CN104449920A - 利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法。首先将焦炉煤气通过罗茨风机或螺杆压缩机加压，经变温吸附装置后进入压缩机一、二级压缩加压，经变压吸附脱碳装置后再通过压缩机三级压缩加压，进入焦炉气脱硫装置；然后进入甲烷合成装置，通过变压吸附装置或深冷分离装置得到天然气或液化天然气产品；高炉煤气通过压缩机一、二级压缩加压，与水蒸气混合进入耐硫变换装置进行低温耐硫变换，再依次进入高炉气脱硫装置，变压吸附脱碳装置和变压吸附脱氮装置；净化后的高炉煤气与焦炉煤气中分离出的氮氢气混合后通过压缩机三、四、五、六级压缩加压，经甲烷化装置后，进入合成氨装置，生产得到无水液氨产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的工艺方法，属于钢铁企业煤气综合利用领域。
背景技术
焦炉煤气是在炼焦过程中得到的一种可燃性气体，一般每吨干煤可生产焦炉气300-350m3，焦炉自身用掉一半左右。焦炉气是混合物，其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同而有所差别，其主要成分为H2(55％-70％)和CH4(15％-30％)、CO(5％-9％)、CO2(2％-5％)、N2(2％-6％)，另外还含有少量的其它成分。
高炉煤气是在炼铁过程中产生的副产品，每炼一吨生铁产生高炉煤气约1500m3，高炉自身热风炉用掉接近一半。高炉煤气中一氧化碳约占30％，二氧化碳约占10％，氮气约占55％，还有少量的氢气与甲烷，故发热值很低。钢铁企业炼铁过程中副产的高炉煤气由于产量高热值低，难于利用，长期大量放散。
发明内容
本发明的目的在于结合我国钢铁行业实际，提出一种利用焦炉煤气与高炉煤气为原料联合生产天然气与液氨的工艺。
一种利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法，包括如下步骤：
(1)首先将焦炉煤气通过罗茨风机或螺杆压缩机加压，经变温吸附装置除去大部分的硫、焦油、苯和萘等杂质，然后通过压缩机一、二级压缩加压，经变压吸附脱碳装置除去大部分的CO2，再通过压缩机三级压缩加压，进入焦炉气脱硫装置内通过加氢转化除去有机硫与不饱和烃，并通过脱硫剂除去硫化氢至ppb级；
(2)经净化后的焦炉煤气进入甲烷合成装置，其中的CO、CO2与H2发生甲烷化反应生成CH4，得到的合成气通过变压吸附装置或深冷分离装置得到天然气或液化天然气产品，及变压吸附装置或深冷分离装置分离出的氮氢气；
(3)高炉煤气通过压缩机一、二级压缩加压，然后与水蒸气混合进入耐硫变换装置进行低温耐硫变换，再依次进入高炉气脱硫装置通过脱硫剂脱除硫化氢，变压吸附脱碳装置除去大部分的CO2，变压吸附脱氮装置除去大部分的氮气；
(4)经净化后的高炉煤气与步骤(2)中得到的焦炉煤气中分离出的氮氢气混合后通过压缩机三、四、五、六级压缩加压，经甲烷化装置除去微量的CO、CO2后，进入合成氨装置，生产得到无水液氨产品。
步骤(1)中，焦炉煤气通过罗茨风机加压至0.01～0.1MPa，或焦炉煤气通过螺杆式压缩机加压至0.1～1MPa；通过压缩机一、二级压缩加压至0.6～1.0MPa，通过压缩机三级压缩加压至1.5～3MPa。
所述的焦炉气脱硫装置包括加热炉，2～4台加氢反应器及2～6台脱硫塔。在焦炉气脱硫装置中，焦炉煤气经过加热炉升温至200～300℃，经过加氢反应器，将有机硫转化为H2S，将不饱和烃转化为饱和烃，再经过脱硫塔，通过脱硫剂除去焦炉气中的H2S至ppb级；所述的脱硫剂为Fe-Mn脱硫剂和ZnO系脱硫剂。
步骤(2)中，所述的甲烷合成装置为等温和/或绝热甲烷化反应器。
步骤(3)中，高炉煤气通过压缩机一、二级压缩加压至0.6～1.0MPa，在200～500℃下进行低温耐硫变换；所述的高炉气脱硫装置包括2～6台脱硫塔，采用脱硫剂脱除硫化氢，所述的脱硫剂为Fe-Mn脱硫剂和ZnO系脱硫剂。
步骤(4)中，经净化后的高炉煤气与步骤(2)中焦炉煤气分离出的氮氢气混合后通过压缩机三、四、五、六级压缩加压至10～30MPa。
所述的压缩机为往复式压缩机。
目前钢铁企业为减少环境污染、提高经济效益，越来越重视煤气的综合利用。目前焦炉煤气可做燃料气、供城市燃气、发电、或作合成氨与生产甲醇的原料，利用较充分。高炉煤气一般直接或掺混焦炉煤气做燃料气，加热锅炉产蒸汽发电或驱动大型设备，高炉煤气由于粉尘较多，惰性气体含量高，存在燃烧慢且不稳定、放热量少、烟气量大等问题，利用困难。行业内先进企业也只能回收净化后用作各加热炉燃料或供锅炉燃烧发电，经济效益低下。
本发明采用焦炉煤气与高炉煤气为原料，规模化地生产天然气(或液化天然气)与液氨两种产品，最终得到的天然气产品满足天然气国标(GB17820)一类技术规格，可直接送入管网或销售压缩天然气(CNG)，液氨产品可直接销售，也可进一步生产尿素等下游产品。
本发明可利用钢铁企业炼焦炼铁过程中得到的焦炉气与高炉气两种副产品作为原料，生产市场广阔、经济附加值高的天然气与液氨两种产品，既解决了高炉煤气利用的难题，大幅减排，又能生产出高价值产品，具有良好的经济与社会效益。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
主要附图标记：
1 罗茨风机或螺杆压缩机 2 变温吸附装置
3 1#压缩机一、二段 4 第一变压吸附脱碳装置
5 1#压缩机三段 6 焦炉气脱硫装置
7 甲烷合成装置 8 变压吸附装置或深冷分离装置
9 2#压缩机一、二段 10 耐硫变换装置
11 高炉气脱硫装置 12 第二变压吸附脱碳装置
13 变压吸附脱氮装置 14 2#压缩机三、四、五、六段
15 甲烷化装置 16 合成氨装置
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但所提供的方式仅作为示例而不应该被理解为限制本发明的范围。
如图1所示，本发明利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的工艺方法，具体工艺步骤如下：
首先焦化厂净化后的焦炉煤气经罗茨风机或螺杆压缩机1压缩加压，经螺杆式压缩机压缩至0.1～1MPa，或经罗茨风机压缩至0.01～0.1MPa，进入变温吸附装置2，焦炉煤气中大部分的硫、焦油、苯、萘等杂质被吸附在吸附塔内的吸附剂上除去，然后通过1#压缩机(往复式)一、二段3，经一、二级压缩加压至0.6～1.0MPa，进入第一变压吸附脱碳装置4，60％～70％的CO2被吸附在吸附塔内的吸附剂上除去，再通过1#压缩机(往复式)三段5，经三级压缩加压至1.5～3MPa，进入焦炉气脱硫装置6，在其中经过加热炉升温至200～300℃，经过二至四台加氢反应器，将有机硫转化为H2S，将不饱和烃转化为饱和烃，经过二至六台脱硫塔，通过Fe-Mn脱硫剂与ZnO系脱硫剂除去焦炉气中的H2S至ppb级；
经净化后的焦炉气经过甲烷合成装置7，在等温或绝热甲烷化反应器中，其中的CO、CO2与H2发生甲烷化反应生成CH4，得到的合成气可通过变压吸附装置或深冷分离装置8得到纯度在98％以上的天然气(或液化天然气)产品。合成气通过变压吸附装置，其中的CH4组分被吸附在吸附塔内的吸附剂上，饱和后通过真空泵抽出即得到天然气产品，或者将合成气进行分子筛吸附脱水、脱汞剂吸附脱汞后进入深冷分离装置，通过膨胀制冷装置或混合冷剂制冷装置将合成气液化，再通过低温精馏分离出氮气与氢气，得到液化天然气产品，通过吸附分离或低温精馏出的氮氢气补充入合成氨流程变压吸附脱氮装置13之后；
高炉煤气通过2#压缩机(往复式)一、二段9，经一、二级压缩加压至0.6～1.0MPa，先与水蒸气混合进入低温耐硫变换装置10，在升温至200～500℃进行低温耐硫变换，在变换炉中其中的CO与H2O发生变换反应生成CO2与H2，出口CO含量降至0.5％(体积)以下，再进入高炉气脱硫装置11，经过二至六台脱硫塔，通过Fe-Mn脱硫剂与ZnO系脱硫剂脱硫化氢，再进入第二变压吸附脱碳装置12，60％～70％的CO2被吸附在吸附塔内的吸附剂上除去，再进入变压吸附脱氮装置13，除去约70％的氮气；
经净化后的高炉气与焦炉气流程中分离出的氮氢气混合后通过2#压缩机(往复式)三、四、五、六段14，经三、四、五、六级压缩加压至10～30MPa，进入甲烷化装置15，在甲烷化炉内微量的CO、CO2与H2发生甲烷化反应生成CH4，再进入合成氨装置16生产纯度在99.6％以上的液体无水氨产品。
为了保证净化后的高炉气与焦炉气流程中分离出的氮氢气两者混合之后氮气与氢气的体积比在1:3，需要控制进入联合装置的焦炉煤气与高炉煤气的体积比在4:3左右。
本发明可用其他不违背本发明精神和主要特征的具体形式来概述。因此，本发明的上述实施方案只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围。相关技术人员明显能在不脱离本发明精神、内容和范围内对本发明所述的装置和方法进行改动或者变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明精神、内容和范围中。
Claims (10)
1.一种利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)首先将焦炉煤气通过罗茨风机或螺杆压缩机加压，经变温吸附装置除去大部分的硫、焦油、苯和萘，然后通过压缩机一、二级压缩加压，经变压吸附脱碳装置除去大部分的CO2，再通过压缩机三级压缩加压，进入焦炉气脱硫装置内通过加氢转化除去有机硫与不饱和烃，并通过脱硫剂除去硫化氢至ppb级；
(2)经净化后的焦炉煤气进入甲烷合成装置，其中的CO、CO2与H2发生甲烷化反应生成CH4，得到的合成气通过变压吸附装置或深冷分离装置得到天然气或液化天然气产品，及变压吸附装置分离或深冷分离装置分离出的氮氢气；
(3)高炉煤气通过压缩机一、二级压缩加压，然后与水蒸气混合进入耐硫变换装置进行低温耐硫变换，再依次进入高炉气脱硫装置通过脱硫剂脱除硫化氢，变压吸附脱碳装置除去大部分的CO2，变压吸附脱氮装置除去大部分的氮气；
(4)经净化后的高炉煤气与步骤(2)中得到的焦炉煤气中分离出的氮氢气混合后通过压缩机三、四、五、六级压缩加压，经甲烷化装置除去微量的CO、CO2后，进入合成氨装置，生产得到无水液氨产品。
2.如权利要求1所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法，其特征在于：焦炉煤气通过罗茨风机加压至0.01～0.1MPa，或通过螺杆式压缩机加压至0.1～1MPa；通过压缩机一、二级压缩加压至0.6～1.0MPa，通过压缩机三级压缩加压至1.5～3MPa。
3.如权利要求1所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法，其特征在于：所述的焦炉气脱硫装置包括加热炉，2～4台加氢反应器及2～6台脱硫塔。
4.如权利要求3所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法，其特征在于：在所述的焦炉气脱硫装置中，焦炉煤气经过加热炉升温至200～300℃，经过加氢反应器，将有机硫转化为硫化氢，将不饱和烃转化为饱和烃，再经过脱硫塔，通过脱硫剂除去焦炉气中的硫化氢至ppb级。
5.如权利要求1所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法，其特征在于：所述的甲烷合成装置为等温和/或绝热甲烷化反应器。
6.如权利要求1所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法，其特征在于：高炉煤气通过压缩机一、二级压缩加压至0.6～1.0MPa。
7.如权利要求1所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法，其特征在于：所述的低温耐硫变换的温度为200～500℃。
8.如权利要求1所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法，其特征在于：所述的高炉气脱硫装置包括2～6台脱硫塔。
9.如权利要求1所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法，其特征在于：所述的脱硫剂为Fe-Mn脱硫剂和ZnO系脱硫剂。
10.如权利要求1所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的方法，其特征在于：经净化后的高炉煤气与焦炉煤气中分离出的氮氢气混合后通过压缩机三、四、五、六级压缩加压至10～30MPa。
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