CN108265145A - 一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法及系统，包括将焦炉煤气进行脱硫净化处理和氢气提纯处理，获得富氢气体；将高炉煤气进行除尘净化处理和脱硫脱氮处理，获得富CO2气；将富氢气体和富CO2气混合后压缩换热进行甲醇催化合成反应，获得甲醇产品，产生的甲醇驰放气与脱硫净化处理产生的焦炉气余气及氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合作为钢铁联合生产企业各生产工序及发电装置的燃料气。本发明采用富CO2的高炉煤气与来自焦炉煤气提纯后的氢气混合后去富CO2加氢制甲醇装置，工艺过程简单，实现了钢铁生产过程中二氧化碳的资源化利用，进一步降低了传统钢铁联合生产过程的二氧化碳排放，同时高附加值的产品增加了钢铁生产企业的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于黑色金属冶炼技术领域，特别是涉及一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法及系统。
背景技术
钢铁行业是中国工业部门的重要组成部分，在中国的国民经济和城镇化进程中占着举足轻重的地位。中国粗钢产量自1996年起已经连续20年位列世界第一。2015年中国粗钢产量超过800Mt，占世界总产量的50％。2013年该行业总能耗为688.4Mtce，占工业部门能源消费量的23.65％，全国能源消费量的16.51％。但是，随着我国炼钢技术水平的提高，落后产能的淘汰，我国黑色钢铁冶炼及压延工业的单位能耗下降明显，同2000年相比下降了约28％左右但相比日本仍高出10％左右。根据2013年国家能源统计年鉴计算，黑色金属冶炼及压延工业2012年CO2排放达到16.9亿吨，占工业部门总排放量的30.4％。在2015年召开的全球气候变化大会上，中国政府承诺将于2030年左右使二氧化碳排放达到峰值并争取尽早实现，2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60％～65％。因此，作为中国的国民经济行业的能源消耗大户和碳排放大户，实现钢铁行业的低碳化的发展对中国目前面临的碳减排压力非常重要。
目前钢铁联合生产企业实现降低能耗和减少二氧化碳排放的方式主要是钢铁生产技术的改进和替代如电炉钢技术和竖炉还原铁炼钢技术的应用以及传统钢铁生产过程中余热余能回收技术的使用如干法熄焦技术、烧结余热回收技术、高炉炉顶压差发电技术、蓄热式轧钢加热转炉技术、煤调湿技术等。但是，目前我国废钢产量少，用电费用高，电炉钢的生产不具备较好的经济竞争力，我国的电炉钢产量长期维持在10％左右。对于竖炉直接还原铁技术，目前全球80％的直接还原铁采用以天然气为原料的MIDREX和HYL工艺，我国由于天然气产量少，价格高，不具备规模化发展该技术的优势。对于传统钢铁生产过程，采用余热余能回收工艺从而降低生产系统的外供电和蒸汽从而降低间接CO2排放量是我国钢铁生产企业的主要节能减排的方法。从钢铁生产企业的碳素平衡分析，煤炭作为钢铁生产企业的原料(用于焦化和高炉工序)和燃料(用于发电和供热)，除少量碳被固定在焦化工序的化学品(煤焦油、粗笨)和生铁及粗钢产品中，超过90％以上的碳都作为CO2排放到了大气中。因此仅通过余热余能回收降低间接CO2排放是不够的，CO2作为含碳元素，应该同其他含碳元素一样被充分利用。
传统钢铁生产过程中副产大量煤气，其中高炉煤气的CO2含量最高，脱氮后可达35～45％，同时高炉煤气的产量是钢铁生产过程中最大的，吨钢高炉煤气产量可达1500m3，目前大部分高炉煤气的利用方式是作为燃料与其他煤气混合后为各生产工序燃烧供热或去发电单元发电，而其含有的CO2全部排放至大气中。
专利201010242294.0公布了一种回收利用高炉煤气的方法，高炉煤气压缩后进入变温吸附系统，再加压输送至变压吸附提碳系统提纯碳一混合气，再将剩余高炉煤气加压输送至变压吸附提氮系统，分离回收氮气，获得高纯度的碳一混合气和氮气，该专利仅涉及高炉煤气的分离和回收并未公布分离后的高纯碳一混合气的具体利用方法。
专利201611058463.9公布了一种高效降低钢铁联合企业CO2排放的方法，将高炉煤气、氧气和水蒸气通入造气炉，在高温区与碳反应生成CO和H2，然后与通过焦炉气催化部分氧化工艺生产的氢气混合去甲醇生产系统。该专利甲醇原料气生产工艺系统复杂，且采用高温造气炉和催化部分氧化转化炉，设备投资大。
本发明使用脱碳净化后富含CO2的高炉煤气与来自焦炉煤气变压吸附提纯后的氢气混合后去富CO2加氢制甲醇装置，合成气生产部分不含造价高的高温反应器，工艺过程简单，实现了钢铁生产过程中二氧化碳的资源化利用，进一步降低了传统钢铁联合生产过程的二氧化碳排放，同时高附加值的产品增加了钢铁生产企业的经济效益。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法及系统，用于解决现有技术中回收利用高炉煤气中CO2的工艺复杂、成本高、利用率低等的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，所述方法至少包括：
提供焦炉煤气，将所述焦炉煤气依次进行脱硫净化处理和氢气提纯处理，获得富氢气体
提供高炉煤气，将所述高炉煤气依次进行除尘净化处理和脱硫脱氮处理，获得富CO2气；
将所述富氢气体和所述富CO2气混合后压缩换热，再进行甲醇催化合成反应，获得甲醇产品，所述甲醇催化合成反应产生的甲醇驰放气、所述脱硫净化处理产生的焦炉气余气以及所述氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气。
作为本发明富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，所述焦炉煤气通过炼焦过程获得，所述高炉煤气通过高炉炼铁过程获得。
作为本发明富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，将所述焦炉煤气先升压至常压～1.5MPa，然后进行所述脱硫净化处理，获得焦炉气净化气，然后将所述焦炉气净化气加压至1～3MPa，对所述焦炉气净化气进行所述氢气提纯处理，其中，所述焦炉气净化气回收率介于65％～80％之间，所述焦炉气净化气摩尔组成包括H2：55～60％、CO：5-8％，CH4：23～28％，CO2：1.5～3％，N2：3～6％。
作为本发明富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，进行所述氢气提纯处理后，氢气的回收率介于75％～90％之间，获得的所述富氢气体中，氢气的摩尔含量大于95％。
作为本发明富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，所述氢气提纯处理产生的所述变压吸附解吸气的热值介于20～28MJ/m3之间，所述变压吸附解吸气的摩尔组成包括H2：15～30％；CO：10～20％；CH4：35～50％，CO2：5～8％，N2：8～15％。
作为本发明富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，所述脱硫净化处理包括胺法脱硫、加氢脱硫及吸附脱硫工艺中的一种。
作为本发明富CO2的高炉煤气高附加值利用的方法的一种优化的方案，先将所述高炉煤气降温至90～260℃，然后进行所述除尘净化处理，获得高炉气净化气，所述高炉气净化气含尘量小于或者等于5mg/m3。
作为本发明富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，进行所述除尘净化处理后，先将所述高炉气净化气升压至常压～1.5MPa，然后进行所述脱硫脱氮处理，获得所述富CO2气，所述富CO2气中的硫化物含量介于0.05～0.1ppm之间，所述富CO2气摩尔组成包括H2：1～5％，CO：48～55％，CO2：35～45％，N2：1～5％。
作为本发明富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，所述富氢气体和所述富CO2气混合后形成甲醇原料气，所述甲醇原料气的氢碳摩尔比介于2.0～3之间，经压缩换热后将所述甲醇原料气升至3～7MPa，所述甲醇催化合成反应的温度介于220～300℃之间，合成气空速介于4000～15000hr-1之间，所述甲醇催化合成反应采用固定床反应器，采用的催化剂包括Cu/ZnO/Al2O3、Cu/ZnO/ZrO2、Cu/ZnO/TiO2及Cu/ZnO/Cr2O3中的一种。
作为本发明富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，所述甲醇催化合成反应产生的甲醇驰放气与所述脱硫净化处理产生的焦炉气余气以及所述氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合后形成混合燃料气，作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气，所述混合燃料气的热值介于16～22MJ/m3之间，所述混合燃料气的摩尔组成包括H2：35～45％，CO：5～12％，CH4：25～35％、CO2：6～10％，N2：5～8％。
作为本发明富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，所述钢铁联合生产企业各生产工序包括焦化工序、烧结工序、高炉工序、转炉工序、连铸工序、轧钢工序中的一种或多种组合，所述发电装置包括燃气-蒸汽联合循环发电装置。
本发明还提供一种富二氧化碳的高炉煤气的利用系统，所述系统至少包括：脱硫进化装置、氢气提纯装置、除尘净化装置、脱硫脱氮装置、第一混气装置、甲醇合成装置以及第二混气装置；
所述脱硫净化装置的入口与焦化装置相连，所述脱硫净化装置的焦炉气余气出口与所述第二混气装置的入口相连，所述脱硫净化装置的焦炉气净化气出口与所述氢气提纯装置的入口相连；
所述氢气提纯装置的变压吸附解析气出口与所述第二混气装置的入口相连，所述氢气提纯装置的富氢气体出口与所述第一混气装置的入口相连；
所述除尘净化装置的入口与高炉炼铁装置相连，所述除尘净化装置的出口与所述脱硫脱氮装置的入口相连
所述脱硫脱氮装置的出口与所述第一混气装置的入口相连；
所述第一混气装置的出口经压缩换热装置与所述甲醇合成装置的入口相连，所述甲醇合成装置的甲醇驰放气出口与所述第二混气装置的入口相连，所述第二混气装置的出口连接至钢铁联合生产企业各生产装置以及发电装置。
如上所述，本发明的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法及系统，具有以下有益效果：
1、使用富CO2的高炉煤气作为甲醇原料气，甲醇原料气生产过程不含脱碳装置，通过富CO2加氢工艺生产甲醇，同时实现了二氧化碳的高效利用，既减少了温室气体排放，提高了系统碳效率。
2、本发明在生产甲醇合成气时，不含复杂的转化炉和反应器，工艺简洁容易控制，降低了生产系统的投资成本。
3、本发明采用焦炉气余气、变压吸附解吸气和甲醇驰放气作为钢铁联合生产企业各生产工序燃料气及发电装置的燃料，提高了钢铁生产系统的能源利用率。
4、本发明采用富CO2的高炉煤气生产高附加值的甲醇产品，提高钢铁联合生产企业的经济效益。
附图说明
图1为本发明富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的流程示意图。
图2为本发明富二氧化碳的高炉煤气的利用系统示意图。
元件标号说明
1 脱硫净化装置
2 氢气提纯装置
3 除尘净化装置
4 脱硫脱氮装置
5 第一混气装置
6 甲醇合成装置
7 第二混气装置
8 压缩换热装置
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本发明提供一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，所述方法至少包括如下步骤：
S1，提供焦炉煤气，将所述焦炉煤气依次进行脱硫净化处理和氢气提纯处理，获得富氢气体；
S2，提供高炉煤气，将所述高炉煤气依次进行除尘净化处理和脱硫脱氮处理，获得富CO2气；
S3，将所述富氢气体和所述富CO2气混合后压缩换热，再进行甲醇催化合成反应，获得甲醇产品，所述甲醇催化合成反应产生的甲醇驰放气、所述脱硫净化处理产生的焦炉气余气以及所述氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气。
需要说明的是，本发明对上述步骤S1和步骤S2的先后顺序不做限制，可以先获得富氢气体，也可以先获得富CO2气，也可以步骤S1和步骤S2同时进行。
下面对本发明的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法做进一步说明，本实施例以先获得富氢气体后获得富CO2气为例。
首先执行步骤S1，提供焦炉煤气，将所述焦炉煤气依次进行脱硫净化处理和氢气提纯处理，获得富氢气体。
作为示例，所述焦炉煤气通过炼焦过程获得，来自焦化装置的焦炉煤气先升压至常压～1.5MPa，然后进行所述脱硫净化处理，以脱除焦炉煤气中的硫化氢、氰化氢、氨等杂质，获得焦炉气净化气，所述焦炉气净化气回收率介于65％～80％之间，所述焦炉气净化气摩尔组成包括H2：55～60％、CO：5-8％，CH4：23～28％，CO2：1.5～3％，N2：3～6％，其他：1～3％。而所述脱硫净化处理所产生的未回收的焦炉气余气则作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气。
然后将所述焦炉气净化气加压至1～3MPa，对所述焦炉气净化气进行所述氢气提纯处理。作为示例，进行所述氢气提纯处理后，氢气的回收率介于75％～90％之间，获得的所述富氢气体中，氢气的摩尔含量大于95％。其中，所述焦炉气净化气压力优选2～3MPa，氢气的回收率≥80％。
除了产生所述富氢气体，所述氢气提纯处理还会产生变压吸附解吸气。所述富氢气体作为后续甲醇催化合成反应的原料气，所述变压吸附解吸气则作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气。
作为示例，所述氢气提纯处理产生的所述变压吸附解吸气的热值介于20～28MJ/m3之间，所述变压吸附解吸气的摩尔组成包括H2：15～30％；CO：10～20％；CH4：35～50％，CO2：5～8％，N2：8～15％，其他：3～8％。
作为示例，所述脱硫净化处理包括胺法脱硫、加氢脱硫及吸附脱硫工艺中的一种。优选地，所述脱硫净化处理选择变压吸附脱硫工艺。
然后执行步骤S2，提供高炉煤气，将所述高炉煤气依次进行除尘净化处理和脱硫脱氮处理，获得富CO2气。
作为示例，所述高炉煤气通过高炉炼铁过程获得。来自高炉炼铁装置的高炉煤气经换热回收热量后温度降至90～260℃，然后进行所述除尘净化处理，获得高炉气净化气，所述高炉气净化气含尘量小于或者等于5mg/m3。
作为示例，进行所述除尘净化处理后，先将所述高炉气净化气升压至常压～1.5MPa，然后进行所述脱硫脱氮处理，获得所述富CO2气，所述富CO2气中的硫化物含量介于0.05～0.1ppm之间，所述富CO2气摩尔组成包括H2：1～5％，CO：48～55％，CO2：35～45％，N2：1～5％，其他：0.2～1％。
最后执行步骤S3，将所述富氢气体和所述富CO2气混合后压缩换热，再进行甲醇催化合成反应，获得甲醇产品，所述甲醇催化合成反应产生的甲醇驰放气、所述脱硫净化处理产生的焦炉气余气以及所述氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气。
作为示例，所述富氢气体和所述富CO2气混合后形成甲醇原料气，所述甲醇原料气的氢碳摩尔比介于2.0～3之间(优选2.5)，经压缩换热后将所述甲醇原料气压力升至3～7Mpa(优选5～6MPa)，所述甲醇催化合成反应的温度介于220～300℃之间，合成气空速介于4000～15000hr-1之间(优选6000～10000hr-1)，压缩换热后的所述甲醇原料气(入塔气)的组成为：H2：68-75％、CO：16-18％、CO2：10-14％、N2：1-2％，其他：0.2-0.6％，所述甲醇催化合成反应采用固定床反应器，采用的催化剂包括Cu/ZnO/Al2O3、Cu/ZnO/ZrO2、Cu/ZnO/TiO2及Cu/ZnO/Cr2O3中的一种，但并不限于此，优选Cu/ZnO/Al2O3系催化剂。在甲醇催化合成装置发生的反应如下：
2H2+CO→CH3OH
3H2+CO2→CH3OH+H2O
H2+CO2→CO+H2O
经过甲醇催化合成反应一方面可以获得甲醇产品，另外还可以产生甲醇驰放气，所述甲醇催化合成反应产生的甲醇驰放气与所述脱硫净化处理产生的焦炉气余气以及所述氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合后形成混合燃料气，作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气，所述混合燃料气的热值介于16～22MJ/m3之间(优选18～-22MJ/m3)，所述混合燃料气的摩尔组成包括H2：35～45％，CO：5～12％，CH4：25～35％、CO2：6～10％，N2：5～8％，其他：2～4％。
作为示例，所述钢铁联合生产企业各生产工序包括焦化工序、烧结工序、高炉工序、转炉工序、连铸工序、轧钢工序中的一种或多种组合，所述发电装置包括燃气-蒸汽联合循环发电装置。
利用本发明的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，在生产甲醇原料气时，仅包括焦炉煤气和高炉煤气的净化、脱氮及提纯工艺，不含复杂的转化炉和反应器，工艺简洁。另外，本发明的甲醇原料气生产过程中不含脱碳装置，甲醇合成工艺采用富CO2加氢合成甲醇工艺，降低了分离能耗同时实现了CO2的资源化利用，提高了钢铁联合生产企业的经济效益。再者，本发明中焦炉气余气、变压吸附解吸气和甲醇驰放气混合后去钢铁联合生产企业各生产工序做燃料气以及去发电装置，提高了钢铁生产系统的能源利用率。
本发明还提供一种富二氧化碳的高炉煤气的利用系统，如图2所示，所述系统至少包括：脱硫进化装置1、氢气提纯装置2、除尘净化装置3、脱硫脱氮装置4、第一混气装置5、甲醇合成装置6以及第二混气装置7；
所述脱硫净化装置1的入口与焦化装置相连，所述脱硫净化装置1的焦炉气余气出口与所述第二混气装置7的入口相连，所述脱硫净化装置1的焦炉气净化气出口与所述氢气提纯装置2的入口相连；
所述氢气提纯装置2的变压吸附解析气出口与所述第二混气装置7的入口相连，所述氢气提纯装置2的富氢气体出口与所述第一混气装置5的入口相连；
所述除尘净化装置3的入口与高炉炼铁装置相连，所述除尘净化装置3的出口与所述脱硫脱氮装置4的入口相连；
所述脱硫脱氮装置4的出口与所述第一混气装置5的入口相连；
所述第一混气装置5的出口经压缩换热装置8与所述甲醇合成装置6的入口相连，所述甲醇合成装置6的甲醇驰放气出口与所述第二混气装置7的入口相连，所述第二混气装置7的出口连接至钢铁联合生产企业各生产装置以及发电装置。
所述系统的工作过程为：
来自焦化装置的焦炉煤气通过所述脱硫净化装置1产生焦炉气净化气和焦炉气余气，所述焦炉气净化气进入所述氢气提纯装置2，所述焦炉气余气则去所述第二混气装置7；
所述焦炉气净化通过所述氢气提纯装置2产生富氢气体和变压吸附解析气，所述富氢气体进入所述第一混气装置5，所述变压吸附解析气则去所述第二混气装置7；
来自高炉炼铁装置的高炉煤气依次通过除尘净化装置3、脱硫脱氮装置4产生富CO2气，所述富CO2气进入所述第一混气装置5；
所述富CO2气和富氢气体在所述第一混气装置5混合后成为甲醇原料气，经过压缩换热装置8后变为入塔气进入甲醇合成装置6，所述甲醇合成装置6合成甲醇产品，另外甲醇合成装置6产生的甲醇驰放气则去所述第二混气装置7，在所述第二混气装置7中，所述焦炉气余气、变压吸附解析气以及甲醇驰放气混合形成混合燃料气，所述混合燃料气可以去钢铁联合生产企业各生产装置以及发电装置作为燃料气，实现资源的充分利用。
下面结合附图2和具体实施案例对本发明作更进一步详细说明。
以某钢铁联合生产企业的焦炉煤气和高炉煤气为计算基础，焦炉煤气回收量为430m3/吨焦炭，高炉煤气回收量为1500m3/吨钢水。以1吨粗钢为计算单位，1吨粗钢需焦炭383kg，副产焦炉煤气165m3，需要钢水0.98吨，副产高炉煤气1465m3。
来自焦化装置的焦炉煤气(165m3)升压至1.5MPa去脱硫净化装置，经脱硫净化后的焦炉煤气回收率为70.7％，未回收的焦炉气余气(46.29m3)去第二混气装置作为钢铁联合生产企业各生产工序的燃料气以及燃气蒸汽联合循环发电(CCPP)装置的燃料。出脱硫净化装置的焦炉气净化气流量为116.73m3，组成为：H2:58％、CO：6.6％，CH4：24.7％，CO2：2.9％，N2：5.3％，其他2.5％。脱硫净化工艺可选择胺法脱硫、加氢脱硫、吸附脱硫工艺，优先选择变压吸附脱硫。
焦炉气净化气加压至2.5MPa后去变压吸附装置(氢气提纯装置)提纯氢气，氢气的回收率为80％，出变压吸附装置的富氢气体中，氢气的摩尔浓度达到99％，流量为54.18m3，去第一混气装置。变压吸附装置的解吸气去第二混气装置作为钢铁联合生产企业各生产工序燃料气和燃气蒸汽联合循环发电装置(CCPP)的燃料，解吸气的热值为24.05MJ/m3，流量为62.54m3，组成为：H2：21.65％、CO：12.32％、CH4：46.1％，CO2：5.41％，N2：9.87％，其他：4.66％。
来自高炉炼铁装置的高炉煤气经换热回收热量后温度降至120℃后进入布袋除尘净化装置，出净化装置的高炉净化气含尘量≤5mg/m3。然后将高炉净化气升压至1.5MPa后去脱硫脱氮装置，将硫化物含量降低至0.05-0.1PPm，氮气含量降低至5％以下。脱硫净化工艺可选择胺法脱硫、加氢脱硫、吸附脱硫工艺，优先选择变压吸附脱硫。出脱硫脱氮装置的富CO2气流量为24.53m3，组成为：H2：4.25％、CO：51.87％、CO2：38.91％、N2：4.00％，其他：0.67％。
经第一混气装置混合后的甲醇原料气中氢碳比为2.5，流量为78.71m3，经压缩换热后压力升至5MPa，温度为280℃，合成气空速为8000，入塔气的组成为：H2：70.19％、CO：16.18％、CO2：12.14％、N2：1.27％，其他：0.22％，在铜基催化剂的催化作用下生产甲醇25.51kg，同时副产甲醇驰放气21.37m3。
甲醇驰放气与焦炉气余气、变压吸附解吸气一起去第二混气装置，混合燃料气的流量为130.21m3，混合燃料气的组成为：H2：42.87％、CO：8.26％、CH4：30.92％、CO2：7.3％，N2：7.39％，其他：3.26％，热值为19.2MJ/m3。混合燃料气分别去焦化工序、烧结工序、高炉工序、转炉工序、连铸工序、轧钢工序供热，流量分别为28.24m3、5.07m3、21.48m3、3.99m3、4.35m3、48.2m3，剩余18.87m3去燃气-蒸汽联合循环发电。
通过对本实施案例进行碳素流分析、能耗分析和经济性评价，本实施案例生产1吨粗钢可减少碳排放量127kg，降低生产能耗51.2千克标煤，同时提高吨钢利润55.8元。
综上所述，本发明提供一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法及系统，所述方法包括提供焦炉煤气，将所述焦炉煤气依次进行脱硫净化处理和氢气提纯处理，获得富氢气体；提供高炉煤气，将所述高炉煤气依次进行除尘净化处理和脱硫脱氮处理，获得富CO2气；将所述富氢气体和所述富CO2气混合后压缩换热，再进行甲醇催化合成反应，获得甲醇产品，所述甲醇催化合成反应产生的甲醇驰放气、所述脱硫净化处理产生的焦炉气余气以及所述氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气。本发明是一种更加低碳环保，工艺简单，副产品价值高的钢铁联合生产企业中富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，使用富含CO2的高炉煤气与来自焦炉煤气提纯后的氢气混合后去富CO2加氢制甲醇装置，工艺过程简单，实现了钢铁生产过程中二氧化碳的资源化利用，进一步降低了传统钢铁联合生产过程的二氧化碳排放，同时高附加值的产品增加了钢铁生产企业的经济效益。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (12)
1.一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于，所述方法至少包括：
提供焦炉煤气，将所述焦炉煤气依次进行脱硫净化处理和氢气提纯处理，获得富氢气体；
提供高炉煤气，将所述高炉煤气依次进行除尘净化处理和脱硫脱氮处理，获得富CO2气；
将所述富氢气体和所述富CO2气混合后压缩换热，再进行甲醇催化合成反应，获得甲醇产品，所述甲醇催化合成反应产生的甲醇驰放气、所述脱硫净化处理产生的焦炉气余气以及所述氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气。
2.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：所述焦炉煤气通过炼焦过程获得，所述高炉煤气通过高炉炼铁过程获得。
3.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：将所述焦炉煤气先升压至常压～1.5MPa，然后进行所述脱硫净化处理，获得焦炉气净化气，再将所述焦炉气净化气加压至1MPa～3MPa，对所述焦炉气净化气进行所述氢气提纯处理，其中，所述焦炉气净化气回收率介于65％～80％之间，所述焦炉气净化气摩尔组成包括H2：55～60％，CO：5-8％，CH4：23～28％，CO2：1.5～3％，N2：3～6％。
4.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：进行所述氢气提纯处理后，氢气的回收率介于75％～90％之间，获得的所述富氢气体中，氢气的摩尔含量大于95％。
5.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：所述氢气提纯处理产生的所述变压吸附解吸气的热值介于20～28MJ/m3之间，所述变压吸附解吸气的摩尔组成包括H2：15～30％；CO：10～20％；CH4：35～50％，CO2：5～8％，N2：8～15％。
6.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：所述脱硫净化处理包括胺法脱硫、加氢脱硫及吸附脱硫工艺中的一种。
7.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：先将所述高炉煤气降温至90～260℃，然后进行所述除尘净化处理，获得高炉气净化气，所述高炉气净化气含尘量小于或者等于5mg/m3。
8.根据权利要求7所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：进行所述除尘净化处理后，先将所述高炉气净化气升压至常压～1.5MPa，然后进行所述脱硫脱氮处理，获得所述富CO2气，所述富CO2气中的硫化物含量介于0.05～0.1ppm之间，所述富CO2气摩尔组成包括H2：1～5％，CO：48～55％，CO2：35～45％，N2：1～5％。
9.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：所述富氢气体和所述富CO2气混合后形成甲醇原料气，所述甲醇原料气的氢碳摩尔比介于2.0～3之间，经压缩换热后将所述甲醇原料气升至3～7MPa，所述甲醇催化合成反应的温度介于220～300℃之间，合成气空速介于4000～15000hr-1之间，所述甲醇催化合成反应采用固定床反应器，采用的催化剂包括Cu/ZnO/Al2O3、Cu/ZnO/ZrO2、Cu/ZnO/TiO2及Cu/ZnO/Cr2O3中的一种。
10.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：所述甲醇催化合成反应产生的甲醇驰放气与所述脱硫净化处理产生的焦炉气余气以及所述氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合后形成混合燃料气，作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气，所述混合燃料气的热值介于16～22MJ/m3之间，所述混合燃料气的摩尔组成包括H2：35～45％，CO：5～12％，CH4：25～35％、CO2：6～10％，N2：5～8％。
11.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：所述钢铁联合生产企业各生产工序包括焦化工序、烧结工序、高炉工序、转炉工序、连铸工序、轧钢工序中的一种或多种组合，所述发电装置包括燃气-蒸汽联合循环发电装置。
12.一种富二氧化碳的高炉煤气的利用系统，其特征在于，所述系统至少包括：脱硫进化装置、氢气提纯装置、除尘净化装置、脱硫脱氮装置、第一混气装置、甲醇合成装置以及第二混气装置；
所述脱硫净化装置的入口与焦化装置相连，所述脱硫净化装置的焦炉气余气出口与所述第二混气装置的入口相连，所述脱硫净化装置的焦炉气净化气出口与所述氢气提纯装置的入口相连；
所述氢气提纯装置的变压吸附解析气出口与所述第二混气装置的入口相连，所述氢气提纯装置的富氢气体出口与所述第一混气装置的入口相连；
所述除尘净化装置的入口与高炉炼铁装置相连，所述除尘净化装置的出口与所述脱硫脱氮装置的入口相连；
所述脱硫脱氮装置的出口与所述第一混气装置的入口相连；
所述第一混气装置的出口经压缩换热装置与所述甲醇合成装置的入口相连，所述甲醇合成装置的甲醇驰放气出口与所述第二混气装置的入口相连，所述第二混气装置的出口连接至钢铁联合生产企业各生产装置以及发电装置。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180710 |
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