CN101978234B - 高炉煤气的分离方法 - Google Patents

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Abstract

高炉煤气的分离方法，其在使用两阶段的气体分离纯化装置将由高炉炉顶排出的高炉煤气分离成以各成分为主体的气体时，通过第一阶段的气体分离纯化装置(S1)，将高炉煤气分离为：由二氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体和由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体，通过第二阶段的气体分离纯化装置(S2)，将通过所述第一阶段的气体分离纯化装置分离出的由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体分离为：由氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体和由包含一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体。

Description

高炉煤气的分离方法
技术领域
本发明涉及一种将由高炉炉顶排出的高炉煤气分离为各自以各气体成分为主要成分的气体的方法。
背景技术
在炼铁厂中，由炼焦炉、高炉、转炉等设备产生称为副产物气体的气体。在该气体中，除了氢气、一氧化碳、甲烷等这样可以用作燃料的成分之外，还含有氮气、二氧化碳。这些副产物气体的大部分用于在发电厂或加热炉等利用由燃烧产生的热的用途，但如上所述，由于这些副产物气体中含有氮气或二氧化碳这样的惰性成分，因此特征在于，单位体积的热量为700～4500kcal/Nm3，比作为一般的燃料气体的丙烷气体或天然气低。特别是，高炉煤气为700kcal/Nm3左右，热量最低。
这是由于，氢气、一氧化碳、甲烷等燃料成分少，而且由这些燃料成分燃烧产生的热量消耗于作为燃料成分以外的成分的氮气或二氧化碳的加热而导致的。另外，在高炉煤气中，含有氮气50～55体积％左右，二氧化碳20～23体积％左右。
因此，对于从这些副产物气体中除去惰性成分的方法，特别是在最近由于要求减少二氧化碳排出，因此对于从高炉煤气中分离回收二氧化碳的方法，提出了多种方案。
例如，在专利文献1中提出了，使从高炉煤气等含有氮气、一氧化碳、二氧化碳的气体中分离出一氧化碳后的气体在燃烧催化剂存在下进行燃烧，由此除去残留的微量可燃气体和氧气，制造以氮气和二氧化碳为主要成分的惰性气体的方法。另外，还提出了从上述惰性气体中分离出二氧化碳，得到高纯度的氮气的方法。
另外，在专利文献2中提出了通过在加压下与吸附剂接触进行吸附分离，接着在减压下使其脱附的变压吸附式分离方式，使用氧化铝类吸附剂和多孔性聚苯乙烯分别选择性吸附高炉煤气中的二氧化碳和氮气，制造一氧化碳和氢气的富燃料气体的方法。
另外，在专利文献3中还提出了，通过从在炼铁厂产生的副产物气体中通过化学吸收法分离回收二氧化碳时，用化学吸收液从该气体中吸收二氧化碳后，加热化学吸收液使二氧化碳分离的工艺，利用或活用在炼铁厂产生的500℃以下的低品位排热的方法。
专利文献1：日本特开昭61-28446号公报
专利文献2：日本特开昭62-193622号公报
专利文献3：日本特开2004-292298号公报
如上述专利文献1～3的提案那样，分离在炼铁厂产生的副产物气体中所含的各成分的技术是以往提出的，但都未达到实用化，存在应当解决的问题。
例如，在专利文献1中，通过吸收法分离高炉煤气中的一氧化碳，但在该方法中，在吸收了一氧化碳后的气体中，残留约1体积％左右的一氧化碳，而且氢气未被吸收而直接残留(参见专利文献1第2页左上栏)。它们在设置于分离器的后段的燃烧器内完全燃烧。由该残留的一氧化碳和氢气产生的热量虽然实际上达到高炉煤气所具有的热量的5％左右之大，但是由于是被大量的氮气和二氧化碳稀释的气体，因此有效利用在该燃烧器中产生的热量是非常困难的，因此，不得不说相当于高炉煤气所具有热量的5％的部分被浪费。
在专利文献2中，在一个吸附塔内填充用于吸附高炉煤气中的二氧化碳的氧化铝类吸附剂和用于吸附氮气的多孔性聚苯乙烯，该吸附塔吸附高炉煤气中的二氧化碳和氮气，得到一氧化碳和氢气的浓度相对增大的气体，但是，一氧化碳和氢气的回收率不超过80％，残留的20％一氧化碳和氢气作为与二氧化碳和氮气混合的低热量气体而排出。
另外，在专利文献3中，以化学吸收法分离回收高炉煤气中的二氧化碳，但高炉煤气中的二氧化碳浓度为20％左右，即使只分离二氧化碳也可以得到热量增加的效果，但其改善效果限定于25％左右，不能得到热量高的气体。
另外，作为在任何分离方法中都共通的问题，存在投入动力的问题，在专利文献1中，为了吸收液再生，需要在100～150℃下加热或者减压，在专利文献2中，需要在吸附时向2ata加压和在脱附时向0.1ata减压，在专利文献3中，为了吸附液再生，需要在120℃下加热，对于它们的热源或动力的补充，也需要利用废热。
这样，从减少二氧化碳排出和节能的观点考虑，除去炼铁厂副产物气体中的惰性成分来使热量增加是重要的，但在其实用化中，显现出提高作为燃料成分的一氧化碳和氢气的回收率、削减分离操作消耗的能量或成本的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高炉煤气的分离方法，其为了通过从高炉煤气中分离/除去二氧化碳和氮气来制造热量高的改性高炉煤气等，能够在将高炉煤气分离为以各成分为主要成分的气体时，以高回收率有效地回收各气体。
本发明人从各种观点研究了高炉煤气的分离中的回收率提高、能量或成本削减，结果发现对于由高炉煤气分离各成分，特别是可以通过将分离顺序和分离方法适当组合而实现。
本发明是基于上述观点完成的发明，第1发明涉及的高炉煤气的分离方法的特征在于，在使用两阶段的气体分离纯化装置将由高炉炉顶排出的高炉煤气分离成以各成分为主体的气体时，通过第一阶段的气体分离纯化装置，将高炉煤气分离为：由二氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体和由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体，通过第二阶段的气体分离纯化装置，将通过所述第一阶段的气体分离纯化装置分离出的由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体分离为：由氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体和由一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体。
第2发明涉及的高炉煤气的分离方法的特征在于，在第1发明中，所述第一阶段的气体分离纯化装置是通过吸附分离二氧化碳的吸附分离装置，所述第二阶段的气体分离纯化装置是通过吸附分离一氧化碳的吸附分离装置。
第3发明涉及的高炉煤气的分离方法的特征在于，在第1发明中，所述第一阶段的气体分离纯化装置是通过吸收分离二氧化碳的化学吸收装置，所述第二阶段的气体分离纯化装置是通过吸附分离一氧化碳的吸附分离装置。
第4发明涉及的高炉煤气的分离方法的特征在于，在第1发明中，所述第一阶段的气体分离纯化装置是通过吸附分离二氧化碳的吸附分离装置，所述第二阶段的气体分离纯化装置是通过吸收分离一氧化碳的化学吸收装置。
第5发明涉及的高炉煤气的分离方法的特征在于，在第2～4发明的任意一项中，在所述吸附分离装置的出口侧，配置氢气透过膜或吸附氢气以外成分的吸附剂作为第三阶段的气体分离纯化装置，从由所述吸附分离装置分离的由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体中分离由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体。
第6发明涉及的高炉煤气的分离方法的特征在于，在第5发明中，配置吸附氢气以外成分的吸附剂作为第三阶段的气体分离纯化装置，在通过该吸附剂分离由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体时，将所述吸附剂上吸附的成分通过基于减压的脱气操作或者基于氢气的洗涤操作或逆洗涤操作除去。
根据本发明，将以氢气、氮气、一氧化碳和二氧化碳为主要成分的高炉煤气分离为各气体成分时，由于最初分离最易分离的二氧化碳，因此，可以以少的动力进行高炉煤气的分离，另外，由于使用第二阶段的气体分离纯化装置进行分离，因此可以以高分离率分离各气体。进一步使用第三阶段的气体分离纯化装置分离氢气时，还能以高回收率从高炉煤气中回收高浓度氢气，结果，可以得到含有高浓度的氢气和高浓度的一氧化碳的、热量增加更高的改性高炉煤气，通过该效果可以降低分离所消耗的投入能量和成本。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式例的工序图。
图2是表示本发明的第二实施方式例的工序图。
图3是表示本发明的第三实施方式例的工序图。
图4是模式地表示在本发明的第一实施方式例中将变压吸附装置用于第一阶段和第二阶段的气体分离工序时的分离操作的图。
图5是图4所示的本发明第一实施方式例中氢气分离装置是膜分离装置时的分离操作的模式图。
图6是图4所示的本发明第一实施方式例中氢气分离装置是吸附分离装置时的分离操作的模式图。
图7是图4所示的本发明第一实施方式例中对氢气分离装置进行脱气操作时的分离操作的模式图。
图8是图4所示的本发明第一实施方式例中通过氢气对氢气分离装置进行洗涤操作时的分离操作的模式图。
图9是图4所示的本发明第一实施方式例中通过氢气对氢气分离装置进行逆洗涤操作时的分离操作的模式图。
图中的标记如下。
1原料气体容器
2CO2-PSA吸附塔
3原料气体容器
4CO-PSA吸附塔
5氢气分离装置
6排气装置
7鼓风装置
S1第一阶段的气体分离工序
S2第二阶段的气体分离工序
S3第三阶段的气体分离工序
具体实施方式
以下，具体说明本发明。
高炉煤气的组成为一氧化碳：21.1～26.2体积％、二氧化碳：19.3～23.2体积％、氢气：2.9～5.3体积％、氮气：52.5～59.2体积％(参照第4版钢铁便览(CD-ROM)No.1第2卷制铁·制钢，2002年7月30日发行，表42-5·7(2000))。为了由该高炉煤气制造热量更高的改性高炉煤气等目的，在将高炉煤气分离为各气体成分时，在本发明中，使用两阶段的气体分离纯化装置，通过第一阶段的气体分离纯化装置，将高炉煤气分离为：由二氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体和由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体，通过第二阶段的气体分离纯化装置，将通过所述第一阶段的气体分离纯化装置分离出的由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体分离为：由氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体和由一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体。
其中，不可避免的杂质气体成分，除了高炉煤气中所含的微量成分以外，还有上述4种成分(一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气)中应当分离的目标成分以外在分离效率上附随混入的气体成分，最大含有20体积％。应予说明，在由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体中，还存在含有氢气作为不可避免的杂质气体成分的情况。即，在由吸附分离装置排出的气体中，还存在分离“由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体”的情况，“由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体”是包括分离“由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体”的情况和不分离的情况两种的概念。
这样，根据本发明，由于在第一阶段的气体分离工序中从高炉煤气中分离二氧化碳，因此可以降低作为第二阶段的气体分离工序的一氧化碳分离工序中的负荷，可以有效地进行分离。
作为第一阶段的气体分离纯化装置，可以使用通过吸附分离二氧化碳(以下也称为“CO2”)的吸附分离装置，或者使用通过吸收分离二氧化碳的化学吸收装置。另外，作为第二阶段的气体分离纯化装置，与第一阶段的气体分离纯化装置相同，可以使用通过吸附分离一氧化碳(以下也称为“CO”)的吸附分离装置，或者使用通过吸收分离一氧化碳的化学吸收装置。
作为用作第一阶段和第二阶段的气体分离纯化装置的吸附分离方法，可以使用变压吸附装置(PSA法)、变温吸附法(TSA法)等，作为用作第一阶段和第二阶段的气体分离纯化装置的化学吸收装置，在二氧化碳的情况下，可以使用胺法、冷冻氨水法等方法，在一氧化碳的情况下，可以使用将氯化铜·六甲基膦酸三酰胺或氯化铝·甲苯等作为吸收液的方法。
应予说明，作为第一阶段和第二阶段的分离装置的组合，可以有吸附法+吸附法(第一实施方式例)或吸收法+吸附法(第二实施方式例)，还有吸附法+吸收法(第三实施方式例)，但第一阶段和第二阶段都是吸收法时，由于不能分离氢气，因此不优选。
另外，通过在吸附分离装置(无论第一阶段还是第二阶段)的出口侧，配置氢气透过膜或具备吸附氢气以外的成分的吸附剂的氢气分离装置作为第三阶段的气体分离纯化装置，还可以分离高纯度的氢气。
以下，参照附图具体地说明本发明。
图1是表示本发明第一实施方式例的工序图，配置CO2吸附分离装置作为第一阶段的气体分离工序(S1)，通过该CO2吸附分离装置将高炉煤气分离为：由氢气(以下也称为“H2”)、氮气(以下也称为“N2”)以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(在排出时的初期由分离装置排出)，由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(在排出时的中期排出)，和由二氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(在最后排出)，另外，配置CO吸附分离装置作为第二阶段的气体分离工序(S2)，通过该CO吸附分离装置，将由第一阶段的气体分离工序(S1)分离出的由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体分离为：由氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(在排出时的初期由分离装置排出)，和由一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(在最后排出)。
应予说明，其中“排出”表达的是在变压(变温)吸附法的各工序(吸附、减压、洗涤、脱气等)中由吸附塔进行排气的工序的总称，“初期”、“中期”和“最后”是指在汇总各工序的一个周期内时间上的前后关系。
其中，在第一阶段的分离工序中，分离二氧化碳的理由如下。即，在用吸附分离装置分离时，各成分对于吸附剂的吸附力大致按照“氢气＜＜氮气＜一氧化碳＜＜二氧化碳”的顺序增强，氮气与一氧化碳的吸附力的差一般比与其它成分的吸附力的差小。这表明，由含有氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体用吸附分离装置分离各成分时，由于二氧化碳在更低的压力或高温下吸附，因此最容易分离，即，可以使分离所消耗的动力最少。另外，由于在利用吸附法的分离中未分离的成分也需要投入动力，因此为了分离低浓度的成分，由于不是分离对象的其它成分大量存在，因此需要更大的动力。
另外，进一步配置氢气分离装置作为第三阶段的气体分离工序(S3)，通过该氢气分离装置，从由第一阶段的气体分离工序(S1)分离出的由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体中分离由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体。应予说明，如上所述，在本发明中，第三阶段的气体分离工序(S3)不是必需的，希望得到与高炉煤气相比单位体积的热量为3倍以上的改性高炉煤气时，通过将由第一阶段的气体分离工序(S1)分离出的由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体和由第二阶段的气体分离工序(S2)分离出的由一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体混合，可以充分地满足目的。
图2是表示本发明第二实施方式例的工序图，配置CO2吸收分离装置作为第一阶段的气体分离工序(S1)，通过该CO2吸收分离装置将高炉煤气分离为：由氮气、一氧化碳、氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(由吸收塔排出)，由二氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(由再生塔排出)，另外，配置CO吸附分离装置作为第二阶段的气体分离工序(S2)，通过该CO吸附分离装置，将由第一阶段的气体分离工序(S1)分离出的由氮气、一氧化碳、氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体分离为：由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(在排出时的初期由分离装置排出)，由氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(在排出时的中期排出)，和由一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(在最后排出)。
在第二实施方式例中，首先分离二氧化碳的理由与在第一实施方式例中记载的理由相同，是为了降低第二阶段的气体吸附分离工序的负荷。
另外，进一步配置氢气分离装置作为第三阶段的气体分离工序(S3)，通过该氢气分离装置，从由第二阶段的气体分离工序(S2)分离出的由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体中分离由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体。其中，第三阶段的气体分离工序(S3)不是必需的，这与第一实施方式例相同。
图3是表示本发明第三实施方式例的工序图，配置CO2吸附分离装置作为第一阶段的气体分离工序(S1)，通过该CO2吸附分离装置将高炉煤气分离为：由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(在排出时的初期由分离装置排出)，由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(在排出时的中期排出)，和由二氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(在最后排出)，另外，配置CO吸收分离装置作为第二阶段的气体分离工序(S2)，通过该CO吸收分离装置，将由第一阶段的气体分离工序(S1)分离出的由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体分离为：由氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(由吸收塔排出)，由一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体(由再生塔排出)。
另外，进一步配置氢气分离装置作为第三阶段的气体分离工序(S3)，通过该氢气分离装置，从由第一阶段的气体分离工序(S1)分离出的由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体中分离由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体。其中，第三阶段的气体分离工序(S3)不是必需的，这与第一实施方式例相同。
对于上述本发明的第一实施方式例，列举实例进一步详细说明。
图4是模式地表示在本发明的第一实施方式例中，第一阶段的气体分离工序(S1)的CO2吸附分离装置和第二阶段的气体分离工序(S2)的CO吸附分离装置均使用变压吸附装置(PSA)时的分离操作的图。图4中的标记1为CO2吸附用变压吸附装置(以下，称为“CO2-PSA装置”)的原理气体容器，标记2为CO2-PSA装置的吸附塔(以下，称为“CO2-PSA吸附塔”)，标记3为CO吸附用变压吸附装置(以下，称为“CO-PSA装置”)的原料气体容器，标记4为CO-PSA装置的吸附塔(以下，称为“CO-PSA吸附塔”)，标记5为上述氢气分离装置。应予说明，CO2-PSA吸附塔2和CO-PSA吸附塔4的内部的各气体成分的分布状态是为了说明的模式性表现，实际塔内的气体分布并非如图所示。
由高炉排出的高炉煤气导入CO2-PSA装置的原料气体容器1，在原料气体容器1中，与后述的由CO2-PSA吸附塔2返回的、由氮气、一氧化碳、二氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体d混合后，由原料气体容器1向CO2-PSA吸附塔2导入。此时，优选在将高炉煤气导入原料气体容器1中之前，预先除去高炉煤气中的粉尘(固体粒子)、轻雾(液体微粒)、水分以及硫成分。这是由于粉尘引起由设置在CO2-PSA吸附塔2的吸附剂的细孔的堵塞导致的能力降低，轻雾和水分由于与二氧化碳相比与上述吸附剂的吸附力更高，因此导致二氧化碳的吸附能力相对降低，此外还促进吸附剂的劣化，硫成分引起所述吸附剂的吸附点中毒导致的能力降低。
作为填充于CO2-PSA吸附塔2的吸附剂，只要是可以以某种程度分离氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳而得到的材料，则可以任意使用，没有特别指定，可以使用市售的活性炭或沸石。另外，吸附时的压力、脱附时的压力都没有特别指定，但从操作的容易性考虑，优选吸附压力为100～500kPa，脱附压力为5～100kPa。
如图4所示，将由原料气体容器1导入CO2-PSA吸附塔2的气体a(高炉煤气和循环的由N2、CO、CO2以及不可避免的杂质气体成分组成的气体)分离为：由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体b，由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体c，由氮气、一氧化碳、二氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体d，和由二氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体e。
由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体b可以直接用作炼铁厂内的燃料气体，但也可以进一步通过设置氢气分离装置5，分离为由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体j，即高浓度的氢气。将从由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体b中分离出的、由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体k回收到CO2-PSA的原料气体容器1中，或者，还可以回收到CO-PSA装置的原料气体容器3中，但以低浓度回收一氧化碳时，使分离动力增大，此时在催化剂等下与空气混合并使其燃烧后向大气释放。氢气分离装置5可以是强力吸附氢气以外的气体成分(即氮气)的PSA装置，还可以在CO2-PSA吸附塔2的上部与CO2用吸附剂分别地填充吸附剂。或者，可以是利用分子的大小的氢气分离膜。
将由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体c向后段的CO-PSA装置的原料气体容器3中输送，如上所述，将由氮气、一氧化碳、二氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体d向CO2-PSA装置的原料气体容器1中输送，与高炉煤气混合。分离出的由二氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体e是纯度为99％以上的高纯度CO2，还可以用作惰性气体或干冰用。
在CO2-PSA装置中，重复实施由原料气体容器1向CO2-PSA吸附塔2的气体导入和由CO2-PSA吸附塔2的气体排出的操作。
将在CO2-PSA吸附塔2中分离出的由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体c输送到后段的CO-PSA装置的原料气体容器3中，在原料气体容器3中，与后述的由CO-PSA吸附塔4返回的、由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体h混合后，由原料气体容器3作为气体f向CO-PSA吸附塔4导入。
填充于CO-PSA吸附塔4的吸附剂，只要是可以以某种程度分离一氧化碳的材料，则可以任意使用，没有特别指定，但Y型沸石或者在Y型沸石上担载或离子交换了一价铜的材料对一氧化碳的吸附能力优良，因此优选。另外，吸附时的压力、脱附时的压力都没有特别指定，但从操作的容易性考虑，优选吸附压力为100～500kPa，脱附压力为5～100kPa。
如图4所示，将由原料气体容器3导入CO-PSA吸附塔4的气体f分离为：由氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体g，由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体h，由一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体i。由氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体g是纯度为约99％的高纯度N2，可以作为惰性气体用于转炉等。如上所述，将由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体h向原料气体容器3输送。由一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体i是纯度为99％以上的高纯度CO，除了可以用作热量为3000kcal/Nm3以上的燃料气体以外，还可以用作化学原料。
在CO-PSA装置中，重复实施由原料气体容器3向CO-PSA吸附塔4的气体导入和由CO-PSA吸附塔4的气体排出的操作。
这样，由高炉煤气高效率且高分离率地分离高纯度的H2、CO2、N2、CO。
应予说明，在设置氢气分离装置5时，作为氢气分离装置5，如上所述，可以是强力吸附氢气以外的气体成分的PSA装置，另外，还可以是氢气分离膜，但在使用强力吸附氢气以外的气体成分的PSA装置时，在吸附剂被氢气以外的成分穿透时，优选进行基于减压的脱气操作、或者基于氢气的洗涤操作或逆洗涤操作。通过进行基于减压的脱气操作、或者基于氢气的洗涤操作或逆洗涤操作，可以最小限度地抑制一氧化碳和氮气的损失。
图5表示在第一实施方式例中氢气分离装置5是膜分离装置时的情况。通过氢气分离装置5，与由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体j(高纯度氢气)的分离同时分离、且被排出的由一氧化碳、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体k，在该分离排出气体中所含的氢气浓度高时，向原料气体容器1导入，在该分离排出气体中所含的氢气浓度低时，向原料气体容器3导入。
另外，图6表示在第一实施方式例中氢气分离装置5是吸附装置的情况。将由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体b导入氢气分离装置5，分离由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体j(高纯度氢气)。
在氢气分离装置5是吸附装置时，在分离由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体j后，进行基于减压的吸附装置的脱气操作时的分离操作的模式图如图7所示，另外，进行基于氢气的吸附装置的洗涤操作时的分离操作的模式图如图8所示，进行基于氢气的吸附装置的逆洗涤操作时的分离操作的模式图如图9所示。其中，基于氢气的洗涤操作是指正方向的洗涤操作，在与吸附时导入气体的方向相同的方向上导入洗涤用氢气。同样地，基于氢气的逆洗涤操作是指反方向的洗涤操作，在与吸附时导入气体的方向相反的方向上导入洗涤用氢气。
在氢气分离装置5是吸附装置时，进行该吸附装置的脱气操作时，如图7所示，用真空泵等排气装置6排出残留于氢气分离装置5中的CO和N2等。所排出的以CO和N2为主要成分的分离排出气体1，在该分离排出气体中所含的氢气浓度高时，向原料气体容器1导入，在该分离排出气体中所含的氢气浓度低时，向原料气体容器3导入。
另外，在分离由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体j后，进行基于氢气的吸附装置的洗涤操作时，如图8所示，将分离出的由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体j用鼓风机等鼓风装置7导入氢气分离装置5，并排出残留于氢气分离装置5中的由CO、N2以及不可避免的杂质气体成分组成的气体。所排出的由CO、N2、H2以及不可避免的杂质气体成分组成的气体m，在该分离排出气体中所含的氢气浓度高时，向原料气体容器1导入，在该分离排出气体中所含的氢气浓度低时，向原料气体容器3导入。
同样地，在进行基于氢气的吸附装置的逆洗涤操作时，如图9所示，将分离出的由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体j用鼓风机等鼓风装置7导入氢气分离装置5，并排出残留于氢气分离装置5中的由CO、N2以及不可避免的杂质气体成分组成的气体。所排出的由CO、N2、H2以及不可避免的杂质气体成分组成的气体n，在该分离排出气体中所含的氢气浓度高时，向原料气体容器1导入，在该分离排出气体中所含的氢气浓度低时，向原料气体容器3导入。
此时，由于不需要设置多余的配管等，因此更优选基于氢气的逆洗涤操作。应予说明，在图5～9中，上述以外的结构是与图4相同的结构，同一部分通过相同标记表示，并省略其说明。
接着，将本发明的高炉煤气的分离方法，即第一阶段的气体分离工序是二氧化碳的分离工序、第二阶段的气体分离工序是一氧化碳的分离工序的情况(称为“本发明例”)下，和与此相反的第一阶段的气体分离工序是一氧化碳的分离工序、第二阶段的气体分离工序是二氧化碳的分离工序的情况(称为“比较例”)下，气体分离所需的投入电力的不同示于表1。
表1
Figure BPA00001229428400161
如表1所示，可知以第一阶段的气体分离工序为二氧化碳的分离工序的情况与不是这种情况相比，可以减少投入电力。即，通过本发明的高炉煤气的分离方法，能以少的投入能量进行高炉煤气的分离。

Claims (4)

1.高炉煤气的分离方法，其中，
通过第一阶段的气体分离纯化装置，将由高炉炉顶排出的高炉煤气分离为：由二氧化碳和不可避免的杂质气体成分组成的气体；由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体；和由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体，其中所述第一阶段的气体分离纯化装置是通过吸附分离二氧化碳的吸附分离装置，
通过第二阶段的气体分离纯化装置，将通过所述第一阶段的气体分离纯化装置分离出的由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体分离为：由氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体和由一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体，其中所述第二阶段的气体分离纯化装置是通过吸附分离一氧化碳的吸附分离装置，
并且，在所述第一阶段的吸附分离装置的出口侧，配置氢气透过膜或吸附氢气以外成分的吸附剂作为第三阶段的气体分离纯化装置，从由所述第一阶段的吸附分离装置分离的由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体中分离由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体。
2.高炉煤气的分离方法，其中，
通过第一阶段的气体分离纯化装置，将由高炉炉顶排出的高炉煤气分离为：由二氧化碳和不可避免的杂质气体成分组成的气体和由氮气、一氧化碳、氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体，其中所述第一阶段的气体分离纯化装置是通过吸收分离二氧化碳的化学吸收装置，
通过第二阶段的气体分离纯化装置，将通过所述第一阶段的气体分离纯化装置分离出的由氮气、一氧化碳、氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体分离为：由氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体；由一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体；和由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体，其中所述第二阶段的气体分离纯化装置是通过吸附分离一氧化碳的吸附分离装置，
并且，在所述第二阶段的吸附分离装置的出口侧，配置氢气透过膜或吸附氢气以外成分的吸附剂作为第三阶段的气体分离纯化装置，从由所述第二阶段的吸附分离装置分离的由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体中分离由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体。
3.高炉煤气的分离方法，其中，
通过第一阶段的气体分离纯化装置，将由高炉炉顶排出的高炉煤气分离为：由二氧化碳和不可避免的杂质气体成分组成的气体；由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体；和由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体，其中所述第一阶段的气体分离纯化装置是通过吸附分离二氧化碳的吸附分离装置，
通过第二阶段的气体分离纯化装置，将通过所述第一阶段的气体分离纯化装置分离出的由氮气、一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体分离为：由氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体和由一氧化碳以及不可避免的杂质气体成分组成的气体，其中所述第二阶段的气体分离纯化装置是通过吸收分离一氧化碳的化学吸收装置，
并且，在所述第一阶段的吸附分离装置的出口侧，配置氢气透过膜或吸附氢气以外成分的吸附剂作为第三阶段的气体分离纯化装置，从由所述第一阶段的吸附分离装置分离的由氢气、氮气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体中分离由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的高炉煤气的分离方法，其特征在于，配置吸附氢气以外成分的吸附剂作为第三阶段的气体分离纯化装置，在通过该吸附剂分离由氢气以及不可避免的杂质气体成分组成的气体时，将所述吸附剂上吸附的成分通过基于减压的脱气操作或者基于氢气的洗涤操作或逆洗涤操作除去。
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