CN101830435B - 一种冶金烟气资源化利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冶金烟气资源化利用的的方法，具体为：从冶金炉中出来的烟气经除尘后通过梯级蓄热体的“蓄热层”，依次是高温蓄热体-中温蓄热体-低温蓄热体；从低温蓄热体中出来的经过了换热的烟气通过脱硫净化装置；经过脱硫后的烟气与调配气体反向通过梯级蓄热体的催化“换热层”，依次是低温蓄热体-中温蓄热体-高温蓄热体；在蓄热体的“催化层”原料气经过三重整得到合成气，合成气从高温蓄热体的“催化层”出来之后再按照依次高温蓄热体-中温蓄热体-低温蓄热体的顺序通过蓄热体中的另外一个“蓄热层”达到热量回收；最后烟气从低温蓄热体中排出进入下一步工序。本发明充分利用了冶金烟气中的资源，大大减少了CO2的排放，解决了高温下脱硫的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶金烟气综合利用技术，是一种CO2减排与工业烟气资源化利用新技术，属于能源化学领域。
技术背景
地球表面温度升高、海平面上升、极端恶劣天气频繁出现引起了全人类对“温室效应”的关注，CO2是引起温室效应的主要温室气体，已被视为第三代空气污染物。随着世界工业化进程的不断推进，以石油、煤、天然气为主的含碳化石能源在人类生产、生活活动中大量使用，打破了自然界生物圈、大气圈原有的碳平衡。为实现人类社会的可持续发展，以《京都议定书》为重要标志，国际社会对CO2减排已达成共识。目前我国CO2年排放量超过30亿吨，居世界第二位。其中，冶金企业是我国CO2排放的主要源头之一，其排放量约占全国总排放量的14％。CO2减排与资源化利用已经势在必行。
另一方面，化石能源在使用过程中产生的污染已经相当严重，为了最大限度的有效利用现有能源为工业化可持续发展做出贡献。在工业行业中，冶金行业且属于能耗大户，从目前来看仍具有很大节能潜力。特别是火法冶金过程产生的高温烟气中热量没有得到充分的利用。
鉴于以上两点，本发明提出一种集冶金烟气中的余热与烟气成分综合利用的新方法。
发明内容
本发明提出以冶金烟气余热为热量来源，以冶金烟气中有效成分CO2、CH4、O2、H2O为原料，通过在烟气中搭配适当的CH4、O2与H2O气体调配好原料气CO2、CH4、O2、H2O组成，利用相变蓄热材料与烟气换热提供稳定的能量供应，在催化材料的催化作用CO2、CH4、O2、H2O三重整制取合成气。值得注意的是相变蓄热材料与催化材料是成一体复合型催化蓄热体，催化蓄热体由两层“蓄热层”与一层“催化换热层”构成。其中为了满足烟气的换热与预热，本过程采用梯级蓄热换热的过程来满足烟气余热的充分回收与原料气的充分预热。
本发明冶金烟气资源化利用的的方法技术方案是：采用梯级蓄热换热的过程来满足烟气余热的回收与原料气的预热，具体工艺步骤如下：从冶金炉中出来的高温冶金烟气经除尘后通过梯级蓄热体的“蓄热层”，依次是高温蓄热体-中温蓄热体-低温蓄热体；从低温蓄热体中出来的经过了换热的烟气通过脱硫净化装置；经过脱硫后的烟气与调配气体反向通过梯级蓄热体的催化“换热层”，依次是低温蓄热体-中温蓄热体-高温蓄热体；在蓄热体的“催化层”原料气经过三重整得到合成气，合成气从高温蓄热体的“催化层”出来之后再按照依次高温蓄热体-中温蓄热体-低温蓄热体的顺序通过蓄热体中的另外一个“蓄热层”达到热量回收；最后烟气从低温蓄热体中排出进入下一步工序，此时烟气主要成份为CO，H2与N2。
所述的高温蓄热体的温度为860～880℃、中温蓄热体的温度为550～580℃、低温蓄热体的温度为220～270℃。
所述的从冶金炉中出来的高温冶金烟气中有效成分是CO2、CH4、O2、H2O。
所述的调配气体为CH4、O2与H2O气体。
所述的高温蓄热体的相变蓄热材料是Ni/Na2CO3；中温蓄热体温度的相变蓄热材料是Al/Al2O3；低温蓄热的相变蓄热材料是KCl+ZnCl2。
具体实施过程如下：首先直接从冶金炉中出来的高温冶金烟气经除尘后通过梯级蓄热体的“蓄热层”，依次是高温蓄热体(850℃左右)-中温蓄热体(550℃左右)-低温蓄热体(250℃左右)；从低温蓄热体中出来的经过了换热的烟气通过脱硫净化装置，充分脱除烟气中的酸性气体；经过脱硫后的烟气与调配气体反向通过梯级蓄热体的催化“换热层”，依次是低温蓄热体(250℃左右)-中温蓄热体(550℃左右)-高温蓄热体(850℃左右)；在蓄热体的“催化层”原料气经过三重整得到合成气，合成气从高温蓄热体的“催化层”出来之后再按照依次高温蓄热体(850℃左右)-中温蓄热体(550℃左右)-低温蓄热体(250℃左右)的顺序通过蓄热体中的另外一个“蓄热层”达到热量回收的目的；最后烟气从低温蓄热体(250℃左右)中排出进入下一步工序，此时烟气主要成份为CO，H2与N2。
本发明具有的优点有：
(1)通过梯级蓄热体蓄热换热作用，将烟气温度降低到300℃以下进行脱硫，解决了高温下脱硫的难题。
(2)以冶金烟气中的有效成分为主要原料，利用冶金烟气自身的余热来驱动三重整反应，充分利用了冶金烟气中的资源。
(3)利用此方法烟气无需净化分离，大大减少了CO2的排放。
附图说明
图1为一种冶金烟气资源化利用方法流程图；
图2为蓄热体内小单元示意图，表示蓄热体结构，蓄热体由以上若干个小单元组成，图中1表示蓄热层，2表示催化换热层，3表示蓄热层，4表示蓄热材料，5表示催化材料，表示6蓄热材料；
图3为蓄热体截面图，1表示蓄热体外壳，2表示蓄热小单元。
具体实施方式 下面结合附图以实例进一步说明本发明的实质内容，但各实例不构成对本发明的限制。
具体实施过程如下：如图1和图2首先直接从冶金炉中出来的高温冶金烟气经除尘后通过梯级蓄热体的“蓄热层”，依次是高温蓄热体(850℃左右)-中温蓄热体(550℃左右)-低温蓄热体(250℃左右)；从低温蓄热体中出来的经过了换热的烟气通过脱硫净化装置，充分脱除烟气中的酸性气体；经过脱硫后的烟气与调配气体反向通过梯级蓄热体的催化“换热层”，依次是低温蓄热体(250℃左右)-中温蓄热体(550℃左右)-高温蓄热体(850℃左右)；在蓄热体的“催化层”原料气经过三重整得到合成气，合成气从高温蓄热体的“催化层”出来之后再按照依次高温蓄热体(850℃左右)-中温蓄热体(550℃左右)-低温蓄热体(250℃左右)的顺序通过蓄热体中的另外一个“蓄热层”达到热量回收的目的；最后烟气从低温蓄热体(250℃左右)中排出进入下一步工序，此时烟气主要成份为CO，H2与N2。
本发明相变蓄热材料与催化材料是成一体的复合型催化蓄热体，催化蓄热体由两层“蓄热层”与一层“催化换热层”构成。
实施例1
某炼铜厂烟气成分
催化材料：Ni/Al2O3
高温蓄热体：工作温度，860℃；相变蓄热材料，Ni/Na2CO3
中温蓄热体温度：工作温度，572℃；相变蓄热材料，Al/Al2O3
低温蓄热体温度：工作温度，265℃；相变蓄热材料，KCl+ZnCl2
出口烟气温度：260℃
调配气体：CH4
CH4与CO2的转化率：96％，86％
出口烟气成分
实施例2
某钢铁厂高炉冶炼过程烟气成分
催化材料：Ni/Al2O3
高温蓄热体：工作温度，880℃；相变蓄热材料，Ni/Na2CO3
中温蓄热体温度：工作温度，562℃；相变蓄热材料，Al/Al2O3
低温蓄热体温度：工作温度，245℃；相变蓄热材料，KCl+ZnCl2
调配气体：CH4，O2
CH4与CO2的转化率：95％，84％
出口烟气成分
Claims (3)
1.一种冶金烟气资源化利用的方法，其特征在于：采用梯级蓄热换热的过程来满足烟气余热的回收与原料气的预热，具体工艺步骤如下：从冶金炉中出来的高温冶金烟气经除尘后通过梯级蓄热体的“蓄热层”，依次是高温蓄热体-中温蓄热体-低温蓄热体；从低温蓄热体中出来的经过了换热的烟气通过脱硫净化装置；经过脱硫后的烟气与调配气体反向通过梯级蓄热体的催化“换热层”，依次是低温蓄热体-中温蓄热体-高温蓄热体；在蓄热体的“催化层”原料气经过三重整得到合成气，合成气从高温蓄热体的“催化层”出来之后再按照依次高温蓄热体-中温蓄热体-低温蓄热体的顺序通过蓄热体中的另外一个“蓄热层”达到热量回收；最后烟气从低温蓄热体中排出进入下一步工序，此时烟气主要成份为CO，H2与N2；
所述的高温蓄热体的温度为860～880℃、中温蓄热体的温度为550～580℃、低温蓄热体的温度为220～270℃；
所述的调配气体为CH4、O2与H2O气体。
2.根据权利要求1所述的一种冶金烟气资源化利用的方法，其特征在于所述的从冶金炉中出来的高温冶金烟气中有效成分是CO2、CH4、O2、H2O。
3.根据权利要求1所述的一种冶金烟气资源化利用的方法，其特征在于所述的高温蓄热体的相变蓄热材料是Ni/Na2CO3；中温蓄热体温度的相变蓄热材料是Al/Al2O3；低温蓄热体的相变蓄热材料是KCl+ZnCl2。
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