CN104059695A - 变压吸附提纯高炉煤气装置及变压吸附提纯高炉煤气方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种变压吸附提纯高炉煤气装置及变压吸附提纯高炉煤气方法。该装置包括：送气部将高炉煤气送出；水解塔的进气口与送气部的出气口连接；能量复用部具有气气换热器，气气换热器具有第一进气口、与第一进气口连通的第一出气口、第二进气口、与第二进气口连通的第二出气口，第一进气口与水解塔的出气口连通；粗脱硫塔的进气口与能量复用部的出气口连通，粗脱硫塔的出气口与第二进气口连通，能量复用部将从水解塔流出的高炉煤气降温至粗脱硫塔所需的温度；精脱硫塔的进气口与气气换热器的第二出气口连通，气气换热器通过水解塔内流出的高温高炉煤气将粗脱硫塔流出的低温高炉煤气升温至精脱硫塔所需温度。该装置能降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及变压吸附提纯高炉煤气领域，具体而言，涉及一种变压吸附提纯高炉煤气装置及变压吸附提纯高炉煤气方法。
背景技术
变压吸附提纯高炉煤气生产工艺中，PSA-CO工序要求进入它的煤气中总硫≤1ppm,经过仔细分析，高炉煤气中存在SO2、H2S和COS；在工艺流程中必须设置水解塔，使COS在水解剂媒的作用下分解，使之变成H2S；含有H2S的高炉煤气，须在粗脱硫塔(装有以活性碳作为载体的媒)中使H2S与高炉煤气中的氧反应生成单质硫并保存在活性碳的微孔中。高炉煤气经过水解塔和粗脱硫塔后，还有少量的H2S和COS没有反应完全，为充分消除硫对PSA-CO工序中铜吸附剂的影响，须在粗脱硫后增加精脱硫塔，并在精脱硫塔上部装水解剂，下部装氧化锌脱硫剂。上述单元中水解塔的反应温度须在60～80℃，粗脱硫塔的反应温度必须在40℃左右，精脱硫的反应温度需要60℃以上。
在用变压吸附方式提纯高炉煤气的生产过程中，煤气压缩机送出的煤气温度为85～90℃。因上述工序脱硫的需要，高炉煤气必须经过降温——降温——升温的过程。在第二次降温和升温过程的不同降温剂和加热介质的选择很重要，关系到设备的配置和系统的运行费用。
现有的方案是高炉煤气出煤气压缩机后，用水冷却到水解塔所需要的温度，高炉煤气出水解塔后，再用水冷却到40℃左右，高炉煤气出粗脱硫塔后用蒸汽加热到60℃以进入精脱硫塔。这使得冷却水的需求量很大，而在降温后还需要通过蒸汽对高炉煤气进行加热，使设备投入增加，能耗增大。
发明内容
本发明旨在提供一种变压吸附提纯高炉煤气装置及变压吸附提纯高炉煤气方法，以解决现有技术中变压吸附提纯高炉煤气方法需要很大的冷却水量和蒸汽量增加了设备成本的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种变压吸附提纯高炉煤气装置，该变压吸附提纯高炉煤气装置包括：送气部，送气部将高炉煤气送出；水解塔，水解塔的进气口与送气部的出气口连接；能量复用部，能量复用部具有气气换热器，气气换热器具有第一进气口、与第一进气口连通的第一出气口、第二进气口、与第二进气口连通的第二出气口，第一进气口与水解塔的出气口连通；粗脱硫塔，粗脱硫塔的进气口与能量复用部的出气口连通，粗脱硫塔的出气口与第二进气口连通，能量复用部将从水解塔流出的高炉煤气降温至粗脱硫塔所需的温度；精脱硫塔，精脱硫塔的进气口与气气换热器的第二出气口连通，气气换热器通过水解塔内流出的高温高炉煤气将粗脱硫塔流出的低温高炉煤气升温至精脱硫塔所需温度。
进一步地，送气部包括煤气压缩机和后冷却器，后冷却器的进气口与煤气压缩机的出气口连通，并冷却从煤气压缩机流出的高炉煤气至水解塔所需的温度，水解塔的进气口与后冷却器的出气口连通。
进一步地，送气部还包括保护管路，保护管路连接在煤气压缩机的进气口与后冷却器的出气口之间，且保护管路上设置有回流阀，后冷却器的出气口与保护管路之间还设置有止回阀。
进一步地，保护管路与水解塔的进气口之间还设置有送气阀。
进一步地，能量复用部还包括再降温部，再降温部连接在水解塔的出气口与粗脱硫塔的进气口之间，再降温部将水解塔的出气口流出的高炉煤气降温至粗脱硫塔所需的温度。
进一步地，再降温部包括再冷却器，再冷却器连接在气气换热器和粗脱硫塔之间，再冷却器的进气口与气气换热器的第一出气口连通，并将气气换热器流出的高炉煤气降温至粗脱硫塔所需的温度。
进一步地，再降温部还包括脱水塔，脱水塔的进气口与再冷却器的出气口连通，脱水塔的出气口与粗脱硫塔的进气口连通，高炉煤气经再冷却器后析出的水分经脱水塔脱离。
根据本发明的另一方面，提供了一种变压吸附提纯高炉煤气方法，变压吸附提纯高炉煤气的方法通过上述的变压吸附提纯高炉煤气装置进行，变压吸附提纯高炉煤气方法包括：送气步骤，送气步骤将高炉煤气降温至水解塔所需温度后送入水解塔内；换热步骤，换热步骤通过气气换热器将水解塔流出的高温高炉煤气和粗脱硫塔流出的低温高炉煤气换热，使从气气换热器流出的高炉煤气的温度至精脱硫塔所需的温度；脱硫步骤，脱硫步骤通过粗脱硫塔和精脱硫塔将气气换热器流出的高炉煤气脱硫。
进一步地，送气步骤包括：回流步骤，打开回流阀，关闭送气阀，煤气压缩机流出的高炉煤气经过后冷却器后经过保护管路流回煤气压缩机内，使煤气压缩机处于低负载状态；出气步骤，关闭回流阀，打开送气阀，煤气压缩机流出的高炉煤气经过后冷却器后降温至水解塔所需的温度，并流入水解塔内。
进一步地，换热步骤之后，脱硫步骤之前还包括再降温步骤，再降温步骤将从气气换热器的第一出气口流出的高炉煤气通过再冷却器降温至粗脱硫塔所需的温度，并通过脱水塔将高炉煤气中析出的水脱去。
应用本发明的技术方案，变压吸附提纯高炉煤气装置包括送气部、水解塔、能量复用部、粗脱硫塔和精脱硫塔。送气部将高炉煤气送出，水解塔的进气口与送气部的出气口连接，以对送气部送出的高炉煤气进行处理。能量复用部具有气气换热器，气气换热器具有第一进气口、与第一进气口连通的第一出气口、第二进气口、与第二进气口连通的第二出气口，第一进气口与水解塔的出气口连通，粗脱硫塔的进气口与能量复用部的出气口连通，粗脱硫塔的出气口与第二进气口连通，能量复用部将从水解塔流出的高炉煤气降温至粗脱硫塔所需的温度，精脱硫塔的进气口与气气换热器的第二出气口连通，气气换热器通过水解塔内流出的高温高炉煤气将粗脱硫塔流出的低温高炉煤气升温至精脱硫塔所需温度。能量复用部的气气换热器利用从水解塔流出的高温的高炉煤气的热量对从粗脱硫塔流出的低温的高炉煤气进行加热，这样有效地利用了从水解塔流出的高炉煤气的热量，省略了蒸汽加热设备，减少了设备投入减低了成本，同时降低了能耗。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的实施例的变压吸附提纯高炉煤气装置的结构示意图。
附图标记说明：11、煤气压缩机；12、后冷却器；13、回流阀；14、送气阀；15、止回阀；20、水解塔；30、气气换热器；41、再冷却器；42、脱水塔；50、粗脱硫塔；60、精脱硫塔；90、中间冷却器。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，根据本发明的实施例，变压吸附提纯高炉煤气装置包括送气部、水解塔20、能量复用部、粗脱硫塔50和精脱硫塔60。
送气部将高炉煤气送出，水解塔20的进气口与送气部的出气口连接，以对送气部送出的高炉煤气进行处理。能量复用部具有气气换热器30，气气换热器30具有第一进气口、与第一进气口连通的第一出气口、第二进气口、与第二进气口连通的第二出气口，第一进气口与水解塔20的出气口连通，粗脱硫塔50的进气口与能量复用部的出气口连通，粗脱硫塔50的出气口与第二进气口连通，能量复用部将从水解塔流出的高炉煤气降温至粗脱硫塔50所需的温度，精脱硫塔60的进气口与气气换热器30的第二出气口连通，气气换热器30通过水解塔20内流出的高温高炉煤气将粗脱硫塔50流出的低温高炉煤气升温至精脱硫塔60所需温度。
能量复用部的气气换热器30利用从水解塔20流出的高温的高炉煤气的热量对从粗脱硫塔50流出的低温的高炉煤气进行加热，这样有效地利用了从水解塔20流出的高炉煤气的热量，省略了蒸汽加热设备，减少了设备投入减低了成本，同时降低了能耗。
在本实施例中，送气部包括煤气压缩机11和后冷却器12，后冷却器12的进气口与煤气压缩机11的出气口连通，并冷却从煤气压缩机11流出的高炉煤气至水解塔20所需的温度，水解塔20的进气口与后冷却器12的出气口连通。通过后冷却器12将从煤气压缩机11流出的高炉煤气降温至水解塔20所需的温度，以便高炉煤气在水解塔20中反应。
优选地，由于煤气压缩机11在工作过程中温度较高，为了保证煤气压缩机11的工作安全性和使用寿命，煤气压缩机11上还连接有中间冷却器90，通过中间冷却器90中的冷却水能够对煤气压缩机11的机身进行冷却。
为了保证煤气压缩机11的启动安全和使用寿命，送气部还包括保护管路，保护管路连接在煤气压缩机11的进气口与后冷却器12的出气口之间，且保护管路上设置有回流阀13，后冷器的出气口与保护管路之间还设置有止回阀15。通过保护管路可以在煤气压缩机11启动时，打开回流阀13，使得从后冷却器12流出的高炉煤气通过回流阀13再次流回煤气压缩机11内，这使得煤气压缩机11处于低负载状态，在煤气压缩机11启动时可以有效地保证煤气压缩机11的安全。
当煤气压缩机11运行稳定后，可以向水解塔20送气，为了方便控制向水解塔20送气，保护管路与水解塔20的进气口之间还设置有送气阀14。
为了满足工艺需求，能量复用部还包括再降温部，再降温部连接在水解塔20的出气口与粗脱硫塔50的进气口之间，在再降温部将水解塔20的出气口流出的高炉煤气降温至粗脱硫塔50所需的温度，以便高炉煤气能够在粗脱硫塔50中反应。
在本实施例中，再降温部包括再冷却器41，再冷却器41连接在气气换热器30与粗脱硫塔50之间，再冷却器41的进气口与气气换热器30的第一出气口连通，并将气气换热器30流出的高炉煤气降温至粗脱硫塔50所需的温度。
优选地，为了保证粗脱硫塔50的脱硫效果，再降温部还包括脱水塔42，脱水塔42的进气口与再冷却器41的出气口连通，脱水塔42的出气口与粗脱硫塔50的进气口连通，高炉煤气经再冷却器41后析出的水分经脱水塔42脱离。
在本实施例中，多个粗脱硫塔50并联后与气气换热器30的第二进气口连通，多个精脱硫塔60并联后与气气换热器30的第二出气口连通。
根据本发明的实施例的另一方面，变压吸附提纯高炉煤气的方法通过上述的变压吸附提纯高炉煤气装置进行，变压吸附提纯高炉煤气方法包括：
送气步骤，送气步骤将高炉煤气降温至水解塔20所需温度后送入水解塔20内；
换热步骤，换热步骤通过气气换热器30将水解塔20流出的高温高炉煤气和粗脱硫塔50流出的低温高炉煤气换热，使从气气换热器30流出的高炉煤气的温度至精脱硫塔60所需的温度；
脱硫步骤，脱硫步骤通过粗脱硫塔50和精脱硫塔60将气气换热器30流出的高炉煤气脱硫。
通过换热步骤能够充分利用冲水解塔20流出的高炉煤气的热量加热从粗脱硫塔50流出的高炉煤气，以使其升温至精脱硫塔60所需的温度，这样省略了蒸汽加热设备，同时也减少了后续工序中冷却水的投入，减少了生产成本，节约了能耗。
在本实施例中，送气步骤包括：
回流步骤，打开回流阀13，关闭送气阀14，煤气压缩机11流出的高炉煤气经过后冷却器12后经过保护管路流回煤气压缩机11内，使煤气压缩机11处于低负载状态；
出气步骤，关闭回流阀13，打开送气阀14，煤气压缩机11流出的高炉煤气经过后冷却器12后降温至水解塔20所需的温度，并流入水解塔20内。
换热步骤之后，脱硫步骤之前还包括再降温步骤，再降温步骤将从气气换热器30的第一出气口流出的高炉煤气通过再冷却器41降温至粗脱硫塔50所需的温度，并通过脱水塔42将高炉煤气中析出的水脱去。
结合参见图1，变压吸附提纯高炉煤气的过程能量的利用过程如下：
煤气压缩机11启动时，关闭送气阀14，打开回流阀13，煤气压缩机11流出的高炉煤气进过后冷却器12后通过保护管路回到煤气压缩机11，以使得煤气压缩机11低负载启动，直至煤气压缩机11运行稳定。
煤气压缩机11运行稳定后，通过煤气压缩机11将高炉煤气送出，从煤气压缩机11流出的高炉煤气的温度在85摄氏度至90摄氏度之间，为了满足水解塔20要求的60摄氏度至80摄氏度的温度要求，煤气压缩机11流出的高炉煤气经过后冷却器12，通过后冷却器12中的冷却水进行降温至水解塔所需的温度。
从水解塔20流出的高温高炉煤气从气气换热器30的第一进气口流入气气换热器30中，同时粗脱硫塔50的出气口流出的低温高炉煤气从气气换热器30的第二进气口流入气气换热器30内，高温高炉煤气与低温高炉煤气进行热交换，使得从气气换热器30流出的高炉煤气的温度符合精脱硫塔60所需的温度，这样就解决了现有技术中由于粗脱硫塔50所需的温度低于精脱硫塔60所需的温度，因而在脱硫过程中需要设置蒸汽设备对粗脱硫塔50流出的高炉煤气进行升温而提高了成本的问题。
从气气换热器30的第一出气口流出的高炉煤气需要流入粗脱硫塔50中，而粗脱硫塔50所需的温度为30摄氏度至50摄氏度，因而需要对从气气换热器30的第一出气口流出的高炉煤气进行再降温，气气换热器30的第一出气口连接有再冷却器41，通过再冷却器41中的冷却水将高炉煤气降温至粗脱硫塔50所需的温度。由于在气气换热器30中已经对水解塔20中流出的高炉煤气进行了一次降温，因而在再冷却器41中对高炉煤气进行降温时可以减少冷却水的投入量，这样就节省了成本，同时减小了能耗。
由于在再冷却器41对高炉煤气进行降温的过程中，高炉煤气的温度降低后高炉煤气中的一部分水蒸汽会成为水滴析出，因而在再冷却器41的出气口连接有脱水塔42，已对高炉煤气进行干燥。
从脱水塔42流出的高炉煤气进入粗脱硫塔50内，从粗脱硫塔50流出的低温高炉煤气从气气换热器30的第二进气口流入气气换热器30内并升温至精脱硫塔60所需的温度，也即60摄氏度至90摄氏度，然后从气气换热器30的第二出气口流入精脱硫塔60内。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过气气换热器成功地利用了前道工序的余热来加热后面工序的高炉煤气，使能源充分利用，同时减少了设备投入，降低了生产成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种变压吸附提纯高炉煤气装置，其特征在于，包括：
送气部，所述送气部将高炉煤气送出；
水解塔(20)，所述水解塔(20)的进气口与所述送气部的出气口连接；
能量复用部，所述能量复用部具有气气换热器(30)，所述气气换热器(30)具有第一进气口、与所述第一进气口连通的第一出气口、第二进气口、与所述第二进气口连通的第二出气口，所述第一进气口与所述水解塔(20)的出气口连通；
粗脱硫塔(50)，所述粗脱硫塔(50)的进气口与所述能量复用部的出气口连通，所述粗脱硫塔(50)的出气口与所述第二进气口连通，所述能量复用部将从所述水解塔(20)流出的高炉煤气降温至所述粗脱硫塔(50)所需的温度；
精脱硫塔(60)，所述精脱硫塔(60)的进气口与所述气气换热器(30)的第二出气口连通，所述气气换热器(30)通过所述水解塔(20)内流出的高温高炉煤气将粗脱硫塔(50)流出的低温高炉煤气升温至精脱硫塔(60)所需温度。
2.根据权利要求1所述的变压吸附提纯高炉煤气装置，其特征在于，所述送气部包括煤气压缩机(11)和后冷却器(12)，所述后冷却器(12)的进气口与所述煤气压缩机(11)的出气口连通，并冷却从所述煤气压缩机(11)流出的高炉煤气至所述水解塔(20)所需的温度，所述水解塔(20)的进气口与所述后冷却器(12)的出气口连通。
3.根据权利要求2所述的变压吸附提纯高炉煤气装置，其特征在于，所述送气部还包括保护管路，所述保护管路连接在所述煤气压缩机(11)的进气口与所述后冷却器(12)的出气口之间，且所述保护管路上设置有回流阀(13)，所述后冷却器(12)的出气口与所述保护管路之间还设置有止回阀(15)。
4.根据权利要求3所述的变压吸附提纯高炉煤气装置，其特征在于，所述保护管路与所述水解塔(20)的进气口之间还设置有送气阀(14)。
5.根据权利要求1所述的变压吸附提纯高炉煤气装置，其特征在于，所述能量复用部还包括再降温部，所述再降温部连接在所述水解塔(20)的出气口与所述粗脱硫塔(50)的进气口之间，所述再降温部将所述水解塔(20)的出气口流出的高炉煤气降温至所述粗脱硫塔(50)所需的温度。
6.根据权利要求5所述的变压吸附提纯高炉煤气装置，其特征在于，所述再降温部包括再冷却器(41)，所述再冷却器(41)连接在所述气气换热器(30)和所述粗脱硫塔(50)之间，所述再冷却器(41)的进气口与所述气气换热器(30)的第一出气口连通，并将所述气气换热器(30)流出的高炉煤气降温至所述粗脱硫塔(50)所需的温度。
7.根据权利要求6所述的变压吸附提纯高炉煤气装置，其特征在于，所述再降温部还包括脱水塔(42)，所述脱水塔(42)的进气口与所述再冷却器(41)的出气口连通，所述脱水塔(42)的出气口与所述粗脱硫塔(50)的进气口连通，高炉煤气经所述再冷却器(41)后析出的水分经所述脱水塔(42)脱离。
8.一种变压吸附提纯高炉煤气方法，其特征在于，所述变压吸附提纯高炉煤气的方法通过权利要求1至7中任一项所述的变压吸附提纯高炉煤气装置进行，所述变压吸附提纯高炉煤气方法包括：
送气步骤，所述送气步骤将高炉煤气降温至所述水解塔(20)所需温度后送入所述水解塔(20)内；
换热步骤，所述换热步骤通过气气换热器(30)将所述水解塔(20)流出的高温高炉煤气和所述粗脱硫塔(50)流出的低温高炉煤气换热，使从所述气气换热器(30)流出的高炉煤气的温度至所述精脱硫塔(60)所需的温度；
脱硫步骤，所述脱硫步骤通过粗脱硫塔(50)和精脱硫塔(60)将所述气气换热器(30)流出的高炉煤气脱硫。
9.根据权利要求8所述的变压吸附提纯高炉煤气方法，其特征在于，所述送气步骤包括：
回流步骤，打开回流阀(13)，关闭送气阀(14)，煤气压缩机(11)流出的高炉煤气经过后冷却器(12)后经过保护管路流回所述煤气压缩机(11)内，使所述煤气压缩机(11)处于低负载状态；
出气步骤，关闭所述回流阀(13)，打开所述送气阀(14)，所述煤气压缩机(11)流出的高炉煤气经过所述后冷却器(12)后降温至所述水解塔(20)所需的温度，并流入所述水解塔(20)内。
10.根据权利要求8所述的变压吸附提纯高炉煤气方法，其特征在于，所述换热步骤之后，所述脱硫步骤之前还包括再降温步骤，所述再降温步骤将从气气换热器(30)的第一出气口流出的高炉煤气通过再冷却器(41)降温至所述粗脱硫塔(50)所需的温度，并通过脱水塔(42)将高炉煤气中析出的水脱去。
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