天然气部分氧化气基竖炉流程的模拟研究

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1、第43卷第3期现代冶金Vo1．43No．32015年6月ModernMetallurgyJun．2015天然气部分氧化一气基竖炉流程的模拟研究李志远，薛逊，范志辉，吴道洪(北京神雾环境能源科技集团股份有限公司，北京102200)摘要：建立天然气部分氧化转化炉与气基竖炉联产直接还原铁流程的模型，进行热合成气与循环炉项气混合进竖炉、冷合成气与循环炉顶气混合加热进竖炉两种工艺流程的稳态模拟对比。两个工艺相比，前者热损失小，但还原气中有效气体含量低；后者热损失大，但还原气中有效气体含量高，有利于竖炉内的还原反应。关键词：气基竖炉；部分氧化；流程模拟

2、中图分类号：TF554‘团逆行换热、反应，还原气中的H，CO将氧化球团引言中铁的氧化物还原成为金属铁，DRI经冷却段冷却至低于100℃排出。炉顶气经水洗冷却、压缩进入与“焦化一烧结一高炉一转炉”工艺相比，“直接还脱硫、脱碳系统，脱除其中的H：S和CO后，部分原一电炉”工艺的流程短，能耗低，Co。、So。和粉尘炉顶气与高温合成气混合进竖炉以循环利用，剩余等污染物排放少，在近年来得到了快速发展L1]。部分作为燃料产蒸汽，产蒸汽燃料的不足部分由其2013年全球直接还原铁(DRI)产量达到7522万吨，他燃气补充。循环冷却气从竖炉底部冷却段的下端其

3、中气基竖炉法的产量约占73【3]。气基竖炉生进入向上流动，从冷却段的上端排出，经洗涤冷却、产的DRI杂质少、成分稳定，是作为纯净铁料生产’脱水压缩后重新进入冷却段下端以循环利用。高品质钢种的主要原料。1．2工艺流程二(转化炉冷气加热入竖炉流程)目前，气基竖炉主流工艺Midrex和HYL法具有工艺技术成熟、设备可靠、单位投资少等优点，在转化炉冷气加热人竖炉流程如图2所示，与流气基竖炉直接还原铁生产中占有绝对优势。两种方程一不同的是，转化炉出来的高温合成气，经水洗冷法均以天然气为原料气制备还原气，以Midrex法为却后，冷合成气与循环炉顶气混合

4、，经管式炉加热至例，其工艺流程如下[2]：天然气与净化的炉顶气(Hz930℃通入竖炉还原氧化球团。十CO含量约70)混合后，通人装有催化剂的重整炉内进行催化重整反应，生成的还原气(H：+CO含2工艺流程模拟条件量90～95)通入竖炉还原球团等氧化铁炉料。由于竖炉下部的循环冷却气系统可看作独立系统，对转化炉等制气系统、竖炉上部还原过程的影响1工艺流程可以忽略，因此不在模拟计算考察范围内。不考虑竖炉内部的渗碳反应。1．1工艺一(转化炉热气直送竖炉流程)天然气中的硫成分极少，忽略不计，其他成分如转化炉热气直送竖炉流程如图1所示。天然气下：(CO2

5、)===1．47，(O2)=0．03，(N2)一与氧气进入转化炉，在高温下发生部分氧化反应和0．90，(CH4)一92．42，(C2H6)一4．06，重整反应。转化炉出来的高温合成气，与循环炉顶(C3H8)一1．12；温度为20℃，压力为0．32MPa。气混合后作为还原气，进入竖炉中部还原段。还原氧气成分为lOO0：，温度为2O℃，压力为气向上流动，与从竖炉顶部装入、向下移动的氧化球0．32MPa收稿日期：2015-04-03作者简介：李志远(1980一)，男，工程师。电话：13911044853；E-mail：sailorlzy@163．

6、corn现代冶金第43卷天然气氧气D图1工艺一：转化炉热气直送竖炉流程天然气氧气DIU图2工艺二：转化炉冷气加热人竖炉流程水蒸气成分为100H。O，温度为150~C，压力循环气的流量占总流量的比例。为0．32MPa。氧气量V(O。)／、，rNG：在转化炉入口处，氧气流转化炉内发生的CH，CH，C。H的部分氧量与天然气流量的比值。化及重整反应，化学反应机理极其复杂，因此采用基于化学平衡的吉布斯模型以及变换反应平衡模型来3模拟结果与分析模拟转化炉(假设热损失量一定)，未考虑析碳反应。主要反应如下：3．1工艺一的全流程模拟CH4+0．502一CO

7、+2H23．1．1典型条件△H298K一一35．7kJ／mol在天然气流量、氧气量V(O。)／VNG一定的条件CH4+2Oz—CO2+2H2O下，调节循环气比例R，得到表1中的各节点数据。△H298K=一802kJ／molCH4+CO2—2CO+2H2其中，竖炉入El还原气温度为930℃，(H+CO)达8O9／6以上，(H2)／e(CO)约为1．7。△H298K一247kJ／molCH+H2O—CO+3H2从表1可以看出，当氧气量V(O)／Vwc为82△H298K一206kJ／mol时，转化炉出口合成气温度为1300℃，(Hz十CO)CO+

8、HzO—CO2+H2低于8O，(H：)／(CO)约为1．6。为达到送入竖△H298K一一41．2l(J／mol·炉的温度要求，高温合成气需与常温循环炉顶气混炉顶气洗涤冷却后，温度