天然氣部分氧化氣基豎爐流程的模擬研究

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1、第43卷第3期現(xiàn)代冶金Vo1．43No．32015年6月ModernMetallurgyJun．2015天然氣部分氧化一氣基豎爐流程的模擬研究李志遠，薛遜，范志輝，吳道洪(北京神霧環(huán)境能源科技集團股份有限公司，北京102200)摘要：建立天然氣部分氧化轉(zhuǎn)化爐與氣基豎爐聯(lián)產(chǎn)直接還原鐵流程的模型，進行熱合成氣與循環(huán)爐項氣混合進豎爐、冷合成氣與循環(huán)爐頂氣混合加熱進豎爐兩種工藝流程的穩(wěn)態(tài)模擬對比。兩個工藝相比，前者熱損失小，但還原氣中有效氣體含量低；后者熱損失大，但還原氣中有效氣體含量高，有利于豎爐內(nèi)的還原反應(yīng)。關(guān)鍵詞：氣基豎爐；部分氧化；流程模擬

2、中圖分類號：TF554‘團逆行換熱、反應(yīng)，還原氣中的H，CO將氧化球團引言中鐵的氧化物還原成為金屬鐵，DRI經(jīng)冷卻段冷卻至低于100℃排出。爐頂氣經(jīng)水洗冷卻、壓縮進入與“焦化一燒結(jié)一高爐一轉(zhuǎn)爐”工藝相比，“直接還脫硫、脫碳系統(tǒng)，脫除其中的H：S和CO后，部分原一電爐”工藝的流程短，能耗低，Co。、So。和粉塵爐頂氣與高溫合成氣混合進豎爐以循環(huán)利用，剩余等污染物排放少，在近年來得到了快速發(fā)展L1]。部分作為燃料產(chǎn)蒸汽，產(chǎn)蒸汽燃料的不足部分由其2013年全球直接還原鐵(DRI)產(chǎn)量達到7522萬噸，他燃氣補充。循環(huán)冷卻氣從豎爐底部冷卻段的下端其

3、中氣基豎爐法的產(chǎn)量約占73【3]。氣基豎爐生進入向上流動，從冷卻段的上端排出，經(jīng)洗滌冷卻、產(chǎn)的DRI雜質(zhì)少、成分穩(wěn)定，是作為純凈鐵料生產(chǎn)’脫水壓縮后重新進入冷卻段下端以循環(huán)利用。高品質(zhì)鋼種的主要原料。1．2工藝流程二(轉(zhuǎn)化爐冷氣加熱入豎爐流程)目前，氣基豎爐主流工藝Midrex和HYL法具有工藝技術(shù)成熟、設(shè)備可靠、單位投資少等優(yōu)點，在轉(zhuǎn)化爐冷氣加熱人豎爐流程如圖2所示，與流氣基豎爐直接還原鐵生產(chǎn)中占有絕對優(yōu)勢。兩種方程一不同的是，轉(zhuǎn)化爐出來的高溫合成氣，經(jīng)水洗冷法均以天然氣為原料氣制備還原氣，以Midrex法為卻后，冷合成氣與循環(huán)爐頂氣混合

4、，經(jīng)管式爐加熱至例，其工藝流程如下[2]：天然氣與凈化的爐頂氣(Hz930℃通入豎爐還原氧化球團。十CO含量約70)混合后，通人裝有催化劑的重整爐內(nèi)進行催化重整反應(yīng)，生成的還原氣(H：+CO含2工藝流程模擬條件量90～95)通入豎爐還原球團等氧化鐵爐料。由于豎爐下部的循環(huán)冷卻氣系統(tǒng)可看作獨立系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)化爐等制氣系統(tǒng)、豎爐上部還原過程的影響1工藝流程可以忽略，因此不在模擬計算考察范圍內(nèi)。不考慮豎爐內(nèi)部的滲碳反應(yīng)。1．1工藝一(轉(zhuǎn)化爐熱氣直送豎爐流程)天然氣中的硫成分極少，忽略不計，其他成分如轉(zhuǎn)化爐熱氣直送豎爐流程如圖1所示。天然氣下：(CO2

5、)===1．47，(O2)=0．03，(N2)一與氧氣進入轉(zhuǎn)化爐，在高溫下發(fā)生部分氧化反應(yīng)和0．90，(CH4)一92．42，(C2H6)一4．06，重整反應(yīng)。轉(zhuǎn)化爐出來的高溫合成氣，與循環(huán)爐頂(C3H8)一1．12；溫度為20℃，壓力為0．32MPa。氣混合后作為還原氣，進入豎爐中部還原段。還原氧氣成分為lOO0：，溫度為2O℃，壓力為氣向上流動，與從豎爐頂部裝入、向下移動的氧化球0．32MPa收稿日期：2015-04-03作者簡介：李志遠(1980一)，男，工程師。電話：13911044853；E-mail：sailorlzy@163．

6、corn現(xiàn)代冶金第43卷天然氣氧氣D圖1工藝一：轉(zhuǎn)化爐熱氣直送豎爐流程天然氣氧氣DIU圖2工藝二：轉(zhuǎn)化爐冷氣加熱人豎爐流程水蒸氣成分為100H。O，溫度為150~C，壓力循環(huán)氣的流量占總流量的比例。為0．32MPa。氧氣量V(O。)／、，rNG：在轉(zhuǎn)化爐入口處，氧氣流轉(zhuǎn)化爐內(nèi)發(fā)生的CH，CH，C。H的部分氧量與天然氣流量的比值?；爸卣磻?yīng)，化學(xué)反應(yīng)機理極其復(fù)雜，因此采用基于化學(xué)平衡的吉布斯模型以及變換反應(yīng)平衡模型來3模擬結(jié)果與分析模擬轉(zhuǎn)化爐(假設(shè)熱損失量一定)，未考慮析碳反應(yīng)。主要反應(yīng)如下：3．1工藝一的全流程模擬CH4+0．502一CO

7、+2H23．1．1典型條件△H298K一一35．7kJ／mol在天然氣流量、氧氣量V(O。)／VNG一定的條件CH4+2Oz—CO2+2H2O下，調(diào)節(jié)循環(huán)氣比例R，得到表1中的各節(jié)點數(shù)據(jù)?！鱄298K=一802kJ／molCH4+CO2—2CO+2H2其中，豎爐入El還原氣溫度為930℃，(H+CO)達8O9／6以上，(H2)／e(CO)約為1．7?！鱄298K一247kJ／molCH+H2O—CO+3H2從表1可以看出，當氧氣量V(O)／Vwc為82△H298K一206kJ／mol時，轉(zhuǎn)化爐出口合成氣溫度為1300℃，(Hz十CO)CO+

8、HzO—CO2+H2低于8O，(H：)／(CO)約為1．6。為達到送入豎△H298K一一41．2l(J／mol·爐的溫度要求，高溫合成氣需與常溫循環(huán)爐頂氣混爐頂氣洗滌冷卻后，溫度