[发明专利]将高C2+成分的天然气用于气基直接还原铁的方法、生产系统

说明书

本发明提供了一种用于气基直接还原铁的天然气，所述经转化后用于气基直接还原铁的天然气中C₂⁺的摩尔含量小于0.1％；所述用于气基直接还原铁的天然气中甲烷摩尔含量大于84％。本发明得到的具有特定组成的用于气基直接还原铁的天然气还具有较高的温度，适合直接用于气基直接还原铁工艺的还原气生产。本发明提供的用于气基直接还原铁的天然气的制备方法，总体为放热反应，有利于降低后续直接还原铁流程中气体加热的负荷，而且转化后的有效气体总量增加。通过高含C₂⁺成分含量的天然气与水蒸气在转化炉内反应，得到适合气基直接还原铁工艺要求的高温天然气，具有减少C₂⁺积碳反应风险、提高甲烷含量和总量、降低加热过程能源消耗的优点。

技术领域

本发明属于冶金领域中天然气预处理技术领域，涉及一种用于气基直接还原铁的天然气及制备方法、生产系统，尤其涉及一种用于气基直接还原铁的天然气、一种将高C₂₊成分的天然气用于气基直接还原铁的方法、生产系统。

背景技术

全球温室效应日益严重的当下，全球炼铁工业都在进行CO₂的减排工作。在此背景下，气基直接还原铁工艺因为使用低碳的天然气，而不使用焦炭，从而显著减低碳排放，引起了行业重视。气基直接还原铁是指通过氢气和/或一氧化碳等还原性气体，在铁矿石熔融温度以下与氧化球团或铁矿石发生还原反应，生产金属铁的一种方法。产品可直接用于电炉、转炉和高炉。在此工艺中，天然气经过高温重整后生产出CO和H₂为主的还原气，原料天然气是一种广泛应用的还原气生产气源。其中高温重整是指天然气在催化剂的作用下，与水蒸气和/ 或CO₂进行的反应，该反应生成CO和H₂。气基直接还原铁的工艺对于天然气中C₂⁺(指天然气中除甲烷以外的烃类气体)的含量是有要求的，过高的C₂⁺成分容易造成气体重整和加热过程中的积碳反应，由于积碳是一种固体，会不断累积，不仅影响还原气体成分，而且导致设备无法连续生产。经查阅相关国际标准(SN/T2491-2010)和中国国家标准(GB19204-2020)，天然气来源不同，其组成会有很大差别，比如LNG液化天然气，C₂⁺成分含量变化范围很大，超过了直接还原铁工艺对C₂⁺成分的要求。因此，若是要使用C₂⁺成分含量高的天然气，则需要对天然气进行预转化处理，使其达到直接还原铁工艺的要求，这对于直接还原铁工艺中天然气的有效利用具有重要意义。

针对天然气的预处理，当前的工艺一般都是将天然气中的水、CO₂和C₂⁺成分等进行深冷脱除，需要进行降温和升温，从而将C₂⁺成分与甲烷成分分离。或者是将天然气先进行蒸汽重整，重整后的气体中水蒸气含量高，还需对气体进行冷却脱水处理，在后续的直接还原铁工艺流程中，还要进行二次加热，能源利用效率相对较低。以上两种方案均存在工艺流程长，能源消耗高，投资高等问题。

因此，如何找到一种针对直接用于直接还原铁的天然气的处理方法，提高能源利用效率，保证天然气用于直接还原铁生产系统的连续稳定运行，已成为领域内相关生产企业亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于气基直接还原铁的天然气及其制备方法和生产系统，特别是一种将高含C₂₊成分的天然气用于气基直接还原铁的方法，得到的符合气基直接还原铁工艺要求的高温天然气，具有控制积碳反应、提高甲烷含量和总量、降低加热过程能源消耗的优点。

本发明提供了一种用于气基直接还原铁的天然气，所述用于气基直接还原铁的天然气中C₂⁺的摩尔含量小于0.1％；