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CN211921378U - 一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统 - Google Patents

一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统 Download PDF

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CN211921378U
CN211921378U CN202020382118.6U CN202020382118U CN211921378U CN 211921378 U CN211921378 U CN 211921378U CN 202020382118 U CN202020382118 U CN 202020382118U CN 211921378 U CN211921378 U CN 211921378U
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CN202020382118.6U
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王彦明
段文杰
王永锋
陈寅
张恩华
贾岩
李祁光
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Beijing Petrochemical Engineering Co Ltd
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Beijing Petrochemical Engineering Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统。该系统包括：转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置、焦炉煤气提氢装置、富甲烷气转化制氢装置、乙醇合成装置、以及燃料气调配装置；所述转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置所得一氧化碳，和焦炉煤气提氢装置以及富甲烷气转化制氢装置所得氢气，分别输至所述乙醇合成装置用以合成乙醇；所述焦炉煤气提氢装置中所得富甲烷气中的部分进入所述富甲烷气转化制氢装置用以制氢，部分用作燃料气供富甲烷气转化制氢装置使用，部分输送至所述燃料气调配装置与钢厂富余转炉煤气和/或高炉煤气混和调配得到预定热值要求的燃料气。

Description

一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统
技术领域
本实用新型涉及钢厂尾气综合利用领域，具体涉及一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统。
背景技术
乙醇是一种重要的化工原料和能源化学品，主要用于车用燃料、工业溶剂、有机化工原料、消毒剂、食品等。其中燃料乙醇是良好的辛烷值调和组分和汽油增氧剂，能够有效降低汽车尾气中的PM 2.5和一氧化碳排放，减少温室气体和污染物排放，受到广泛关注。
目前按我国的燃料乙醇标准，乙醇汽油是用90％的普通汽油与10％的燃料乙醇调和而成，乙醇汽油在全国11个省区全部和部分区域进行了推广试点。2018年中国汽油表观消费量为1.28亿吨，车用汽油消费量约为1亿吨，按10％的添加比例，燃料乙醇的需求约1000万吨，但目前的实际年利用量还不到300万吨左右，与需求量相距甚远。按照《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》，燃料乙醇等新能源属国家重点培育和发展的战略性新兴产业，具有广阔的市场前景。
目前，国内外乙醇生产方法主要有生物发酵法、醋酸加氢、醋酸酯化加氢、二甲醚法。
我国以消化陈化粮为主生产燃料乙醇的产能约100万吨/年，但生物发酵法燃料乙醇受“与人争粮”的制约，国家粮食安全政策对其发展有所限制。中国燃料乙醇行业逐渐向非粮经济作物和纤维素原料综合利用方向转变，但限于资源量限制往往也难以形成较大规模，专利申请CN101003818A公开一种以高粱秸秆制取燃料乙醇工艺的方法。近几年，以煤炭或钢厂尾气的资源化利用制取乙醇新技术已逐渐开展示范项目建设。
2013年首钢自动化信息技术有限公司建设投产一套年产300吨钢厂工业煤气制备乙醇实验示范装置，采用LanzaTech公司生物发酵技术利用净化后的钢厂尾气焦炉气、转炉气、高炉气中的CO进行微生物厌氧发酵生产乙醇、乙酸等，实验结果表明钢厂尾气制乙醇化学品的经济效益比煤气燃烧发电效益提高近3倍。2018年4.5万吨/年工业尾气生物发酵法制燃料乙醇项目在首钢京唐公司调试成功。
专利申请CN106316786A《用焦炉煤气提氢制乙醇的方法》采用醋酸加氢工艺生产乙醇，其中提到先将焦炉煤气进行预净化精制、一氧化碳变换、湿法脱硫、湿法脱碳，精脱硫、甲烷化等净化措施，净化气再通过PSA变压吸附提取甲烷、氢气，然后以醋酸为原料与氢气进行加氢反应生产乙醇，提氢后的尾气回送焦炉作燃料。该工艺中焦炉煤气先经过了除尘、除焦油、萘和苯、脱硫、脱碳等复杂的预处理净化工艺却只利用了其中的氢气，其他的甲烷、CO等有效组分未能最大化资源利用。另外，醋酸法的流程中物料存在浓硫酸和醋酸的双腐蚀作用，因此设备须采用耐腐蚀材质。
专利申请CN109776261A《一种焦炉煤气直接制醇的方法及系统》采用原料焦炉煤气净化后提氢，提氢后的焦炉气与二氧化碳通过干重整反应，生产的粗合成气与PSA提取氢气混合配制成一定氢碳比的合成气送往甲醇或乙醇生产装置。该工艺干重整反应采用金属铑、镍、钌、铱等贵金属催化剂，催化剂易积碳失活寿命较短，目前均处于实验室研究阶段，而且为防止催化剂中毒原料气净化要求较高。另外，上述专利提到的一步法合成气直接制乙醇技术还处于实验室阶段，尚未大规模工业化。
目前，我国作为钢铁生产大国每年炼焦制气厂可产出近2000亿立方米焦炉煤气、几百亿立转炉煤气，钢厂尾气资源十分丰富。一般，钢铁企业煤气利用方式主要是燃料化利用和资源化利用两种方式。现焦炉煤气主要作为燃料，70％左右用作生产燃料、发电及城市产业和居民用气，有的甚至直接作为废气去火炬燃烧排放。焦炉煤气主要组份为氢气(50-60mol％)、一氧化碳(5-8mol％)、甲烷(20-27mol％)等，H2和CO的热值明显低于天然气，焦炉煤气用作燃料气则浪费了大量氢气、一氧化碳。另外，每单位CO2体积排放量对应的CO燃烧消耗所能产生的低位热值仅为甲烷的35％左右，富含甲烷气作燃料气明显可减排CO2，对富含一氧化碳的转炉煤气(CO:55-66％)、高炉煤气(CO:23-30％)进行资源化利用具有潜在价值。
因此，钢厂尾气的资源化利用是企业延长产业链创造效益的重要发展方向，这也符合2019年国家发布“产业结构调整指导目录”中优先鼓励的建设项目，目录指出第一类鼓励类第八项“钢铁”中的第2条“焦炉煤气高附加值利用”和第10条“钢铁行业超低排放技术，以及副产物资源化、再利用化技术”。
本实用新型目的即为对钢厂尾气进行资源化利用生产化工产品乙醇。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种钢厂尾气综合利用制乙醇的方法及系统。本实用新型的方法以钢厂尾气为初始原料，其中，焦炉煤气制氢气、转炉煤气和/或高炉煤气制一氧化碳，之后氢气和一氧化碳用于合成乙醇；并且将制氢气过程中产生的富甲烷气通过燃料气调配装置总体调配，以使钢厂尾气得到最大程度资源化综合利用，达到提高有效能量利用，减排二氧化碳，提高钢厂整体经济效益的目的。
为了实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型第一个方面提供一种钢厂尾气综合利用制乙醇的方法，该方法包括以下步骤：
以转炉煤气和/或高炉煤气经粗脱净化、加压后除氧脱硫脱碳、气体分离提纯一氧化碳；
焦炉煤气经粗脱净化、加压后采用变压吸附PSA提氢，产生的富甲烷气部分转化制氢，部分与富余的转炉煤气和/或高炉煤气进行燃料气调配；
将所得一氧化碳和氢气用于合成乙醇。
在本实用新型的一个优选方案中，优选地，所述乙醇的合成采用经二甲醚的间接合成法。除此之外，对于乙醇的合成还可采用其他直接法或者间接法。
在该优选方案中，优选地，所述经二甲醚的间接合成法包括以下步骤：甲醇先经二甲醚化，生成的二甲醚再与一氧化碳进行二甲醚羰基化反应制得醋酸甲酯，所得醋酸甲酯与氢气进行加氢反应生成乙醇和副产物甲醇，分离得到乙醇产品，甲醇输至二甲醚化过程中进行循环利用。
在本实用新型的一个优选实施例中，乙醇合成过程具体包括：甲醇经过脱水和分离得到二甲醚，二甲醚经过气化后与CO混合进入羰基化反应器，经过羰基化反应生成醋酸甲酯，分离后醋酸甲酯与氢气在加氢反应器中反应得到乙醇和甲醇，经分离后得到乙醇，甲醇返回二甲醚合成单元作为原料循环利用；反应产生的富氢驰放气、富一氧化碳驰放气分别送至提纯一氧化碳、制氢过程中进行回收。
在本实用新型的一个优选方案中，优选地，富甲烷气转化制氢的过程包括：净化处理、水蒸气转化、CO变换、变压吸附PSA提氢；
所述转炉煤气和/或高炉煤气制得的CO部分输至所述CO变换中。
在该优选方案中，进一步优选地，所述净化处理包括焦炉煤气提氢后的富甲烷气加氢转化脱有机硫、除氧、深度净化除氯，脱除羰基金属(富甲烷气中含有的羰基铁、镍)以及精脱硫。
在本实用新型的一个优选方案中，优选地，以转炉煤气和/或高炉煤气制一氧化碳的过程中：
所述粗脱净化包括除尘、脱除杂质组分；所述加压采用离心式、螺杆式或往复式压缩机，优选离心式压缩机；所述脱硫采用湿法脱硫或干法脱硫，优选干法脱硫技术；所述脱碳采用胺洗或PSA脱除CO2，优选PSA脱除CO2；所述气体分离提纯一氧化碳采用深冷技术、变压吸附或膜分离，优选变压吸附提纯CO，变压吸附提纯CO技术可采用化学吸附法或物理吸附法，优选化学吸附法；以上方法在生产流程中的前后位置可根据具体情况进行合理调整或多种技术方法间的相互耦合。
本实用新型的转炉煤气和/或高炉煤气可采用各种通用的提纯一氧化碳处理工艺，产品CO纯度要求CO含量尽量高，大于等于85mol％，优选大于等于95mol％，N2、CO2等其他杂质尽量少，总硫＜0.1ppm(v)，羰基铁镍＜0.01ppm(v)，Cl-1＜0.01ppm(v)，H2O＜10ppm(wt)。
焦炉煤气制氢和富甲烷气转化制氢所得产品氢气纯度要求大于等于85mol％，优选大于等于99.9mol％，CO+CO2＜20ppm(v)，总硫＜0.1ppm(v)，羰基铁镍＜0.01ppm(v)，Cl-1＜0.01ppm(v)，H2O＜10ppm(wt)。
在本实用新型的一个优选方案中，优选地，部分富甲烷气与富余的转炉煤气、高炉煤气进行燃料气调配。
焦炉煤气变压吸附PSA提氢产生的富甲烷气，部分用于甲烷转化制氢，部分用于燃料气供甲烷转化制氢中使用，富甲烷气低位热值不小于18MJ/Nm3；另一部分与钢厂富裕的转炉煤气和/或高炉煤气混和调配得到一定热值要求的燃料气，用于钢厂炼钢或化产可置换出更多等热值的富含氢气的焦炉煤气用于直接PSA提取氢气，置换出一定量的等热值的转炉煤气用于PSA提取一氧化碳，从而最大化利用钢厂尾气。其中，钢厂高炉煤气低位热值一般为2.7～3.8MJ/Nm3；钢厂转炉煤气低位热值一般为6.0～8.5MJ/Nm3；钢厂焦炉煤气低位热值一般为16～19MJ/Nm3。
本实用新型根据转炉煤气和/或高炉煤气富含一氧化碳的特点，原料气经净化加压后脱硫脱碳、气体分离提纯CO；根据焦炉煤气中氢多碳少，并富含甲烷的特点，焦炉煤气经净化加压后采用变压吸附PSA提氢，甲烷转化制氢；生产的一氧化碳、氢气供生产乙醇，乙醇合成技术采用二甲醚羰基化路线，原料甲醇先经二甲醚化，再通过二甲醚羰基化制得醋酸甲酯，醋酸甲酯加氢生产乙醇。本实用新型设置燃料气调配装置用于协调全厂工艺气和燃料气的用气需求，按照等量等热值燃料气置换原则，并结合气体组成特点、燃料气华白数值要求，通过高热值与低热值气体混合调配可同时满足钢厂燃料气及化工用气要求，使几种钢厂尾气得到最大程度资源化利用。
本实用新型第二个方面提供一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，该系统包括：
转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置、焦炉煤气提氢装置、富甲烷气转化制氢装置、乙醇合成装置、以及燃料气调配装置；
所述转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置所得一氧化碳，和焦炉煤气提氢装置以及富甲烷气转化制氢装置所得氢气，分别输至所述乙醇合成装置用以合成乙醇；所述焦炉煤气提氢装置中所得富甲烷气中的部分进入所述富甲烷气转化制氢装置用以制氢，部分用作燃料气供富甲烷气转化制氢装置使用，部分输送至所述燃料气调配装置与钢厂富余转炉煤气和/或高炉煤气混和调配得到一定热值要求的燃料气。
在本实用新型的一个优选方案中，优选地，所述转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置包括：包括粗脱净化装置、压缩装置、除氧装置、脱硫装置、脱碳装置以及气体分离提纯CO装置。
优选地，所述转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置中，所述粗脱净化装置包括布袋除尘器和/或杂质吸附塔等，以进行除尘、脱除杂质组分。
优选地，所述压缩装置为离心式压缩机、螺杆式压缩机或往复式压缩机，优选离心式压缩机。
优选地，所述脱硫装置采用湿法脱硫或干法脱硫，湿法脱硫采用胺液循环脱硫装置，干法脱硫采用氧化铁脱硫反应塔；优选氧化铁脱硫反应塔。
优选地，所述脱碳装置采用胺洗或PSA脱除CO2，即胺液循环脱碳装置或变压吸附脱除CO2装置，优选变压吸附脱除CO2装置。
优选地，所述气体分离CO装置采用深冷技术、变压吸附或膜分离，即深冷气体分离装置、变压吸附PSA提纯CO装置或膜分离提纯CO装置；优选变压吸附PSA提纯CO装置，变压吸附提纯CO技术采用化学吸附法或物理吸附法，优选化学吸附法。
优选地，所述焦炉煤气提氢装置包括粗脱净化装置、加压装置和变压吸附PSA提氢装置。
优选地，所述富甲烷气转化制氢装置包括净化处理装置、水蒸气转化装置、CO变换装置和变压吸附PSA提氢装置。
在本实用新型的一个优选方案中，优选地，所述乙醇合成装置包括：二甲醚合成装置、二甲醚羰基化装置、加氢反应装置和分离装置；
所述二甲醚合成装置中由甲醇进行二甲醚化反应得到二甲醚；所得二甲醚进入二甲醚羰基化装置与一氧化碳进行二甲醚羰基化反应得到醋酸甲酯；所得醋酸甲酯进入加氢反应装置与氢气进行加氢反应生成乙醇；加氢反应后的物料进入所述分离装置进行分离得产品乙醇和副产物甲醇；所述副产物甲醇输送至所述二甲醚合成装置进行循环利用。
优选地，所述燃料气调配装置包括：燃料气过滤器、缓冲罐、混合器、燃烧器、减压器、增压装置、自动控制装置以及必要的管道阀门等。自动控制装置包括流量、温度、压力、在线分析及热值检测计量、调节阀组等仪表，并通过计算机程序计算燃料气热值、华白数、燃烧势综合完成全厂燃料气互换性调配，同时分配化工用气。
本实用新型不限于以上流程单元的设置，按照乙醇合成装置设计规模的变化氢气、一氧化碳的需求量会变化，结合钢厂尾气资源供应量的限制可在燃料气调配装置进行总体调配，氢气和一氧化碳气量的比例调节方法包括但不限于以下几种方法的一种或几种组合：转炉煤气和/或高炉煤气气量调整；焦炉煤气气量调整；富甲烷气转化制氢取消或设置；富甲烷气转化制氢规模大小；CO变换装置取消或设置；富氢驰放气、富一氧化碳驰放气的回收；燃料气调配装置中对PSA提氢后的富甲烷气根据用途的分配比例。
本实用新型以钢厂尾气中焦炉煤气、转炉煤气和/或高炉煤气为原料制乙醇，属于新型煤基合成气制乙醇的工艺路线，改变了生物发酵法制燃料乙醇路线“与人争粮”的制约，可以实现大规模生产；乙醇合成采用二甲醚羰基化制得醋酸甲酯，醋酸甲酯加氢生产乙醇的路线，避免了醋酸法中浓硫酸和醋酸的双腐蚀作用，相比较设备腐蚀小、投资低，生产环境友好，安全性高。
本实用新型通过燃料气调配装置对钢厂尾气进行系统化的总体协调分配，优化满足了全厂工艺气和燃料气的用气需求，CO和H2的热值明显低于CH4，每单位CO2体积排放量对应的CO燃烧消耗所能产生的低位热值仅为甲烷的35％左右，相比而言氢气、一氧化碳更适合用作化工产品原料，富甲烷气更适合用作燃料。按照等量等热值燃料气置换原则并结合气体组成特点、燃料气华白数值要求，通过高热值与低热值气体混合调配可同时满足钢厂燃料气及化工用气要求，可产生更多有效气(H2、CO)用于化工生产，使几种钢厂尾气得到最大程度资源化利用，同时减排二氧化碳。
本实用新型可以广泛应用于钢铁企业、焦化厂，可有效拓展钢厂尾气转炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气的资源化利用方向，产品乙醇市场前景广阔。
附图说明
图1为本实用新型总体工艺示意图。
图2本实用新型实施例中的工艺流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型的钢厂尾气综合利用制乙醇的工艺包括：以转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳；焦炉煤气提氢，期间产生的富甲烷气部分转化制氢，部分与富余的转炉煤气和/或高炉煤气进行燃料气调配；将所得一氧化碳和氢气用于合成乙醇。
本实用新型在此提供一个实施例用以示例性说明本实用新型的实施；其中未述及的技术内容均可采用或借鉴本领域现有技术。
实施例1
钢厂尾气中的焦炉煤气、转炉煤气和或高炉煤气组成一般如下：
1)转炉煤气组分：CO：55-66％，H2：0.5-1％，CO2：15-18％，N2：12-25％，O2：0.5-1％。转炉煤气进界区温度基本相当于大气温度，压力10kPaG，含尘量<10mg/Nm3，含有微量硫、磷、砷，H2S：150mg/Nm3。
2)高炉煤气组分：CO：23-30％，H2：2％，CO2：8-12％，N2：55％，O2：0.2％，CH4：0.04％。高炉煤气进界区温度基本相当于大气温度，压力10kPaG，含尘量<5mg/Nm3，含有微量硫，COS：40mg/Nm3，CS2：10mg/Nm3。
3)焦炉煤气组分：H2：50-60％，CH4：20-27％，CO：5-8％，CO2：1-3％，CnHm(烷烃、或烯烃类物质)：2-4％，N2：3-7％，O2：0.3-0.8％。焦炉煤气进界区温度30～35℃，压力5kPa。已经经过脱硫、氰、氨、苯、萘系列净化工序，焦炉煤气含杂质组成为：NH3：0.03g/m3，H2S：0.02g/m3，COS：0.25g/m3，HCN：0.15g/m3，B.T.X：2g/m3，萘：0.05g/m3，焦油：0.02g/m3。
本实施例中钢厂尾气高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气的典型组成如下表1：
表1钢厂尾气规格表
名称 高炉煤气 转炉煤气 焦炉煤气 富甲烷气
组分 mol％ mol％ mol％ mol％
H<sub>2</sub> 2.00％ 1.00％ 56.70％ 16.5％
CO 30.00％ 55.00％ 7.00％ 13.6％
CO<sub>2</sub> 12.00％ 18.00％ 3.00％ 5.82％
H<sub>2</sub>O 0.20％ 0.10％ 0.00％ 0.00％
CH<sub>4</sub> 0.00％ 0.04％ 26.00％ 50.5％
N<sub>2</sub>+Ar 55.60％ 24.83％ 4.00％ 7.72％
H<sub>2</sub>S 0.0099％ 0.0013％ 25ppm
COS 0.0015％ 0.0093％ 180ppm
CS<sub>2</sub> 0.0003％ 0
NH<sub>3</sub> 0.00％ 0.02％ 0.00％
O<sub>2</sub> 0.20％ 1.00％ 0.29％ 0.00％
C<sub>2</sub>H<sub>4</sub> 3.00％ 5.86％
总 100.00％ 100.00％ 100.00％ 100％
平均分子量 29.39 30.64 10.63 18.58
流量，Nm<sup>3</sup>/h 93400 193000 148000 77200
本实施例为某钢厂总体规划钢厂尾气的资源化利用制乙醇项目，气源包括：高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气。根据三种原料的规格特点，特别是其中的CO、H2和烃类的含量，以高炉煤气、转炉煤气制备CO产品气，以焦炉煤气制备纯氢气，送至下游乙醇装置生产乙醇具体流程如图2所示。装置规模：中间产物一氧化碳气产量83,000Nm3/h，氢气产量140,000Nm3/h，最终产品乙醇产量100万吨/年，装置年操作时间：8000h。
(1)转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置
转炉煤气经除尘等粗脱处理、压缩后首先进入脱硫工序，去除掉H2S和COS等杂质组分，然后进入除氧工序。
除氧工序主要利用脱硫后的煤气中CO和O2反应生成CO2实现O2的脱除。除O2后的煤气进入变压吸附脱除CO2工序(PSA-CO2)。PSA-CO2装置在一个周期中，每台吸附塔依次经历：吸附、均压降压、逆放、冲洗、均压升压、终充压等步骤。每个吸附塔交替进行以上各个步骤的操作，实现CO2的脱除。PSA-CO2工序吸附气进入PSA-CO工序，尾气送往火炬气管网。
PSA-CO工序是将CO与H2、N2、CO2等其它杂质组份分离，得到CO产品气，PSA-CO吸附尾气从吸附塔顶部排出。PSA-CO装置在一个周期中，每塔吸附塔依次经历：吸附、均压降压、顺放、逆向放压、抽真空、均压升压、终充压等工艺过程。每个吸附塔交替进行以上各个步骤的操作，得到合格的CO产品气送往压缩工序压缩至5.2MPaG后，送往乙醇装置。
(2)焦炉煤气提氢装置
焦炉气首先进入净化预处理单元的粗脱塔，然后加压至0.3MPaG进入到变温吸附TSA-1工序等净化工序。每台吸附塔依次经历：吸附、逆放、加热再生、冷却、冲洗、充压等步骤实现连续运行，其作用是部分脱除焦炉气中的苯和萘等杂质组分。
变温吸附TSA-1的尾气加压至0.6MPaG后进入到TSA-2工序。每台吸附塔依次经历：吸附、逆放、加热再生、冷却、冲洗、充压等步骤实现连续运行，其作用是精脱焦炉气中的苯和萘等杂质组分，达到进入PSA装置的杂质要求含量。
变温吸附TSA-2的尾气经加压至2.5MPaG后进入到PSA-H2工序(1)，本工序作用是将H2与CO、N2、CO2等其它杂质组份分离，得到H2产品气。PSA-H2装置在一个周期中，每塔吸附塔依次经历吸附、均压降压、顺放、逆向放压、冲洗、均压升压、终充压等工艺过程。每个吸附塔交替进行以上各个步骤的操作，得到2.45MPaG的粗H2产品气。粗产品气进入除氧塔，利用催化剂催化H2和O2反应达到脱除氧气的目的。脱除O2后的2.4MPaG合格H2产品气外送至氢气管网；富甲烷解吸气送解吸气，一部分经压缩机升压至3.2MPaG后送下游转化制氢装置，另一部分送燃料气调配站。
(3)富甲烷气转化制氢装置
富甲烷气转化制氢装置包括：脱硫工序、转化工序、CO变换及PSA提氢工序。
脱硫采用常温串高温脱硫法，来自PSA-H2-(I)单元的富甲烷气，压力3.2MPaG，温度约70℃进常温脱硫槽，脱至总硫～20ppm，再进入蒸汽转化炉对流段原料气加热盘管预热约390℃进加氢反应器将有机硫转化为无机硫，再进氧化锌脱硫槽，使原料气中的硫含量降至0.1ppm以下。
脱硫之后采用一段蒸汽转化，一段蒸汽转化所需的热量由一段转化炉辐射段燃烧燃料天然气及PSA解析尾气提供，在转化反应采用镍基催化剂。脱硫净化后的原料气按水碳比3.5混合工艺蒸汽，进入蒸汽转化炉对流段盘管预热至约610℃，2.98MPaG进转化炉管程在催化剂作用下进行反应，所需反应热由转化炉烧嘴燃烧燃料气提供。出蒸汽转化炉的转化气约860℃，2.66MPaG经第一转化废锅和第二转化废锅后转化气约360℃去变换工序。
由转化工序来的转化气进废锅回收热量后进入中温CO变换炉，在催化剂的作用下发生CO变换反应，出口变换气约420℃，2.57MPaG进入中变废锅产生中压蒸汽，变换气经热回收及系列分离器分离液体后气相送往PSA-H2工序(2)。
变压吸附PSA-H2-(2)工序是将H2与CO、N2、CO2等其它杂质组份分离，得到H2产品气。PSA-H2装置在一个周期中，每塔吸附塔依次经历吸附、均压降压、顺放、逆向放压、冲洗、均压升压、终充压等工艺过程。每个吸附塔交替进行以上各个步骤的操作，得到2.4MPaG的H2产品气送至用气点。
(4)乙醇装置
乙醇合成及分离工艺生产由二甲醚合成单元、羰基化单元、加氢单元及分离单元组成。另有压缩、冷冻站等工艺生产的辅助配套系统。
原料甲醇经预热后在汽化升温到～240℃进入反应器进行分子间的脱水反应，气相甲醇在改性分子筛催化剂作用下脱水生产二甲醚(DME)，反应温度250～270℃，压力为1.2MPaG。反应后的混合组分含二甲醚、甲醇、水，进入产品精馏分离。经DME塔精馏分离，塔顶合格二甲醚产品送至二甲醚罐区储存。DME塔底物料进入甲醇回收塔，甲醇回收塔塔顶气相为甲醇送至装置中间罐区的循环甲醇罐，塔釜是甲醇脱水反应生成的废水送至污水处理厂。
羰基化单元包括羰基化反应、MAC冷凝、MAC精制及催化剂活化。一氧化碳与二甲醚在催化剂作用下发生羰基化反应，生成乙酸甲酯。反应温度控制在200～280℃时，压力选择为5.0MPaG。
MAC加氢单元包括加氢反应、粗醇冷凝。羰基化反应生成的乙酸甲酯与氢气反应，生成乙醇和甲醇，反应温度在230～280℃的范围内时，压力选择为5.0MPaG。
产品分离单元流程如下：粗醇进入乙醇脱轻塔进行产品分离，塔底的粗乙醇送入乙醇精制塔。在乙醇精制塔下部侧线采出精制乙醇冷却后用泵输送至乙醇产品罐区，乙醇精制塔底会产生少量精馏废液，主要成分为乙酸，冷却送入重组分罐中储存。甲醇精馏塔冷凝液相一部分回流，一部分返回加氢反应单元回收未反应的MAC，塔底的甲醇送至中间罐区的循环甲醇罐。
压缩单元主要包含新鲜CO压缩机、新鲜氢气压缩机、循环氢气压缩机、循环CO压缩机、回收尾气压缩机及尾气压缩机。各单元尾气经过收集压缩后回到合成气制备装置，辅助单元为冷冻站。
(5)燃料气调配站
本实施例焦炉煤气经PAS提氢后热值较高的部分富甲烷气(约5.86万方/小时)可与高炉煤气混合配置为一定热值的燃料气，用于满足钢铁公司生产必须需要，同时可从钢厂置换出65000Nm3/h等热值(1687大卡/标方)的转炉煤气用于制备CO，从焦化装置可置换出95000Nm3/h等热值(4240大卡/标方)的焦炉煤气用于制备H2。置换出的转炉煤气与焦炉煤气比用于配气的富甲烷气可多产有效气(CO+H2)约3.0万方/小时，相比较置换方案更可行，原来钢厂富裕出的高炉煤气(约9.34万方/小时)只能去锅炉作为燃料气产蒸汽(约117t/h中压饱和蒸汽)，现在通过调配既满足了钢厂炼钢燃料气需求又可提取出更多有效气CO+H2用于化工生产。按照多产有效气(CO+H2)约3.0万方/小时折算可满足约16.8万吨/年乙醇合成需求(按照中间产物一氧化碳气产量83,000Nm3/h，氢气产量140,000Nm3/h，可用于生产最终产品乙醇100万吨/年，年操作时间8000小时折算)，产品从原来的中压饱和蒸汽变为高附加值的乙醇产品。
本实施例以某钢铁公司高炉煤气、焦化煤气及转炉煤气生产无水乙醇，增加了产品价值，拓宽了钢厂的产品品种，具有可观的经济价值。本实施例总投资约45.7亿元，年均营业收入约53亿，年均利润总额约8亿，财务内部收益率(税前)为20.2％，高于国家规定的基准收益率12％(税前)，效益明显。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，该系统包括：
转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置、焦炉煤气提氢装置、富甲烷气转化制氢装置、乙醇合成装置、以及燃料气调配装置；
所述转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置所得一氧化碳，和焦炉煤气提氢装置以及富甲烷气转化制氢装置所得氢气，分别输至所述乙醇合成装置用以合成乙醇；所述焦炉煤气提氢装置中所得富甲烷气中的部分进入所述富甲烷气转化制氢装置用以制氢，部分用作燃料气供富甲烷气转化制氢装置使用，部分输送至所述燃料气调配装置与钢厂富余转炉煤气和/或高炉煤气混和调配得到预定热值要求的燃料气。
2.根据权利要求1所述的钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，所述转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置包括：包括粗脱净化装置、压缩装置、除氧装置、脱硫装置、脱碳装置以及气体分离提纯CO装置。
3.根据权利要求2所述的钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，所述粗脱净化装置包括布袋除尘器和/或杂质吸附塔。
4.根据权利要求2所述的钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，所述压缩装置为离心式压缩机、螺杆式压缩机或往复式压缩机。
5.根据权利要求2所述的钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，所述脱硫装置为胺液循环脱硫装置或氧化铁脱硫反应塔。
6.根据权利要求2所述的钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，所述脱碳装置为胺液循环脱碳装置或变压吸附脱除CO2装置。
7.根据权利要求2所述的钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，所述气体分离CO装置为深冷气体分离装置、变压吸附PSA提纯CO装置或膜分离提纯CO装置。
8.根据权利要求1所述的钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，所述焦炉煤气提氢装置包括粗脱净化装置、加压装置和变压吸附PSA提氢装置。
9.根据权利要求1所述的钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，所述富甲烷气转化制氢装置包括净化处理装置、水蒸气转化装置、CO变换装置和变压吸附PSA提氢装置。
10.根据权利要求1所述的钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，所述乙醇合成装置包括：二甲醚合成装置、二甲醚羰基化装置、加氢反应装置和分离装置。
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