[发明专利]一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石系统装置及方法

权利要求书

1.一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石的系统装置，所述装置包括能够脱除焦炉煤气中硫的脱硫装置即第一装置、将焦炉煤气中的焦油及大分子烷烃类转化为甲烷小分子组分的反应装置即第二装置、分离空气中的氧的装置即第三装置、将甲烷小分子组分重整反应生成氢气和一氧化碳的装置即第四装置；第一装置、第二装置和第四装置依次通过管道连接，第三装置与第四装置通过管道连接，其特征在于：还设有通过氢气和一氧化碳将铁矿石直接还原铁的装置即第五装置，第四装置和第五装置通过管道连接，将生成的氢气和一氧化碳通入第五装置中将铁矿石直接还原成铁；第五装置与第四装置之间还设有一条将第五装置产出的含有CO₂和H₂O的尾气输送到第四装置的管路，将甲烷小分子组分重整反应生成氢气和一氧化碳。

2.如权利要求1所述的一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石的系统装置，其特征在于：所述能够脱除焦炉煤气中硫的脱硫装置为装有包括CeOx和MO氧化物的脱硫剂的高温脱硫反应器；所述将焦炉煤气中的焦油及大分子烷烃类转化为甲烷小分子组分的反应装置为装有大分子烷烃类裂解催化剂的干气化裂解反应炉；所述分离空气中的氧的装置指氧分离器；所述将甲烷小分子组分重整反应生成氢气和一氧化碳的装置为装有高活性Ni基催化剂的重整反应器；通过氢气和一氧化碳将铁矿石直接还原铁的装置为竖炉。

3.如权利要求2所述的一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石的系统装置，其特征在于：所述高温脱硫反应器与干气化裂解反应炉的连接管路上设有第一换热器。

4.如权利要求2所述的一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石的系统装置，其特征在于：在将空气引入氧分离器的管路上，按照空气的流动方向依次设有压缩机和顶部带有废空气出口的废热回收器，废热回收器与氧分离器的连接管路上设有第一换热器。

5.如权利要求2所述的一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石的系统装置，其特征在于：干气化裂解反应炉还设有引入水蒸气的管路，管路上设有第二换热器。

6.如权利要求4所述的一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石的系统装置，其特征在于：氧分离器与顶部带有废空气出口的废热回收器之间还设有一条将分离氧气后所得剩余空气再输送到带有废空气出口的废热回收器中回收热量的管路。

7.如权利要求2所述的一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石的系统装置，其特征在于：竖炉与重整反应器之间还设有一条将竖炉产出的含有CO₂和H₂O的尾气输送到重整反应器的管路，管路上设有第三换热器。

8.一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）从焦炉排出的焦炉煤气直接引入高温脱硫反应器，焦炉煤气中的硫主要以H₂S的形式存在，通过含CeOx和MO氧化剂的脱硫剂脱除；

（2）净化脱硫后的焦炉煤气经热交换器换热后，直接输入干气化裂解反应炉中，高温焦炉煤气湿组分和经换热器换热后的水蒸气，输入干气化裂解反应炉，发生高温裂解反应；

（3）经干气化后焦炉煤气并入重整反应器，和换热过后的铁矿石还原尾气以及经氧分离器分离所得氧气，在重整反应器内进行焦炉煤气重整改质，改质转化生成H₂和CO；

（4）经重整反应器出来的富氢还原气，输送到竖炉中直接还原铁矿石生成海绵铁12，经还原所得副产物CO₂和H₂O通过第三换热器换热后，再次输送至重整反应器5，提供焦炉煤气重整所需氧源，这不仅减少额外提供的含氧气体，也可充分利用未消耗掉的还原气成份。

9.如权利要求8所述的一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石的方法，其特征在于：步骤2中净化脱硫后的焦炉煤气经热交换器换热后的温度为800～900℃。