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CN102762693B - 通过使用二氧化碳扩增焦炉煤气的方法 - Google Patents

通过使用二氧化碳扩增焦炉煤气的方法 Download PDF

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Abstract

提供一种通过利用焦化炉的余热使高温碳与二氧化碳和/或水发生反应，从而使焦炉煤气(COG)扩增的方法。更特别地是，COG的扩增方法包括向焦化炉碳化室中的COG流通入包括二氧化碳、水或其混合物的气化剂，使气化剂与碳在碳化室中反应来气化碳，以及提供一种适合进行上述方法的焦炉。

Description

通过使用二氧化碳扩增焦炉煤气的方法
技术领域
本发明涉及一种通过利用焦炉产生的余热使高温碳与二氧化碳或水反应以扩增(amplification)焦炉煤气(COG)的方法。
技术背景
焦炉煤气(COG)是炼铁或者炼钢工业炼焦过程中的副产物，COG净化后主要用作炼钢工业的燃料，近来随着炼钢和炼铁工业中所需的COG的量在增加，扩增COG成为一个重要的课题。
同时，由于近来二氧化碳的问题，氢的大规模生产已成为一个重要课题，其中在氢气大规模生产的同时，COG作为燃料也引起了人们的注意。
然而，由于COG中焦油或者硫化氢(H2S)的存在，使得通过热交换器从高温粗COG中回收能量变得困难。为了打破这种限制，日本最近已经开始通过利用催化剂分解高温粗COG焦油或在约1200℃的高温下通过加入氧气允许发生部分氧化反应使燃气组分扩增的研究。然而，上述方法中存在由催化剂再生和耗氧高导致的技术问题和经济限制。
近来对通过碳和二氧化碳或者水反应获得一氧化碳和氢气的研究作为煤气化的主要潜在方法引起人们的注意。但是，气化中需要高温热量和大量氧气。
公开内容
技术问题
如上描述，碳与二氧化碳或者水反应需要高温热量。本发明一方面提供一种通过利用焦炉煤气(COG)的余热和高温碳使高温热量投入最小化的方法，其中高温碳是如焦炭生产中产生的焦粉、煤粉、积碳或者海绵碳。
本发明另一方面提供了一种通过转变低利用率的高温碳，特别是海绵碳，从而使COG扩增的方法，其中海绵碳产自于通过焦炭与二氧化碳和水发生化学反应产生一氧化碳或者一氧化碳和氢气的过程中。
本发明的另一方面提供了一种利用焦炉产生的高温粗COG的潜热增加COG总热值的方法。
技术方法
根据本发明的一方面，提供了一种焦炉煤气(COG)扩增的方法，包括：向焦化炉碳化室中的焦炉煤气流(COG)提供包括二氧化碳、水或其混合物的气化剂中；在碳化室中通过气化剂与碳反应来气化碳。
将气化剂提供至焦化炉碳化室的上侧COG中。
提供至COG流中气化剂的量占生成的COG总量的0.1％至10％。
控制具有被供入至COG中的气化剂的COG流在碳化室中保持5秒至1分钟。
根据本发明的另一个方面，提供一种焦炭炉包括碳化室和上升管，并具有从碳化室向碳化室内所形成的上升管移动的焦炉煤气流，其中焦炉可包括向碳化室中的焦炉煤气流提供包括二氧化碳、水或者其混合物的气化剂的进气管。
进气管用于向焦化炉上侧的上游侧气流提供气化剂。
有益的效果
根据本发明的一个实施例，COG量的增加是可能的，且利用余热可将二氧化碳作为一种资源，因此经济上可接受减少大量二氧化碳的工艺。
此外，增加的COG可用作还原剂和炼钢工业所需的热源或者转化成氢从而可大规模生产氢。
附图说明
当参照相关附图研读以下详细描述时，将更好地理解本发明的上述和其它方面的特征和其它优点，其中：
图1根据本发明的实施例描述了一种通过利用二氧化碳和水使焦炉煤气扩增的方法。
最佳方式
下面，参考附图对本发明进行更详细的描述。
图1根据本发明的实施例描述了一种通过利用二氧化碳和水使焦炉煤气(COG)扩增的方法，其中附图标记如下：1：高温碳，2：气化剂进气管，3：上升管，4：碳化室。
如图1所示，气化剂引入焦炉碳化室。在煤被送入碳化室中生产焦炭后，焦炉煤气作为副产物在炼焦过程中相对较高的温度(约1200℃)下产生。除了焦炉煤气，高温碳如焦粉、煤粉、积碳和海绵碳都可存在于碳化室中。产生的焦炉煤气的温度在800℃至1200℃之间。
将二氧化碳和/或水加入到粗COG中在常压下发生气化反应，从而增加了焦炉煤气的量。此时，气化剂可包括二氧化碳和水。
C(高温碳)+CO2→2CO
ΔH＝41.4kcal/mol(吸热反应：鲍多尔德(Boudouard)反应)
C+H2O→CO+H2
ΔH＝31.3kcal/mol(吸热反应：水煤气反应)
在本发明中，二氧化碳作为一种反应剂，通过与高温碳在具有超过800℃的高温余热的焦炉中发生吸热鲍多尔德反应来制备一氧化碳。由于鲍多尔德反应在800℃或更高的高温下会进一步加快反应，气化剂可通入保持在800℃或更高的高温下的碳化室中。例如，气化剂可提供给离上升管最远的碳化室的侧壁，如气化炉的上侧，因为有充足的反应时间来保证气化反应。
相反，上升管的温度约为800℃，但是不利于上述的气化反应，因为使用液态氨的冷却区设置在上升管附近。因此，在这种情况下需要一个相对长的滞留时间。结果由于大量积碳、温度和滞留时间接近上升管的限制而不利于通过气化反应生成一氧化碳。
因此，如上所述，提供气化剂的进气管安装在碳化室的侧壁，气化剂进气管可安装在焦炉碳化室的上游侧。
另外，气化反应是强吸热反应，不仅更有效回收了焦炉煤气的高温余热，而且增加了焦炉煤气的量和通过利用二氧化碳减少了二氧化碳的排放量。
可进一步增加水作为气化剂。这种情况下，可进行水煤气吸热反应，从而也可有效回收高温余热和产生一氧化碳和氢气。因此，可增加焦炉气的量，进一步可生产氢气。
气化剂的加入量占总的生成的焦炉煤气的体积百分比约为0.1体积％至10体积％，例如，可以为1体积％至5体积％。例如气化剂的加入量可以为1.5体积％至3体积％。通常，一吨进料煤可制得焦炉煤气的量约为100Nm3至500Nm3。当气化剂在产生的焦炉煤气中的体积比例低于0.1体积％时，气化剂的作用由于气化剂的输入而变得很小，当气化剂的供应超过10体积％时，气化剂没有转化成一氧化碳的量将增加。
另外，为了使气化剂与碳充分发生气化反应产生一氧化碳和/或氢气，气化剂在碳化室的停留时间需要5秒以上。然而，当停留时间超过1分钟时，额外的气化反应不再进行，因此停留时间控制在1分钟之内。例如，停留时间可以控制在10秒至30秒。可以通过控制气化剂和蒸汽的流量或者调节碳化室的长度来控制停留时间。
此外，焦炉具有通入二氧化碳、水或其混合物的气化剂进气管和具有构造成能确保反应停留时间的碳化室，所述焦炉可增加COG的量。同时，焦化炉可包括后处理系统来处理增加的COG，后处理系统包括分离和存储一氧化碳和氢的装置，其中一氧化碳和氢是通过高温碳与加入的包括二氧化碳和水的气化剂反应产生的。
发明的实施方式
实施方式
实施例1
利用焦炉模拟系统在1000℃的温度下，向含有27体积％的甲烷、56％的氢气、8％的一氧化碳和3％的二氧化碳的COG(余量为氮气)中加入占其总量2％的二氧化碳(CO2)。同时，在距离上升管最远的碳化室一侧加入CO2。此时，在1000℃的温度下，反应在碳化室内保持滞留时间20秒。
加入CO2后产生的气体的组成中，氢气减少至54体积％，一氧化碳增加至12体积％。根据上述结果，可以确定加入的二氧化碳的大多数通过鲍多尔德反应转化成了一氧化碳(CO)。
对比例1
实验按照实施例1相同的方式进行，除了在碳化室上升管附近位置加入二氧化碳，滞留时间控制为2秒。
加入CO2后产生的气体的组成中，成分基本没变，可以确定的是加入的二氧化碳中约有10％转化成了CO。
根据本发明的实施例COG的量是可以增加的，CO2可作为资源利用，经济上可接受减少大量二氧化碳的工艺。
此外，COG量的增加可用作炼钢工业中的还原剂和热源或者可被转化成氢而大量生产氢。
虽然本发明已结合实施例进行了展示和描述，但对本领域的技术人员来说，不脱离本发明精神和范围的修改和变化都被本权利要求所保护，这点是显而易见的。

Claims (3)

1.一种焦炉煤气扩增的方法，该方法包括：
向焦化炉碳化室中的焦炉煤气流（COG）提供包括二氧化碳、水或其混合物的气化剂；和
在碳化室中通过气化剂与碳反应来气化碳；
其中控制具有被供入至COG中的气化剂的COG流在碳化室中保持5秒至1分钟。
2.权利要求1所述的方法，其中将气化剂提供至焦化炉碳化室上侧的COG中。
3.权利要求1所述的方法，其中提供至COG流中气化剂的量占生成的COG总量的0.1%至10%。
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