CN103991844A - 利用转炉煤气制取氢气的方法 - Google Patents

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朱光俊
张倩影
秦跃林
杨艳华
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Abstract

一种利用转炉煤气制取氢气的方法，包括以下步骤：收集转炉煤气，冷却进入烟道内的转炉煤气，使转炉煤气的温度降至850-880℃；对烟道内的转炉煤气进行除尘，并收集转炉煤气炉尘中的Fe3O4，在Fe3O4中加入Cr2O3，混合制备成铁铬催化剂，Fe3O4与Cr2O3的重量比在1:1～3:1之间；将转炉煤气抽入变换反应吸附塔内，转炉煤气中的CO和水蒸汽经过变换反应，形成以H2、CO2为主的混合气体；在变压吸附塔内加入吸附剂，利用变压吸附分离法，使混合气体中的CO2被吸附分离，从而获得高纯度的H2。该方法提高了转炉煤气的经济效益，得到了高附加值产品氢气。

Description

利用转炉煤气制取氢气的方法
技术领域
本发明涉及冶金工程和能源回收利用技术领域，尤其涉及一种利用转炉煤气制取氢气资源的方法。
背景技术
钢铁工业是一个高能耗、高排放的行业。转炉煤气是转炉炼钢生产的主要副产品，其自身发热值高、又具有一定的物理显热，是钢铁企业重要的二次能源。转炉煤气的主要成分为：CO，含量为70％；CO2，含量为15％；N2，含量为15％。转炉煤气的发热值可以达到6280～7536KJ/m3，目前主要将其净化处理后，作为一种燃料来进行回收利用。这种回收途径经济效益极低，而且要燃烧会产生大量的CO2排放，附加值较低。
发明内容
针对现有技术中，转炉煤气作为一种燃料来进行回收利用，该回收利用方法所产生的经济效益低、对环境污染大的技术问题，本发明提供一种利用转炉煤气制取氢气的方法，该方法利用转炉煤气炉尘中的Fe3O4并加入Cr2O3作为催化剂，向转炉煤气中喷入水，通过水蒸汽与转炉煤气转换反应来制取氢气。该方法不仅充分利用了转炉煤气的显热，而且回收了转炉烟尘中的Fe3O4，同时制取氢气提高了转炉煤气的附加值，提高了转炉煤气的经济效益，得到了高附加值产品的氢气能源。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种利用转炉煤气制取氢气的方法，包括以下步骤：
步骤1.收集转炉煤气，通过风机将转炉煤气从转炉炉口抽入烟道内，冷却进入烟道内的转炉煤气，使转炉煤气的温度降至850-880℃；
步骤2.对烟道内的转炉煤气进行除尘，并收集转炉煤气炉尘中的Fe3O4，在Fe3O4中加入Cr2O3，混合制备成铁铬催化剂，Fe3O4与Cr2O3的重量比在1:1～3:1之间。
步骤3.转炉煤气经冷却及除尘后，温度降至380～420℃，经压缩机加压至0.8～1MPa后，抽入变换反应吸附塔内，在变换反应吸附塔内加入铁铬催化剂，并向变换反应吸附塔内喷入水，喷入的水当量由转炉煤气的量来确定；水汽化成蒸汽，在催化剂作用下，转炉煤气中的CO和水蒸汽经过变换反应，形成以H2、CO2为主的混合气体，其化学反应式为：CO+H2O＝H2+CO2；
步骤4.在变压吸附塔内加入吸附剂，将以H2、CO2为主的混合气体抽入变压吸附塔内，温度保持在180～200℃，压力保持为0.7～0.9MPa，利用变压吸附分离法，使混合气体中的CO2被吸附分离，从而获得高纯度的H2。
进一步，步骤4中的吸附剂选自活性炭、沸石分子筛、碳分子筛、硅胶、活性氧化铝中的一种或多种。
进一步，步骤1中，对烟道内的转炉煤气采用汽化冷却法，即把烟道设置为余热蒸发锅炉，以吸收冷却转炉煤气放出的潜热。
进一步，步骤1中收集转炉煤气时，在转炉炉口上方安置可升降的移动烟罩和控制风机，使转炉煤气收集过程中尽量少的吸入空气，以减少进入转炉煤气中的N2，并可以减少转炉煤气中的部分CO燃烧形成的CO2。
本发明的有益技术效果是：本发明提出的利用转炉煤气制取氢气的方法提高了转炉煤气的经济效益，得到了高附加值产品氢气；该方法充分回收转炉炉尘中的有益组分Fe3O4，将其作为催化剂来回收利用；本发明减小了转炉煤气作为燃料燃烧对周边环境造成的危害。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
本发明的利用转炉煤气制取氢气的方法，包括以下步骤：
步骤1.收集转炉煤气，通过风机将转炉煤气从转炉炉口抽入烟道内，采用汽化冷却法，冷却进入烟道内的转炉煤气，使转炉煤气的温度降至850-880℃；
烟道采用汽化冷却法，即把烟道设置为余热蒸发锅炉，以吸收冷却转炉煤气放出的潜热。在冷却转炉煤气的过程中，余热蒸发锅炉产生的蒸汽进入蓄热室内，分配给用户使用。转炉煤气经汽化冷却后，温度降至850‐880℃。
步骤2.对烟道内的转炉煤气进行除尘，并收集转炉煤气炉尘中的Fe3O4，在Fe3O4中加入Cr2O3，混合制备成铁铬催化剂，Fe3O4与Cr2O3的重量比在1:1～3:1之间。
由于煤气炉尘中的Fe3O4易被CO2氧化为Fe2O3，Fe3O4又易被H2或CO还原为FeO，从而可改变Fe3O4的结构，使之具有很大的比表面积，提高Fe3O4吸附H2O和CO的能力。加入的Cr2O3可以改变Fe3O4晶格的结构，形成固溶体结构，抑制晶粒的长大，提高Fe3O4的催化能力。
步骤3.转炉煤气经冷却及除尘后，温度降至380～420℃，经压缩机加压至0.8～1MPa后，抽入变换反应吸附塔内，在变换反应吸附塔内加入铁铬催化剂，并向变换反应吸附塔内喷入水，喷入的水当量由转炉煤气的量来确定，水汽化成蒸汽；在催化剂作用下，煤气中的CO和水蒸汽经过变换反应，形成以H2、CO2为主的混合气体，其化学反应式为：CO+H2O＝H2+CO2；
步骤4.在变压吸附塔内加入吸附剂，将以H2、CO2为主的混合气体抽入变压吸附塔内，温度保持在180～200℃，压力保持为0.7～0.9MPa，利用变压吸附分离法，使混合气体中的CO2被吸附分离，从而获得高纯度的H2。
变压吸附分离法是利用混合气体的组分在多孔固体吸附剂上的吸附能力随压力的改变而出现不同的吸附量的原理，实现混合气体组分的分离。对于一定的吸附剂，各种气体组分的被吸附量是随着温度、特别是压力的改变而变化的。一般是随温度的降低及压力的增加而增加的。在相同的温度下，各气体组分在同一压力下的吸附量也并不相同，吸附能力强的组分在高压下的被吸附量要比吸附能力低的组分的吸附量高得多。因而变压吸附分离法是对不同的组分进行优先选择性的吸附。在转炉煤气中，各气体组分的相对吸附能力为H2O(g)＞CO2＞CO＞N2＞H2。
在本实施例中，步骤4中的吸附剂选自活性炭、沸石分子筛、碳分子筛、硅胶、活性氧化铝中的一种或多种。
在本实施例中，步骤1中收集煤气时，在转炉炉口上方安置可升降的移动烟罩和控制风机，使煤气收集过程中尽量少的吸入空气，以减少进入煤气中的N2，并可以减少煤气中的部分CO燃烧形成的CO2。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种利用转炉煤气制取氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.收集转炉煤气，通过风机将转炉煤气从转炉炉口抽入烟道内，冷却进入烟道内的转炉煤气，使转炉煤气的温度降至850-880℃；
步骤2.对烟道内的转炉煤气进行除尘，并收集转炉煤气炉尘中的Fe3O4，在Fe3O4中加入Cr2O3，混合制备成铁铬催化剂，Fe3O4与Cr2O3的重量比在1:1～3:1之间；
步骤3.转炉煤气经冷却及除尘后，温度降至380～420℃，经压缩机加压至0.8～1MPa后，抽入变换反应吸附塔内，在变换反应吸附塔内加入铁铬催化剂，并向变换反应吸附塔内喷入水，喷入的水当量由转炉煤气的量来确定；水汽化成蒸汽，在催化剂作用下，转炉煤气中的CO和水蒸汽经过变换反应，形成以H2、CO2为主的混合气体，其化学反应式为：CO+H2O＝H2+CO2；
步骤4.在变压吸附塔内加入吸附剂，将以H2、CO2为主的混合气体抽入变压吸附塔内，温度保持在180～200℃，压力保持为0.7～0.9MPa，利用变压吸附分离法，使混合气体中的CO2被吸附分离，从而获得高纯度的H2。
2.根据权利要求1所述的利用转炉煤气制取氢气的方法，其特征在于：步骤4中的吸附剂选自活性炭、沸石分子筛、碳分子筛、硅胶、活性氧化铝中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的利用转炉煤气制取氢气的方法，其特征在于：步骤1中，对烟道内的转炉煤气采用汽化冷却法，即把烟道设置为余热蒸发锅炉，以吸收冷却转炉煤气放出的潜热。
4.根据权利要求1或2所述的利用转炉煤气制取氢气的方法，其特征在于：步骤1中收集转炉煤气时，在转炉炉口上方安置可升降的移动烟罩和控制风机，使转炉煤气收集过程中尽量少的吸入空气，以减少进入转炉煤气中的N2，并可以减少转炉煤气中的部分CO燃烧形成的CO2。
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