CN106041108A - 镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置和方法，该镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置结构较为简单，生产实施和使用操作都较为简便，并且结合其镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收方法，在采用干法粒化法来更好的保证对镍铁合金的细化粒化效果的同时，还能够对态镍铁合金的余热通过物理法联合化学法的多级回收转化为甲烷水蒸气重整反应的所需资源，能够帮助提高对镍铁合金余热资源的回收利用率，从而有效解决现有技术中熔融镍铁合金的粒化加工难以满足不锈钢冶炼工艺要求、且其余热资源回收利用率低的问题，具有很好的工业应用价值，可以在国内冶金企业推广应用。

Description

镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置和方法

技术领域

本发明涉及冶金工程、环保节能领域，主要涉及冶金过程的节能减排、冶金熔渣的干法粒化，特别涉及一种镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置和方法。

背景技术

不锈钢生产中需要加入镍铁原料，镍铁入炉时的颗粒越小，越能够缩短炼钢的冶炼时间，但同时为了保证镍铁颗粒能顺利穿过表面渣层，即要求其质量不能太小，因而镍铁合金的颗粒也不能太小，通常粒径在10~40mm为最佳。目前，在镍铁冶金工艺中，国内不论是鼓风炉法、高炉法还是回转窑预还原-电炉熔炼法，在后续熔融镍铁水处理上，大都采用传统的铸铁机铸锭+机械破碎方法。对镍铁产量小、镍铁品位低的冶炼企业，采用铸铁机铸锭方法，生产工艺条件可以基本满足要求。但对于高品位镍铁合金（镍含量大于25%），由于熔点高，硅、碳含量较低，流动性差，会造成铸模消耗大、脱模效果差、设备清理残铁时间长，从而导致铸铁循环周期长，难于满足大规模镍铁生产的需求；同时，由于镍品位高，镍铁刚性强，铸锭毛刺难于清理，产品外观物理质量差，成品率和铸铁回收率都低；最后得到的镍铁碎块尺寸都比较大，其粒径一般在150~200毫米范围内，需要进一步的粉碎加工才能更好的满足不锈钢冶炼工艺要求，这无疑增加了粉碎加工成本和不锈钢冶炼成本。

此外，由于镍铁合金的出钢温度比较高（通常为1600~1650℃），采用“铸铁机铸锭+机械破碎”的方法来获得镍铁合金块的过程中，通常直接通过喷水冷却的方式来对镍铁合金锭模降温，这样不仅需要消耗大量的新水资源，在镍铁合金在水冷过程中还容易产生氢气等易爆气体，同时水冷后得到的热水中容易夹杂杂质，易造成传输管道结垢堵塞，这些弊端都限制了其所得的蒸汽、热水直接应用于供暖，导致熔融镍铁合金的水冷余热难以通过供暖的形式加以回收利用。也有一些余热回收方案，通过换热器回收熔融镍铁合金水冷所得蒸汽、热水的余热用于发电，但是其余热发电的能效利用率通常仅能够达到20~25%，余热资源利用率低。

因此，面对现有技术中熔融镍铁合金的粒化加工难以直接满足不锈钢冶炼工艺要求、且其余热资源回收利用率低的问题，行业内亟需一种既能够更好的实现熔融镍铁合金的粒化、又能够具备较高余热资源回收利用率的工艺技术。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，其用于实现对液态熔融镍铁合金粒化加工的同时，还能够对态镍铁合金的余热加以多级回收转化为甲烷水蒸气重整反应的所需资源，能够帮助提高对镍铁合金余热资源的回收利用率，用以解决现有技术中熔融镍铁合金的粒化加工难以满足不锈钢冶炼工艺要求、且其余热资源回收利用率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，包括干法粒化器、重整反应床、渣粒收集器、水循环蒸发冷凝器、水循环热交换器和甲烷分离器；

所述干法粒化器的顶部设有镍铁合金液入口和气体出口，干法粒化器内的中部位于镍铁合金液入口的正下方位置处设有离心粒化装置，干法粒化器的底部与所述重整反应床的顶部相贯通连接；重整反应床的底部设有漏斗状的出料口，且重整反应床的下部靠近漏斗状出料口位置处的侧壁上设有甲烷水蒸气进气口；所述渣粒收集器正对设置于重整反应床的出料口下方的出料位置处，所述水循环蒸发冷凝器设置于渣粒收集器的底部并能够与渣粒收集器之间进行热传导，且水循环蒸发冷凝器的水蒸汽出口连通至重整反应床的甲烷水蒸气进气口；

所述干法粒化器顶部的气体出口通过依次设置有抽风机和除尘器的气流通道连通至水循环热交换器的气流换热通道入口，由抽风机驱动气流从干法粒化器流向水循环热交换器的气流换热通道；所述水循环热交换器的气流换热通道出口连通至甲烷分离器的进气口，且水循环热交换器的循环水换热蒸汽出口连通至重整反应床的甲烷水蒸气进气口；所述甲烷分离器用于从进入的气体中分离出甲烷，并将分离得到的甲烷和混合尾气分别从其甲烷气体出口和混合尾气出口排出，且甲烷分离器的甲烷气体出口也连通至重整反应床的甲烷水蒸气进气口。

上述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置中，作为改进方案，所述干法粒化器内的离心粒化装置由驱动轴竖直向上设置的旋转驱动电机以及安装在旋转驱动电机的驱动轴上的多孔离心转杯构成；所述多孔离心转杯具有一水平设置的杯底以及沿杯底边缘竖直向上延伸的杯壁，多孔离心转杯的开口朝上且正对于干法粒化器的镍铁合金液入口，多孔离心转杯的杯壁上沿周向设有从杯底位置处自下而上排布成若干行的通孔，所述杯壁的厚度为5~10mm，所述通孔的孔径为10~20mm，排布在同一行的相邻两个通孔边缘之间的间距为5~10mm，排布在相邻两行的相邻两个通孔边缘之间的间距为6~15mm，且每相邻两行的通孔交错排列。

上述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置中，作为改进方案，所述水循环热交换器还用于收集其气流换热通道内水蒸气冷却所凝结的冷凝水并通过冷凝水输出口排出，且水循环热交换器的冷凝水输出口与水循环蒸发冷凝器的循环水集水槽相连通。

上述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置中，作为优选方案，所述重整反应床为移动床或流化床。

上述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置中，作为优选方案，所述甲烷分离器采用多级变压吸附塔。

上述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置中，作为改进方案，所述重整反应床的出料口与渣粒收集器之间设有圆盘给料器，用以进行重整反应床的出料口向渣粒收集器的送料。

相应的，本发明还提供了镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收方法；为此，本发明采用了如下的技术方案：

一种镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收方法，采用上述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置按如下步骤实施：

1）启动运行镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，控制其干法粒化器中离心粒化装置转速为100~300rpm，并通过其甲烷水蒸气进气口向重整反应床内通入甲烷水蒸气，由气流通道上的抽风机带动镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置内的气流循环；

2）将1600~1650℃的液态熔融镍铁合金注入干法粒化器顶部的镍铁合金液入口，流入干法粒化器中的离心粒化装置，在离心力作用下被甩出，随后破碎、粒化成熔滴，且飞行中的镍铁合金熔滴在表面张力以及与干法粒化器内上升的气流进行对流换热，凝固成1000~1100℃的镍铁合金颗粒，落入重整反应床中；

3）进入重整反应床的镍铁合金颗粒在继续下落以及在重整反应床内堆砌停留的过程中，与重整反应床内上升的气流再次进行对流换热，使得镍铁合金颗粒温度降至700~750℃，然后从重整反应床底部的出料口排放至渣粒收集器加以收集，且在渣粒收集器内的镍铁合金颗粒与水循环蒸发冷凝器进行热交换，使得水循环蒸发冷凝器中的循环水受热蒸发出水蒸气并通过水蒸汽出口将水蒸气输送至重整反应床的甲烷水蒸气进气口，从而进入重整反应床和干法粒化器内参与重整反应；

4）在步骤2）~3）的过程中，在气流通道上的抽风机的抽吸作用下，从甲烷水蒸气进气口进入重整反应床的甲烷水蒸气向上流入干法粒化器内，且在重整反应床和干法粒化器内与镍铁合金颗粒直接接触，在受热和镍铁合金作为催化剂的作用下发生重整反应生成一氧化碳和氢气，而后一氧化碳、氢气与未反应完的甲烷水蒸气所组成的混合气体从干法粒化器顶部的气体出口流入气流通道，经除尘器除尘后进入水循环热交换器的气流换热通道内进行换热，混合气体中的水蒸气在水循环热交换器的气流换热通道内被冷凝分离，同时使得水循环热交换器的循环水受热蒸发出水蒸气并通过循环水换热蒸汽出口将水蒸气输送至重整反应床的甲烷水蒸气进气口，从而进入重整反应床和干法粒化器内参与重整反应；去除水蒸气的混合气体再通过水循环热交换器的气流换热通道出口流入至甲烷分离器，使得去除水蒸气的混合气体中的甲烷在甲烷分离器中被分离后从甲烷气体出口排出，然后通过重整反应床的甲烷水蒸气进气口重新回到重整反应床和干法粒化器内参与重整反应，而去除水蒸气的混合气体中的一氧化碳、氢气在甲烷分离器中与甲烷分离后从混合尾气出口排出。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置和方法，采用了干法粒化法来更好的保证对镍铁合金的细化粒化效果，且在此基础上还采用了对镍铁合金余热资源的物理法与化学法联合的三级回收，使得镍铁合金的余热资源被用以作为甲烷水蒸气重整反应的热能供应和化学能供应，而镍铁合金通过物理传热给重整反应后所得混合气体的热能以及镍铁合金传热后自身的余热，则通过两个不同阶段被用于转化产生水蒸气并返回参与重整反应，从而大幅减少向重整反应床内通入新水蒸气的供应量，达到了减少甲烷水蒸气重整反应所需水蒸气资源的生产成本的目的，有效提高了对镍铁合金余热资源的回收效率和利用率。

2、在本发明镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置和方法中，不需要针对甲烷水蒸气重整反应额外添加催化剂，而直接将镍铁合金自身作为了促进甲烷水蒸气重整反应的催化剂，是对镍铁合金资源的另一种利用形式。

3、利用本发明的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置和方法，从镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置的甲烷分离器混合尾气出口所排出的混合尾气中的主要成分是一氧化碳、氢气的混合气体（即水煤气），其中不但不含有工业垃圾气体，避免了额外的工业垃圾处理成本，而且水煤气还是一种较为常用的工业燃料和制氢原料，是非常具有工业应用价值的工业产品，进一步的体现了本发明方案对于镍铁合金余热资源的优化利用。

4、本发明的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置和方法，不仅仅可以用于实现甲烷水蒸气的重整，也能够用于实现丙烷等烷烃类轻质碳氢化合物与水蒸气的重整。

5、本发明的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置中，还能够通过对其干法粒化器中离心粒化装置的结构改进，多孔离心转杯来粒化镍铁合金，大大提高了离心粒化装置对旋转能的利用能效，进而有助于提高粒化处理效率。

6、本发明的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置结构较为简单，生产实施和使用操作都较为简便，并且结合其镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收方法，在实现对液态熔融镍铁合金粒化加工的同时，还能够对态镍铁合金的余热通过物理法联合化学法的多级回收转化为甲烷水蒸气重整反应的所需资源，能够帮助提高对镍铁合金余热资源的回收利用率，从而有效解决现有技术中熔融镍铁合金的粒化加工难以满足不锈钢冶炼工艺要求、且其余热资源回收利用率低的问题，具有很好的工业应用价值，可以在国内冶金企业推广应用。

附图说明

图1为本发明镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置的一种优选实施结构示意图。

图2为本发明镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置中离心粒化装置优化方案的多孔离心转杯具体实施结构的剖视结构示意图。

图3为本发明实施例三中所得的冷却渣粒图。

具体实施方式

针对于现有技术中熔融镍铁合金的粒化加工难以满足不锈钢冶炼工艺要求、且其余热资源回收利用率低的问题，需要同时从粒化工艺、余热回收两方面入手加以解决。与“铸铁机铸锭+机械破碎”的熔融合金粒化方法相比，干法粒化法是借助离心力将熔融合金甩出，使得甩出的合金熔滴与对流气体换热后冷却固化为颗粒，实现粒化，根据熔融合金的表面张力和粘滞力，通过恰当的控制干法粒化器中离心粒化装置的转速，则容易得到50mm以下粒径的粒化产品，对于熔融镍铁合金的粒化加工而言，这样的粒化粒度条件已能够较好的满足不锈钢冶炼工艺的要求。但是，如何提升熔融镍铁合金干法粒化过程中的余热回收效率又是一项新的技术难题，因为如果仅仅通过对流气体与镍铁合金进行物理换热后利用气体所吸收的余热进行发电方式，依然存在余热发电能效有限、余热资源回收利用率较低的问题，所以必须考虑对余热资源采取物理法回收联合化学法回收的方式，才能提高余热资源回收利用率，同时，所联合的余热化学法回收方案还需要避免对镍铁合金颗粒产品的污染，并且，作为更高一层面的技术要求，余热化学法回收方案自身所得的产物，最好不要含有工业垃圾，以避免因增加对所得工业垃圾的处理成本而导致余热回收方案的整体成本增加，甚至余热化学法回收方案自身所得产物最好能够作为具有工业应用价值的工业产品，这样才能够使得镍铁合金余热资源回收的利用价值得以尽可能的最大化。

基于上述的技术思路，为了更好的解决现有技术中熔融镍铁合金的粒化加工难以满足不锈钢冶炼工艺要求、且其余热资源回收利用率低的问题，本发明提供了一种镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，以及利用该装置进行镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收处理的方法，在实现对液态熔融镍铁合金粒化加工的同时，还能够对态镍铁合金的余热加以多级回收转化为甲烷水蒸气重整反应的所需资源，实现了对余热资源的物理法与化学法的联合回收，从而帮助提高对镍铁合金余热资源的回收利用率，并且余热化学法回收方案所得产物是水煤气（主要成分是一氧化碳和氢气），是具有工业应用价值的工业产品且不含工业垃圾产物。

下面对本发明的技术方案进行更详细的说明。

如图1所示，本发明的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置主要由干法粒化器10、重整反应床20、渣粒收集器30、水循环蒸发冷凝器40、水循环热交换器50和甲烷分离器60几部分构成。其中，干法粒化器10的顶部设有镍铁合金液入口11和气体出口12，干法粒化器10内的中部位于镍铁合金液入口的正下方位置处设有离心粒化装置70，干法粒化器10的底部与所述重整反应床20的顶部相贯通连接；重整反应床20的底部设有漏斗状的出料口21，且重整反应床20的下部靠近漏斗状出料口位置处的侧壁上设有甲烷水蒸气进气口22，在这里，甲烷水蒸气进气口可以仅设置有一个，也可以设置有多个，且每个甲烷水蒸气进气口用于通入甲烷水蒸气、甲烷气体或者水蒸气；渣粒收集器30则正对设置于重整反应床的出料口21下方的出料位置处，而水循环蒸发冷凝器40设置于渣粒收集器30的底部并能够与渣粒收集器之间进行热传导，且水循环蒸发冷凝器40的水蒸汽出口41连通至重整反应床20的甲烷水蒸气进气口22。干法粒化器10顶部的气体出口12通过依次设置有抽风机13和除尘器14的气流通道连通至水循环热交换器50的气流换热通道入口，由抽风机13驱动气流从干法粒化器10流向水循环热交换器50的气流换热通道；水循环热交换器50的气流换热通道出口连通至甲烷分离器60的进气口，且水循环热交换器50的循环水换热蒸汽出口51连通至重整反应床20的甲烷水蒸气进气口22；甲烷分离器60则用于从进入的气体中分离出甲烷，并将分离得到的甲烷和混合尾气分别从其甲烷气体出口61和混合尾气出口62排出，且甲烷分离器的甲烷气体出口61也连通至重整反应床的甲烷水蒸气进气口22。

对于具体实施而言，在本发明的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置中，根据熔融镍铁合金的表面张力和粘滞力，通过恰当的控制干法粒化器中离心粒化装置的转速，较容易得到50mm以下粒径的镍铁合金粒化产品，能够较好的满足不锈钢冶炼工艺的要求。但为了更好的保证对镍铁合金的粒化效果，干法粒化器内的离心粒化装置可以采用优化的结构设计，该优化结构设计的离心粒化装置由驱动轴竖直向上设置的旋转驱动电机以及安装在旋转驱动电机的驱动轴上的多孔离心转杯构成；如图2所示，所述多孔离心转杯71具有一水平设置的杯底71a以及沿杯底边缘竖直向上延伸的杯壁71b，多孔离心转杯71的开口朝上且正对于干法粒化器的镍铁合金液入口，多孔离心转杯的杯壁71b上沿周向设有从杯底位置处自下而上排布成若干行的通孔71c，所述杯壁的厚度为5~10mm，所述通孔的孔径为10~20mm，排布在同一行的相邻两个通孔边缘之间的间距为5~10mm，排布在相邻两行的相邻两个通孔边缘之间的间距为6~15mm，且每相邻两行的通孔交错排列。该优化结构的离心粒化装置采用了独特结构设计的多孔离心转杯，多孔离心转杯的杯壁沿杯底边缘竖直向上延伸，且杯壁上沿周向设有从杯底位置处自下而上排布成若干行的通孔，从而在离心粒化的过程中，进入多孔离心转杯的液态熔融镍铁合金难以从杯壁的上边缘甩出，而是在旋转离心力作用下被迫从杯壁上的通孔中挤涌而出，形成直径与通孔孔径相当的熔渣液线，并随后破碎、粒化成熔滴，从而大幅减少了块渣和渣棉的产生；多孔离心转杯的杯壁上通孔的孔径为10~20mm，被甩出的镍铁合金熔滴大小受到通孔孔径的限制，因此使得镍铁合金熔滴冷却后得到的冷却粒化粒径也主要分布在10~20mm的区间，无需再次进行粉碎处理便能够直接用于不锈钢冶炼生产；并且，由于多孔离心转杯杯壁上的通孔从杯底位置处自下而上设置有多层，在离心粒化过程中，无论多孔离心转杯内熔融镍铁合金的蓄积量较少或较多时，都能够很好的使得熔融镍铁合金从杯壁上不同高度的通孔涌出而得以粒化，从而使得多孔离心转杯能够很好的适应不同液态熔融镍铁合金进料流量的变化，减小了设备对熔融镍铁合金进料流量的限制，同时也使得旋转粒化过程中多孔离心转杯的旋转能能够得到充分的利用，让离心粒化装置能够以更高的转速运行，以提高粒化处理效率；此外，多孔离心转杯杯壁的厚度为5~10mm，因为杯壁厚度不宜过大，否则杯壁上通孔的轴向长度过长容易导致熔渣在通孔中粘附，进而易使得通孔堵塞，造成通孔利用率下降；而多孔离心转杯杯壁上的通孔之间，排布在同一行的相邻两个通孔边缘之间的间距为5~10mm，排布在相邻两行的相邻两个通孔边缘之间的间距为6~15mm，且每相邻两行的通孔交错排列，这样是保证多孔离心转杯上通孔的分布情况不会过于密集而致使从不同通孔涌出的熔渣液线或熔滴因距离过近而重新相互结团，影响粒化效果，也保证通孔的分布情况不会过于稀疏而导致多孔离心转杯杯壁上通孔数量较少造成转杯内蓄积的熔渣无法快速排出。由此可见，具有该优化设计的多孔离心转杯的离心粒化装置结构能够更好的保证对镍铁合金的粒化效果，并且通过多孔离心转杯来粒化镍铁合金，能够大大提高离心粒化装置对旋转能的利用能效，进而有助于提高粒化处理效率。

此外，在本发明的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置的具体实施中，用以进行甲烷水蒸气重整反应的重整反应床可以采用移动床或流化床，避免了因完全重新设计重整反应床而增加装置制造成本。而甲烷分离器主要是用于将重整反应生成的一氧化碳、氢气与未反应完的甲烷水蒸气所组成的混合气体中的甲烷与其它气体相分离，可以采用多级变压吸附塔得以实现，其具体的甲烷分离实施方法属于现有技术，不是本发明的技术创新点，在此不再多加叙述。

采用本发明的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置实施镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收的方法，具体实施步骤如下：

1）启动运行镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，控制其干法粒化器中离心粒化装置转速为100~300rpm，并通过其甲烷水蒸气进气口向重整反应床内通入甲烷水蒸气，由气流通道上的抽风机带动镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置内的气流循环；

2）将1600~1650℃的液态熔融镍铁合金注入干法粒化器顶部的镍铁合金液入口，流入干法粒化器中的离心粒化装置，在离心力作用下被甩出，随后破碎、粒化成熔滴，且飞行中的镍铁合金熔滴在表面张力以及与干法粒化器内上升的气流进行对流换热，凝固成1000~1100℃的镍铁合金颗粒，落入重整反应床中；

3）进入重整反应床的镍铁合金颗粒在继续下落以及在重整反应床内堆砌停留的过程中，与重整反应床内上升的气流再次进行对流换热，使得镍铁合金颗粒温度降至700~750℃，然后从重整反应床底部的出料口排放至渣粒收集器加以收集，且在渣粒收集器内的镍铁合金颗粒与水循环蒸发冷凝器进行热交换，使得水循环蒸发冷凝器中的循环水受热蒸发出水蒸气并通过水蒸汽出口将水蒸气输送至重整反应床的甲烷水蒸气进气口，从而进入重整反应床和干法粒化器内参与重整反应；

4）在步骤2）~3）的过程中，在气流通道上的抽风机的抽吸作用下，从甲烷水蒸气进气口进入重整反应床的甲烷水蒸气向上流入干法粒化器内，且在重整反应床和干法粒化器内与镍铁合金直接接触，在受热和镍铁合金作为催化剂的作用下发生重整反应生成一氧化碳和氢气，而后一氧化碳、氢气与未反应完的甲烷水蒸气所组成的混合气体从干法粒化器顶部的气体出口流入气流通道，经除尘器除尘后进入水循环热交换器的气流换热通道内进行换热，混合气体中的水蒸气在水循环热交换器的气流换热通道内被冷凝分离，同时使得水循环热交换器的循环水受热蒸发出水蒸气并通过循环水换热蒸汽出口将水蒸气输送至重整反应床的甲烷水蒸气进气口，从而进入重整反应床和干法粒化器内参与重整反应；去除水蒸气的混合气体再通过水循环热交换器的气流换热通道出口流入至甲烷分离器，使得去除水蒸气的混合气体中的甲烷在甲烷分离器中被分离后从甲烷气体出口排出，然后通过重整反应床的甲烷水蒸气进气口重新回到重整反应床和干法粒化器内参与重整反应，而去除水蒸气的混合气体中的一氧化碳、氢气在甲烷分离器中与甲烷分离后从混合尾气出口排出。

通过本发明上述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置及其镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收方法可以看到，本发明采用了干法粒化法来更好的保证对镍铁合金的细化粒化效果，且控制干法粒化器中离心粒化装置转速为100~300rpm，原因在于，根据液态熔融镍铁合金的表面张力和粘滞力分析，在100~300rpm的转速条件下能够较好的控制镍铁合金粒化粒径主要分布在50mm以下，并且，如果结合上述优化结构的离心粒化装置，可以保证粒度在10~20mm之间的镍铁合金颗粒质量百分比占到80~90%，使得所得镍铁合金颗粒粒度能够更好的满足不锈钢冶炼工艺的要求。同时，在对镍铁合金进行干法粒化的条件下，还对镍铁合金的余热资源进行了物理法与化学法联合的三级回收。其中，第一级余热回收是在重整反应床和干法粒化器内进行，从甲烷水蒸气进气口进入的甲烷水蒸气在重整反应床和干法粒化器内与镍铁合金直接接触，通过物理传热而受热，达到甲烷水蒸气重整反应所需的温度条件（750℃以上），并且镍铁合金成为了甲烷水蒸气高温下发生重整反应的催化剂，使得甲烷与水蒸气发生强吸热的重整反应生成一氧化碳和氢气：CH₄＋H₂O→CO＋3H₂，ΔH=205.7kJ/mol；在此过程中，镍铁合金的余热被用以作为甲烷水蒸气重整反应的化学热能，同时还通过物理热传递使得反应后所得的混合气体（主要成分是一氧化碳、氢气以及未反应完的甲烷水蒸气）获得了大量的气体显热，该过程也使得注入干法粒化器的1600~1650℃的液态熔融镍铁合金被降温粒化为1000~1100℃的镍铁合金颗粒后进一步的被吸热降温至700~750℃，而后通过重整反应床底部的出料口排放至渣粒收集器。而作为第二级余热回收，在气流通道上的抽风机的抽吸作用下，在整个镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置中，会形成从重整反应床到干法粒化器、再到水循环热交换器、再到甲烷分离器、又回到重整反应床的循环气流，从而促使在重整反应床和干法粒化器内经过重整反应后具有大量显热的混合气体（主要成分是一氧化碳、氢气以及未反应完的甲烷水蒸气）通过气流通道上的除尘器除尘后进入水循环热交换器的气流换热通道内，与水循环热交换器的循环水换热通道内的循环水进行换热，该过程中，混合气体中的水蒸气在水循环热交换器的气流换热通道内被冷凝分离，同时使得水循环热交换器的循环水受热蒸发出水蒸气并通过循环水换热蒸汽出口将水蒸气输送至重整反应床的甲烷水蒸气进气口，作为进入重整反应床和干法粒化器内参与重整反应的水蒸气资源，并且由于混合气体的温度高、所含显热量大，因此能够通过水循环热交换器换热产生大量的水蒸气供应于重整反应。第三级余热回收是在渣粒收集器与水循环蒸发冷凝器之间进行，由于渣粒收集器所收集到的镍铁合金颗粒温度仍然达到700~750℃，故通过水循环蒸发冷凝器进一步回收渣粒收集器内镍铁合金颗粒的余热，而水循环蒸发冷凝器吸热产生的水蒸气通过其水蒸汽出口将输送至重整反应床的甲烷水蒸气进气口，也作为进入重整反应床和干法粒化器内参与重整反应的水蒸气资源。由此可以看到，通过上述物理法与化学法相联合的三级余热回收，镍铁合金的余热资源被用以作为甲烷水蒸气重整反应的热能供应和化学能供应，并且不需要额外添加催化剂，镍铁合金自身则成为了促进甲烷水蒸气重整反应的催化剂；而镍铁合金通过物理传热给重整反应后所得混合气体的热能以及镍铁合金传热后自身的余热，则通过两个不同阶段被用于转化产生水蒸气并返回参与重整反应，从而大幅减少向重整反应床内通入新水蒸气的供应量，达到了减少甲烷水蒸气重整反应所需水蒸气资源的生产成本的目的，有效提高了对镍铁合金余热资源的回收效率和利用率。不仅如此，经过上述处理后，从镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置的甲烷分离器混合尾气出口所排出的混合尾气中的主要成分是一氧化碳、氢气的混合气体（即水煤气），其中不但不含有工业垃圾气体，避免了额外的工业垃圾处理成本，而且水煤气还是一种较为常用的工业燃料和制氢原料，是非常具有工业应用价值的工业产品，进一步的体现了本发明方案对于镍铁合金余热资源的优化利用。此外，本发明的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置和方法，不仅仅可以用于实现甲烷水蒸气的重整，也能够用于实现丙烷等烷烃类轻质碳氢化合物与水蒸气的重整，且具有相似的技术原理和效果。

基于本发明镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置的技术原理，作为进一步的改进方案，如图1所示，装置中的水循环热交换器50还用于收集其气流换热通道内水蒸气冷却所凝结的冷凝水并通过冷凝水输出口52排出，且水循环热交换器的冷凝水输出口52与水循环蒸发冷凝器40的循环水集水槽42相连通；这样以来，水循环热交换器的气流换热通道内的混合气体通过热交换所凝结的冷凝水则会被收集输送至水循环蒸发冷凝器的循环水集水槽，使得这些冷凝水在水循环蒸发冷凝器中被用以与渣粒收集器换热蒸发为水蒸气，进而被再次输送回到重整反应床和干法粒化器内参与重整反应，实现对冷凝水及其冷量资源的循环利用。而作为本发明镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置另一方面的改进方案，如图1所示，装置中重整反应床20的出料口21与渣粒收集器30之间还可以增设有圆盘给料器80，用以进行重整反应床的出料口向渣粒收集器的送料布料处理；这样以来，可以通过圆盘给料器，使得从重整反应床的出料口落入渣粒收集器的渣粒在渣粒收集器中铺设更加均匀，避免了渣粒收集器内的渣粒在重整反应床出料口下方位置的集中堆砌而导致散热不均，从而更有利于渣粒收集器中的渣粒与水循环蒸发冷凝器之间的热传导，能够更好的保证镍铁合金颗粒在渣粒收集器中与水循环蒸发冷凝器的换热效率。上述两方面的改进方案，通过不同侧面的结构改进，使得本发明的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置能够具备更好的余热回收利用效率。

此外需要说明的是，在本发明技术方案中所涉及的甲烷水蒸气重整反应，已经是一项应用较为成熟的技术，因此其反应所需通入的甲烷、水蒸气的用量比例，是本领域技术人员能够根据其技术知识进行掌握的，加之本发明技术方案中还涉及将镍铁合金余热利用于产生水蒸气资源供应于重整反应，因此在实际操作中，本领域技术人员可以根据镍铁合金余热产出水蒸气的供应量，适当调整额外通入甲烷、水蒸气供应于重整反应的用量比例，来满足实际加工操作需求。

下面再结合实施例对本发明的技术方案及其效果作进一步的说明。应该理解的是，这些实施方式仅仅是用于进一步说明本发明的实施方案，而不是用于限制本发明。

实施例一：

采用本发明镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置对熔融镍铁合金进行粒化和余热回收操作，且干法粒化器中采用本发明提出的优化结构的离心粒化装置。启动运行镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，并通过其甲烷水蒸气进气口向重整反应床内通入甲烷水蒸气，由气流通道上的抽风机带动镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置内的气流循环；然后将1600℃左右的液态镍铁合金注入干法粒化器顶部的镍铁合金液入口，流入干法粒化器中的离心粒化装置，所用离心粒化装置采用本发明提出的优化结构，其多孔离心转杯的直径为55 mm，高度为135 mm，杯壁厚度为5mm，杯壁上通孔的孔径为10mm，排布在同一行的相邻两个通孔边缘之间的间距为5mm，排布在相邻两行的相邻两个通孔边缘之间的间距为6mm，分别控制离心粒化装置转速为100、200和300rpm，流入离心粒化装置的液态镍铁合金在离心力作用下被甩出，随后破碎、粒化成熔滴，且飞行中的镍铁合金熔滴在表面张力以及与干法粒化器内上升的气流进行对流换热，凝固成1000℃左右的镍铁合金颗粒，落入重整反应床中堆砌一段时间后从重整反应床底部漏斗状的出料口排放至渣粒收集器加以收集，该过程中镍铁合金颗粒重整反应床内上升的气流再次进行对流换热，使得镍铁合金颗粒温度降至700℃左右，因此在渣粒收集器内的镍铁合金颗粒再与水循环蒸发冷凝器进行热交换，将其剩余显热转化为重整反应所需的水蒸气；而在上述的过程中，在气流通道上的抽风机的抽吸作用下，从甲烷水蒸气进气口进入重整反应床的甲烷水蒸气向上流入干法粒化器内，且在重整反应床和干法粒化器内与镍铁合金颗粒直接接触，在受热和镍铁合金作为催化剂的作用下发生重整反应生成一氧化碳和氢气，而后一氧化碳、氢气与未反应完的甲烷水蒸气所组成的混合气体从干法粒化器顶部的气体出口流入气流通道，经除尘器除尘后进入水循环热交换器的气流换热通道内进行换热，混合气体中的水蒸气在水循环热交换器的气流换热通道内被冷凝分离，同时使得水循环热交换器的循环水受热蒸发出水蒸气，从而将混合气体的显热转化为重整反应所需的水蒸气，而去除水蒸气的混合气体（主要成分为CH₄、CO和H₂）再通过水循环热交换器的气流换热通道出口流入至甲烷分离器，使得其中的甲烷被分离后从甲烷气体出口排出，而后与利用余热生成的水蒸气又一同流回重整反应床和干法粒化器内继续冷却镍铁合金颗粒并参与重整反应，而去除水蒸气的混合气体中的一氧化碳、氢气在甲烷分离器中与甲烷分离后从混合尾气出口排出，进而可以通过混合尾气出口对一氧化碳、氢气的混合气体（水煤气）加以收集和利用，例如用以作为燃料能源或制氢原料等。本实施例对镍铁合金的粒化处理结果如表1所示：

表1 实施例一所得镍铁合金颗粒粒度组成（wt%）

实施例二：

采用本发明镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置对熔融镍铁合金进行粒化和余热回收操作，且干法粒化器中采用本发明提出的优化结构的离心粒化装置。启动运行镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，并通过其甲烷水蒸气进气口向重整反应床内通入甲烷水蒸气，由气流通道上的抽风机带动镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置内的气流循环；然后将1630℃左右的液态镍铁合金注入干法粒化器顶部的镍铁合金液入口，流入干法粒化器中的离心粒化装置，所用离心粒化装置采用本发明提出的优化结构，其多孔离心转杯的直径为55 mm，高度为135 mm，杯壁厚度为8mm，杯壁上通孔的孔径为15mm，排布在同一行的相邻两个通孔边缘之间的间距为8mm，排布在相邻两行的相邻两个通孔边缘之间的间距为10mm，分别控制离心粒化装置转速为100、200和300rpm，流入离心粒化装置的液态镍铁合金在离心力作用下被甩出，随后破碎、粒化成熔滴，且飞行中的镍铁合金熔滴在表面张力以及与干法粒化器内上升的气流进行对流换热，凝固成1050℃左右的镍铁合金颗粒，落入重整反应床中堆砌一段时间后从重整反应床底部漏斗状的出料口排放至渣粒收集器加以收集，该过程中镍铁合金颗粒重整反应床内上升的气流再次进行对流换热，使得镍铁合金颗粒温度降至730℃左右，因此在渣粒收集器内的镍铁合金颗粒再与水循环蒸发冷凝器进行热交换，将其剩余显热转化为重整反应所需的水蒸气；而在上述的过程中，在气流通道上的抽风机的抽吸作用下，从甲烷水蒸气进气口进入重整反应床的甲烷水蒸气向上流入干法粒化器内，且在重整反应床和干法粒化器内与镍铁合金颗粒直接接触，在受热和镍铁合金作为催化剂的作用下发生重整反应生成一氧化碳和氢气，而后一氧化碳、氢气与未反应完的甲烷水蒸气所组成的混合气体从干法粒化器顶部的气体出口流入气流通道，经除尘器除尘后进入水循环热交换器的气流换热通道内进行换热，混合气体中的水蒸气在水循环热交换器的气流换热通道内被冷凝分离，同时使得水循环热交换器的循环水受热蒸发出水蒸气，从而将混合气体的显热转化为重整反应所需的水蒸气，而去除水蒸气的混合气体（主要成分为CH₄、CO和H₂）再通过水循环热交换器的气流换热通道出口流入至甲烷分离器，使得其中的甲烷被分离后从甲烷气体出口排出，而后与利用余热生成的水蒸气又一同流回重整反应床和干法粒化器内继续冷却镍铁合金颗粒并参与重整反应，而去除水蒸气的混合气体中的一氧化碳、氢气在甲烷分离器中与甲烷分离后从混合尾气出口排出，进而可以通过混合尾气出口对一氧化碳、氢气的混合气体（水煤气）加以收集和利用，例如用以作为燃料能源或制氢原料等。本实施例对镍铁合金的粒化处理结果如表2所示：

表2 实施例二所得镍铁合金颗粒粒度组成（wt%）

实施例三：

采用本发明镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置对熔融镍铁合金进行粒化和余热回收操作，且干法粒化器中采用本发明提出的优化结构的离心粒化装置。启动运行镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，并通过其甲烷水蒸气进气口向重整反应床内通入甲烷水蒸气，由气流通道上的抽风机带动镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置内的气流循环；然后将1650℃左右的液态镍铁合金注入干法粒化器顶部的镍铁合金液入口，流入干法粒化器中的离心粒化装置，所用离心粒化装置采用本发明提出的优化结构，其多孔离心转杯的直径为55 mm，高度为135 mm，杯壁厚度为10mm，杯壁上通孔的孔径为20mm，排布在同一行的相邻两个通孔边缘之间的间距为10mm，排布在相邻两行的相邻两个通孔边缘之间的间距为15mm，分别控制离心粒化装置转速为100、200和300rpm，流入离心粒化装置的液态镍铁合金在离心力作用下被甩出，随后破碎、粒化成熔滴，且飞行中的镍铁合金熔滴在表面张力以及与干法粒化器内上升的气流进行对流换热，凝固成1100℃左右的镍铁合金颗粒，落入重整反应床中堆砌一段时间后从重整反应床底部漏斗状的出料口排放至渣粒收集器加以收集，该过程中镍铁合金颗粒重整反应床内上升的气流再次进行对流换热，使得镍铁合金颗粒温度降至750℃左右，因此在渣粒收集器内的镍铁合金颗粒再与水循环蒸发冷凝器进行热交换，将其剩余显热转化为重整反应所需的水蒸气；而在上述的过程中，在气流通道上的抽风机的抽吸作用下，从甲烷水蒸气进气口进入重整反应床的甲烷水蒸气向上流入干法粒化器内，且在重整反应床和干法粒化器内与镍铁合金颗粒直接接触，在受热和镍铁合金作为催化剂的作用下发生重整反应生成一氧化碳和氢气，而后一氧化碳、氢气与未反应完的甲烷水蒸气所组成的混合气体从干法粒化器顶部的气体出口流入气流通道，经除尘器除尘后进入水循环热交换器的气流换热通道内进行换热，混合气体中的水蒸气在水循环热交换器的气流换热通道内被冷凝分离，同时使得水循环热交换器的循环水受热蒸发出水蒸气，从而将混合气体的显热转化为重整反应所需的水蒸气，而去除水蒸气的混合气体（主要成分为CH₄、CO和H₂）再通过水循环热交换器的气流换热通道出口流入至甲烷分离器，使得其中的甲烷被分离后从甲烷气体出口排出，而后与利用余热生成的水蒸气又一同流回重整反应床和干法粒化器内继续冷却镍铁合金颗粒并参与重整反应，而去除水蒸气的混合气体中的一氧化碳、氢气在甲烷分离器中与甲烷分离后从混合尾气出口排出，进而可以通过混合尾气出口对一氧化碳、氢气的混合气体（水煤气）加以收集和利用，例如用以作为燃料能源或制氢原料等。本实施例对镍铁合金的粒化处理结果如表3所示：

表3 实施例三所得镍铁合金颗粒粒度组成（wt%）

图3所示为实施例三中粒化所得到的冷却渣粒。通过图3所示的冷却渣粒情况，可以看到，采用本发明镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置即方法得到的冷却渣粒，其玻璃化程度很高，并且其渣粒粒径分布均匀，球形度良好，渣棉极少，并粒度主要分布在10~20mm范围，能够直接满足不锈钢冶炼工艺要求，冷却渣粒的利用率高。

综上所述，本发明的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置结构较为简单，生产实施和使用操作都较为简便，并且结合其镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收方法，在实现对液态熔融镍铁合金粒化加工的同时，还能够对态镍铁合金的余热通过物理法联合化学法的多级回收转化为甲烷水蒸气重整反应的所需资源，能够帮助提高对镍铁合金余热资源的回收利用率，从而有效解决现有技术中熔融镍铁合金的粒化加工难以满足不锈钢冶炼工艺要求、且其余热资源回收利用率低的问题，具有很好的工业应用价值，可以在国内冶金企业推广应用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，其特征在于，包括干法粒化器、重整反应床、渣粒收集器、水循环蒸发冷凝器、水循环热交换器和甲烷分离器；

所述干法粒化器的顶部设有镍铁合金液入口和气体出口，干法粒化器内的中部位于镍铁合金液入口的正下方位置处设有离心粒化装置，干法粒化器的底部与所述重整反应床的顶部相贯通连接；重整反应床的底部设有漏斗状的出料口，且重整反应床的下部靠近漏斗状出料口位置处的侧壁上设有甲烷水蒸气进气口；所述渣粒收集器正对设置于重整反应床的出料口下方的出料位置处，所述水循环蒸发冷凝器设置于渣粒收集器的底部并能够与渣粒收集器之间进行热传导，且水循环蒸发冷凝器的水蒸汽出口连通至重整反应床的甲烷水蒸气进气口；

所述干法粒化器顶部的气体出口通过依次设置有抽风机和除尘器的气流通道连通至水循环热交换器的气流换热通道入口，由抽风机驱动气流从干法粒化器流向水循环热交换器的气流换热通道；所述水循环热交换器的气流换热通道出口连通至甲烷分离器的进气口，且水循环热交换器的循环水换热蒸汽出口连通至重整反应床的甲烷水蒸气进气口；所述甲烷分离器用于从进入的气体中分离出甲烷，并将分离得到的甲烷和混合尾气分别从其甲烷气体出口和混合尾气出口排出，且甲烷分离器的甲烷气体出口也连通至重整反应床的甲烷水蒸气进气口。

2.根据权利要求1所述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，其特征在于，所述干法粒化器内的离心粒化装置由驱动轴竖直向上设置的旋转驱动电机以及安装在旋转驱动电机的驱动轴上的多孔离心转杯构成；所述多孔离心转杯具有一水平设置的杯底以及沿杯底边缘竖直向上延伸的杯壁，多孔离心转杯的开口朝上且正对于干法粒化器的镍铁合金液入口，多孔离心转杯的杯壁上沿周向设有从杯底位置处自下而上排布成若干行的通孔，所述杯壁的厚度为5~10mm，所述通孔的孔径为10~20mm，排布在同一行的相邻两个通孔边缘之间的间距为5~10mm，排布在相邻两行的相邻两个通孔边缘之间的间距为6~15mm，且每相邻两行的通孔交错排列。

3.根据权利要求1所述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，其特征在于，所述水循环热交换器还用于收集其气流换热通道内水蒸气冷却所凝结的冷凝水并通过冷凝水输出口排出，且水循环热交换器的冷凝水输出口与水循环蒸发冷凝器的循环水集水槽相连通。

4.根据权利要求1所述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，其特征在于，所述重整反应床为移动床或流化床。

5.根据权利要求1所述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，其特征在于，所述甲烷分离器采用多级变压吸附塔。

6.根据权利要求1所述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，其特征在于，所述重整反应床的出料口与渣粒收集器之间设有圆盘给料器，用以进行重整反应床的出料口向渣粒收集器的送料。

7.一种镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置按如下步骤实施：

1）启动运行镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置，控制其干法粒化器中离心粒化装置转速为100~300rpm，并通过其甲烷水蒸气进气口向重整反应床内通入甲烷水蒸气，由气流通道上的抽风机带动镍铁合金干法粒化及甲烷水蒸气重整余热回收装置内的气流循环；

2）将1600~1650℃的液态熔融镍铁合金注入干法粒化器顶部的镍铁合金液入口，流入干法粒化器中的离心粒化装置，在离心力作用下被甩出，随后破碎、粒化成熔滴，且飞行中的镍铁合金熔滴在表面张力以及与干法粒化器内上升的气流进行对流换热，凝固成1000~1100℃的镍铁合金颗粒，落入重整反应床中；

3）进入重整反应床的镍铁合金颗粒在继续下落以及在重整反应床内堆砌停留的过程中，与重整反应床内上升的气流再次进行对流换热，使得镍铁合金颗粒温度降至700~750℃，然后从重整反应床底部的出料口排放至渣粒收集器加以收集，且在渣粒收集器内的镍铁合金颗粒与水循环蒸发冷凝器进行热交换，使得水循环蒸发冷凝器中的循环水受热蒸发出水蒸气并通过水蒸汽出口将水蒸气输送至重整反应床的甲烷水蒸气进气口，从而进入重整反应床和干法粒化器内参与重整反应；

4）在步骤2）~3）的过程中，在气流通道上的抽风机的抽吸作用下，从甲烷水蒸气进气口进入重整反应床的甲烷水蒸气向上流入干法粒化器内，且在重整反应床和干法粒化器内与镍铁合金颗粒直接接触，在受热和镍铁合金作为催化剂的作用下发生重整反应生成一氧化碳和氢气，而后一氧化碳、氢气与未反应完的甲烷水蒸气所组成的混合气体从干法粒化器顶部的气体出口流入气流通道，经除尘器除尘后进入水循环热交换器的气流换热通道内进行换热，混合气体中的水蒸气在水循环热交换器的气流换热通道内被冷凝分离，同时使得水循环热交换器的循环水受热蒸发出水蒸气并通过循环水换热蒸汽出口将水蒸气输送至重整反应床的甲烷水蒸气进气口，从而进入重整反应床和干法粒化器内参与重整反应；去除水蒸气的混合气体再通过水循环热交换器的气流换热通道出口流入至甲烷分离器，使得去除水蒸气的混合气体中的甲烷在甲烷分离器中被分离后从甲烷气体出口排出，然后通过重整反应床的甲烷水蒸气进气口重新回到重整反应床和干法粒化器内参与重整反应，而去除水蒸气的混合气体中的一氧化碳、氢气在甲烷分离器中与甲烷分离后从混合尾气出口排出。