CN222434398U - 一种高炉煤气与焦炉煤气合成甲醇的综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高炉煤气与焦炉煤气合成甲醇的综合利用系统，包括净化脱硫装置、CO₂分离提纯装置、一号变压吸附装置、净化分离装置、甲烷化装置、二号变压吸附装置、干重整反应装置、三号变压吸附装置、甲醇合成装置、精馏装置、压缩机、一号混气装置、二号混气装置和高炉；所述高炉煤气管网通过管路依次连通净化脱硫装置和CO₂分离提纯装置，CO₂分离提纯装置的贫CO₂气出口连通一号变压吸附装置的入口、富CO₂气出口连通一号混气装置，一号变压吸附装置的富CO气出口通过二号混气装置连通高炉的煤气入口。本系统在降低CO₂排放的同时，实现了煤气各有效组分循环高效利用。

Description

一种高炉煤气与焦炉煤气合成甲醇的综合利用系统

技术领域

本实用新型涉及煤气资源化利用领域，尤其是一种高炉煤气与焦炉煤气合成甲醇的综合利用系统。

背景技术

钢铁行业是CO₂排放大户，碳排放约占全国的15%，其中的副产煤气（高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气）是主要的排碳来源。目前，通过发电、燃烧等途径对其进行利用不仅造成资源的浪费，还污染了环境。因此提高煤气资源利用率，降低碳排放成为钢铁行业可持续发展的迫切需要。

钢化联产不仅能使钢厂副产煤气得到高效利用，同时可以促进化工原料多元供应，最重要的是能将钢铁行业排放的碳元素固定，实现降碳的目标。钢铁行业发展钢化联产重点聚焦于将钢厂副产煤气中有效组分（H₂、CO、CO₂、CH₄等）分离提纯作为原料，合成化工产品如甲醇、乙醇、乙二醇、尿素等。甲醇作为化工原料和绿色燃料应用广泛，市场容量大，通过钢化联产将钢厂煤气分离提纯CO₂和H₂，合成高值品甲醇是降碳增效的有效途径。

公开号CN116397062A的专利申请提供了一种近零碳排放的高炉长流程钢化联产工艺及其系统，该方法中高炉煤气经变压吸附脱碳分离出解吸气和脱碳气体；解吸气经液化精馏提纯得液态二氧化碳；脱碳气体一部分回用高炉，另一部分与精制转炉煤气、经轻烃转化过的焦炉煤气混合分离出CO+N₂、H₂物流，用于合成乙二醇。该工艺及其系统通过钢焦融合、钢化联产把“碳”排放固化为液态二氧化碳产品；但没有将CO₂直接进行固定为高值品，增加了CO₂后续处理工序。

公开号CN116947619A的专利申请提供了一种富甲烷气体经干重整及羰基合成制醋酸的工艺及系统，该方法以富甲烷气和CO₂为原料，经过干重整反应、CO₂分离、CO分离、甲醇合成、羰基化合成等工序获得醋酸产品。该工艺及系统充分利用富甲烷气体制醋酸，降低了传统制备醋酸工艺过程中温室气体CO₂的排放；但CO₂原料气来源未知，工序流程较长，且未针对钢厂煤气进行有效处理。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种煤气各组分循环高效利用的高炉煤气与焦炉煤气合成甲醇的综合利用系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：包括净化脱硫装置、CO₂分离提纯装置、一号变压吸附装置、净化分离装置、甲烷化装置、二号变压吸附装置、干重整反应装置、三号变压吸附装置、甲醇合成装置、精馏装置、压缩机、一号混气装置、二号混气装置和高炉；所述高炉煤气管网通过管路依次连通净化脱硫装置和CO₂分离提纯装置，CO₂分离提纯装置的贫CO₂气出口连通一号变压吸附装置的入口、富CO₂气出口连通一号混气装置，一号变压吸附装置的富CO气出口通过二号混气装置连通高炉的煤气入口；所述焦炉煤气管网通过管路依次连通净化分离装置、甲烷化装置和二号变压吸附装置，二号变压吸附装置的富H₂气出口连通二号混气装置的入口、富甲烷气出口连通一号混气装置的入口；所述一号混气装置的出口依次连通干重整反应装置和三号变压吸附装置，三号变压吸附装置的贫CO气出口依次连通甲醇合成装置和精馏装置；所述三号变压吸附装置的富CO气出口连通二号混气装置的入口；所述压缩机提供动力。

进一步的，所述三号变压吸附装置和甲醇合成装置之间还设有三号混气装置；所述甲醇合成装置的弛放气出口连通三号混气装置的入口。

进一步的，所述一号变压吸附装置的尾气出口连通煤气管网。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型以高炉煤气中的CO₂和焦炉煤气甲烷化得到的富甲烷气为原料进行干重整，得到的合成气分离部分CO后合成甲醇产品，解决了钢铁厂高炉煤气CO₂大量排放的难题，并进行了高值化利用。本实用新型所述高炉煤气分离的CO、合成气分离的 CO，以及焦炉煤气甲烷化产生的富氢气体回喷高炉，实现了钢厂煤气各有效组分循环高效利用，工艺流程简单，并且从源头对高炉工序进行了降碳。本实用新型在降低CO₂排放的同时，实现了煤气各有效组分循环高效利用，提高了钢厂经济效益，对“双碳”目标的实现具有重要的意义。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的系统结构示意图。

具体实施方式

图1所示，本高炉煤气与焦炉煤气合成甲醇的综合利用系统包括净化脱硫装置、CO₂分离提纯装置、一号变压吸附装置、净化分离装置、甲烷化装置、二号变压吸附装置、干重整反应装置、三号变压吸附装置、甲醇合成装置、精馏装置、一号混气装置、二号混气装置、三号混气装置、高炉、压缩机一号、压缩机二号、压缩机三号、压缩机四号和压缩机五号。所述高炉煤气管网通过管路连通净化脱硫装置的入口，净化脱硫装置的出口通过压缩机一号连通CO₂分离提纯装置的入口；所述CO₂分离提纯装置的贫CO₂气出口通过压缩机二号连通一号变压吸附装置的入口，一号变压吸附装置的富CO气出口连通二号混气装置的入口，二号混气装置的出口连通高炉的煤气入口；所述CO₂分离提纯装置的富CO₂气出口连通一号混气装置；所述一号变压吸附装置的尾气出口连通煤气管网。采用这样的结构后，高炉煤气经净化脱硫装置进行净化脱硫处理后，再经CO₂分离提纯装置进行CO₂分离提纯，获得富CO₂产品气和贫CO₂气；所述贫CO₂气经一号变压吸附装置进行CO分离提纯，获得1#富CO产品气和贫碳氧化物尾气；所述1#富CO产品气送入二号混气装置与下述的2#富CO产品气以及富H₂气体混合后，送入高炉用作煤气；所述富CO₂产品气送入一号混气装置；所述贫碳氧化物尾气送入煤气管网。

图1所示，本高炉煤气与焦炉煤气合成甲醇的综合利用系统，所述焦炉煤气管网通过管路连通净化分离装置的入口，净化分离装置的出口通过压缩机三号连通甲烷化装置的入口，甲烷化装置的出口连通二号变压吸附装置的入口；所述二号变压吸附装置的富甲烷气出口连通一号混气装置的入口，一号混气装置的出口通过压缩机四号连通干重整反应装置的入口，干重整反应装置的出口连通三号变压吸附装置的入口，三号变压吸附装置的贫CO气出口连通三号混气装置的入口，三号混气装置的出口通过压缩机五号连通甲醇合成装置的入口，甲醇合成装置的出口连通精馏装置的入口；所述甲醇合成装置的弛放气出口连通三号混气装置的入口；所述二号变压吸附装置的富H₂气出口连通二号混气装置的入口；所述三号变压吸附装置的富CO气出口连通二号混气装置的入口。采用这样的结构后，焦炉煤气经净化分离装置进行净化分离，然后进入甲烷化装置进行甲烷化反应，再进入二号变压吸附装置对气体进行分离，获得富甲烷气和富H₂气体；所述富甲烷气与上述富CO₂产品气在一号混气装置中混合后，进入干重整反应装置进行干重整反应，获得合成气；所述合成气经三号变压吸附装置分离出部分CO，获得2#富CO产品气和贫CO产品气；所述贫CO产品气进入甲醇合成装置合成为粗甲醇，粗甲醇进入精馏装置进行精馏，获得甲醇产品；所述甲醇合成装置产生的甲醇弛放气返回三号混气装置与贫CO产品气混合，再次进行甲醇合成；所述富H₂气体、2#富CO产品气进入二号混气装置，与上述1#富CO产品气混合后，送入高炉用作煤气。

图1所示，本高炉煤气与焦炉煤气合成甲醇的综合利用系统的生产过程包括下述步骤：

（1）将高炉煤气经净化脱硫处理后，进行CO₂分离提纯，获得富CO₂产品气和贫CO₂气；所述贫CO₂气进行CO分离提纯，获得1#富CO产品气和贫碳氧化物尾气；所述贫碳氧化物尾气返回煤气管网用于燃烧发电；

所述高炉煤气的主要组成为（vol）：CO 20～30%、CO₂ 15～25%、CH₄ 0.4～1.5%、H₂1.5～3.5%、O₂ 0.2～1.0%、N₂ 46～60%。所述高炉煤气净化脱硫处理至硫含量＜0.1ppm，氧含量＜300ppm。所述富CO₂产品气中CO₂含量＞85vol%，所述1#富CO产品气中CO含量＞85vol%。

（2）焦炉煤气经净化分离后进行甲烷化反应，然后对气体进行分离，获得富甲烷气以及富H₂气体；

所述焦炉煤气的主要组成为（vol）：H₂ 50～65%、CO 4～10%、CO₂ 1～6%、CH₄ 15～23%，O₂～1%、N₂ 5～8%。所述焦炉煤气净化分离至硫含量＜0.1ppm，氧含量＜300ppm。所述甲烷化反应主要发生的反应为：CO+3H₂→CH₄+H₂O，CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O；所述甲烷化反应条件为：反应温度500～700℃，压力为1～4MPa。所述分离采用变压吸附法分离、膜分离及深冷分离中的一种或多种的组合。所述富甲烷气中CH₄含量＞85vol%；所述富H₂气体的主要组成为（vol）：H₂＞80%、CO＜10ppm、CO₂＜20ppm、CH₄ 0.5～3%、O₂＜10ppm。

（3）所述富CO₂产品气与富甲烷气进行干重整反应，获得合成气；所述合成气分离出部分CO，获得2#富CO产品气和贫CO产品气；

所述干重整反应的主反应为：CO₂+CH₄→2CO+2H₂；所述干重整反应的反应条件为：反应温度600～1200℃，压力为0.1～4MPa；所述干重整反应采用的催化剂包括：铂基催化剂、铑基催化剂、钯基催化剂、钌基催化剂、 镍基催化剂及铜基催化剂中的一种或多种的组合；所述富CO₂产品气:富甲烷气=1:0.5～5；所述合成气中CO/H₂=0.2～5:1体积比。所述2#富CO产品气中CO含量＞90vol%，贫CO产品气中氢碳摩尔比为H/C=2～2.8:1。

（4）将贫CO产品气进行甲醇合成，获得甲醇产品；所述甲醇合成产生的甲醇弛放气返回与贫CO产品气混合，再次进行甲醇合成；

所述甲醇合成的主要发生反应为：CO+2H₂→CH3OH；所述甲醇合成的反应条件为：温度200～300℃，压力为2～8MPa；所述甲醇产品纯度＞98%。

（5）所述1#富CO产品气、2#富CO产品气以及富H₂气体混合，然后回喷高炉进行循环利用。

具体生产例：采用本高炉煤气与焦炉煤气合成甲醇的综合利用系统进行生产。

以某钢铁公司高炉煤气、焦炉煤气为原料：

高炉煤气主要组成：CO 26%、CO₂ 20%、CH₄ 0.75%、H₂ 2.1%、O₂ 0.43%、N₂ 49.2%；温度40℃，压力6000Pa(A)，流量111000Nm³/h；

焦炉煤气主要组成：H₂ 60%、CO 6%、CO₂ 2%、CH₄ 22%、O₂ 0.72%、N₂ 7.6%；温度40℃，压力6000Pa(A)，流量275000Nm³/h；

装置规模：年产甲醇40万吨，装置操作时间8000h/年。

如图1所示，包括具体如下步骤：

（1）高炉煤气分离提纯CO₂和CO：

将流量为111000Nm³/h高炉煤气经净化脱硫除去煤气中硫和氧，至硫含量＜0.1ppm、氧含量＜300ppm，进入CO₂分离提纯装置进行有机胺循环吸收，装置内高炉煤气与N-甲基二乙醇胺（MEDA-CO₂）逆流接触经传质和化学反应将CO₂吸收，后降压、加热解吸得到流量为24000Nm³/h、CO₂浓度为91.1%的富CO₂产品气；然后输送至一号混气装置与富甲烷气混和。所述CO₂分离提纯装置产生的吸附气进入一号变压吸附装置进行变压吸附提纯CO，得到流量为30000Nm³/h、CO浓度为96.2%的1#富CO产品气。

（2）焦炉煤气甲烷化获得富甲烷气体和富H₂气体：

将流量为275000Nm³/h的焦炉煤气经过净化分离，将煤气中硫脱除至＜0.1ppm、氧含量＜300ppm；然后进入甲烷化装置进行反应，在650℃、2.0MPa条件下，装置内的CO、CO₂与H₂在催化作用下转化为甲烷；然后进入二号变压吸附装置进行提氢并气体分离，得到流量为70000Nm³/h、CH₄浓度为88.26%的富甲烷气，以及流量为205000Nm³/h、H₂浓度为81.05%的富H₂气体。

（3）干重整反应获得合成气：

将流量为70000Nm³/h、CH₄浓度为88.26%的富甲烷气与流量为24000Nm³/h、CO₂浓度为91.1%的富CO₂产品气进行混合，然后在800℃、1.0MPa条件下通过镍基催化剂进行干重整反应，得到流量为170000Nm³/h、CO和 H₂浓度分别为49.0%、49.0%的合成气。将合成气送至三号变压吸附装置进行变压吸附提取部分CO，得到流量为48000Nm³/h、CO浓度为90.45%的2#富CO产品气，以及流量为120000Nm³/h、CO和 H₂浓度分别为33.0%、66.0%的贫CO产品气。

（4）甲醇合成：

将流量为120000Nm³/h、CO和H₂浓度分别为33.0%、66.0%的贫CO产品气，在250℃、6MPa条件下，通过铜基催化剂进行甲醇合成制得粗甲醇，合成的粗甲醇由泵输送至精馏装置分离水制得甲醇产品（纯度99%），产量为40万吨/年。甲醇合成装置产生的甲醇弛放气返回甲醇合成装置。

（5）回喷高炉：

将流量为30000Nm³/h、CO浓度为96.2%的1#富CO产品气，流量为48000Nm³/h、CO浓度为90.45%的2#富CO产品气，以及流量为205000Nm³/h、H₂浓度为81.05%的富H₂气体混合，回喷高炉。

（6）尾气处理：

高炉煤气脱除CO和CO₂的贫碳氧化物尾气返回煤气管网用于钢铁生产各工序及发电装置的燃料气使用。

Claims (3)

1.一种高炉煤气与焦炉煤气合成甲醇的综合利用系统，其特征在于：包括净化脱硫装置、CO₂分离提纯装置、一号变压吸附装置、净化分离装置、甲烷化装置、二号变压吸附装置、干重整反应装置、三号变压吸附装置、甲醇合成装置、精馏装置、压缩机、一号混气装置、二号混气装置和高炉；所述高炉煤气管网通过管路依次连通净化脱硫装置和CO₂分离提纯装置，CO₂分离提纯装置的贫CO₂气出口连通一号变压吸附装置的入口、富CO₂气出口连通一号混气装置，一号变压吸附装置的富CO气出口通过二号混气装置连通高炉的煤气入口；所述焦炉煤气管网通过管路依次连通净化分离装置、甲烷化装置和二号变压吸附装置，二号变压吸附装置的富H₂气出口连通二号混气装置的入口、富甲烷气出口连通一号混气装置的入口；所述一号混气装置的出口依次连通干重整反应装置和三号变压吸附装置，三号变压吸附装置的贫CO气出口依次连通甲醇合成装置和精馏装置；所述三号变压吸附装置的富CO气出口连通二号混气装置的入口；所述压缩机提供动力。

2.根据权利要求1所述的一种高炉煤气与焦炉煤气合成甲醇的综合利用系统，其特征在于：所述三号变压吸附装置和甲醇合成装置之间还设有三号混气装置；所述甲醇合成装置的弛放气出口连通三号混气装置的入口。

3.根据权利要求1或2所述的一种高炉煤气与焦炉煤气合成甲醇的综合利用系统，其特征在于：所述一号变压吸附装置的尾气出口连通煤气管网。