气基直接还原铁还原气生产关键技术研究

1、气基直接还原铁还原气生产关键技术研究李然家北京中晋中石冶金化工技术有限公司中国石油大学（北京）2014.11.06 苏州北京中晋中石冶金化工技术有限公司提纲直接还原铁对还原气的要求焦炉气干重整关键问题焦炉气深度净化研究焦炉气干重整转化研究焦炉气干重整用于直接还原铁北京中晋中石冶金化工技术有限公司直接还原铁对还原气的要求气基直接还原铁流程造气合成气铁矿还原高温未反应合成气循环北京中晋中石冶金化工技术有限公司直接还原铁对还原气的要求H256CO3632DRIDRI还原气典型组成还原气典型组成CO2CH4北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整关键问题天然气原料与典型的焦炉气原料组成的对比原料

2、/ mol% 天然气 焦炉气*C2013.4H8081.6O-5.0焦炉气原料明显缺碳，需要补碳，采用干重整是最优方案北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整关键问题焦炉气制DRI还原气富氢缺碳，需补碳补碳转化仍处于热力学积炭区原料 / mol% 天然气 焦炉气*C2013.4H8081.6O-5.0关键问题一：转化处于热力学积炭区，须研发抗积炭催化剂北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整关键问题深度净化：对转化有害组分的控制重组分硫化物易积炭组分压力低项目指标CO / v%7.09.0CO2 / v%2.02.5H2 / v%52.063.0CH4 / v%18.022.0N2 /

3、 v%3.05.0O2 / v%0.60.8氨气 / mg/Nm3 50CmHn / v%1.82.5H2S / mg/Nm3 20有机硫 / mg/Nm3150300焦油 / mg/Nm3 20萘 / mg/Nm3 500项目指标乙烷乙烯 / v%1.5丙烷丙烯 / v%0.5丁烯 / v%0.05其他 / v%0.03关键问题二：须开发中低压深度净化技术北京中晋中石冶金化工技术有限公司 从表中看出，COS为焦炉气中主要的硫化物，占了总硫化物含量的45.13%，其次是CS2，占了38.43%，即该厂焦炉气中有机硫主要以COS和CS2为主。组分组分H2CH4 COCO2N2CnHmO2杂质杂质

4、苯苯萘萘氨氨焦油焦油灰尘灰尘HCN体积分数，体积分数，%5263 18257922.53523微量微量含量，含量，mg/Nm32000501005010144硫形态硫形态H2SCOSCS2CH3SHC4H4SCH3SCH3含量含量，mgS/Nm320.00184.24156.9041.405.73微量微量焦炉焦炉气的成分气的成分 焦炉气中硫化物形态及含量焦炉气中硫化物形态及含量焦炉气深度净化研究焦炉气组成和硫含量及分布 山东省某化工厂经湿法粗脱硫工段脱除后的焦炉气组成和硫化物形态及含量。北京中晋中石冶金化工技术有限公司净化关键技术：中低压吸附脱硫脱硫的关键是有机硫，其中噻吩最难脱除有机硫归一化

5、 / %CS252COS18C4H4S20MeSH10焦炉气深度净化研究北京中晋中石冶金化工技术有限公司净化关键技术：中低压吸附脱硫脱硫吸附剂再生原理焦炉气深度净化研究 吸附剂达到饱和后，采用原位氧化再生技术处理。即在一定温度下，向反应器中通入氮气和氧气混合气，吸附剂上的硫化物燃烧生成SO2。除去吸附剂上吸附的硫，从而使吸附剂得以再生。ZnS + O2 = ZnO + SO2NiS + O2 = NiO + SO2北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气净化工艺流程焦炉气深度净化研究北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气吸附脱硫的特点焦炉气深度净化研究 焦炉气吸附脱硫工艺特点复合型多功能催化剂中

6、国石油大学（北京）新能源研究院开发的Zn-Ni型汽油吸附剂成功用于成功用于FCCFCC汽油脱硫及汽油脱硫及C C4 4脱脱硫；硫；具有较高的硫容；具有较高的硫容；操作条件温和；操作条件温和；工艺流程简单；工艺流程简单；使用周期长；使用周期长；再生性能好。再生性能好。低温活性高、稳定性好、强低温活性高、稳定性好、强度高、无甲烷化副反应，可度高、无甲烷化副反应，可以再生；以再生；可使焦炉气中的有机硫化物可使焦炉气中的有机硫化物和烯烃一次性除去。和烯烃一次性除去。简化生产工艺和操作过程；简化生产工艺和操作过程；降低设备和气体生产净化成本；降低设备和气体生产净化成本；克服了目前铁克服了目前铁- -钼工

7、业催化剂的使钼工业催化剂的使用温度高、用温度高、压力高、压力高、工艺复杂、工艺复杂、能耗大、生产成本较高、催化剂能耗大、生产成本较高、催化剂使用过程中需要配氢、易超温、使用过程中需要配氢、易超温、易结碳、易结碳、易甲烷化易甲烷化和影响工业装和影响工业装置正常运行等不足；置正常运行等不足；催化剂可以再生。催化剂可以再生。北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整转化研究高热负荷高CO产率强吸热转化温度高热力学积炭北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整转化研究积炭控制策略抗积炭催化剂干重整工艺积炭产生的原因烃类热分解CO歧化反应北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整转化研究烃类积炭控

8、制主要是不饱和烃中低温聚合结焦烯烃：轻烯烃易积焦芳烃：重芳烃易结焦预脱除或者加氢饱和Ni基催化剂上积炭速率北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整转化研究CO积炭控制压力歧化金属羰基化特定温度区间北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整转化研究高浓度CO导致的金属坑蚀北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整转化研究干重整积炭分析北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整转化研究北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整转化研究防止金属尘化需要关注的问题避开临界温度区间材料的选择适当改变气体组成涂层和钝化：隔离金属与碳化合物直接接触北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整转化

9、研究焦炉气制DRI的干重整催化剂甲烷含量低转化热负荷低线速度较高压降较高压降高直径大北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整转化研究催化剂状态对干重整转化的影响还原状态对DRM的影响氧化还原对DRM的影响极限温度下的反应研究500下的干重整反应950下的干重整反应北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整转化研究抗积炭对比：TPSR O2-PulsesCatalystCatalystDRM-CatDRM-CatSRM-CatSRM-CatLoading / g0.100.10CO2 area / a.u.5.110.8北京中晋中石冶金化工技术有限公司有效气(H2+CO)含量要求高90%H

10、2/CO比值范围有一定要求温度要求比较苛刻焦炉气干重整用于直接还原铁北京中晋中石冶金化工技术有限公司关键技术：干重整转化炉北京中晋中石冶金化工技术有限公司针对焦炉气转化利用，配合DRI过程下游特点，采用:箱式转化炉大直径炉管炉管材质uHP-NbuHV工艺气烟气原料气燃料气和空气装填催化剂的转化炉管焦炉气干重整用于直接还原铁北京中晋中石冶金化工技术有限公司采用焦炉气和部分竖炉炉顶气为原料焦炉气甲烷含量20%，混合气体中甲烷含量实际10%，转化前后气体膨胀系数约1.20焦炉气制还原铁还原气项目焦炉气：22000 Nm3/h炉顶气：35000 Nm3/h产品气：62000 Nm3/h焦炉气干重整用于直接还原铁北京中晋中石冶金化工技术有限公司焦炉气干重整用于直接还原铁北京中晋中石冶金化工技术有限公司开发的焦炉气净化、DRI炉顶气净化与回用，以及焦炉气干重整转