CN102391892B

CN102391892B - 一种高炉煤气富化装置及方法

Info

Publication number: CN102391892B
Application number: CN 201110281568
Authority: CN
Inventors: 孙健; 马泽军; 刘文运; 周继良; 张殿伟; 马丽; 张勇; 张雪松
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: CN102391892A

Abstract

一种高炉煤气富化装置及方法，属于高炉煤气技术领域。装置包括上料装置、煤块预热器、布料器、热交换器、煤气加热炉、煤气环管、煤气喷枪、分流器、灰渣盘、煤气富化炉、除尘装置、储气罐、氧气管道、煤气导出管道。以高炉煤气为原料，以煤气为能源，氧气为氧化剂，以非焦煤、焦丁等为还原剂；高炉煤气脱去氮气后经过预热器与富化后煤气进行热量交换，进入煤气加热器，煤气加热器利用高热值煤气与氧气燃烧为高炉煤气提供热量，使其到达800～900℃，由炉壁周围吹入炉内，煤气富化炉内填充得煤块，在煤块填充床内完成主要的还原任务，生成高热值煤气。优点在于，实现了提高高炉煤气热值、降低二氧化碳排放。

Description

一种高炉煤气富化装置及方法

技术领域

本发明属于高炉煤气技术领域，特别是提供了一种高炉煤气富化装置及方法。该方法的核心设备煤气富化炉是在单段式煤气发生炉的基础上进行改进，实现了提高高炉煤气热值、降低二氧化碳排放。

背景技术

钢铁企业冶炼过程中会产生大量的高炉煤气，但是由于高炉煤气热值低并呈降低趋势是限制高炉煤气使用最重要原因。

高炉煤气的主要成分为CO、CO₂、N₂及少量H₂。目前国内各钢厂大都面临煤气不平衡的问题，高炉煤气放散率较高，而焦炉煤气普遍不足，这就使得钢厂不得不花费大量资金购买重油或液化石油气等作为补充燃料。钢厂许多加热炉需要热值高于6000kJ/m³的煤气，若使高炉煤气中CO富集到40％～60％就能满足要求，用这样的煤气来顶替焦炉煤气、重油或液化石油气等，将会产生巨大的经济效益和社会效益。

高炉煤气富化，尚无实际应用的成熟工艺，曾有学者提出采用变压吸附技术来富化高炉煤气，该技术在化工行业是比较成熟的，近来在冶金行业也越来越多地受到关注，并成功地用在焦炉煤气变压吸附制氢上。但是变压吸附投资较大，占地面积较大，而且处理能力有限。所以至今未见有实际应用的相关报道。

本发明的目的在于提供一种能够以非焦煤和高炉煤气为原料，提高高炉煤气热值、减少二氧化碳排放的方法及装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉煤气富化的装置及方法，以高炉煤气为原料，以煤气为能源，氧气为氧化剂，以非焦煤（>10mm）、焦丁为还原剂，采用先预热后还原的工艺路线。高炉煤气经过预热器与富化后煤气进行热量交换，进入煤气加热器，煤气加热器利用高热值煤气与氧气燃烧为高炉煤气提供热量，使其到达800～900℃，由炉壁四周吹入炉内，煤气富化炉内填充得煤块，在煤块填充床内完成主要的还原任务，生成高热值煤气。

本发明的装置包括上料装置、煤块预热器、布料器、热交换器、煤气加热炉、煤气环管、煤气喷枪、分流器、灰渣盘、煤气富化炉、除尘装置、储气罐、氧气管道、煤气导出管道。煤块预热器上部与上料装置相连接，下部与安装在煤气富化炉炉顶的布料器相连接；热交换器、煤气加热炉、煤气环管均配置在煤气管道上；煤气环管与煤气喷枪相连接，煤气喷枪由煤气富化炉中部插入炉内；煤气富化炉底部连接灰渣盘，灰渣盘底部中心部位连有氧气管道及分流器；煤气导出管道、除尘装置、热交换器和储气罐串联于同一管道上。

本发明所采用的煤气富化炉有4根煤气喷枪插入炉内，高炉煤气由煤气喷枪喷入炉内。并且炉内包括六个区域：分别为：灰渣层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层和煤气层；其中氧化层主要完成氧化放热的任务，还原层主要完成煤气还原富化的任务。

正常生产时，高炉煤气首先进入到热交换器利用煤气富化炉生成的高温煤气进行预热，预热后在煤气加热炉内，通过煤气和氧气的燃烧反应来对高炉煤气进行加热，使其达到800～900℃的高温，高温高炉煤气通过煤气喷枪进入到煤气富化炉，在煤气富化炉内高炉煤气依次通过还原层、干馏层、干燥层。在还原层中炽热的碳夺取氧化物中的氧而与之化合的本领，所以在还原层中，二氧化碳和水蒸气被碳还原成一氧化碳和氢气。其主要反应为： CO₂+C→2CO－172.52 kJ·mol^-1H₂O+C→H₂+CO－131.96 kJ·mol^-1　2H₂O+C→CO₂+2H₂－91.4 kJ·mol^-1。高炉煤气向上来到了干馏层，由于还原层上升的气体随着热量的被消耗，其温度逐渐下降，煤在这个温度下，历经低温干馏的过程，煤中挥发份发生裂解，产生甲烷、烯烃及焦油等物质，它们受热成为气态，即生成煤气并通过上面干燥层而逸出，成为煤气的组成部分。煤气离开干馏层继续向上运动来到了干燥层，与刚入炉的煤块在这层相遇，进行热交换，煤块中的水分受热蒸发。富化后的煤气汇聚于炉顶形成了煤气层，离开煤气富化炉后，煤气经过除尘装置，一部分去预热高炉煤气，一部分去预热煤块，最后汇聚于储气罐。

煤块经过煤块预热器后，由布料器进入煤气富化炉内，形成固体填充床，与底部进入的高温煤气反应，直到形成灰渣排出炉外。

氧气则通过炉底的分流器喷入炉内，首先进入灰渣层，在灰渣层经过预热后向上运动到达氧化层，在该层中氧气与煤中的碳发生剧烈的燃烧而生成二氧化碳，并放出热量。其主要反应是： C+O₂→CO₂+393.52kJ·mol^-1。为上部还原层的还原反应提供热量。

本发明的有益效果是：

本发明在以高炉煤气为原料；各种粒度煤块（>10mm）为还原剂；富化后高热值煤气为能源；氧气为氧化剂；预处理后得到的高温气体与预热后的煤快进行还原反应，从而达到降低CO₂含量，提高CO含量，得到高热值煤气。

可直接使用各种低CO含量、高CO₂含量的低热值高炉煤气为原料，非焦煤、焦丁等为还原剂，充分利用现有资源。

煤气富化炉前配置煤气加热炉对高炉煤气进行加热，从而可以得到高温高炉煤气。

煤气经过富化后，减少了高CO₂含量的低热值煤气的直接排放，而且富化后煤气可供焦炉、热风炉、加热炉、锅炉、直接还原炼铁使用。

本发明利用非焦煤和焦丁等为还原剂对低热值的高炉煤气进行富化，产出高热值的煤气，热值能够提高到原热值的2～3倍，富化后高炉煤气可供焦炉、热风炉、加热炉、锅炉、直接还原炼铁等使用，这样既解决了联合钢铁高热值煤气不足的问题，又减少了高炉煤气的直接放散，避免了能源的浪费，又降低了二氧化碳的排放。

附图说明

图1是高炉煤气富化方法工艺流程的示意图。其中，除尘后的高炉煤气1、热交换器2、预热后煤气3、煤气加热炉4、尾气5、冷煤气6、氧气7、高温高炉煤气8、分流器9、灰渣层10、氧化层11、还原层12、干馏层13、干燥层14、煤气层15、还原后煤气16、除尘装置17、煤仓18、冷煤块19、热煤块20、储气罐21、高热值煤气22、煤块预热器23、高温高热值煤气24、煤气环管25、煤气喷枪26、布料器27、煤气导出管道28、灰渣盘29。

具体实施方式

根据本发明所阐述的这种高炉煤气富化工艺，是针对低热值并且二氧化碳含量高的高炉煤气富化的一种全新设计，它的主要工艺原理是针对如何有效减少煤气中的CO₂，并提高煤气中CO，从而来提高煤气热值而提出的一种方案。它的原理是：通过对高炉煤气预处理得到的高温气体与预热后的煤快进行还原反应CO₂+C=2CO，H₂O+C→H₂+CO，2H₂O+C→CO₂+2H₂从而达到降低CO₂含量，提高CO、H₂含量，得到高热值煤气。

除尘后的高炉煤气1在热交换器2中利用反应后的高温高热值煤气24进行预热，预热后煤气3进入煤气加热炉4，利用高热值煤气22与氧气7的燃烧反应放出的热量对预热后的高炉煤气进行加热，从而得到高温高炉煤气8，高温高炉煤气8通过煤气喷枪26进入到煤气富化炉后依次经过还原层12、干馏层13、干燥层14后，汇集于煤气层15，最后经由煤气导出管道28导出，氧气在煤气富化炉炉底通过分流器9吹入炉内，经过灰渣层10的预热后，进入氧化层11，与氧化层11中煤发生放热反应，为上部的还原反应提供热量，还原后煤气16经过除尘装置17，一部分去预热高炉煤气1后，进入储气罐21，一部分进入煤块预热器23对冷煤块19进行预热后，进入储气罐21。

冷煤块19离开煤仓18进入到煤块预热器23，利用高温高热值煤气进行预热，预热后的热煤块，从煤气富化炉炉顶进入炉内，形成填充床，与炉底进入的煤气发生反应，最后形成炉渣10排出煤气富化炉。

Claims

1.一种高炉煤气富化装置，其特征在于，包括上料装置、煤块预热器、布料器、热交换器、煤气加热炉、煤气环管、煤气喷枪、分流器、灰渣盘、煤气富化炉、除尘装置、储气罐、氧气管道、煤气导出管道；煤块预热器上部与上料装置相连接，下部与安装在煤气富化炉炉顶的布料器相连接；热交换器、煤气加热炉、煤气环管均配置在煤气管道上；煤气环管与煤气喷枪相连接，煤气喷枪由煤气富化炉中部插入炉内；煤气富化炉底部连接灰渣盘，灰渣盘底部中心部位连有氧气管道及分流器；煤气导出管道、除尘装置、热交换器和储气罐串联于同一管道上。

2.根据权利要求1所述的高炉煤气富化装置，其特征在于，所述的煤气富化炉有4根煤气喷枪插入炉内，高炉煤气由煤气喷枪喷入炉内；炉内包括六个区域，分别为：灰渣层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层、煤气层。

3.一种采用权利要求1或2所述装置的煤气富化方法，其特征在于，高炉煤气首先进入到热交换器利用煤气富化炉生成的高温煤气进行预热，预热后在煤气加热炉内，通过煤气和氧气的燃烧反应来对高炉煤气进行加热，使其到达800～900℃的高温，高温高炉煤气通过煤气喷枪进入到煤气富化炉，在煤气富化炉内高炉煤气依次通过还原层、干馏层、干燥层；在还原层中，二氧化碳和水蒸气被碳还原成一氧化碳和氢气；反应为： CO₂+C→2CO－172.52 kJ·mol^-1　H₂O+C→H₂+CO－131.96 kJ·mol^-1　2H₂O+C→CO₂+2H₂－91.4 kJ·mol^-1；高炉煤气向上来到了干馏层，历干馏的过程，煤中挥发份发生裂解，产生甲烷、烯烃及焦油；它们受热成为气态，生成煤气并通过上面干燥层而逸出，成为煤气的组成部分；煤气离开干馏层继续向上运动来到了干燥层，与刚入炉的煤块在这层相遇，进行热交换，煤块中的水分受热蒸发；富化后的煤气汇聚于炉顶形成了煤气层，离开煤气富化炉后，煤气经过除尘装置，一部分去预热高炉煤气，一部分去预热煤块，最后汇聚于储气罐；

煤块经过煤块预热器后，由布料器进入煤气富化炉内，形成固体填充床，与底部进入的高温煤气反应，直到形成灰渣排出炉外；

氧气则通过炉底的分流器喷入炉内，首先进入灰渣层，在灰渣层经过预热后向上运动到达氧化层，在该层中氧气与煤中的碳发生剧烈的燃烧而生成二氧化碳，并放出热量；反应是： C+O₂→CO₂+393.52kJ·mol^-1；为上部还原层的还原反应提供热量。