CN102256894A - 制造粗合成气的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种基于来自冶金过程的排出气体产生用作例如合成过程中的化学利用的原料的含氢气(H2)和一氧化碳(CO)的气体的方法和装置。所述排出气体的一部分在水蒸汽的添加下经历CO转化，形成具有规定的H2对CO量比的粗合成气。在该方法中甚至CO转化所需的水蒸汽也可至少部分在至少一个蒸汽发生器中产生。

Description

制造粗合成气的方法和装置
本发明涉及一种基于来自冶金过程的排出气体生产用作合成过程中的化学利用的原料的含氢气(H2)和一氧化碳(CO)的气体的方法和装置，其中所述排出气体的至少一部分在水蒸汽的添加下在转化反应器中经历CO转化，并形成具有规定的H2对CO量比的粗合成气。
由现有技术已知来自冶金工厂的排出气体可被利用，其中特别是热利用，例如燃烧，或者采用膨胀式涡轮来利用其压力。此外，在处理之后，所述排出气体还可用于例如氧化性材料的直接还原。
然而，在这种情况下会产生热利用效率低或需要复杂的工艺来处理所述排出气体或燃烧产物的问题。
因此，本发明的目的在于提供能够化学利用排出气体并可从而使排出气体可用作有价值的材料和用作化学合成工艺的原料的方法和装置。
此目的可通过如权利要求1所要求保护的根据本发明的方法和如权利要求25所要求保护的装置来实现。
借助于根据本发明的方法，排出气体的可燃性及从而以热值表示的能量含量被用于产生水蒸汽，此水蒸汽可被用于调节转化反应器中的H2对CO量比。在该方法中，甚至CO转化所需的水蒸汽也可至少部分在至少一个蒸汽发生器中产生。来自冶金过程的排出气体由于具有高CO和H2含量而可在一定程度上被化学利用。通过有目的地加入水蒸汽，可以在适当的反应条件下有目的地调节CO对H2之比。为此，应用了本身已知的CO转化原理，其中影响CO+H2O与CO2+H2之间的水煤气反应的化学平衡。
根据本发明的方法的一种有利改进，所述冶金过程为借助于鼓风炉或借助于与至少一个还原组件特别是还原炉或流化床反应器一同工作的熔化气化器来操作的熔融还原过程，其中含氧化铁的原料、特别是铁矿石、球团矿或矿渣，和团聚体被还原，形成还原气体，并随后被熔成液态生铁。
熔融还原过程中产生还原气体，其被用于还原炉料，在这里特别是被用于还原通常为氧化性的矿石，例如铁矿石。为此，在该过程中，例如煤或焦炭被气化并形成还原气体。煤的气化可在鼓风炉或熔化气化器中进行，在后者的情形下，还原气体随后流入（任选地在净化之后流入）还原组件中，其中还原过程在与炉料的直接接触下进行。除了用单个还原组件进行的方法之外，亦可使用串联连接的多个还原组件，例如多个流化床反应器。在这里，使还原气体以与炉料流动方向相反的方向从一个流化床反应器流向下一个流化床反应器。
根据本发明，所述排出气体得自鼓风炉或还原炉的炉顶气，或得自流化床反应器的废气，或得自熔化气化器的过量气体，或得自这些气体的混合物。炉顶气是指在其与炉料直接接触之后和在该情形下进行间接还原之后的还原气体。所属领域技术人员将从流化床反应器，特别是从一排串联连接的流化床反应器中的最后一个中排出的还原气体称作废气。由于炉顶气或废气中通常的高CO和H2分数，其适合用于合成过程。由于熔化气化器中形成的还原气体量随时间而有所不同，必须向排出气体中加入所谓过量气体。过量气体的量根据还原组件中所需的恒定还原气体量和熔化气化器中的系统压力调节决定。
根据本发明的方法的一种特别有利的改进，水蒸汽是在蒸汽发生器中通过至少另一部分排出气体的燃烧和/或通过利用来自冶金过程和/或来自CO转化和/或来自合成过程的废热产生的。CO转化所需的水蒸汽可以一方面通过排出气体的燃烧，另一方面通过利用废热来获得。通过排出气体的至少部分燃烧，可在水蒸汽的产生中实现相当大的节约。此外，有利的是，由于燃烧，排出气体中的有毒组分被分解。在这种情况下，特别是例如借助于热交换器而利用来自冶金过程、来自CO转化或来自在此情形下所形成的粗合成气或来自合成过程的废热，使得水蒸汽的产生可以极高效地进行。在此情形下可以使用一或多个蒸汽发生器，其中当利用废热时这些蒸汽发生器可设计为例如热交换器。
此外，在将排出气体用于转化反应器之前，可以在所谓的饱和器中向排出气体中添加水，优选地添加热水，并可在此情形下提高排出气体中的水蒸汽含量。有利地，为此，可以使用来自转化反应器或来自位于转化反应器下游的热交换器的冷凝物。通过使用饱和器，可以显著降低所需的蒸汽添加量。
根据本发明的方法的另一种有利改进，炉顶气和/或废气被除尘、特别是干法除尘，和/或借助于湿法除尘加以净化，任选地借助于废热蒸汽发生器或热交换器或调节装置(例如，经由双组元喷嘴来注入水）进行冷却，并使得可用作排出气体。可借助于热交换器利用排出气体的显热，从而使热的亦或基本上冷的排出气体可被用于CO转化。对于使用干法除尘及从而使用热炉顶气和/或热废气的情形，其显热可被用于CO转化，因此在CO转化之前可不进行加热或只进行轻微的加热。
根据本发明的方法的一种具体改进，排出气体在被输入转化反应器之前或在被排出转化反应器之后，被借助于压缩机压缩，任选地在从排出气体中分离出多环芳香烃之后进行压缩。由于所述压缩的结果，为CO转化或为对CO转化期间形成的粗合成气的可能的随后处理调节压力。压缩导致压缩气体的温度升高，这在大多数CO转化法中是有利的，因为已经加热的气体不必再进行如此强烈的加热。由于所述多环芳香烃的分离，焦油组分被从排出气体中分离，由此可以避免对压缩和CO转化的不利影响。
根据本发明的方法的一种适合改进，任选地在加热排出气体之后、特别是在300-450℃下进行CO转化。热CO转化（例如，使用铁/铬基或钴基催化剂）具有对硫或硫化合物例如H2S不具有高敏感性的优点，因此可使用最高达100ppmv的硫，并且由此还适用于排出气体中通常存在的硫化合物。
与来自借助于固定床、气载流或流化床的传统煤气化方法的排出气体相比，来自熔融还原法的排出气体具有硫含量极低的优点。经由原料和团聚体引入的硫基本上被借助于团聚体脱硫并通过熔融还原装置的炉渣从铁生产过程中脱除。因此，排出气体中的硫含量（大部分结合为H2S和COS）大大低于已知的煤气化方法。因此在CO转化之前不必进行单独的脱硫，因为排出气体中的硫含量已经足够小，有时小于100ppmv。
根据本发明的方法的一种有利改进，借助于作为预热组件工作的一或多个热交换器和/或借助于水冷却器和/或借助于废热蒸汽发生器冷却粗合成气，以调节温度。在进行CO转化之后，已经以期望的H2对CO量比存在的粗合成气的废热可被用于传统的热交换器中或被用于产生水蒸汽。
根据本发明，粗合成气首先被冷却，随后被传送至分离过程，特别是吸收过程，优选地物理吸收或化学吸收或物理/化学吸收，其中硫和CO2被至少部分、特别是基本上完全从粗合成气中分离。
已知的物理吸收过程有Rectisol®或Selexol过程，已知的化学吸收过程有胺洗气或本菲尔德过程，已知的物理/化学吸收过程有萨尔菲诺尔过程。
对于在合成过程（例如氨、甲醇或甲烷制造或在羰基合成醇制造）中的化学利用，必须以特定的H2/CO比设定尽可能纯的CO/H2混合物。借助于已列出的本身已知的方法，可几乎完全分离CO2和硫，因此可设定相对于体积计最高达1ppmv的H2S含量。通常，这类方法在低温下操作，因此通过冷却调节该过程所需的气体温度。分离过程通常需要压缩，以由此调节该分离过程所需的分压，特别是足够高的CO2分压。例如，在Rectisol过程中，需要的最小CO2分压pCO2=6巴。为此，将该粗合成气压缩至约10-35barg。术语“barg”是指相对压力单位“表压”。
在根据本发明的方法的一种具体改进中，在分离过程中所处理的粗合成气被加热，特别是加热到200-400℃温度，且任选地特别是借助于氧化锌或活性炭在另一精细脱硫阶段中被脱硫。该额外精细脱硫阶段使得粗合成气中的硫含量可被进一步降低到小于0.02ppmv H2S的极低残余含量，例如甲醇生产所需的<0.1ppmv。通过加热，设定对脱硫来说最佳的约200-400℃的工艺温度。例如，可以使用氧化锌吸附工艺或活性炭工艺等作为精细脱硫阶段。
在根据本发明的方法的一种具体改进中，使用在热交换器中冷却粗合成气期间产生的废热来加热在分离过程中所处理的粗合成气。通过使用废热，可进行对所处理的粗合成气的有效加热。
在根据本发明的方法的一个特别有利的变体中，将在废热蒸汽发生器中冷却期间所产生的水蒸汽传送至转化反应器，以用于CO转化。从而，可减少水蒸汽产生的能量需求。
在根据本发明的方法的一种具体改进中，借助于热交换器将特别是在分离过程中处理的粗合成气加热至200-450℃的温度。有利的是，在此情形下，可以使用该粗合成气在所述分离过程中处理之前在热交换器中冷却期间所产生的热。在此情形下粗合成气被加热至随后的合成过程所需的温度。
在根据本发明的方法的一种优选改进中，任选地在进一步的精细脱硫阶段之前和/或在合成过程之前，借助于压缩机压缩粗合成气。压缩进行至相应的合成方法所需的压力水平。在粗合成气的压缩期间所产生的加热减少了用以使粗合成气达到精细脱硫阶段和/或随后的合成过程所需的处理温度所需的能量供应。
在根据本发明的方法的一种具体改进中，在硫再生装置中使分离的硫与分离的CO2分离，其中剩余的CO2能代替氮气被用于冶金过程，特别是用于相对于大气的气体阻隔。为了使从粗合成气中分离的CO2能够被以工业规模无限制地应用，其必须加以脱硫。在此情形下，例如，可以使用硫化氢氧化法(LO-CAT II)，其中将硫分离成为滤饼。然后，脱硫的CO2可被用于工业应用，例如作为气体阻隔用于相对于大气密封过程组件，或排放至大气中。
在根据本发明的方法的另一有利改进中，排出气体的所述另一部分在蒸汽发生器中燃烧之前被中间储存于储气器中，以补偿排出气体中的量和/或热值的波动。为使蒸汽发生器尽可能均匀地工作，必须提供具有基本恒定热值及以恒定量存在的排出气体。为了达成这些条件，排出气体被中间储存在储气器中，在此情形下可以补偿热值及体积的波动。借助于储气器的充分大的容积，可实现对蒸汽发生器的基本恒定的供应。
根据本发明，部分排出气体被封锁用作其它加热装置中的燃料气体。从而，未用于水蒸汽产生器或CO转化的剩余量的排出气体可得到利用，其中除了热利用之外，亦可利用压力能量。
在根据本发明的方法的一种有利改进中，根据处理粗合成气的合成过程调节该粗合成气的H2对CO量比和/或压力和/或温度。合成过程在大不相同的压力和温度下并以不同的H2对CO量比进行。在此情形下，例如，甲醇生产需要2.0至2.3的H2对CO量比，换句话说，(H2-CO2)/(CO+CO2)之比等于2.03，而例如羰基合成醇的合成需要1.0至1.2的量比。由于该方法的弹性，因此可确切地针对相应的合成方法设定该粗合成气。
在根据本发明的方法的一种有利改进中，在蒸汽发生器中形成的水蒸汽至少有一部分被作为能量载体传送至分离过程，其中发生吸收的CO2从用于该分离过程的吸收液中的排热。通过利用来自蒸汽发生器的水蒸汽，该分离过程可以极高能效的方式工作。排热在此情形下构成分离CO2的一种可能方法。
在根据本发明的方法的一种特别有利改进中，排出气体中的H2对CO量比受在该冶金过程中添加水和/或水蒸汽的影响并由此适配于随后的合成过程。因此甚至在CO转化之前，借助于此手段，也可以有目的地影响排出气体的组成。从而，特别是，可利用来自冶金过程的H2和/或水蒸汽，以及由此可使排出气体的组成与计划的化学利用协调一致。
根据本发明，使冶金过程的CO2去除装置的尾气与排出气体的所述另一部分混合并在蒸汽发生器中燃烧。由此，其它过程气体，如在CO2去除装置中所产生的，亦可被用于产生水蒸汽。
根据本发明，使来自合成过程的清扫气与排出气体的所述另一部分混合并在蒸汽发生器中燃烧。清扫气是在合成过程中气体的循环期间产生的。在合成过程中，大多数情况下仅部分粗合成气反应，因为随后就会达到热力平衡。因此，为提高转化率，必须采用循环型的操作，其中过程用水和例如甲醇凝结出来并被分离。未反应的合成气被再循环到合成反应器中。为了避免不期望气体成分的不必要的富集，必须将一部分锁在该循环之外作为清扫气，其中该清扫气可与排出气体一起被热利用。
在根据本发明的方法的一种具体改进中，来自冶金过程的废热被用于产生水蒸汽，在此情形下所产生的水蒸汽被输送到转化反应器和/或分离过程中。从而，来自治金过程本身的废热及因此所获得的水蒸汽都可用于CO转化或用于载有CO2并用于分离过程的吸收液的再生，从而可实现效率的进一步提高。该废热可以例如从热炉顶气、废气或过量气体获得。
冶金工艺大多需要进一步的例如使工艺材料用于该冶金过程的辅助方法。一个例子是通常与冶金工艺结合在一起的氧气产生。由此，来自这类辅助方法或装置例如氧气产生或合成气制备的废热亦可用于蒸汽产生。
在根据本发明的方法的一种具体改进中，除了该排出气体之外或取代该排出气体，使用部分氧化的烃(特别是天然气、沥青、煤炭或石脑油)。借助于替代排出气体或除了排出气体之外的其它气体，可以实现备用的方法，从而甚至在冶金工艺的计划停止时或在故障时，仍可维持合成过程的操作。
根据本发明的设备规定排出气体源管线连接至转化反应器，因此至少部分排出气体可以在水蒸汽的添加下在转化反应器中经历CO转化。在此情形下，形成具有规定H2对CO量比的粗合成气。为产生CO转化所需的水蒸汽，排出气体源被管线连接至蒸汽发生器，从而至少另一部分排出气体可被在蒸汽发生器中至少部分燃烧，以形成水蒸汽，且形成的水蒸汽可被经由蒸汽管线传送至转化反应器。或者，亦可想到借助于来自废热回收装置的水蒸汽来供给转化反应器。
在根据本发明的设备的一种可能变体中，提供了用以从粗合成气中分离硫和CO2的分离装置，该分离装置经由粗气管线连接至转化反应器。所使用的分离装置可以包括本身已知的例如由吸收塔和汽提塔构成的装置。这类装置可由现有技术获得。
根据本发明的设备的一种具体改进，提供了从蒸汽发生器或废热回收装置通向分离装置的蒸汽管线，从而可向分离装置传送水蒸汽或热气流形式的能量。通过水蒸汽或废热的供应，可提供CO2的通常排热所需的能量，从而不再需要额外的能量源。
在根据本发明的设备的另一改进中，在粗气管线中提供了热交换器和/或预热器和/或水冷却器和/或废热蒸汽发生器，以冷却从转化反应器输出的粗合成气。对于粗合成气的进一步处理来说冷却是必需的，在此情形下所排放的热能够被排入热交换器中或被用于蒸气产生。在此情形下，可以使用气/气热交换器或液/气热交换器，后者使得可对合成气进行更强的冷却。
在根据本发明的设备的一种特别有利的改进中，为了从已在分离装置中经过处理的粗合成气中分离残余硫，提供了精细脱硫阶段，特别是基于氧化锌或活性炭的精细脱硫阶段。这类精细脱硫阶段可采取氧化锌吸附法或在吸附塔中进行的活性炭法的形式。
在根据本发明的设备的一种有利改进中，提供了用于在引入到转化反应器中之前压缩排出气体的至少一个压缩机（特别是单级或多级压缩机)和/或用于在引入到分离装置中或引入到脱硫阶段之前压缩粗合成气的压缩机。尤其是当需要较高压缩时，使用多级压缩机。压缩导致压缩气体的加热。分成两个压缩机的一个优点在于：在CO2和硫的分离之后，只须将部分粗合成气 (例如，对于甲醇制造而言，约55％)压缩至合成过程所需的压力，因为在分离装置中已经以CO2的形式分离出了一大部分合成气(例如，对于甲醇制造而言，约45％)。
在根据本发明的设备的一种特别有利的改进中，分离装置管线连接至精细脱硫阶段，其中此连接任选地经过预热器，从而粗合成气在被引入该脱硫阶段之前可被加热。借助于该热交换器，粗合成气可被调节到对脱硫阶段和/或合成过程来说最佳的温度，其中由于废热的使用，可以对所述气体进行能量有效加热。
在根据本发明的设备的另一有利改进中，提供了用以从在分离装置中分离出的硫与CO2的混合物中再生硫的硫再生装置。在此情形下，硫被作为滤饼分离出来，且该分离装置可以以例如硫化氢氧化法(LO-CAT II)操作。
在根据本发明的设备的一种具体改进中，排出气体源为熔融还原装置且特别包括鼓风炉或具有至少一个还原组件的熔化气化炉。使用根据本发明的方法，这类冶金组合件以足够化学利用的量和品质产生排出气体。由于可以调节排出气体的组成，所以这类装置特别适合作为排出气体源。
在根据本发明的设备的一种有利改进中，还原组件设计为鼓风炉或还原炉或流化床反应器或至少两个串联连接的流化床反应器。在该还原组件中产生的还原气体，在与待还原炉料反应之后，被从所述组件中排出。根据工艺方法的不同，在此情形下获得富CO及H2的气体，其在除尘和/或涤气之后可被用作排出气体。
在根据本发明的设备的一种可能变体中，提供了用于在排出气体的所述另一部分在蒸汽发生器中燃烧之前对其进行中间储存的储气器，以便可以补偿排出气体的量和/或热值波动。选择储气器的容量，以使得尽管排出气体量或其组成发生与设备相关的波动，也可确保对蒸汽发生器的基本恒定供应。
在根据本发明的设备的一种具体改进中，提供了用于从排出气体中去除多环芳香烃的焦油去除装置，其设置在排出气体源与转化反应器之间的连接管线中。从而，可以除去可能对气体处理(例如，压缩)及化学利用有不利影响的不期望的成分。
在根据本发明的设备的一种具体改进中，提供了废热回收器和/或热交换器和/或预热器来产生水蒸汽，且其管线连接至转化反应器，从而可将形成的水蒸汽输送至转化反应器。由此，废热可被用于蒸汽产生。同样地，可为合成设备配备废热蒸汽发生器(例如，在合成过程的等温过程管理的情形下)，从而来自该合成过程的废热于亦可被用于水蒸汽产生。
下面通过举例借助于图1和图2来更详细地说明本发明。
图1：基于“COREX®”型熔融还原装置的根据本发明的方法的示图。
图2：基于“FINEX®”型熔融还原装置的本发明的方法的示图。
图3：基于鼓风炉的根据本发明的方法的示图。
图1显示了用于处理来自冶金过程或冶金装置(例如，“COREX®”型熔融还原装置)的排出气体的过程图和装置。装置的A部分包括熔融还原装置，装置的B部分包括用以产生粗合成气和合成产物的装置，而装置的C部分涉及蒸汽产生。
在熔化组件(例如，熔化气化炉1)中，来自在还原组件2中还原过的炉料的生铁RE被熔化，产生还原气体。该还原气体被引入到还原组件2中，在其中所述还原气体与所述炉料直接接触，发生至少部分还原成海绵铁。未给出有关还原气体在进入还原组件2之前的处理的进一步细节，因为这属于现有技术且是所属领域技术人员所熟知的。
在于还原组件2中还原之后，还原气体被作为炉顶气TG从还原组件2中排出，并被至少传送至干法除尘器3或湿法除尘器4进行净化。也可将干法除尘器3中的预净化与随后的湿法除尘器4结合。为了使用炉顶气的显热，也可以将炉顶气输送至废热回收器5(例如，热交换器或废热蒸汽发生器)，并在此情形下冷却。使经净化和任选地经冷却的炉顶气作为排出气体用于装置的B部分。装置的A部分充当排出气体源。除了此排出气体源之外，另一相同或不同的冶金装置，或者用于天然气的部分氧化的燃烧室、基于天然气的蒸汽重组器，或用于煤炭气化的气载流气化炉，亦可充当气体源。
在这里，排出气体首先被在压缩机6（例如任一压缩机）中压缩，以设定转化反应器7或CO转化所需的压力。在压缩之前，还可借助于焦油去除装置8从排出气体中分离多环芳香烃。于热交换器11中对压缩排出气体进行任选的加热之后，在添加经由蒸汽管线9从蒸汽发生器l0向转化反应器7输送的蒸汽的情况下进行CO转化，其中发生CO和H2的数量分数的变动。通过所添加的水蒸汽量、温度和压力，可以以可控的方式控制该反应，产生粗合成气。
首先借助于热交换器11,12及预热器13(预热器13亦可设计为热交换器)，并任选地借助于另一水冷却器14冷却粗合成气，这些组件都设置在粗气管线19中。任选地，可以借助于废热蒸汽发生器15冷却热的粗合成气，并在此情形下用于产生水蒸汽。然后，将冷却的粗合成气输送至用于从粗合成气中分离硫和CO2的分离装置16，分离出的硫和CO2被输送至脱硫阶段17。在此，硫与CO2分离，形成硫饼SK。然后，可将该几乎无硫的CO2用作冶金过程中(例如，在气体阻隔中)的工艺气体，或者排放至大气中。
接着，在于压缩机18中压缩之后，将净化的合成气输入预热器13，其中净化的合成气在从转化反应器7中输出之后被使用来自粗合成气体的废热加热。此后经加热的粗合成气任选地被输送至精细脱硫阶段20，这时在基于氧化锌吸附或活性炭法的吸附塔中硫或硫化氢(H2S) 被分离。此吸附处理通常在约200至400℃的温度下进行。根据需要，可以借助于热交换器12进一步加热脱硫的热粗合成气，以设定有利于随后的化学利用的约200至450℃的温度。为了调节，可以使压缩的排出气体经由旁路管线21通过转化反应器或热交换器11。
转化反应器7和分离装置16的操作都需要大量的水蒸汽。为此，排出气体源也经由管线连接至蒸汽发生器10。在该蒸汽发生器中，借助于排出气体的燃烧热产生水蒸汽，并经由蒸汽管线9a和9b将该水蒸汽输送到转化反应器7或分离装置16。任选地，亦可以经由额外的蒸汽管线9c供应蒸汽管线9a和9b，这涉及源于来自冶金过程、气体处理或合成过程的废热并使用热工艺介质例如借助于废热蒸汽产生器产生的水蒸汽。
除了该蒸汽发生器10之外，装置的C部分还包括用于供给在蒸汽发生器10中燃烧的那部分排出气体的中间储存的储气器22，从而能够补偿排出气体的量和/或热值波动。假如存在过量的排出气体，其亦可以经由排气管线23用于其它用途，例如，用于煤炭干燥装置、精煤干燥装置或矿石干燥装置。在分离装置16中形成的冷凝物可被经由冷凝物管线24再循环到蒸汽发生器10中。
净化并加热的粗合成气可被例如用作在化学合成过程SPl-SP4中制造甲烷、甲醇、羰基合成醇或费-托燃料的原料，在每一情况下，使粗合成气与合成过程相配。为此，除了压力及温度之外尤其要设定CO对H2的量比。
可使来自合成过程的清扫气经由清扫气管线30与排出气体的所述另一部分混合并输送至储气器22，以及随后在蒸汽发生器10中燃烧。
图2显示了一个类似于图l的装置，该装置的A部分由FINEX®熔融还原装置构成。在熔化气化炉中形成的还原气体被传导穿过流化床反应器R1、R2、R3和R4，且在此情形下以相反于在流化床反应器R1、R2、R3和R4中还原并随后在熔化气化炉l中熔化的精矿的流动方向流动。所述还原气体作为废气OG自流化床反应器R4排出，在热交换器29中冷却，并在除尘后可供用作排出气体。来自CO2去除装置28（例如，压应力吸附装置（PSA或VPSA装置））的尾气可被与排出气体一起输送至储气器22，用于在蒸汽发生器10中产生水蒸汽。
图3显示了一个基本相同的装置，装置的A部分由具有连接的供应组件的鼓风炉构成。来自鼓风炉25的炉顶气被首先在干法除尘器26中除尘，任选地被随后在湿法除尘器27中进一步净化，并作为排出气体用于装置的B或C部分。此外，来自CO2去除装置28的尾气同样可被与排出气体一起输送至储气器22，用于在蒸汽发生器10中产生水蒸汽。
附图标记明细：
1 熔化气化炉
2 还原组件
3 干法除尘器
4 湿法除尘器
5 废热回收器
6 压缩机
7 转化反应器
8 焦油去除装置
9 蒸汽管线
10 蒸汽发生器
11 热交换器
12 热交换器
13 预热器
14 水冷却器
15 废热蒸汽发生器
16 分离装置
17 脱硫阶段
18 压缩机
19 粗气管线
20 精细脱硫阶段
21 旁路管线
22 储气器
23 排气管线
24 冷凝物管线
25 鼓风炉
26 干法除尘器
27 湿法除尘器
28 CO2去除装置
29 热交换器
30 清扫气管线

Claims (37)

1.基于来自冶金过程的排出气体生产用作合成过程中的化学利用的原料的含氢气( H2)和一氧化碳( CO)的气体的方法，其中所述排出气体的至少一部分在水蒸汽的添加下在转化反应器中经历CO转化，并形成具有规定的H2对CO量比的粗合成气，其特征在于，在至少一个蒸汽发生器中形成的水蒸汽被输送到转化反应器中进行排出气体的CO转化。
2.根据权利要求1所述的方法，特征在于所述冶金过程为借助于鼓风炉或借助于与至少一个还原组件、特别是还原炉或流化床反应器一同工作的熔化气化器来操作的熔融还原过程，其中含氧化铁的原料、特别是铁矿石、球团矿或矿渣，和团聚体被还原，形成还原气体，并随后被熔成液态生铁。
3.根据权利要求1或2所述的方法，特征在于所述排出气体得自鼓风炉或还原炉的炉顶气，或得自流化床反应器的废气，或得自熔化气化器的过量气体，或得自这些气体的混合物。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于通过所述排出气体的至少另一部分的燃烧和/或通过利用来自所述冶金过程和/或来自所述CO转化和/或来自所述合成过程的废热在所述蒸汽发生器中产生水蒸汽。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于炉顶气和/或废气被特别是以干法除尘和/或借助于湿法除尘进行净化，任选地借助于废热蒸汽发生器或热交换器进行冷却，并供用作排出气体。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于所述排出气体，在被输入所述转化反应器之前或在被从所述转化反应器中排出之后，任选地在从所述排出气体中分离多环芳香烃之后，被借助于压缩机压缩。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于所述CO转化，任选地在对所述排出气体进行加热之后，特别是在300-450℃下进行。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于借助于作为预加热组件工作的一或多个热交换器和/或借助于水冷却器和/或借助于废热蒸汽发生器来冷却所述粗合成气，以设定温度。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于所述粗合成气首先被冷却，然后被输送至分离过程，特别是吸收过程，优选地物理吸收或化学吸收或物理/化学吸收，其中硫和CO2被至少部分、特别是基本完全从所述粗合成气中分离。
10.根据权利要求9所述的方法，特征在于在所述分离过程中处理的粗合成气被加热，特别是被加热到200-400℃的温度，并特别是借助于氧化锌或活性炭在精细脱硫阶段被脱硫。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，特征在于在所述热交换器中冷却粗合成气期间所产生的废热被用于加热在所述分离过程中处理的粗合成气。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，特征在于将在所述热交换器中冷却期间所产生的水蒸汽输送至所述转化反应器，以用于CO转化。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于，特别是在所述分离过程中经处理的粗合成气被借助于热交换器加热到200-450℃的温度。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，特征在于所述粗合成气，任选地在所述进一步的精细脱硫阶段之前和/或在所述合成过程之前，被借助于压缩机压缩。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，特征在于所述分离的硫被在硫再生装置中与所述分离的CO2分离，其中剩余的CO2代替氮气被用于冶金过程，特别是用于相对于大气的气体阻隔。
16.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于，另一部分排出气体在其被在所述蒸汽发生器中燃烧之前被中间储存在储气器中，以补偿排出气体的量和/或热值的波动。
17.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于一部分所述排出气体被封锁以用作其它加热装置中的燃料气体。
18.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于根据处理所述粗合成气的合成过程来设定所述粗合成气的H2对CO量比和/或压力和/或温度。
19.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于将在所述蒸汽发生器中形成的至少部分水蒸汽作为能量载体输送到所述分离过程，其中进行从在所述分离过程中使用的吸收液的CO2排热。
20.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于排出气体中的H2对CO量比受向所述冶金过程中添加水和/或水蒸汽的影响，并由此适配于随后的合成过程。
21.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于将来自所述冶金过程的CO2去除装置的尾气与所述排出气体的所述另一部分混合并在所述蒸汽发生器中燃烧。
22.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于将来自所述合成过程的清扫气与所述排出气体的另一部分混合并在所述蒸汽发生器中燃烧。
23.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于来自所述冶金过程的废热被用于水蒸汽的生产，且在此情况下所产生的水蒸汽被输送到所述转化反应器和/或所述分离过程。
24.根据上述权利要求中任一项所述的方法，特征在于除了所述排出气体之外或替代所述排出气体还使用部分氧化的烃，特别是天然气、沥青、煤炭或石脑油。
25.基于来自冶金过程的排出气体生产用作合成过程中的化学利用的原料的包含氢气(H2)和一氧化碳(CO)的气体的设备，该设备具有至少一个转化反应器(7)、至少一个蒸汽发生器(10)和至少一个排出气体源，其特征在于，所述排出气体源管线连接至所述转化反应器(7)，以致于在水蒸汽的添加下，至少部分所述排出气体可在所述转化反应器(7)中经历CO转化，形成具有规定的H2对CO量比的粗合成气，且所述排出气体源另外管线连接至所述蒸汽发生器(10)，从而另一部分所述排出气体可在所述蒸汽发生器(10)中至少部分燃烧，形成水蒸汽，且形成的水蒸汽可被经由蒸汽管线(9a)输送至所述转化反应器(7)。
26.根据权利要求25所述的设备，特征在于提供了用于从所述粗合成气中分离硫和CO2的分离装置(16)，所述分离装置(16)经由粗气管线(19)连接至所述转化反应器(7)。
27.根据权利要求25或26所述的设备，特征在于提供了从所述蒸汽发生器(10)通向所述分离装置(16)的蒸汽管线(9b)，从而可以向所述分离装置(16)输送水蒸汽。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的设备，特征在于在所述粗气管线(19)中提供了热交换器(12)和/或预热器(13)和/或水冷却器(14)和/或废热蒸汽发生器(15)，用于冷却从所述转化反应器(7)导出的所述粗合成气。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的设备，特征在于为了从已在分离装置(16)中处理过的粗合成气中分离残余硫，提供了精细脱硫阶段(20)，特别是基于氧化锌或活性炭的精细脱硫阶段。
30.根据权利要求25至29中任一项所述的设备，特征在于提供了用于在将所述排出气体引入所述转化反应器(7)之前，对其进行压缩的至少一个压缩机(6)，特别是单级或多级压缩机，和/或用于在将所述粗合成气引入所述分离装置(16)或引入所述脱硫阶段(20)之前对其进行压缩的压缩机(18)。
31.根据权利要求25或30所述的设备，特征在于所述分离装置(16)管线连接至所述精细脱硫阶段(20)，此连接任选地经过所述预热器(13)，使得所述粗合成气在被引入所述精细脱硫阶段(20)之前可被加热。
32.根据权利要求26至31中任一项所述的设备，特征在于提供了用于使在所述分离装置中所分离出的硫与CO2的混合物中的硫再生的硫再生装置(17)。
33.根据权利要求25至32中任一项所述的设备，特征在于所述排出气体源为熔融还原装置并包括特别是鼓风炉(25)或具有至少一个还原组件(2、R1、R2、R3、R4)的熔化气化炉(1)。
34.根据权利要求33所述的设备，特征在于所述还原组件设计为鼓风炉(25)或还原炉(2)或流化床反应器(R1)或至少两个串联连接的流化床反应器(R1、R2、R3、R4)。
35.根据权利要求25至34中任一项所述的设备，特征在于提供了用于在所述排出气体的所述另一部分在所述蒸汽发生器(10)中燃烧之前对其进行中间储存的储气器(22)，从而可以补偿所述排出气体的量和/或热值的波动。
36.根据权利要求25至35中任一项所述的设备，特征在于提供了用于从所述排出气体中去除多环芳香烃的焦油去除装置(8)，其设置在所述排出气体源与所述转化反应器(7)之间的连接管线中。
37.根据权利要求25至36中任一项所述的设备，特征在于提供了废热回收器(5)和/或热交换器(12)和/或预加热器(13)来产生水蒸汽，且其管线连接至所述转化反应器(7)，从而形成的水蒸汽可被输送到所述转化反应器(7)。
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