中的附图标号为：
56.1、吸附精制塔；
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2、还原气转化炉；
57.201、原料气入口；
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202、还原气出口；
58.203、燃料气入口；
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204、烟气出口；
59.205、催化剂管；
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3、换热器；
60.4、汽包；
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401、热蒸汽出口；
61.5、洗涤器；
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6、mea脱硫装置；
62.7、二氧化碳分离装置；
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8、热回收装置；
63.9、加压装置；
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10、竖炉；
64.1001、炉顶气出口；
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1002、还原气入口；
65.1003、铁矿石入口；
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1004、海绵铁出口；
66.11、第一输气管道；
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12、第二输气管道；
67.13、第三输气管道；
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14、第四输气管道；
68.15、第五输气管道；
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16、第六输气管道；
69.17、第七输气管道；
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18、第八输气管道；
70.19、第九输气管道；
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20、第十输气管道；
71.21、第十一输气管道；
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22、第十二输气管道；
72.23、第十三输气管道；
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24、第十四输气管道；
73.25、换热装置。
具体实施方式
74.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
75.实施方式一
76.如图1至图3所示，本发明提供了一种焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统，该焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统包括吸附精制塔1、还原气转化炉2以及mea脱硫装置6，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，mea脱硫装置6用于对竖炉10排出的炉顶气中的二氧化碳以及硫化氢进行吸附处理。其中：吸附精制塔1的焦炉煤气进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11与焦炉煤气管道连接，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，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，还原气转化炉2的还原气出口202通过第五输气管道15与竖炉10的还原气入口1002连接，竖炉10的炉顶气出口1001与mea脱硫装置6的炉顶气入口连接，mea脱硫装置6的工艺气出口分别与还原气转化炉2的燃料气入口203、还原气转化炉2的原料气入口201以及吸附精制塔1的解吸气入口连接，mea脱硫装置6的再生气出口通过第十三输气管道23与二氧化碳分离装置7的进气口连接，二氧化碳分离装置7的出气口通过第十四输气
管道24与还原气转化炉2的原料气入口201连接。
77.本发明通过吸附精制塔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再生后的脱附气可送至还原气转化炉2进行燃烧供热，mea脱硫装置6可对炉顶气进行脱硫处理，并将吸收的co2再生后随净化后的焦炉煤气以及净化处理后的炉顶气通入还原气转化炉2内催化转化为竖炉10所使用的富h2和co的还原气，所添加的co2能够使催化反应更加充分完全，从而产生足够的还原气与竖炉10内的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，本发明不仅具有还原气转化炉的原料气组分可调的优点，而且达到节能以及减排co2的效果，有利于资源的合理配置以及对环境的保护。
78.具体的，如图1所示，炉顶气出口1001设置于竖炉10的顶部，竖炉10的顶部且位于炉顶气出口1001的上方设置有铁矿石入口1003；还原气入口1002设置于竖炉10的底部，竖炉10的底部且位于还原气入口1002的下方设置有海绵铁出口1004。
79.进一步的，第五输气管道15内还原气的压力为0.08mpa至0.4mpa，还原气的温度为850℃至1100℃，还原气中大于10，还原气中大于0.3，
80.优选的，还原气中为1至3。
81.在本发明的一个可选实施例中，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。
82.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。
83.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。
84.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。
85.在发明的一个可选实施例中，如图1所示，焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统还包括热回收装置8，热回收装置8用于对mea脱硫装置6排出的工艺气以及吸附精制塔1排出的原料气进行预热升温，mea脱硫装置6的工艺气出口通过热回收装置8分别与还原气转化炉2的燃料气入口203、还原气转化炉2的原料气入口201以及吸附精制塔1的解吸气入口连接，吸附精制塔1的原料气出口通过热回收装置8与还原气转化炉2的原料气入口201连接。通过热回收装置8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。
86.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16与热回收装置8的烟气进口连接，热回收装置8的烟气出口直接与外部相连通。
87.进一步的，如图1所示，mea脱硫装置6的再生气出口通过二氧化碳分离装置7后，再通过热回收装置8与还原气转化炉2的原料气入口201连接，通过热回收装置8对mea脱硫装置6所排出的再生气中的co2进行预热升温。
88.在发明的一个可选实施例中，如图1所示，mea脱硫装置6的工艺气出口与还原气转
化炉2的原料气入口201之间设置有调整输气压力的加压装置9，通过加压装置9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。
89.进一步的，加压装置9可为但不限于加压机。
90.在本发明的一个可选实施例中，如图1、图3所示，焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统还包括换热装置25和洗涤器5，换热装置25包括换热器3以及与换热器3相连接的汽包4，换热器3的进气口通过第九输气管道19与竖炉10的炉顶气出口1001连接，换热器3的出气口通过第十输气管道20与洗涤器5的进气口连接，洗涤器5的出气口通过第十一输气管道21与mea脱硫装置6的炉顶气入口连接，汽包4的热蒸汽出口401通过第十二输气管道22与mea脱硫装置6的热源入口连接，mea脱硫装置6的工艺气出口通过第八输气管道18与还原气转化炉2的燃料气入口203连接，mea脱硫装置6的工艺气出口还通过第七输气管道17与还原气转化炉2的原料气入口201连接，第七输气管道17和第八输气管道18均穿过热回收装置8，加压装置9设置于第七输气管道17上。通过换热器3对炉顶气进行换热，换热所得的热蒸汽通过汽包4输送至mea脱硫装置6中用于mea溶液的再生，通过洗涤器5对换热后的炉顶气进行除尘降温，并输送至mea脱硫装置6中对炉顶气中的h2s以及co2进行吸收脱除，经过mea脱硫装置6净化后的炉顶气即为工艺气。
91.具体的，mea脱硫装置6包括至少一个反应塔和与反应塔相连接的至少一个再生塔，反应塔内填装有能对二氧化碳以及硫化氢进行吸附的mea(一乙醇胺)溶液，反应塔的进气口与洗涤器5的出气口连接，反应塔的出气口分别与还原气转化炉2的燃料气入口203、还原气转化炉2的原料气入口201以及吸附精制塔1的解吸气入口连接，再生塔的进气口与汽包4的热蒸汽出口401连接；其中，反应塔的进气口即为mea脱硫装置6的炉顶气入口，反应塔的出气口即为mea脱硫装置6的工艺气出口，再生塔的进气口即为mea脱硫装置6的热源入口。经过洗涤器5除尘降温的炉顶气首先输送至反应塔内对h2s以及co2进行吸收脱除，反应塔内的mea溶液达到预设的饱和阈值后进入至再生塔内，在再生塔内高温蒸汽的加热下mea溶液中吸收的h2s以及co2释放至再生气中，并输送至二氧化碳分离装置7内，再生后的mea溶液回流至反应塔内进行循环使用。
92.其中，反应塔的操作压力为5kpa至0.1mpa，再生塔的操作压力5kpa至60kpa。
93.进一步的，二氧化碳分离装置7的内部设置有燃烧设备或者二氧化碳分离装置7的尾气出口与焚烧炉连接，二氧化碳分离装置7对再生气中的co2进行分离，再生气中所剩的h2s可在二氧化碳分离装置7内进行点燃或者输送至外部的焚烧炉中进行燃烧，生成的so2经后续处理设施进行净化脱除。
94.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14接入至第八输气管道18中，吸附精制塔1脱附后的脱附气依次通过第四输气管道14和第八输气管道18输送至还原气转化炉2内进行燃烧供热。
95.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12接入至第七输气管道17中，吸附精制塔1输出的原料气依次通过第二输气管道12、第七输气管道17以及热回收装置8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。
96.进一步的，如图1所示，二氧化碳分离装置7的出气口通过第十四输气管道24接入第七输气管道17中，二氧化碳分离装置7分离所得的co2依次通过第十四输气管道24、第七输气管道17以及热回收装置8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。
97.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13接入至第七输气管道17中，第七输气管道17中的工艺气可作为解吸气输送至吸附精制塔1内，以供吸附精制塔1脱附再生，脱附后的脱附气直接输送至还原气转化炉2内进行燃烧供热。
98.在发明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、mea脱硫装置6排出的工艺气以及mea脱硫装置6排出的再生气催化重整为还原铁矿石所需还原气。
99.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。
100.本发明的工作原理为：将铁矿石从竖炉10的铁矿石入口1003进入至竖炉10内，还原气在竖炉10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10的炉顶气出口1001输出，首先进入至换热装置25内，在换热装置25内炉顶气与水进行换热，并将产生的热蒸汽输送至mea脱硫装置6的再生塔内用于对mea溶液再生时进行加热；换热后的炉顶气进入至洗涤器5内进行除尘降温，然后进入mea脱硫装置6的脱硫塔中，通过mea溶液对炉顶气中混有的h2s以及co2进行吸收脱除，mea脱硫装置6净化后所得的工艺气分为两部分，一部分工艺气(占总量的10％至50％)输送至热回收装置8中预热升温至200℃至400℃(优选300℃)后与吸附精制塔1的脱附气以及未经过吸附精制塔1的初步净化焦炉煤气(即：燃料气)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(占总量的50％至90％)与吸附精制塔1净化后的原料气以及mea脱硫装置6再生气中的co2混合，经加压装置9加压至0.1mpa至0.5mpa后，经热回收装置8预热至500℃至700℃输送至还原气转化炉2，工艺气、原料气以及再生气中的co2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、工艺气中的co以及再生气中的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、燃料气和脱附气的燃烧。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1002输送至竖炉10内。
101.其中，mea溶液能对炉顶气中的h2s以及co2进行吸收，通过加热可将mea溶液所吸收的h2s以及co2释放至再生气中，mea脱硫装置6中的再生气输送至二氧化碳分离装置7中将再生气中的co2进行分离并输送至还原气转化炉2内用于增加co2的含量，再生气中分离co2后所剩的h2s在二氧化碳分离装置7内进行点燃或者输送至外部的焚烧炉中进行燃烧，生成的so2经后续处理设施进行净化脱除。
102.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)，首先，5％左右的初步净化焦炉煤气输送至还原气转化炉进行燃烧供热，95％左右的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9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2000nm3/h至6000nm3/h(优选4000nm3/h)的工艺气作为解吸气，解吸气经过热回收装置8内与高温烟气进行换热，至解吸气的温度升高到160℃至350℃(优选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解吸气中，称为脱附气，吸附精制塔1内的脱附气、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。
103.本发明的焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统的特点及优点是：
104.一、该焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的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。
105.二、该焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统通过mea脱硫装置6吸收脱除炉顶气中的硫化氢以及二氧化碳，mea溶液再生所需热量来自于换热器3，不仅炉顶气所携带的热量能够得到回收并充分利用，而且mea溶液再生后再生气中的二氧化碳通入至还原气转化炉2内用于催化转化为竖炉10所使用的还原气，所添加的co2能够使催化反应更加充分完全。
106.三、该焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统采用吸附精制塔1净化后的焦炉煤气与竖炉10生成的co2催化转化为富h2、co的还原气，达到节能减排co2的效果，还原气组分可调。
107.四、该焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的系统设置有热回收装置8和换热装置25，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10中与铁矿石进行还原反应，能耗低，流程简洁。
108.实施方式二
109.如图4所示，本发明提供了一种焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的方法，该焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的方法包括如下步骤：
110.步骤s1：初步净化焦炉煤气通过吸附精制塔1，脱除初步净化焦炉煤气内混有的杂质，以形成原料气。
111.进一步的，步骤s1中，一部分所述初步净化焦炉煤气通过吸附精制塔1形成原料气，另一部分所述初步净化焦炉煤气进入至还原气转化炉2内进行燃烧供热。其中，进入至吸附精制塔1的初步净化焦炉煤气量为65000nm3/h，进入至还原气转化炉2的初步净化焦炉煤气量为5000nm3/h。
112.进一步的，步骤s1中，吸附精制塔1吸附达到预设的饱和度阈值后，抽取工艺气并进行加热升温，通入至吸附精制塔1内进行脱附再生，吸附精制塔1的脱附气进入至所述还原气转化炉2内进行燃烧供热。
113.步骤s2：原料气通过还原气转化炉2，原料气在还原气转化炉2内催化剂的作用下，生成还原气。
114.进一步的，步骤s2中，通过还原气转化炉2的原料气，需要通过加压装置9升压至0.1mpa至0.5mpa，且通过热回收装置8预热升温至500℃至700℃。
115.步骤s3：还原气通过竖炉10并与竖炉10内的铁矿石发生还原反应，得到海绵铁和炉顶气。
116.进一步的，如图5所示，步骤s3包括：
117.步骤s301：将铁矿石经加工成为球团或块矿，从竖炉10的铁矿石入口1003进入至竖炉10内；
118.步骤s302：还原气在竖炉10内由下至上流动，并与竖炉10内的铁矿石发生还原反应，得到海绵铁和炉顶气。
119.步骤s4：炉顶气从竖炉10内排出，通过mea脱硫装置6对炉顶气中的硫化氢以及二氧化碳进行吸收，以形成工艺气。
120.步骤s5：对mea脱硫装置6进行加热，以将吸收的硫化氢以及二氧化碳释放至再生气中。
121.进一步的，如图6所示，步骤s5包括：
122.步骤s501：饱和后的mea溶液从脱硫塔进入至再生塔，其中，脱硫塔的操作压力5kpa至0.1mpa，再生塔的操作压力5kpa至60kpa；
123.步骤s502：通过热蒸汽对再生塔进行加热，以将mea溶液中吸收的硫化氢和二氧化碳释放至再生气中；其中，热蒸汽为换热器3与炉顶气进行换热后所产生的热蒸汽。
124.步骤s503：再生后的mea溶液从再生塔返回至脱硫塔内循环使用。
125.步骤s6：将再生气中的二氧化碳进行分离，并将再生气中的硫化氢进行燃烧。
126.进一步的，将再生气通入二氧化碳分离装置7中，以对再生气中的co2进行分离，二氧化碳分离装置7的内部设置有燃烧设备或者二氧化碳分离装置7与焚烧炉连接，分离co2后，再生气中所剩的h2s可在二氧化碳分离装置7内进行点燃或者输送至外部的焚烧炉中进行燃烧，生成的so2经后续处理设施进行净化脱除。
127.进一步的，步骤s6中，mea脱硫装置6的再生气中分离的二氧化碳，需要通过热回收装置8预热升温至500℃至700℃。
128.步骤s7：步骤s4中的工艺气分为两部分，一部分工艺气进入至还原气转化炉2内进行燃烧供热，另一部分工艺气、原料气以及再生气中分离的二氧化碳混合后通过还原气转化炉2，工艺气、原料气以及再生气中分离的二氧化碳的混合气体在还原气转化炉2内催化剂的作用下，再次生成还原气。
129.进一步的，步骤s7中，进入至还原气转化炉2内进行燃烧的部分工艺气，需要通过热回收装置8进行预热升温至200℃至400℃。
130.进一步的，步骤s7中，通过还原气转化炉2进行催化反应的另一部分工艺气与原料气，需要通过加压装置9升压至0.25mpa，且通过热回收装置8预热升温至500℃至700℃。
131.进一步的，步骤s7中，还原气的压力为0.08mpa至0.4mpa，还原气的温度为850℃至1100℃，还原气中大于10，还原气中大于0.3。
132.优选的，还原气中为1至3。
133.进一步的，步骤s7中，进入至还原气转化炉2内进行燃烧的工艺气占总量的10％至50％；进入至还原气转化炉2内进行重整反应的工艺气占总量50％至90％。
134.进一步的，步骤s7中，进入至还原气转化炉2内进行燃烧的工艺气占总量的20％；进入至所述还原气转化炉2内进行重整反应的工艺气占总量80％。
135.步骤s8：还原气再次通过竖炉10并与竖炉10内的铁矿石发生还原反应，得到海绵铁和炉顶气。
136.进一步的，步骤s8中，还原气与铁矿石发生还原反应的温度条件为930℃。
137.步骤s9：循环步骤s4至步骤s8，至竖炉10内的铁矿石完全反应生成海绵铁。
138.本发明的一个具体实施例为：
139.铁矿石(fe2o3)经加工成为球团或块矿后，从竖炉10的铁矿石入口1003供料，还原气在竖炉10内由下至上逆向流动，在930℃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10的炉顶气出口1001排出进入至换热器3内，炉顶气在换热器3内与汽包4输送的水进行换热，热蒸汽进入汽包4内并输送至mea脱硫装置6内供mea溶液加热再生。换热后的炉顶气进入洗涤器5进行冷却除尘，之后再进入mea脱硫装置6内对炉顶气内混有的h2s和co2进行脱除，经过mea脱硫装置6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20％)经热回收装置8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9升压至0.25mpa，并经过热回收装置8后，预热至温度达到600℃，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、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930℃，约为1.6，还原气通过还原气入口1002输送至竖炉10内，与竖炉10内的铁矿石反应生产海绵铁，温度为500℃的海绵铁从竖炉10下部的海绵铁出口1004输出。
140.其中，mea脱硫装置6采用mea溶液吸收h2s和co2，脱硫塔的操作温度为40℃，吸收h2s和co2饱和后的mea溶液进入再生塔进行再生，再生温度为110℃，再生后的mea溶液返回至脱硫塔内循环使用；mea溶液再生时采用水蒸气加热，再生气中主要含有h2s和co2，再生气进入二氧化碳分离装置7，分离出的co2随工艺气进入至还原气转化炉2内，分离所剩余的h2s通过燃烧转化为二氧化硫进行净化处理。
141.其中，初步净化焦炉煤气为70000nm3/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(65000nm3/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(5000nm3/h)输送至还原气转化炉2内进行燃烧供热。
142.其中，吸附精制塔1的数量为7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8升温至260℃，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、焦油等杂质进入脱附气中，脱附气、部分初步净化焦炉煤气和部分工艺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。
143.本发明的焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的方法的特点及优点是：
144.该焦炉煤气耦合二氧化碳制备竖炉还原气的方法利用吸附净化技术脱除焦炉煤气中的杂质，吸附精制塔1再生后的脱附气可送至还原气转化炉2作为燃料进行燃烧供热，通过mea脱硫装置6可对炉顶气进行脱硫处理，并将吸附的co2再生后随净化后的焦炉煤气
以及净化处理后的炉顶气通入还原气转化炉2内催化转化为竖炉10所使用的富h2和co的还原气，所添加的co2能够使催化反应更加充分完全，有效解决了焦炉煤气中杂质多、净化难的问题，有效解决了焦炉煤气杂质多、净化复杂的难题，本发明不仅具有还原气转化炉的原料气组分可调的优点，而且达到了节能、减排co2的目的，有利于资源的合理配置以及对环境的保护。
145.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。