天然气部分氧化-气基竖炉流程的模拟研究.pdfVIP

第 43卷第 3期 现 代 冶 金 Vo1．43 No．3 2015年 6月 M odernM etallurgy Jun．2015 天然气部分氧化一气基竖炉流程的模拟研究 李志远，薛 逊，范志辉，吴道洪 (北京神雾环境能源科技集 团股份有限公司，北京 102200) 摘要 ：建立天然气部分氧化转化炉与气基竖炉联产直接还原铁流程 的模型，进行热合成气与循环炉项气混合进竖 炉、冷合成气与循环炉顶气混合加热进竖炉两种工艺流程的稳态模拟对 比。两个工艺相 比，前者热损失小，但还原 气中有效气体含量低；后者热损失大，但还原气中有效气体含量高，有利于竖炉 内的还原反应。 关键词 ：气基竖炉 ；部分氧化 ；流程模拟 中图分类号：TF554 ‘ 团逆行换热、反应 ，还原气中的H ，CO将氧化球 团 引 言 中铁的氧化物还原成为金属铁 ，DRI经冷却段冷却 至低于 100℃排出。炉顶气经水洗冷却、压缩进入 与 “焦化一烧结一高炉一转炉”工艺相 比，“直接还 脱硫、脱碳系统，脱除其 中的 H：S和 CO 后，部分 原一电炉”工艺 的流程短 ，能耗低 ，Co。、So。和粉尘 炉顶气与高温合成气混合进竖炉以循环利用，剩余 等污染物排放少，在近年来得到 了快速发展L1]。 部分作为燃料产蒸汽，产蒸汽燃料的不足部分 由其 2013年全球直接还原铁(DRI)产量达到 7522万吨， 他燃气补充 。循环冷却气从竖炉底部冷却段的下端 其中气基竖炉法的产量约 占73 3【]。气基竖炉生 进入向上流动，从冷却段的上端排出，经洗涤冷却、 产的DRI杂质少、成分稳定，是作为纯净铁料生产 ’ 脱水压缩后重新进入冷却段下端以循环利用。 高 品质钢种的主要原料 。 1．2 工艺流程二 (转化炉冷气加热入竖炉流程) 目前 ，气基竖炉主流工艺 Midrex和 HYL法具 有工艺技术成熟、设备可靠、单位投资少等优点，在 转化炉冷气加热人竖炉流程如图2所示 ，与流 气基竖炉直接还原铁生产 中占有绝对优势。两种方 程一不 同的是 ，转化炉出来 的高温合成气 ，经水洗冷 法均以天然气为原料气制备还原气 ，以Midrex法为 却后，冷合成气与循环炉顶气混合，经管式炉加热至 例，其工艺流程如下[2]：天然气与净化的炉顶气 (Hz 930℃通入竖炉还原氧化球 团。 十CO含量约 70 )混合后 ，通人装有催化剂 的重整 炉内进行催化重整反应，生成 的还原气 (H：+CO含 2 工艺流程模拟条件 量 90 ～95 )通入竖炉还原球团等氧化铁炉料。 由于竖炉下部的循环冷却气系统可看作独立系 统，对转化炉等制气系统、竖炉上部还原过程的影响 1 工艺流程 可以忽略，因此不在模拟计算考察范围内。不考虑 竖炉内部 的渗碳反应。 1．1 工艺一 (转化炉热气直送竖炉流程) 天然气 中的硫成分极少，忽略不计，其他成分如 转化炉热气直送竖炉流程如图 1所示 。天然气 下 ： (CO2)===1．47 ， (O2)=0．03 ， (N2)一 与氧气进入转