CN102101644A - 一种铁合金烟气制氨合成气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁合金烟气制氨合成气的方法，铁合金烟气通过洗涤除尘、脱硫，补氮将铁合金烟气中的氮与一氧化碳和氢的比例达到氨合成气的需要，部分变换和低温变换将CO转换为H2，脱除二氧化碳和微量CO，满足氨合成气的要求，组成一个铁合金-合成氨综合利用联合体，以达到节能减排之目的。铁合金与合成氨生产组成联合体，合成氨工艺流程缩短；提高了资源利用率，成本大大下降，有显著的经济效益；减少了合成氨的原料输送和气化两大部分，投资节省；节能减排效果显著。可以省掉合成氨消耗掉的焦炭、煤、重油以及供应紧缺的天然气。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁合金烟气制氨合成气的方法，属于资源综合利用领域。
背景技术
铁合金是钢铁行业必不可少的原料之一，铁合金冶炼其实质是以焦炭为还原剂，将含有氧化物的矿石中还原出铁合金所需要的元素如硅、锰、铬等，反应产物除金属元素外，就是CO气体，CO气体容易从反应区排出。铁合金冶炼多采用还原电炉法也称矿热炉法，以前电炉容量小，多用敞口电炉和半封闭电炉生产，排出的烟气中CO被空气烧掉了，烟气量很大，无法回收，并含有大量烟尘，污染了环境。
随着钢铁工业的发展和科学技术的进步，矿热炉向大型化和自动化发展，新建的锰铁和硅铁电炉多采用全封闭电炉，气体采用湿法除尘，烟气中CO浓度很高，并含有一定量的H2，是一种优质煤气，据资料介绍，铁合金全封闭矿热炉排出的烟气组分如下表：
铁合金生产也是耗能“大户”。要建设一个资源节约型和环境友好型社会，凡是有利用价值的废气都要利用起来，其中铁合金生产的烟气中就含有高浓度CO的废气，若把铁合金烟气利用起来，也是对钢铁工业节能减排工作的重要成效之一。
CO用途广泛，可作一碳化工产品原料。因铁合金煤气含有一定量的N2，采用固氮方法用作用途最广泛，而植物所必需的氮肥是最理想的。现代固氮最广泛的方法是合成氨，合成氨的原料气是由焦炭与水蒸气、空气在气化炉内发生气化反应生成的CO、H2和N2。凡含有CO、H2和N2的气体都可以作为合成氨原料气。合成氨也是耗能大户，合成氨省掉了主要原料焦炭，节能减排效果肯定显著。
矿热炉生产1t铁合金大约排出烟气平均1000m3，我国铁合金年产量达800万吨，排放的烟气每年达800000万m3，若作为氨合成气可生产合成氨420万吨，如果铁合金工业排放的煤气利用50％，每年可节约标准煤约300万吨。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁合金烟气制氨合成气的方法，通过铁合金煤气经净化、加氮、部分变换、低温变换、脱碳等工艺技术后，满足氨合成气的要求，供合成氨使用。用该方法来回收利用生产排放废气中的CO，使其成为合成氨的原料，把矿热炉作为气化炉，对节能减耗，能量回收，环境保护，资源综合利用等技术都是重大突破。
本发明铁合金烟气制氨合成气的方法的目的是这样实现的：铁合金烟气通过洗涤除尘、脱硫，补氮将铁合金烟气中的氮与一氧化碳和氢的比例达到氨合成气的需要，部分变换和低温变换将CO转换为H2，脱除二氧化碳和微量CO，满足氨合成气的要求，组成一个铁合金-合成氨综合利用联合体。
该方法包括：
(1)将铁合金烟气从矿热炉中引出，经水洗、电除尘将铁合金烟气中的含尘量降低至10mg/m3以下，经ADA脱硫：在常温下，用常规ADA溶液，将高炉煤气中的H2S脱至30mg/m3以下；
(2)铁合金净化煤气补氮。空气用变压吸附的方法制取99.5％的纯氮，按铁合金煤气中CO+H2与N2之比为3.1～3.2自动补入净化煤气中，每吨铁合金补入纯氮250～300m3纯氮；
(3)部分变换：变换炉分为二段，控制蒸汽比为1.1～1.3，一段变换触媒用中温触媒，一段进口温度300～340℃，一段出口温度430～450℃，二段触媒用高温触媒，触媒层温度控制在470～480℃，变换炉出口CO 15～20％，H2 40～45％范围内；
(4)精脱硫：为了保护低温催化剂和变压吸附硫化氢的浓度，变换后串联精脱硫，精脱硫采用氧化锌脱硫剂，操作温度250～280℃，将总S脱至0.1ppm；
(5)中-低-低变换：变换炉分为三段，一段中温变换：用中温变换催化剂，由部分变换送来的温度250℃，经换热器换热后进一段温度320℃，经一段反应后出口温度400℃；二段低温变换：用低温变换催化剂，由一段出来的气体经换热器和水加热器后温度降低至190℃，进入二段低变触媒层，反应后温度220℃；三段低温变换：由二段低温变换来的气体经第一调温水加热器后温度下降至180℃，进入三段低温触媒层，反应后温度上升至185℃，使CO降低至1.5％以下；
(6)脱碳：变压吸附脱除CO2和少量CO，吸附剂用分子筛，吸附器在0.6～0.7mpa压力和常温下将二氧化碳和CO脱除，使出口CO2和CO均小于10ppm。
本发明的原理分四部分工艺：
1、洗涤、电除尘。
2、铁合金净化煤气补氮。
3、铁合金煤气用蒸汽变换为变换气，其反应如下：
CO+H2O＝CO2+H2
4、变换气脱碳。
变换气脱除CO2和微量CO即为合成氨精练气。
本发明通过矿热炉引出铁合金烟气经洗涤、电除尘和脱硫、部分变换和低温变换、脱碳等工艺及设备来实现。铁合金烟气经洗涤、电除尘后，含尘量小于10mg/m3，进入ADA脱硫，将H2S脱至30mg/m3以下，按比例自动加入纯氮，用压縮机加压至0.7～0.8mpa，送部分变换，将高浓度一氧化碳变换15～20％，用氧化锌精脱硫，将硫化物脱至0.1PPM以下，然后送中低低变工序将一氧化碳降低至1.5％以下，最后用变压吸附将气体中的CO2和CO除去而制得氢与氮之比为3.1～3.2的氨合成气。
本发明达到的技术指标：
(1)每吨铁合金产氨合成气1200～1300m3，H2 73～75％N2 24～25％；
(2)每吨铁合金煤气回收率按90％计算，可生产合成氨350～400kg，33000KVA电炉日产铁150吨，可日产合成氨50～55吨，年产合成氨1.65～1.8万吨。每吨合成氨标准煤消耗1369kg，即年节约标煤2.2～2.5万吨。
铁合金烟气通过洗涤除尘、脱硫，补氮将铁合金烟气中的氮与一氧化碳和氢的比例达到氨合成气的需要，部分变换和低温变换将CO转换为H2，脱除二氧化碳和微量CO，满足氨合成气的要求，组成一个铁合金-合成氨综合利用联合体，以达到节能减排之目的。
本发明具有的优点及效果：
(1)铁合金与合成氨生产组成联合体，矿热炉成为合成氨关键设备-气化炉，合成氨装置省掉了原料输送及气化炉部分，合成氨工艺流程缩短；
(2)提高了资源利用率，对合成氨来说不需要原料，成本大大下降，有显著的经济效益，如果铁合金与合成氨的成本再合理分配，铁合金成本也下降；
(3)减少了合成氨的原料输送和气化两大部分，投资节省；
(4)节能减排效果显著。可以省掉合成氨消耗掉的焦炭、煤、重油以及供应紧缺的天然气。
附图说明
图1是本发明的铁合金煤气制取氨合成气流程框图。
图2是本发明的铁合金煤气制取氨合成气流程图。
具体实施方式
本发明铁合金烟气通过洗涤除尘、脱硫，补氮将铁合金烟气中的氮与一氧化碳和氢的比例达到氨合成气的需要，部分变换和低温变换将CO转换为H2，脱除二氧化碳和微量CO，满足氨合成气的要求，组成一个铁合金-合成氨综合利用联合体，以达到节能减排之目的。
本发明是通过以下工艺方法来实现的：
1、将铁合金烟气从矿热炉中引出，经水洗、电除尘将铁合金烟气中的含尘量降低至10mg/m3以下，经ADA脱硫：在常温下，用常规ADA溶液，将高炉煤气中的H2S脱至30mg/m3以下。
2、铁合金净化煤气补氮。空气用变压吸附的方法制取99.5％的纯氮，按铁合金煤气中CO+H2与N2之比为3.1～3.2自动补入净化煤气中，每吨铁合金补入纯氮250～300m3纯氮。
3、部分变换：变换炉分为二段，控制蒸汽比为1.1～1.3，一段变换触媒用中温触媒，一段进口温度300～340℃，一段出口温度430～450℃，二段触媒用高温触媒，触媒层温度控制在470～480℃，变换炉出口CO 15～20％，H2 40～45％范围内；
4、精脱硫：为了保护低温催化剂和变压吸附硫化氢的浓度，变换后串联精脱硫，精脱硫采用氧化锌脱硫剂，操作温度250～280℃，将总S脱至0.1ppm；
5、中-低-低变换：变换炉分为三段，一段中温变换：用中温变换催化剂，由部分变换送来的温度250℃，经换热器换热后进一段温度320℃，经一段反应后出口温度400℃；二段低温变换：用低温变换催化剂，由一段出来的气体经换热器和水加热器后温度降低至190℃，进入二段低变触媒层，反应后温度220℃；三段低温变换：由二段低温变换来的气体经第一调温水加热器后温度下降至180℃，进入三段低温触媒层，反应后温度上升至185℃，使CO降低至1.5％以下。
6、脱碳：变压吸附脱除CO2和少量CO，吸附剂用分子筛，吸附器在0.6～0.7mpa压力和常温下将二氧化碳和CO脱除，使出口CO2和CO均小于10ppm。
图1中，铁合金烟气通过洗涤除尘、脱硫，补氮将铁合金烟气中的氮与一氧化碳和氢的比例达到氨合成气的需要，部分变换和低温变换将CO转换为H2，脱除二氧化碳和微量CO，满足氨合成气的要求，组成一个铁合金-合成氨综合利用联合体。
实施例1：中容量矿热炉硅铁合金煤气制取氨合成气流程，见图2。
33000KVA矿热炉生产45％硅铁合金，日产硅铁150吨，抽出铁合金煤气6800m3/h，回收率90％，补加纯氮1790m3/h，产氨合成气7730m3/h，合成氨2.6吨/h，年产合成氨2.1万吨。
铁合金煤气从矿热炉1顶部引出进入洗涤除尘装置2除尘冷却后，进入电除尘器3进一步除尘，经脱硫装置4脱硫后进入煤气柜5贮存并稳定组分，然后用煤气压縮机6压缩至0.8mpa，进入变换气热交换器7，与来自部分变换炉8的变换气换热后温度升至300～330℃进入部分变换炉，控制蒸汽比，进行部分变换生成一定比例的CO和H2以及CO2，将热量传给净化气后温度降至250～270℃，进入氧化锌脱硫槽9，温度250℃，送给中低低变装置10，将变换气中的CO降低至1,5％以下，进入变压吸附装置11，将变换气中的CO2和CO含量降低至10ppm以下，即为氨合成气12。
实施例2：大容量矿热炉硅铁合金煤气制取氨合成气流程，见图2。
105000KVA矿热炉生产45％硅铁合金，日产硅铁500吨，抽出铁合金煤气30000m3/h，回收率90％，补加纯氮7900m3/h，产氨合成气34900m3/h，合成氨12吨/h，年产合成氨9.5万吨。
实施例3：高碳锰铁合金煤气制取氨合成气流程，见图2。
33000KVA矿热炉生产高碳锰铁合金，日产高碳锰铁150吨，抽出铁合金煤气6200m3/h，回收率90％，补加纯氮550m3/h，产氨合成气6080m3/h，合成氨2.0吨/h，年产合成氨1.6万吨。
Claims (2)
1.一种铁合金烟气制氨合成气的方法，其特征在于：铁合金烟气通过洗涤除尘、脱硫，补氮将铁合金烟气中的氮与一氧化碳和氢的比例达到氨合成气的需要，部分变换和低温变换将CO转换为H2，脱除二氧化碳和微量CO，满足氨合成气的要求，组成一个铁合金-合成氨综合利用联合体。
2.如权利要求1所述的铁合金烟气制氨合成气的方法，其特征在于该方法包括：
(1)将铁合金烟气从矿热炉中引出，经水洗、电除尘将铁合金烟气中的含尘量降低至10mg/m3以下，经ADA脱硫：在常温下，用常规ADA溶液，将高炉煤气中的H2S脱至30mg/m3以下；
(2)铁合金净化煤气补氮。空气用变压吸附的方法制取99.5％的纯氮，按铁合金煤气中CO+H2与N2之比为3.1～3.2自动补入净化煤气中，每吨铁合金补入纯氮250～300m3纯氮；
(3)部分变换：变换炉分为二段，控制蒸汽比为1.1～1.3，一段变换触媒用中温触媒，一段进口温度300～340℃，一段出口温度430～450℃，二段触媒用高温触媒，触媒层温度控制在470～480℃，变换炉出口CO 15～20％，H2 40～45％范围内；
(4)精脱硫：为了保护低温催化剂和变压吸附硫化氢的浓度，变换后串联精脱硫，精脱硫采用氧化锌脱硫剂，操作温度250～280℃，将总S脱至0.1ppm；
(5)中-低-低变换：变换炉分为三段，一段中温变换：用中温变换催化剂，由部分变换送来的温度250℃，经换热器换热后进一段温度320℃，经一段反应后出口温度400℃；二段低温变换：用低温变换催化剂，由一段出来的气体经换热器和水加热器后温度降低至190℃，进入二段低变触媒层，反应后温度220℃；三段低温变换：由二段低温变换来的气体经第一调温水加热器后温度下降至180℃，进入三段低温触媒层，反应后温度上升至185℃，使CO降低至1.5％以下；
(6)脱碳：变压吸附脱除CO2和少量CO，吸附剂用分子筛，吸附器在0.6～0.7mpa压力和常温下将二氧化碳和CO脱除，使出口CO2和CO均小于10ppm。
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