CN104152185A - 变压吸附提纯高炉煤气的方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变压吸附提纯高炉煤气的方法及其系统。该变压吸附提纯高炉煤气的方法包括以下步骤：步骤S1：将高炉煤气进行脱硫处理，使高炉煤气转化为脱硫煤气；步骤S2：向脱硫煤气中通入含氧气体，通过氧化反应对脱硫煤气进行脱氧处理，获得脱氧煤气，同时使脱氧煤气的温度升高至预定温度区间的范围内；步骤S3：将脱氧煤气进行吸附提纯。应用本发明的技术方案，不再利用蒸汽对高炉煤气进行加热升温，而是应用高炉煤气中的化学反应过程中放热，从而将高炉煤气加热升温，减少了蒸汽的使用量，而且使用价格便宜的含氧气体(空气)中的氧气与高炉煤气中的CO反应就能达到加热升温的目的，大大节约了提纯高炉煤气的成本。
Description
技术领域
本发明涉及高炉煤气提纯领域，具体而言，涉及一种变压吸附提纯高炉煤气的方法及其系统。
背景技术
在现有技术的工艺流程中，在用变压吸附的方式进行高炉煤气提纯的过程中，提纯工艺要求进入一氧化碳吸附塔的原料煤气的温度需要达到80℃左右，而原料煤气是经过精脱硫之后进入脱氧塔再进行脱氧处理，原料煤气在经脱硫、脱氧处理工艺之后的温度为60℃～65℃，因此需经蒸汽加热后才能达到需要的温度(80℃左右)，并且用来加热高炉煤气的蒸汽用量较大，需要用2吨/小时。
发明内容
本发明旨在提供一种变压吸附提纯高炉煤气的方法及其系统，以解决现有技术的在高炉煤气的提纯过程中需要使用大量蒸汽来加热煤气的技术问题。
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的方法，包括以下步骤：步骤S1：将高炉煤气进行脱硫处理，使高炉煤气转化为脱硫煤气；步骤S2：向脱硫煤气中通入含氧气体，通过氧化反应对脱硫煤气进行脱氧处理，获得脱氧煤气，同时使脱氧煤气的温度升高至预定温度区间的范围内；步骤S3：将脱氧煤气进行吸附提纯。
进一步地，在步骤S2中，将脱硫煤气与含氧气体混合，使脱硫煤气转化为富氧煤气，然后将富氧煤气进行脱氧处理，使富氧煤气转化为脱氧煤气。
进一步地，在步骤S2中，包括对含氧气体中的氧气含量的计量步骤S2-1。
进一步地，在步骤S2中，混合入富氧煤气的含氧气体的氧气量占富氧煤气总量的比例为0.15～0.20％。
进一步地，预定温度区间为[A，B]，在步骤S2完成之后，对脱氧煤气的温度值x进行温度检测；当A≤x≤B时，进行步骤S3；当x＜A时，对脱氧煤气进行第二次加热处理，使得A≤x≤B，然后进行步骤S3；当x＞B时，对脱氧煤气进行降温处理，使得A≤x≤B，然后进行步骤S3。
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的系统，包括顺次连接的精脱硫塔、脱氧塔和用于提纯高炉煤气的吸附塔，变压吸附提纯高炉煤气的系统还包括：加氧支路，加氧支路与脱氧塔的进气口连通。
进一步地，加氧支路包括气泵和主加氧管线，主加氧管线上设置有控制阀组，气泵设置在主加氧管线的进气端，主加氧管线的出气端与脱氧塔的进气口连通。
进一步地，控制阀组包括沿主加氧管线上的输送含氧气体的方向上依次设置有第一截止阀、调节阀和第二截止阀。
进一步地，加氧支路还包括辅助加氧管线，辅助加氧管线的第一端连接于控制阀组和气泵之间，辅助加氧管线的第二端连接于控制阀组和主加氧管线的出气端之间。
进一步地，辅助加氧管线上安装有辅助控制阀。
进一步地，加氧支路还包括止回阀。
进一步地，变压吸附提纯高炉煤气的系统还包括氧分析仪，氧分析仪与脱氧塔的进气口连通。
进一步地，变压吸附提纯高炉煤气的系统还包括温度传感器、换热器和控制单元，温度传感器用于测量脱氧塔的出口气体的温度，换热器设置在脱氧塔的出气口与吸附塔之间；控制单元与温度传感器通讯连接，控制单元与换热器通讯连接以控制换热器的工作状态。
进一步地，控制单元还与氧分析仪通讯连接，并控制加氧支路的工作状态。
应用本发明的技术方案，该变压吸附提纯高炉煤气的方法首先将收集到的高炉煤气进行脱硫处理，使得高炉煤气转化为脱硫煤气，使得最终提纯得到的煤气中的硫含量减少甚至没有，从而在燃烧提纯后的煤气时减小对空气的污染；然后向脱硫煤气中通入含氧气体，使含氧气体与脱硫煤气混合，从而得到富氧煤气；当富氧煤气进入脱氧塔中进行脱氧处理的时候，利用CO+O2→CO2反应放热的原理，使富氧煤气的氧气被反应而去除掉，同时也将脱氧后的煤气加热，使得脱氧后的煤气升温至预定的温度区间范围内，以达到吸附提出煤气的温度要求；然后对脱氧并加热升温后的煤气进行吸附提纯，得到提纯煤气产品。应用本发明的技术方案，不再利用蒸汽对高炉煤气进行加热升温，而是应用高炉煤气中的化学反应的过程中放热，从而将高炉煤气加热升温，减少了蒸汽的使用量，而且使用价格便宜的含氧气体(空气)中的氧气与高炉煤气中的CO反应就能达到加热升温的目的，大大节约了提纯高炉煤气的成本。
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示出了本发明的变压吸附提纯高炉煤气的系统的实施例的结构示意简图。
附图标记说明：
10、精脱硫塔；20、脱氧塔；30、吸附塔；40、加氧支路；41、主加氧管线；411、第一截止阀；412、调节阀；413、第二截止阀；42、辅助加氧管线；421、辅助控制阀；43、气泵；44、止回阀；45、第一流量计；50、氧分析仪；60、温度传感器；70、换热器；80、第二流量计。
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所示的箭头方向为本发明的变压吸附提纯高炉煤气的系统的管路内的气体流动方向；A为高炉煤气在炼钢或炼铁之后输入到精脱硫塔10中的精脱硫塔10的进气口；B为气泵43的空气入口；C为输入空气和高炉煤气相遇混合点；D为经吸附塔30吸附提纯之后的成品煤气输送方向。
如图1所示，根据本发明的变压吸附提纯高炉煤气的方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤S1：将高炉煤气进行脱硫处理，使高炉煤气转化为脱硫煤气；
步骤S2：向脱硫煤气中通入含氧气体，通过氧化反应对脱硫煤气进行脱氧处理，获得脱氧煤气，同时使脱氧煤气的温度升高至预定温度区间的范围内(在本实施例中，先将脱硫煤气与含氧气体(即空气)进行混合，使脱硫煤气转化为富氧煤气，然后再将富氧煤气通入到脱氧塔内，在脱氧塔内对富氧煤气进行脱氧处理，从而使富氧煤气转化为脱氧煤气)；
步骤S3：将脱氧煤气进行吸附提纯。
首先将收集到的高炉煤气进行脱硫处理，使得高炉煤气转化为脱硫煤气，使得最终提纯得到的煤气中的硫含量减少甚至没有，从而在燃烧提纯后的煤气减小对空气的污染；然后向脱硫煤气中通入含氧气体，使得含氧气体与脱硫煤气混合，从而得到富氧煤气；当富氧煤气进入脱氧塔中进行脱氧处理的时候，利用CO+O2→CO2在催化剂的作用下进行反应放热的原理，使得富氧煤气的氧气被反应而去除掉，同时也将脱氧后的煤气加热，使得脱氧后的煤气升温至预定的温度区间范围内，以达到吸附提出煤气的温度要求；然后对脱氧并加热升温后的煤气进行吸附提纯，得到提纯煤气产品。高炉煤气中的一氧化碳与氧气在反应的时候，在脱氧塔20中具有促进CO+O2→CO2反应的催化剂，使得处于脱氧塔20中的高炉煤气即使在较低温度的时候，例如温度为60～65摄氏度的时候也能进行放热反应。
在步骤S2中，包括对含氧气体中的氧气含量的计量步骤S2-1。步骤S2-1是对富氧煤气中的氧含量的检测，确保含氧气体与脱硫煤气混合后的煤气中的氧含量保持在0.8％以下。脱氧塔20中对高炉煤气进行脱氧处理的目的是将高炉煤气中的氧含量降低到100ppm以下，而在脱氧的同时看，煤气中一氧化碳和氧气进行放热反应，经过试验，0.1％的氧气与一氧化碳反应后放热升温10摄氏度，而高炉煤气经过精脱硫塔10脱硫处理之后，高炉煤气的温度处于60～65摄氏度，因此，在步骤S2中，混合入富氧煤气的含氧气体的氧气量占富氧煤气总量的比例为0.15～0.20％。
经发明人试验研究表明，高炉煤气进入吸附塔30进行煤气提纯之前，高炉煤气需要被提升到预定温度区间为[A，B]，其中，A＝75℃，B＝85℃。为了进一步地确定高炉煤气在脱氧塔20中经过CO+O2→CO2放热之后的温度，需要对脱氧塔20输出的脱氧煤气的温度值x进行温度检测：
1、当A≤x≤B时，进行步骤S3；
2、当x＜A时，对脱氧煤气进行第二次加热处理，使得A≤x≤B，然后进行步骤S3；
3、当x＞B时，对脱氧煤气进行降温处理，使得A≤x≤B，然后进行步骤S3。
再次结合参见如图1所示，根据本发明的变压吸附提纯高炉煤气的系统的实施例，该变压吸附提纯高炉煤气的系统包括顺次连接的精脱硫塔10、脱氧塔20和用于提纯高炉煤气的吸附塔30，变压吸附提纯高炉煤气的系统还包括加氧支路40，加氧支路40连通在精脱硫塔10与脱氧塔20之间的管路上，更加直接的连接方式就是将加氧支路40与脱氧塔20的进气口连通。为了清楚知道高炉煤气经过精脱硫塔10脱硫之后，与含氧气体混合的脱硫煤气的实际流量，因而在精脱硫塔10的出气口和脱氧塔20的进气口之间设置有第二流量计80，操作人员可以通过第二流量计80清楚地了解从精脱硫塔10输出的高炉煤气的具体流量值。
本发明的及时方案应用加氧支路40将空气即含氧气体，本发明中的含氧气体还包括其他的具有氧气含量且能够应用CO+O2→CO2原理的气体输入进高炉煤气的输送管路中，使得空气与高炉煤气进行混合，从而使得高炉煤气中的氧含量增加，达到本发明加氧而利用CO+O2→CO2反应放热来加热高炉煤气的目的。
所增设的加氧支路40是利用20*3的无缝钢管关于钢管的具体材料及详细介绍，请参见《钢管》杂志09年第4期文章“一种油气田开发用新型双金属复合管”连接制造的，该钢管的应用使得加氧支路40在整个变压吸附提纯高炉煤气的系统中的耐腐蚀性更好，更加耐用，使用寿命更长。
具体地，加氧支路40包括气泵43和主加氧管线41，主加氧管线41上设置有控制阀组，气泵43设置在主加氧管线41的进气端，主加氧管线41的出气端连接在精脱硫塔10与脱氧塔20之间的管路上，更加直接的连接方式就是将主加氧管线41的出气端与脱氧塔20的进气口连通。空气通过气泵43将空气泵入到加氧支路40的主加氧管线41中，然后有主加氧管线41将空气输送至高炉煤气的输送管线中，使得高炉煤气与空气混合，从而得到富含氧气含量的富氧煤气。为了确保含氧气体与脱硫煤气混合后的煤气中的氧含量保持在0.8％以下，因而需要在高炉煤气与空气混合得到富氧煤气之后对富氧煤气中的氧含量进行检测，优选地，变压吸附提纯高炉煤气的系统还包括氧分析仪50，氧分析仪50与脱氧塔20的进气口连通。这样在富氧煤气进入脱氧塔20之前，利用氧分析仪50就能够对富氧煤气中的氧含量进行有效的检测，以确定氧含量在所要求的范围内。
优选地，控制阀组包括第一截止阀411、调节阀412和第二截止阀413，并且，第一截止阀411、调节阀412和第二截止阀413沿主加氧管线41上的输送含氧气体的方向上依次设置。进一步地，加氧支路40还包括辅助加氧管线42，辅助加氧管线42的第一端连接于控制阀组和气泵43之间，辅助加氧管线42的第二端连接于控制阀组和主加氧管线41的出气端之间。而且，辅助加氧管线42上安装有辅助控制阀421。
在加氧支路40输入空气的时候，当第一截止阀411、调节阀412和第二截止阀413同时开启并处于正常的工作状态的时候，辅助控制阀421处于关闭的工作状态；由于高炉煤气与空气混合后得到的富氧煤气中的氧含量会随着空气中氧含量的变化而变化，因此加氧支路40中输入的空气就要根据富氧煤气中的氧含量来随时通过调节阀412对气泵43输入的空气进行调节。因此，调节阀412会不时发生故障或损坏的情况。当调节阀412不能正常工作的时候，可以利用辅助加氧管线42进行向高炉煤气的输送管线中输入空气，这时候，第一截止阀411和第二截止阀413均处于关闭的工作状态，而辅助控制阀421处于开启的工作状态。通过辅助加氧管线42的设置，使得主加氧管线41在线路故障而无法正常工作输入空气的情况下，能够通过辅助加氧管线42进行加氧操作，从而保证高炉煤气在吸附塔30内的吸附提纯能够正常加工，保证了高炉煤气吸附提纯工作的持续进行。
进一步地，加氧支路40还包括止回阀44，止回阀44可以安装在气泵与第一截止阀411之间的管路上，还可以安装在第二截止阀413与连接点C(连接点C为输入空气和高炉煤气相遇混合位置)。由于高炉煤气在炼钢或炼铁的高炉输出时候具有一定的气压能，为了防止利用加氧支路40输入空气来对高炉煤气进行加氧的同时，高炉煤气因为气压腔大于加氧支路40内的气压强而导致高炉煤气泄露的情况，因此在加氧支路40上安装止回阀44，使得在加氧支路40中，只允许空气自气泵43向变压吸附提纯高炉煤气的系统内输送，而高炉煤气无法流过止回阀44而向大气泄露，保证高炉煤气在加氧的过程中的安全。
优选地，变压吸附提纯高炉煤气的系统还包括温度传感器60、换热器70和控制单元，温度传感器60用于测量脱氧塔的出口气体的温度，换热器70设置在脱氧塔20的出气口与吸附塔30之间；控制单元与温度传感器60通讯连接，控制单元与换热器70通讯连接以控制换热器70的工作状态。高炉煤气经过脱氧塔20中的放热反应CO+O2→CO2对高炉煤气进行加热升温后，由于各种的因素的影响，高炉煤气出脱氧塔20后的温度值x有三种可能：(1)75℃≤x≤85℃；(2)x＜75℃；(3)x＞85℃。因此，在高炉煤气输出脱氧塔20后利用温度传感器60对高炉煤气的温度值x进行测量，然后将检测到的温度值x的信号传输到控制单元中，由控制单元对温度传感器60检测到的数据进行分析，然后控制单元根据分析得到的结构，按照预设的程序向换热器70发出指令，使得换热器进行相应的换热工作：(1)当75℃≤x≤85℃时，换热器70不进行换热工作，而高炉煤气直接进入吸附塔30进行吸附提纯；(2)当x＜75℃时，控制单元向换热器70发出对高炉煤气第二次加热的指令，并在换热器70中将高炉煤气的温度值x加热至75℃≤x≤85℃，然后高炉煤气进入吸附塔30进行吸附提纯；(3)当x＞85℃时，控制单元向换热器70发出对高炉煤气进行降温的换热指令，并在换热器70中将高炉煤气的温度值x降低至75℃≤x≤85℃，然后高炉煤气进入吸附塔30进行吸附提纯。
进一步地，为了进一步实现自动化控制，因而控制单元还与氧分析仪50通讯连接；并控制加氧支路40的工作状态，即控制单元与第一截止阀411、调节阀412、辅助控制阀421均为通讯连接。这样，在控制单元中预先设定好自动控制的程序，从而实现各个环节的自动控制。在加氧支路40中，当调节阀412无法正常工作的时候，在调节阀412中的检测传感器将数据信息传送至控制单元，并由控制单元进行分析处理，然后控制单元向第一截止阀411和第二截止阀413发出关闭的指令，使第一截止阀411和第二截止阀413关闭；并同时向辅助控制阀421发出开启指令，而是辅助加氧管线42开始工作。在空气和高炉煤气混合后，氧分析仪50对富氧煤气进行氧气含量的分析，并将信息传输至控制单元中，控制单元分析处理后向调节阀412发出调节开口大小，从而控制加氧支路40中的空气流量；为了更加直观地了解加氧支路40中的空气流量，在气泵43与辅助加氧管线42的第一端之间设置有第一流量计45，利用第一流量计45对气泵43泵入的空气流量进行测量，使得操作人员能够直观地知道空气流量的大小。
控制单元包括PLC控制器。
名词解释：
通讯连接为能够传输信息或信号传输的连接方式，可以是信息或信号通过有线传送的有线电连接，也可以是信息或信号通过无线传送的无线遥控连接。
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：
本发明的技术方案不再利用蒸汽对高炉煤气进行加热升温，而是应用高炉煤气中的化学反应的过程中放热，从而将高炉煤气加热升温，减少了蒸汽的使用量，而且使用价格便宜的含氧气体空气中的氧气与高炉煤气中的CO反应就能达到加热升温的目的，大大节约了提纯高炉煤气的成本。
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 (14)
1.一种变压吸附提纯高炉煤气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将所述高炉煤气进行脱硫处理，使所述高炉煤气转化为脱硫煤气；
步骤S2：向所述脱硫煤气中通入含氧气体，通过氧化反应对所述脱硫煤气进行脱氧处理，获得脱氧煤气，同时使所述脱氧煤气的温度升高至预定温度区间的范围内；
步骤S3：将所述脱氧煤气进行吸附提纯。
2.根据权利要求1所述的变压吸附提纯高炉煤气的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，将所述脱硫煤气与所述含氧气体混合，使所述脱硫煤气转化为富氧煤气，然后将所述富氧煤气进行脱氧处理，使所述富氧煤气转化为脱氧煤气。
3.根据权利要求1所述的变压吸附提纯高炉煤气的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，包括对所述含氧气体中的氧气含量的计量步骤S2-1。
4.根据权利要求2所述的变压吸附提纯高炉煤气的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，混合入所述富氧煤气的所述含氧气体的氧气量占所述富氧煤气总量的比例为0.15～0.20％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的变压吸附提纯高炉煤气的方法，其特征在于，所述预定温度区间为[A，B]，在所述步骤S2完成之后，对所述脱氧煤气的温度值x进行温度检测；
当A≤x≤B时，进行所述步骤S3；
当x＜A时，对所述脱氧煤气进行第二次加热处理，使得A≤x≤B，然后进行所述步骤S3；
当x＞B时，对所述脱氧煤气进行降温处理，使得A≤x≤B，然后进行所述步骤S3。
6.一种变压吸附提纯高炉煤气的系统，包括顺次连接的精脱硫塔(10)、脱氧塔(20)和用于提纯高炉煤气的吸附塔(30)，其特征在于，所述变压吸附提纯高炉煤气的系统还包括：加氧支路(40)，所述加氧支路(40)与所述脱氧塔(20)的进气口连通。
7.根据权利要求6所述的变压吸附提纯高炉煤气的系统，其特征在于，所述加氧支路(40)包括气泵(43)和主加氧管线(41)，所述主加氧管线(41)上设置有控制阀组，所述气泵(43)设置在所述主加氧管线(41)的进气端，所述主加氧管线(41)的出气端与所述脱氧塔(20)的进气口连通。
8.根据权利要求7所述的变压吸附提纯高炉煤气的系统，其特征在于，所述控制阀组包括沿所述主加氧管线(41)上的输送含氧气体的方向上依次设置有第一截止阀(411)、调节阀(412)和第二截止阀(413)。
9.根据权利要求7所述的变压吸附提纯高炉煤气的系统，其特征在于，所述加氧支路(40)还包括辅助加氧管线(42)，所述辅助加氧管线(42)的第一端连接于所述控制阀组和所述气泵(43)之间，所述辅助加氧管线(42)的第二端连接于所述控制阀组和所述主加氧管线(41)的出气端之间。
10.根据权利要求9所述的变压吸附提纯高炉煤气的系统，其特征在于，所述辅助加氧管线(42)上安装有辅助控制阀(421)。
11.根据权利要求6所述的变压吸附提纯高炉煤气的系统，其特征在于，所述加氧支路(40)还包括止回阀(44)。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的变压吸附提纯高炉煤气的系统，其特征在于，所述变压吸附提纯高炉煤气的系统还包括氧分析仪(50)，所述氧分析仪(50)与所述脱氧塔(20)的所述进气口连通。
13.根据权利要求12所述的变压吸附提纯高炉煤气的系统，其特征在于，所述变压吸附提纯高炉煤气的系统还包括温度传感器(60)、换热器(70)和控制单元，所述温度传感器(60)用于测量所述脱氧塔(20)的出口气体的温度，所述换热器(70)设置在所述脱氧塔(20)的出气口与所述吸附塔(30)之间；所述控制单元与所述温度传感器(60)通讯连接，所述控制单元与所述换热器(70)通讯连接以控制所述换热器(70)的工作状态。
14.根据权利要求13所述的变压吸附提纯高炉煤气的系统，其特征在于，所述控制单元还与所述氧分析仪(50)通讯连接，并控制所述加氧支路(40)的工作状态。
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