直接还原竖炉用焦炉气的消耗量计算

发布时间：2020-10-15 12:05

　　 对于焦炉煤气用于竖炉直接还原的工艺,焦炉煤气的消耗量是该工艺需要考虑的一个重要问题。竖炉工艺中焦炉煤气的消耗量,包括竖炉还原带、加热炉、竖炉冷却带等。焦炉煤气中CH_4和C_2H_6可以与O_2(类似于Midrex工艺)或H_20(类似于HYL工艺)发生裂解反应,本文分别计算了 CH_4和C_2H_6与0_2、H_2O发生裂解反应的情况。焦炉煤气的消耗量主要是由整个工艺的化学平衡和热平衡决定,即包括作为还原剂的消耗量和作为热源的消耗量,经过计算得到了如下结论。焦炉煤气中CH_4和C_2H_6与O_2发生裂解反应时:(1)竖炉的煤气量消耗是由化学平衡和热平衡决定的。热力学计算可知,作为热源的煤气量消耗大于作为还原剂的煤气量消耗。因此竖炉的总煤气量是由热平衡决定的。CH_4和C_2H_6与0_2裂解时,除还原剂外,热量的补充有两种方式:a)直接补充作为热源的煤气量;b)先将CH_4和C_2H_6的裂解放热反应由加热炉转移到竖炉进行(ZR),再补充作为热源的煤气量。(2)理想条件下(金属化率100%),采用“还原剂+ZR+补充煤气”的方式,若金属铁的生成温度为900℃,则1OOmol焦炉煤气可以生产2.58kg金属铁,即年产60万吨的焦炉产生的煤气可以生产金属铁27.8万t/年;若金属铁的生成温度为845℃,则100 mol焦炉煤气可以生产2.63kg金属铁,即生产金属铁28.4万t/年,是该方式的最高金属铁产量。(3)实际条件下(金属化率95%),采用“还原剂+ZR+补充煤气”的方式,若金属铁的生成温度为900℃,则1OOmol焦炉煤气可以生产2.43kgDRI,即年产60万吨的焦炉产生的煤气可以生产DRI为26.2万t/年。(4)竖炉中金属铁生成温度为800～950℃范围内,加热炉的热收入都远远高于热消耗,热收入是热消耗的2倍多。因此,炉顶煤气净化后其中一部分用于新焦炉煤气的加热,一部分用于其他用途。CH4和C2H6即可以在加热炉进行裂解放热反应,也可以采用自重整技术(ZR,Zero Reformation),将CH4和C2H6的裂解放热反应在竖炉中进行,为竖炉提供热量,从而提高单位焦炉煤气的DRI产量。(5)竖炉冷却带的输出煤气可以水冷后继续使用,因此实际只要保证使用量足够即可,不需要消耗。那么冷却尾气的温度不高于200℃时,提高尾气温度可明显降低单位金属铁冷却所消耗的气量。当冷却尾气温度高于200℃时,提高尾气温度对降低单位金属铁冷却所消耗气量的影响变小。因此,控制冷却尾气温度为200℃是比较合理的操作参数。如表3.6所示,a)理想条件下,若将900℃的金属铁冷却至100℃、150℃、200℃,冷却后尾气温度为200℃时,分别需要焦炉煤气2093 m3/tFe、1995m3/tFe、1893 m3/tFe,或者单位体积焦炉煤气的冷却能力为0.478 kg-Fe/m3、0.501 kg-Fe/m3、0.528 kg-Fe/m3。b)实际条件下,若将900℃的DRI冷却至100℃、150℃、200℃,冷却后尾气温度为 200℃ 时,分别需要焦炉煤气 2232 m3/t-DRI、2125 m3/t-DRI、2015 m3/t-DRI,或者单位体积焦炉煤气的冷却能力为0.449 kg-DRI/m3、0.471 kg-DRI/m3、0.497 kg-DRI/m3。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF554
【部分图文】：

Ｍｉｄｒｅｘ竖炉法是当今世界气基直接还原铁生产技术的主导工艺之一，主要应用于盛??产石油或天然气的国家。它将石油或天然气通过转化器变成还原气体来还原铁矿石，其??工艺流程如图２．１所示［３２，３３］。??－６－??

工艺燃料??（天然气Ｊ??图２．１?Ｍｉｄｒｅｘ法ＤＲＩ生产工艺流程??Ｆｉｇ．?２．１?Ｍｉｄｒｅｘ?ｍｅｔｈｏｄ?ｏｆ?ＤＲＩ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??Ｍｉｄｒｅｘ－Ｒｏｓｓ公司是竖炉技术和矿石加工用化学气体行业的先驱，Ｍｉｄｒｅｘ就是该公??司于６０年代开发的直接还原铁工艺。自１９６９年以来，Ｍｉｄｒｅｘ公司消耗／?２７?Ｍｔ块矿和??１１８?Ｍｔ球团矿，并且成功地采用了?１００％球团、］００％块矿以及球团与块矿的混合矿进??行生产［３４］。??Ｍｉｄｒｅｘ工艺允许厂家灵活地选择铁矿矿源。正在生产的Ｍｉｄｒｅｘ厂己大批量采用了??４６种铁矿，其中球团矿２０种，天然铁矿石２６种。实际上，由于工业生产和实际应用方??面的原因，大多数厂家都限制它们的矿源数，仅采用几种。统计表明，１９９１年Ｍｉｄｒｅｘ??直接还原厂所用原料中球团矿占７８％，而块矿只占２０％［３（）］。??另外，对适合于Ｍｉｄｒｅｘ直接还原工艺及其炼钢的铁氧化物原料的选择还应从化学??和物理特性以及还原特性几方面加以考虑。铁氧化物原料化学成分的重要性通常取决于??最终使用者而非直接还原工艺。随着三十多年来直接还原技术的进步

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【参考文献】

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本文编号：2842147