本發(fā)明涉及一種天然氣三重整還原紅土鎳礦球團(tuán)的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

紅土鎳礦是由含鐵鎂硅酸鹽礦物的超鎂鐵質(zhì)巖經(jīng)長期風(fēng)化變質(zhì)形成的，上層是褐鐵礦類型，主要由鐵的氧化物組成；中間為過渡層；下層是硅鎂鎳礦層。紅土鎳礦資源豐富，采礦成本低，選冶工藝趨于成熟，可生產(chǎn)氧化鎳、鎳鐵等多種中間產(chǎn)品，是未來鎳資源的主要來源。目前，處理紅土鎳礦的工藝包括：火法工藝、濕法工藝、火濕結(jié)合工藝。

火法工藝用于處理高鎂低鐵紅土鎳礦，主要產(chǎn)品是鎳鐵合金，能夠直接應(yīng)用于不銹鋼生產(chǎn)。火法工藝處理紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵合金具有流程短、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但能耗較高。濕法工藝主要用于處理中低品位的紅土鎳礦，其成本比火法工藝低。但是，濕法工藝比較復(fù)雜、流程長、工藝條件對(duì)設(shè)備要求高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種天然氣三重整處理紅土鎳礦球團(tuán)的系統(tǒng)和方法，能夠選擇性還原紅土鎳礦球團(tuán)，使鎳全部還原，鐵部分還原。

本發(fā)明提出了一種天然氣三重整后還原紅土鎳礦球團(tuán)的系統(tǒng)，包括豎爐、降溫除塵器、預(yù)熱器、加熱器、燃燒器。

所述豎爐具有紅土鎳礦球團(tuán)入口、還原氣入口、海綿鐵出口、爐頂氣出口。

所述降溫除塵器具有爐頂氣入口、第一氣體出口、第二氣體出口。所述爐頂氣入口與所述豎爐的爐頂氣出口連接。

所述預(yù)熱器具有混合氣入口、預(yù)熱混合氣出口。所述混合氣入口與所述降溫除塵器的第一氣體出口連接。

所述加熱器具有預(yù)熱混合氣入口、升溫混合氣出口。所述預(yù)熱混合氣入口與所述預(yù)熱器的預(yù)熱混合氣出口連接。

所述燃燒器具有氧氣入口、升溫混合氣入口、還原氣出口。所述升溫混合氣入口與所述加熱器的升溫混合氣出口連接。所述還原氣出口與所述豎爐的還原氣入口連接。

進(jìn)一步的，所述加熱器設(shè)置有第二氣體入口、煙氣出口。所述第二氣體入口與所述降溫除塵器的第二氣體出口連接。

所述預(yù)熱器設(shè)置有煙氣入口。所述煙氣入口與所述加熱器的煙氣出口連接。

上述的系統(tǒng)中，還包括第一壓縮器、第二壓縮器。

所述第一壓縮器用于壓縮第一氣體，具有第一氣體入口、第一壓縮氣體出口。所述第一氣體入口與所述降溫除塵器的第一氣體出口連接，所述第一壓縮氣體出口與所述預(yù)熱器的混合氣入口連接。

所述第二壓縮器用于壓縮天然氣，具有天然氣入口、壓縮天然氣出口。所述壓縮天然氣出口與所述預(yù)熱器的混合氣入口連接。

本發(fā)明還提出了一種利用上述系統(tǒng)由天然氣三重整還原紅土鎳礦球團(tuán)的方法，包括步驟：

所述豎爐排出的爐頂氣經(jīng)所述降溫除塵器處理后，分為第一氣體和第二氣體。

所述第一氣體與所述天然氣混合，得到混合氣。

將所述混合氣送入所述預(yù)熱器中預(yù)熱，得到預(yù)熱混合氣。

將所述預(yù)熱混合氣送入所述加熱器中加熱，得到升溫混合氣。

將所述升溫混合氣送入所述燃燒器中，并向所述燃燒器中通入氧氣，所述燃燒器中發(fā)生部分氧化反應(yīng)，得到還原氣。

將所述還原氣送入所述豎爐中，所述還原氣與所述豎爐中的紅土鎳礦球團(tuán)發(fā)生雙重整、還原、滲碳反應(yīng)，得到海綿鐵。

進(jìn)一步的，將所述第二氣體通入所述加熱器中作為燃料氣。

進(jìn)一步的，將所述加熱器中的燃料氣燃燒產(chǎn)生的煙氣送入所述預(yù)熱器中作為預(yù)熱氣。

上述由天然氣三重整后還原紅土鎳礦球團(tuán)的方法中，所述第一氣體的體積占所述爐頂氣總體積的60～70％。所述第二氣體的體積占所述爐頂氣總體積的30～40％。

進(jìn)一步的，所述還原氣的溫度為950～1050℃。

進(jìn)一步的，所述還原氣中co和h2的體積占所述還原氣總體積的30～40％。

進(jìn)一步的，所述紅土鎳礦球團(tuán)中，鎳的質(zhì)量含量為0.8～1.5％。

本發(fā)明可避免甲烷重整爐和鎳基催化劑的消耗費(fèi)用。并且，本發(fā)明采用豎爐還原紅土鎳礦，可以充分利用爐頂氣中的二氧化碳和水蒸汽，作為甲烷重整反應(yīng)的重整劑。通過過量的二氧化碳和水蒸汽，可控制還原氣的還原能力，選擇性的還原紅土鎳礦球團(tuán)，使其中的鎳全部還原，鐵部分還原，得到高品位的鎳鐵合金。采用豎爐工藝，可避免回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原過程易結(jié)圈，以及還原度難以控制的技術(shù)問題。并且，豎爐工藝選用氣基還原，可有效降低鎳鐵合金中的硫、磷等雜質(zhì)元素。

本發(fā)明中，將爐頂氣作為加熱器的燃料氣，并將燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庾鳛轭A(yù)熱混合氣的預(yù)熱氣，實(shí)現(xiàn)了能量的回收利用，降低能耗。

本發(fā)明中，使用少量氧氣對(duì)加熱后的甲烷進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，可有效降低混合氣中甲烷的含量，增加其中co和h2的占比，有利于豎爐中還原反應(yīng)的進(jìn)行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中天然氣三重整后還原紅土鎳礦球團(tuán)的系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明利用圖1所示的系統(tǒng)由天然氣三重整后還原紅土鎳礦球團(tuán)的方法流程示意圖。

附圖中的附圖標(biāo)記如下：

1、豎爐；2、降溫除塵器；3、第一壓縮器；4、第二壓縮器；5、預(yù)熱器；6、加熱器；7、燃燒器。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案以及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明首先公開了一種天然氣三重整后還原紅土鎳礦球團(tuán)的系統(tǒng)，如圖1所示。

本發(fā)明的系統(tǒng)中包括豎爐1、降溫除塵器2、預(yù)熱器5、加熱器6、燃燒器7。

豎爐1具有紅土鎳礦球團(tuán)入口、還原氣入口、海綿鐵出口、爐頂氣出口。

降溫除塵器2具有爐頂氣入口、第一氣體出口、第二氣體出口。其中，爐頂氣入口與豎爐1的爐頂氣出口連接。

預(yù)熱器5具有混合氣入口、煙氣入口、預(yù)熱混合氣出口。其中，混合氣入口與降溫除塵器2的第一氣體出口連接。

加熱器6具有預(yù)熱混合氣入口、第二氣體入口、天然氣入口、升溫混合氣出口、煙氣出口。其中，預(yù)熱混合氣入口與預(yù)熱器5的預(yù)熱混合氣出口連接。第二氣體入口與降溫除塵器2的第二氣體出口連接。煙氣出口與預(yù)熱器5的煙氣入口連接。

燃燒器7具有氧氣入口、升溫混合氣入口、還原氣出口。其中，升溫混合氣入口與加熱器6的升溫混合氣出口連接。還原氣出口與豎爐1的還原氣入口連接。

在本發(fā)明的不同實(shí)施例中，還包括第一壓縮器3、第二壓縮器4。

第一壓縮器3用于壓縮第一氣體。其具有第一氣體入口、第一壓縮氣體出口。其中，第一氣體入口與降溫除塵器2的第一氣體出口連接。第一壓縮氣體出口與預(yù)熱器5的混合氣入口連接。

第二壓縮器4用于壓縮天然氣。其具有天然氣入口、壓縮天然氣出口。其中，壓縮天然氣出口與預(yù)熱器5的混合氣入口連接。

利用圖1所示的系統(tǒng)，本發(fā)明還提出了一種由天然氣三重整后還原紅土鎳礦球團(tuán)的方法。所述方法的流程示意圖如圖2所示，包括如下步驟：

(1)豎爐1頂部排出的爐頂氣送入降溫除塵器2中。爐頂氣經(jīng)降溫除塵后，分為兩部分：第一氣體和第二氣體。第一氣體的體積占爐頂氣總體積的60～70％。第二氣體的體積占爐頂氣總體積的30～40％。爐頂氣中，co和h2的體積占爐頂氣總體積的百分?jǐn)?shù)≤25％。

(2)將第一氣體與天然氣混合，得到混合氣。其中，天然氣的主要成分為甲烷?；旌蠚馑腿腩A(yù)熱器5中預(yù)熱，得到預(yù)熱混合氣。預(yù)熱混合氣的溫度為200～300℃。

預(yù)熱混合氣送入加熱器6中加熱，得到升溫混合氣。升溫混合氣的溫度為700～800℃。

升溫混合氣送入燃燒器7中，并向燃燒器7中通入氧氣。燃燒器7中發(fā)生部分氧化反應(yīng)，得到還原氣。還原氣的溫度為950～1050℃。并且，還原氣中co和h2的體積占還原氣總體積的30～40％。

混合氣中的甲烷與氧氣在燃燒器7中發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成co和h2，即為一重整反應(yīng)，可得到還原氣。

將還原氣送入豎爐1中，并經(jīng)由紅土鎳礦球團(tuán)入口向豎爐1中加入紅土鎳礦球團(tuán)。本發(fā)明中，紅土鎳礦球團(tuán)中鎳的質(zhì)量含量為0.8～1.5％。由于豎爐1排出的爐頂氣含有一定量co2和水蒸汽，經(jīng)部分氧化(一重整)后的還原氣中含有一定量co2、水蒸汽、甲烷。進(jìn)入豎爐后，在被還原紅土鎳礦鐵、鎳的催化作用下，發(fā)生甲烷-co2、甲烷-水蒸汽的雙重整反應(yīng)，進(jìn)一步生成co和h2，進(jìn)而還原豎爐上部的紅土鎳礦球團(tuán)，同時(shí)發(fā)生滲碳反應(yīng)。反應(yīng)過程中，控制豎爐1的操作壓力為0.1～0.2mpa。

本發(fā)明中，通過爐頂氣中過量的二氧化碳和水蒸汽可控制還原氣的還原能力，選擇性的還原紅土鎳礦球團(tuán)，使得其中的鎳全部還原為金屬鎳，而其中的鐵部分還原為金屬鐵，可得到高品位的鎳鐵合金。

(3)將第二氣體通入加熱器6中作為燃料氣。同時(shí)，向其中補(bǔ)充通入天然氣作為燃料氣。加熱器6中的燃料氣燃燒后，產(chǎn)生的煙氣送入預(yù)熱器5中作為預(yù)熱氣。

實(shí)施例1

天然氣與第一氣體混合，得到的混合氣中co和h2的體積占比為18％，ch4的體積占比為23％。將混合氣送入預(yù)熱器中，溫度由40℃升至210℃，然后送入加熱器中升溫至780℃。得到的升溫混合氣送入燃燒器中，與氧氣發(fā)生部分氧化反應(yīng)，得到還原氣，溫度為960℃，其中co和h2的體積占比為33％，ch4的體積占比為16％，將還原氣送入豎爐中。紅土鎳礦球團(tuán)還原產(chǎn)生的海綿鐵中含有金屬鐵和金屬鎳。金屬鐵和金屬鎳可作為還原氣中的甲烷二氧化碳、甲烷水蒸汽重整反應(yīng)的催化劑，生成co和h2。co和h2在向上運(yùn)動(dòng)的過程中，與從上自下運(yùn)動(dòng)的紅土鎳礦球團(tuán)充分接觸，進(jìn)一步還原紅土鎳礦球團(tuán)，得到海綿鐵和爐頂氣。爐頂氣中，co和h2的體積占比為21％，ch4的體積占比為4％。豎爐中雙重整反應(yīng)的甲烷轉(zhuǎn)化率為74％。爐頂氣經(jīng)降溫除塵后，分為兩部分：60％體積比的爐頂氣經(jīng)壓縮后與天然氣混合進(jìn)行循環(huán)利用，40％體積比的爐頂氣作為加熱器的燃料氣，并向加熱器中補(bǔ)充天然氣作為燃料氣，燃料氣燃燒后的煙氣作為預(yù)熱器的預(yù)熱氣，然后排空。

本實(shí)施例選用的紅土鎳礦球團(tuán)中，全鐵質(zhì)量含量為15.48％，鎳質(zhì)量含量為0.9％。還原產(chǎn)生的海綿鐵中，全鐵質(zhì)量含量為17.24％，鎳質(zhì)量含量為1.1％。紅土鎳礦還原反應(yīng)中，鐵金屬化率為39％，鎳金屬化率為98％。

實(shí)施例2

天然氣與第一氣體混合，得到的混合氣中co和h2的體積占比為16％，ch4的體積占比為22％。將混合氣送入預(yù)熱器中，溫度由50℃升至300℃，然后送入加熱器中升溫至800℃。得到的升溫混合氣送入燃燒器中，與氧氣發(fā)生部分氧化反應(yīng)，得到還原氣，溫度為1050℃，其中co和h2的體積占比為30％，ch4的體積占比為13％，將還原氣送入豎爐中。紅土鎳礦球團(tuán)還原產(chǎn)生的海綿鐵中含有金屬鐵和金屬鎳。金屬鐵和金屬鎳可作為還原氣中的甲烷二氧化碳、甲烷水蒸汽重整反應(yīng)的催化劑，生成co和h2。co和h2在向上運(yùn)動(dòng)的過程中，與從上自下運(yùn)動(dòng)的紅土鎳礦球團(tuán)充分接觸，進(jìn)一步還原紅土鎳礦球團(tuán)，得到海綿鐵和爐頂氣。爐頂氣中，co和h2的體積占比為19％，ch4的體積占比為2％。豎爐中三重整反應(yīng)的甲烷轉(zhuǎn)化率為80％。爐頂氣經(jīng)降溫除塵后，分為兩部分：65％體積比的爐頂氣經(jīng)壓縮后與天然氣混合進(jìn)行循環(huán)利用，35％體積比的爐頂氣作為加熱器的燃料氣，并向加熱器中補(bǔ)充天然氣作為燃料氣，燃料氣燃燒后的煙氣作為預(yù)熱器的預(yù)熱氣，然后排空。

本實(shí)施例選用的紅土鎳礦球團(tuán)中，全鐵質(zhì)量含量為25.31％，鎳質(zhì)量含量為1.1％。還原產(chǎn)生的海綿鐵中，全鐵質(zhì)量含量為28.64％，鎳質(zhì)量含量為1.3％。紅土鎳礦還原反應(yīng)中，鐵金屬化率為42％，鎳金屬化率為98％。

實(shí)施例3

天然氣與第一氣體混合，得到的混合氣中co和h2的體積占比為17％，ch4的體積占比為21％。將混合氣送入預(yù)熱器中，溫度由40℃升至200℃，然后送入加熱器中升溫至700℃。得到的升溫混合氣送入燃燒器中，與氧氣發(fā)生部分氧化反應(yīng)，得到還原氣，溫度為950℃，其中co和h2的體積占比為40％，ch4的體積占比為15％，將還原氣送入豎爐中。紅土鎳礦球團(tuán)還原產(chǎn)生的海綿鐵中含有金屬鐵和金屬鎳。金屬鐵和金屬鎳可作為還原氣中的甲烷二氧化碳、甲烷水蒸汽重整反應(yīng)的催化劑，生成co和h2。co和h2在向上運(yùn)動(dòng)的過程中，與從上自下運(yùn)動(dòng)的紅土鎳礦球團(tuán)充分接觸，進(jìn)一步還原紅土鎳礦球團(tuán)，得到海綿鐵和爐頂氣。爐頂氣中，co和h2的體積占比為21％，ch4的體積占比為5％。豎爐中三重整反應(yīng)的甲烷轉(zhuǎn)化率為74％。爐頂氣經(jīng)降溫除塵后，分為兩部分：70％體積比的爐頂氣經(jīng)壓縮后與天然氣混合進(jìn)行循環(huán)利用，30％體積比的爐頂氣作為加熱器的燃料氣，并向加熱器中補(bǔ)充天然氣作為燃料氣，燃料氣燃燒后的煙氣作為預(yù)熱器的預(yù)熱氣，然后排空。

本實(shí)施例選用的紅土鎳礦球團(tuán)中，全鐵質(zhì)量含量為22.03％，鎳質(zhì)量含量為1.5％。還原產(chǎn)生的海綿鐵中，全鐵質(zhì)量含量為24.85％，鎳質(zhì)量含量為1.7％。紅土鎳礦還原反應(yīng)中，鐵金屬化率為40％，鎳金屬化率為98％。

最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。