[发明专利]利用熔融还原炼铁排放尾气制备二甲醚的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用熔融还原炼铁输出煤气直接制备二甲醚的方法，属于冶金与能源技术领域。

背景技术

我国是一个钢铁冶炼大国，但焦煤资源却相对较少，到2070年以后我国的焦煤资源将面临枯竭，传统高炉炼铁工艺将无法进行正常的生产。与此相反，大量的非焦煤资源在炼铁工艺中却无法得到充分利用，因此开发和采用非焦煤炼铁工艺已势在必行。熔融还原炼铁工艺直接使用非炼焦煤、精矿或块矿生产液态铁，它省略了炼焦工序和烧结工序，缩短了工艺流程，降低了成本，增加生产灵活性，提高了铁水质量。但生产过程中附产的大量非常有价值的煤气(主要组成为CO，H₂和CO₂)需要处理。如果不对其加以利用，大量的能源将被浪费，这势必会影响到熔融还原炼铁工艺的推广和利用。

因此有必要开发一种将熔融还原炼铁输出煤气直接制备二甲醚的方法，在采用短流程炼铁技术的同时，不仅能提高能源利用效率，减少环境污染，还可获得优质的二甲醚液体燃料，这将是我国冶金行业可持续发展与能源战略发展的一条有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用熔融还原炼铁排放尾气制备二甲醚方法，能大幅度减少对环境的污染，有利于节能减排；可打破甲醇合成反应的热力学平衡限制，使CO转化率比间接法中单独甲醇合成反应显著提高；具有流程短、设备规模小、操作压力低和CO单程转化率高等特点，可使得设备投资费用和操作费用大大减少。

解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：将来自熔融铁浴炉内的热煤气引入预还原竖炉，与预还原竖炉的顶部加入的炼铁物料逆流接触，进行气固还原反应；还原料被送入熔融铁浴炉，预还原竖炉的未反应完的煤气经水煤气变换反应转化成富氢合成气；以该富氢合成气(CO和H₂)为原料，利用合成气一步法，使合成甲醇反应和甲醇脱水反应在一个反应器中完成，同时伴随CO的变换反应，直接合成二甲醚。其反应式为：

2CO+4H₂＝2CH₃OH

CO+H₂O＝CO₂+H₂

2CH₃OH＝CH₃OCH₃+H₂O

总反应：3CO+3H₂＝CH₃OCH₃+CO₂

本发明的具体工艺方法是：

熔融还原炼铁尾气经净化、水煤气变换反应后转化成富氢合成气，应再经过调质，调质气中的CO和H₂的比例配成约1∶1，再进入二甲醚合成反应器进行反应；二甲醚合成反应的催化剂采用SCTM-98催化剂和HZSM-5沸石分子筛制得的双功能催化剂，反应的空速为2400h^-1，反应压力2.0～10.0Mpa，反应温度230℃～280℃，氢碳比3∶1。该方法的主要特点在于反应的优势，合成甲醇反应和甲醇脱水反应在一个反应器中完成，反应平衡常数大，克服了合成甲醇反应转化率低的弱点。

本发明主要由熔融还原炼铁装置(预还原竖炉和铁浴熔融还原炉)、尾气分离器、水煤气变换装置、二甲醚合成装置及一套液体燃料分离提纯装置构成。

本发明利用短流程熔融还原炼铁生产过程中排放的高温尾气，经水煤气变换反应转化成富氢合成气，合成气再用于合成二甲醚。二甲醚是一种重要的清洁能源和环保产品，它具有与柴油相近的十六烷值，且燃烧过程可实现低NO和无硫排放，可作为柴油的理想替代燃料，用以缓解我国石油液化气与煤气的不足。达到了节能降耗和清洁环保的目的，并且又避免反应过程热点和三废的产生。

在熔融还原炼铁工艺中，块矿(团球矿)或粉矿与石灰石等混合料加入预还原竖炉顶部，与来自熔融铁浴炉内的热煤气逆流接触，进行气固还原反应，还原料被送入熔融铁浴炉，进行终还原和渣铁分离。非焦煤由加料系统送入熔融铁浴炉内气化，与氧气和少量水进行气化反应。出铁浴炉的煤气经除尘后，进入竖炉与矿石进行预还原反应。未反应完的煤气由竖炉放出，熔融铁浴炉中的熔融铁水和液态炉渣从铁口和渣口分别派出。

熔融还原炼铁过程中排放的尾气，经水煤气变换反应转化成富氢合成气，直接合成二甲醚。在反应过程中，由于反应协同效应，甲醇一经生成，马上进行脱水反应转化成二甲醚，突破了单纯甲醇合成中的热力学平衡限制，增大了反应推动力，反应过程中生成的水又可抑制逆水煤气变换反应发生，使得CO转化率较单纯甲醇合成时高。