CN110144228A - 一种清洁炼焦生产工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种清洁炼焦生产工艺及系统，所述系统包括焦炉加热系统、煤高温干馏系统、煤气收集与净化系统、煤气提氢系统、焦炉烟气预处理系统及焦炉烟气CO2吸收系统；本发明将焦化系统中多种工艺进行整合，有效减少或避免炼焦生产过程中大气污染物的生成，生产清洁能源产品，提高炼焦生产废气的资源化利用水平，减少炼焦生产过程温室气体的排放，构建焦化绿色生产工艺。
Description
技术领域
本发明涉及煤焦化技术领域，尤其涉及一种能够减少污染物排放的清洁炼焦生产工艺及系统。
背景技术
炼焦是用适合炼焦的煤经高温干馏转化成焦炭和煤气的过程。目前，在煤焦化领域应用最为广泛的炼焦设备是机械化蓄热式焦炉，采用炭化室和燃烧室相邻间隔布置的形式。在燃烧室内，用于给焦炉加热的燃气(焦炉煤气或其他类型燃气)与空气混合后发生燃烧反应，同时放出大量热量。燃烧产生的热量通过燃烧室与炭化室之间的炉墙传递给炭化室内的煤料，煤料在持续不断的高温热量供给作用下在炭化室内被干馏成焦炭，同时煤料中的挥发性成分在高温作用下形成荒煤气。炭化室中煤料干馏得到的荒煤气在经过焦炉顶部的上升管、桥管时被循环氨水冷却降温，同时荒煤气中的焦油等成分被冷凝后与煤气分离，再经过焦炉煤气集气管的汇集导引到煤气净化系统中，在煤气净化系统中，煤气中的焦油、氨、苯、硫等杂质和其中有价值的成分被有效分离出来，通过相应的加工生产工艺处理形成各种高附加值的化工产品。
对于钢铁联合企业的焦化生产，上述工艺过程中，焦炉加热时通常采用来自高炉生产过程的高炉煤气(又称贫煤气)与少量经过煤气净化系统处理后的焦炉煤气掺杂而成的混合煤气与空气燃烧为焦炉生产提供热能。对于独立的焦化生产企业，则通常采用焦炉自身生产得到的经过净化的焦炉煤气(又称富煤气)与空气燃烧为焦炉生产提供热能。无论使用混合煤气加热还是焦炉煤气加热，在燃烧室内发生燃烧反应放出热量的同时，煤气中的含碳成分燃烧后会生成CO2，而在高温条件下，空气中的氮气会氧化生成NOx，煤气中的硫化物会氧化生成SO2，这些燃烧后生成的CO2、NOx和SO2会随着燃烧废气一同依次进入焦炉的小烟道、分烟道、总烟道，最后通过焦炉烟囱排入大气中。
在焦炉排出的废气中，NOx和SO2是对大气具有污染作用的污染物，随着环保政策和相关法律法规的日益严格，必须将有害物从废气中尽可能地脱除，通常采用焦炉烟气脱硫脱硝系统对焦炉烟气进行净化。而废气中的CO2是公认的温室气体，其向大气的大量排放是造成地球表面温度升高、引发冰川消融、海平面上升、飓风、洪水以及干旱等自然灾害的重要因素，因此控制CO2排放越来越受到世界各国和各类国际组织的关注。
在当前的炼焦生产工艺中，对于焦炉加热过程中生成的NOx和SO2可以通过设置脱硫脱硝系统对焦炉烟气进行净化处理，但脱硫脱硝系统的建设和运行需要焦化生产企业不断投入更多的费用和精力。而对于焦炉废气中的CO2则到目前为止还没有能够有效实施的减排措施。
以一座焦炭生产能力为100万吨/年的焦化生产设施为例，若采用混合煤气加热，粗略计算，每年大约产生约50万吨的CO2，仅按照我国钢铁联合企业年焦炭产量近1.2亿吨的数据计算，每年我国钢铁联合企业的焦化生产会向大气排放0.6亿吨的CO2。
可见，为了保护人类赖以生存的环境，减少焦化生产企业对大气的污染，有必要不断改进焦化生产工艺，开发清洁环保的炼焦工艺。
发明内容
本发明提供了一种清洁炼焦生产工艺及系统，将焦化系统中多种工艺进行整合，有效减少或避免炼焦生产过程中大气污染物的生成，生产清洁能源产品，提高炼焦生产废气的资源化利用水平，减少炼焦生产过程温室气体的排放，构建焦化绿色生产工艺。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种清洁炼焦生产工艺，包括如下步骤：
1)在焦炉加热系统中，采用纯氧作为助燃气体参与焦炉的加热过程；焦炉加热系统采用焦炉自身生产的经净化、提氢后含有CH4、CO及其它碳氢化合物的焦炉煤气作为燃气，在焦炉加热系统的燃烧室内，氧气与焦炉煤气充分燃烧并释放热量，对煤高温干馏系统中炭化室内的煤料进行加热干馏；
2)焦炉加热系统燃烧后生成的焦炉烟气主要成分是CO2、H2O以及少量的SO2，焦炉烟气从焦炉加热系统排出，经小烟道、分烟道及总烟道汇集后进入焦炉烟气预处理系统；在焦炉烟气预处理系统内，对焦炉烟气进行脱硫并回收余热；
3)经预处理后的焦炉烟气进入CO2吸收系统，焦炉烟气中的CO2与碱性吸收液充分接触并被吸收，生成相应的碳酸盐类物质，从而去焦炉烟气中CO2，实现炼焦生产工艺过程CO2的减排，同时焦炉烟气中的水蒸气也被溶液冷凝回收；碳酸盐类物质作为焦炉烟气脱硫的介质，或通过结晶、提纯后作为碳酸盐产品；
4)在煤高温干馏系统中，炭化室内的煤料高温干馏生成焦炉煤气，焦炉煤气经上升管、桥管进入煤气收集与净化系统；在煤气收集与净化系统内，焦炉煤气被冷却、净化，除去其中的杂质，得到相应的焦油、氨水、苯类产品及副产品，净化后的焦炉煤气进入煤气提氢系统；
5)在煤气提氢系统内，将焦炉煤气中的氢气分离出来，分离出的氢气送入后续的氢气储存及外供系统中作为产品外供或外销；提氢后的焦炉煤气以碳氢化合物为主，热值达到28000kJ/m3以上，其中一部分焦炉煤气被送入焦炉加热系统作为燃气使用，其余的焦炉煤气作为燃料外供。
所述煤气提氢系统采用变压吸附气体分离工艺将焦炉煤气中的氢气与其它气体成分相分离。
所述焦炉烟气预处理系统包括烟气脱硫系统和烟气余热回收系统；根据所配置烟气脱硫系统的类型，采用先进行烟气脱硫、再进行烟气余热回收的“烟气脱硫+烟气余热回收”工艺，或采用先进行烟气余热回收、再进行烟气脱硫的“烟气余热回收+烟气脱硫”工艺。
所述碱性吸收液为NaOH溶液，吸收烟气中的CO2后生成NaHCO3溶液，一部分输送到钠基半干法焦炉烟气脱硫系统作为脱硫液使用，剩余部分经结晶干燥后作为钠基干法烟气脱硫剂或提纯作为NaHCO3产品外销。
所述碱性吸收液为Ca(OH)2溶液，吸收烟气中的CO2后生成CaCO3沉淀或Ca(HCO3)2水溶液。
所述碱性吸收液为氨水，与烟气中的CO2在反应器内充分接触后生成NH4HCO3，经结晶、干燥处理后作为化肥产品外销。
一种用于实现所述工艺的清洁炼焦生产系统，包括焦炉加热系统、煤高温干馏系统、煤气收集与净化系统、煤气提氢系统、焦炉烟气预处理系统及焦炉烟气CO2吸收系统；所述焦炉加热系统由助燃气供给单元、燃气供给单元、蓄热室及燃烧室组成；助燃气供给单元通过纯氧输送管道连接对应的蓄热室，燃气供给单元通过提氢后焦炉煤气输送管道连接对应的蓄热室，2个蓄热室分别连接燃烧室的助燃气入口和燃气入口；燃烧室与煤高温干馏系统相邻设置，两者之间设隔墙；煤高温干馏系统的焦炉煤气出口通过焦炉煤气输送管道连接煤气收集与净化系统，煤气收集与净化系统通过净化后焦炉烟气输送管道连接煤气提氢系统；煤气提氢系统设氢气出口及提氢后焦炉煤气出口，提氢后焦炉煤气出口分别连接焦炉加热系统的燃气供给单元及外供焦炉煤气管道；焦炉加热系统的总烟道连接焦炉烟气预处理系统，焦炉烟气预处理系统设烟气脱硫系统及烟气余热回收系统；焦炉烟气预处理系统通过预处理后焦炉烟气管道连接焦炉烟气CO2吸收系统，焦炉烟气CO2吸收系统设碱性吸收液入口、净烟气排放口及碳酸盐溶液出口，碳酸盐溶液出口分别连接焦炉烟气预处理系统中烟气脱硫系统的脱硫液入口及碳酸盐产品外送管道。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)生产清洁能源；
煤炭经高温干馏产生的焦炉煤气中富含H2，而H2作为清洁能源使用已经越来越受到各界的关注，H2的制备已经成为氢能源利用产业不可逾越的前提；炼焦生产是对煤炭资源的高效转化和利用过程，在生产钢铁行业必需的原料焦炭的同时，对副产的焦炉煤气中氢气的提取能够大大降低氢能源利用产业氢气制备的成本，成为氢能源产业重要的氢源；因此，采用本发明所述工艺对焦炉煤气中的氢气进行提取，可拓宽焦化产业发展的道路，夯实煤焦化产业的根基；
2)实现NOx的源头减排；
焦炉加热系统采用纯氧燃烧，减少甚至避免NOx的生成，从炼焦生产的源头将实现污染物的减排；同时，由于采用纯氧而不是现有焦炉加热系统常规使用的空气作助燃气体，避免了燃烧后废气中大量N2的存在，不但显著减少了焦炉烟气的体积，更避免了携带大量热量废气的外排而导致的有效能源损失，使焦炉加热系统的能源利用效率得到显著提高，从源头上实现了节能；
3)生产高热值燃气；
经过净化后的焦炉煤气在提氢后，剩余焦炉煤气的热值提高了近60％，无论是用于焦炉自身的加热，还是作为其他系统的燃气，都会显著提高燃烧效率和能源利用效率；热值的提高同时也伴随着燃气体积的骤减，使得燃气输送所用的管路得以减小，更便于燃气的输送；
4)实现CO2减排及资源化利用；
焦炉加热系统采用纯氧燃烧后，产生的焦炉烟气的主要成分是CO2和H2O，二者占焦炉烟气总量的96％左右；通过焦炉烟气CO2吸收系统，将焦炉烟气中的CO2和H2O同时吸收捕获，剩余气体排放对环境的污染已经降至最低；而CO2经吸附处理后会形成具有一定价值的工业与农业产品，实现了CO2的循环利用和资源化应用，对环境保护具有积极的促进意义。
附图说明
图1是本发明所述一种清洁炼焦生产工艺的流程图。
图2为本发明所述焦炉加热系统的结构组成示意图。
图3是本发明实施例1的工艺流程图。
图4是本发明实施例2的工艺流程图。
图5是本发明实施例3的工艺流程图。
图中：1.焦炉加热系统11.助燃气供给单元12.燃气供给单元13.燃烧室14.蓄热室2.煤高温干馏系统3.煤气收集与净化系统4.煤气提氢系统5.焦炉烟气预处理系统51.烟气脱硫系统52.烟气余热回收系统6.焦炉烟气CO2吸收系统
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述一种清洁炼焦生产工艺，包括如下步骤：
1)在焦炉加热系统1中，采用纯氧作为助燃气体参与焦炉的加热过程；焦炉加热系统1采用焦炉自身生产的经净化、提氢后含有CH4、CO及其它碳氢化合物的焦炉煤气作为燃气，在焦炉加热系统1的燃烧室13内，氧气与焦炉煤气充分燃烧并释放热量，对煤高温干馏系统2中炭化室内的煤料进行加热干馏；
2)焦炉加热系统1燃烧后生成的焦炉烟气主要成分是CO2、H2O以及少量的SO2，焦炉烟气从焦炉加热系统1排出，经小烟道、分烟道及总烟道汇集后进入焦炉烟气预处理系统5；在焦炉烟气预处理系统5内，对焦炉烟气进行脱硫并回收余热；
3)经预处理后的焦炉烟气进入CO2吸收系统6，焦炉烟气中的CO2与碱性吸收液充分接触并被吸收，生成相应的碳酸盐类物质，从而去焦炉烟气中CO2，实现炼焦生产工艺过程CO2的减排，同时焦炉烟气中的水蒸气也被溶液冷凝回收；碳酸盐类物质作为焦炉烟气脱硫的介质，或通过结晶、提纯后作为碳酸盐产品；
4)在煤高温干馏系统2中，炭化室内的煤料高温干馏生成焦炉煤气，焦炉煤气经上升管、桥管进入煤气收集与净化系统3；在煤气收集与净化系统3内，焦炉煤气被冷却、净化，除去其中的杂质，得到相应的焦油、氨水、苯类产品及副产品，净化后的焦炉煤气进入煤气提氢系统4；
5)在煤气提氢系统4内，将焦炉煤气中的氢气分离出来，分离出的氢气送入后续的氢气储存及外供系统中作为产品外供或外销；提氢后的焦炉煤气以碳氢化合物为主，热值达到28000kJ/m3以上，其中一部分焦炉煤气被送入焦炉加热系统1作为燃气使用，其余的焦炉煤气作为燃料外供。
所述煤气提氢系统4采用变压吸附气体分离工艺将焦炉煤气中的氢气与其它气体成分相分离。
所述焦炉烟气预处理系统5包括烟气脱硫系统和51烟气余热回收系统52；根据所配置烟气脱硫系统的类型，采用先进行烟气脱硫、再进行烟气余热回收的“烟气脱硫+烟气余热回收”工艺，或采用先进行烟气余热回收、再进行烟气脱硫的“烟气余热回收+烟气脱硫”工艺。
所述碱性吸收液为NaOH溶液，吸收烟气中的CO2后生成NaHCO3溶液，一部分输送到钠基半干法焦炉烟气脱硫系统作为脱硫液使用，剩余部分经结晶干燥后作为钠基干法烟气脱硫剂或提纯作为NaHCO3产品外销。
所述碱性吸收液为Ca(OH)2溶液，吸收烟气中的CO2后生成CaCO3沉淀或Ca(HCO3)2水溶液。
所述碱性吸收液为氨水，与烟气中的CO2在反应器内充分接触后生成NH4HCO3，经结晶、干燥处理后作为化肥产品外销。
如图1所示，一种用于实现所述工艺的清洁炼焦生产系统，包括焦炉加热系统1、煤高温干馏系统2、煤气收集与净化系统3、煤气提氢系统4、焦炉烟气预处理系统5及焦炉烟气CO2吸收系统6；如图2所示，所述焦炉加热系统1由助燃气供给单元11、燃气供给单元12、蓄热室14及燃烧室13组成；助燃气供给单元11通过纯氧输送管道连接对应的蓄热室14，燃气供给单元12通过提氢后焦炉煤气输送管道连接对应的蓄热室14，2个蓄热室14分别连接燃烧室13的助燃气入口和燃气入口；燃烧室13与煤高温干馏系统2相邻设置，两者之间设隔墙；煤高温干馏系统2的焦炉煤气出口通过焦炉煤气输送管道连接煤气收集与净化系统3，煤气收集与净化系统3通过净化后焦炉烟气输送管道连接煤气提氢系统4；煤气提氢系统4设氢气出口及提氢后焦炉煤气出口，提氢后焦炉煤气出口分别连接焦炉加热系统1的燃气供给单元12及外供焦炉煤气管道；焦炉加热系统1的总烟道连接焦炉烟气预处理系统5，焦炉烟气预处理系统5设烟气脱硫系统51及烟气余热回收系统52；焦炉烟气预处理系统5通过预处理后焦炉烟气管道连接焦炉烟气CO2吸收系统6，焦炉烟气CO2吸收系统6设碱性吸收液入口、净烟气排放口及碳酸盐溶液出口，碳酸盐溶液出口分别连接焦炉烟气预处理系统5中烟气脱硫系统51的脱硫液入口及碳酸盐产品外送管道。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
如图1～图3所示，本实施例中，一种清洁炼焦生产系统由焦炉加热系统1、煤高温干馏系统2、煤气收集与净化系统3、煤气提氢系统4、焦炉烟气预处理系统5、焦炉烟气CO2吸收系统6组成。
本实施例中，所述焦炉加热系统1包括助燃气供给单元11、燃气供给单元12、燃烧室13及蓄热室14，助燃气采用纯氧，燃气来自所述煤气提氢系统4，是已分离出氢气的焦炉煤气。
本实施例中，所述的蓄热室14可通过提高蓄热能力更多地蓄积燃烧产生废气的热能，降低排出废气携带的热量，提高焦炉生产过程能源的利用效率。
本实施例中，所述煤气提氢系统4设于煤气收集与净化系统3之后，采用变压吸附气体分离工艺将焦炉煤气中的氢气与其它气体成分相分离，得到的氢气作为产品外供或外销，为氢能源利用设施提供需要的氢源或作他用。
本实施例中，所述焦炉烟气预处理系统5包括烟气脱硫系统51和烟气余热回收系统52。
本实施例中，所述焦炉烟气CO2吸收系统6设于焦炉烟气预处理系统5之后，采用碱性吸收液对焦炉烟气中的CO2进行化学吸收，同时实现烟气中水蒸气的冷凝和回收。
本实施例中，一种清洁炼焦生产工艺的工作流程如下：
在焦炉加热系统1中，采用纯氧作为助燃气体参与焦炉的加热过程。纯氧可由生产企业中专设的氧气厂或专用空分设施通过管路接至焦炉加热系统1。焦炉加热采用焦炉自身生产的经过煤气净化、煤气提氢后剩余的含有CH4、CO及其它碳氢化合物的焦炉煤气，在焦炉加热系统1的燃烧室13内，氧气与焦炉煤气充分燃烧，释放大量热量，通过燃烧室13与炭化室隔墙对炭化室内的煤料进行加热。燃烧后生成的废气主要成分是CO2和H2O以及少量的SO2，废气从焦炉加热系统1中排出后通过小烟道、分烟道及总烟道汇集，进入焦炉烟气预处理系统5。经过烟气脱硫和余热回收后，令烟气进入CO2吸收系统6。
在CO2吸收系统6内，烟气中的CO2通过与碱性吸收液充分接触而被吸收，从而去除烟气中CO2，实现炼焦生产工艺过程CO2的减排，同时烟气中的水蒸气也被溶液冷凝回收，使焦炉烟气主要成分得到资源化无害处理。
本实施例中，所述的碱性吸收液采用NaOH与水配制而成，NaOH的数量按照与烟气中CO2含量等摩尔数添加，在焦炉烟气CO2吸收系统6内，令焦炉烟气与配制的NaOH水溶液充分接触，烟气中的CO2与NaOH发生反应生成NaHCO3。生成的NaHCO3溶液一部分可用作钠基半干法焦炉烟气脱硫系统的脱硫液，经管路送入烟气脱硫系统51中，脱除烟气中的SO2，生成的脱硫副产物由脱硫系统中的布袋除尘装置收集后进一步处理，脱硫反应后生成的CO2重新返回焦炉烟气中，并随着焦炉烟气再次进入后续的烟气余热回收系统52和焦炉烟气CO2吸收系统6中进行处理。NaHCO3溶液的剩余部分经结晶干燥后仍可作为钠基干法烟气脱硫剂使用，或作为产品外销。
在煤高温干馏系统2中，炭化室内煤料在焦炉加热系统1的作用下高温干馏生成焦炉煤气，炭化室内的焦炉煤气经过上升管、桥管后进入煤气收集与净化系统3。在煤气收集与净化系统3内，焦炉煤气被冷却、净化，除去其中的杂质，得到相应的焦油、氨水、苯类等产品和副产品，最后焦炉煤气进入煤气提氢系统4。在煤气提氢系统4内，焦炉煤气中的氢气被从焦炉煤气中有效分离出来，分离出来的氢气被送入后续的氢气储存及外供系统中作为产品外供或外销。提氢后剩余的焦炉煤气以碳氢化合物为主，热值可达到28000kJ/m3，其中一部分将被送入焦炉加热系统1作为燃气使用，剩余的焦炉煤气可送至其它煤气综合利用工艺或作为燃料外供。
【实施例2】
如图1、图2及图4所示，本实施例中，一种清洁炼焦生产系统由焦炉加热系统1、煤高温干馏系统2、煤气收集与净化系统3、煤气提氢系统4、焦炉烟气预处理系统5、焦炉烟气CO2吸收系统6组成。
本实施例中，所述焦炉加热系统包括助燃气供给单元11、燃气供给单元12、燃烧室13及蓄热室14等部分，其中助燃气为纯氧，燃气为来自所述煤气提氢系统已分离出氢气的焦炉煤气。
所述煤气提氢系统4设于煤气收集与净化系统3之后，采用变压吸附气体分离工艺将焦炉煤气中的氢气与其它气体成分相分离，得到的氢气作为产品外供或外销，为氢能源利用设施提供需要的氢源或作他用。
所述焦炉烟气预处理系统5，包括活性焦烟气脱硫系统51和烟气余热回收系统52。
所述焦炉烟气CO2吸收系统6，设于焦炉烟气预处理系统5之后，采用碱性吸收液对焦炉烟气中的CO2进行化学吸收，同时实现烟气中水蒸气的冷凝和回收。
本实施例中，一种清洁炼焦生产工艺的工作流程为：
在焦炉加热系统1中，采用纯氧作为助燃气体参与焦炉的加热过程。纯氧可由生产企业中专设的氧气厂或专用空分设施通过管路接至焦炉加热系统1。焦炉加热采用焦炉自身生产的经过煤气净化、煤气提氢后剩余的含有CH4、CO及其它碳氢化合物的焦炉煤气，在焦炉加热系统1的燃烧室13内，氧气与焦炉煤气充分燃烧，释放大量热量，通过燃烧室13与炭化室隔墙对炭化室内的煤料进行加热。燃烧后生成的废气主要成分是CO2和H2O以及少量的SO2，废气从焦炉加热系统1中排出后通过小烟道、分烟道及总烟道汇集，进入焦炉烟气预处理系统5。在焦炉烟气预处理系统5内，烟气先经过烟气余热回收系统52，烟气携带的热量被回收转化为可有效利用的蒸汽或高温水，经过降温的烟气随后进入活性焦烟气脱硫系统51内，烟气中的SO2被活性焦吸附捕获后，脱除SO2的烟气进入CO2吸收系统6。
在CO2吸收系统6内，烟气中的CO2与碱性吸收液充分接触并被碱性吸收液吸收。所述的碱性吸收液采用CaO与水配制而成，CaO的数量按照与烟气中CO2含量反应所需要的数量添加，在焦炉烟气CO2吸收系统6内，令焦炉烟气与配制的Ca(OH)2水溶液充分接触，烟气中的CO2与Ca(OH)2发生反应，生成CaCO3沉淀或Ca(HCO3)2溶液，从而去除烟气中CO2，实现炼焦生产工艺过程CO2的减排，同时烟气中的水蒸气也被溶液冷凝回收，使焦炉烟气主要成分得到无害处理。
在煤高温干馏系统2中，炭化室内煤料在焦炉加热系统1的作用下高温干馏生成焦炉煤气，炭化室内的焦炉煤气经过上升管、桥管后进入煤气收集与净化系统3。在煤气收集与净化系统3内，焦炉煤气被冷却、净化，除去其中的杂质，得到相应的焦油、氨水、苯类等产品和副产品，最后焦炉煤气进入煤气提氢系统4。在煤气提氢系统4内，焦炉煤气中的氢气被从焦炉煤气中有效分离出来，分离出来的氢气被送入后续的氢气储存及外供系统中作为产品外供或外销。焦炉煤气提氢后剩余的气体以碳氢化合物为主，热值可达到28000kJ/m3，其中一部分将被送入焦炉加热系统1作为燃气使用，剩余的焦炉煤气可送至其它煤气综合利用工艺或作为燃料外供。
【实施例3】
如图1、图2及图5所示，本实施例中，一种清洁炼焦生产系统由焦炉加热系统1、煤高温干馏系统2、煤气收集与净化系统3、煤气提氢系统4、焦炉烟气预处理系统5、焦炉烟气CO2吸收系统6组成。
所述焦炉加热系统包括助燃气供给单元11、燃气供给单元12、燃烧室13及蓄热室14等部分，其中助燃气为纯氧，燃气为来自所述煤气提氢系统已分离出氢气的焦炉煤气。
所述煤气提氢系统4设于煤气收集与净化系统3之后，采用变压吸附气体分离工艺将焦炉煤气中的氢气与其它气体成分相分离，得到的氢气作为产品外供或外销，为氢能源利用设施提供需要的氢源或作他用。
所述焦炉烟气预处理系统5包括活性焦烟气脱硫系统51和烟气余热回收系统52。
所述焦炉烟气CO2吸收系统6，设于焦炉烟气预处理系统5之后，采用碱性吸收液对焦炉烟气中的CO2进行化学吸收，同时实现烟气中水蒸气的冷凝和回收。
本实施例中，一种清洁炼焦生产工艺的工作流程如下：
在焦炉加热系统1中，采用纯氧作为助燃气体参与焦炉的加热过程。纯氧可由生产企业中专设的氧气厂或专用空分设施通过管路接至焦炉加热系统1。焦炉加热采用焦炉自身生产的经过煤气净化、煤气提氢后剩余的含有CH4、CO及其它碳氢化合物的焦炉煤气，在焦炉加热系统1的燃烧室13内，氧气与焦炉煤气充分燃烧，释放大量热量，通过燃烧室13与炭化室隔墙对炭化室内的煤料进行加热。燃烧后生成的废气主要成分是CO2和H2O以及少量的SO2，废气从焦炉加热系统1中排出后通过小烟道、分烟道及总烟道汇集，进入焦炉烟气预处理系统5。在焦炉烟气预处理系统5内，烟气先经过烟气余热回收系统52，烟气携带的热量被回收转化为可有效利用的蒸汽或高温水，经过降温的烟气随后进入活性焦烟气脱硫系统51内，烟气中的SO2被活性焦吸附捕获后，脱除SO2的烟气进入CO2吸收系统6。
在CO2吸收系统6内，烟气中的CO2与碱性吸收液充分接触并被碱吸收液吸收。所述的碱性吸收液焦化生产过程中蒸氨系统得到的氨水，在焦炉烟气CO2吸收系统6内，焦炉烟气与氨水充分接触，烟气中的CO2与氨水发生反应，生成NH4HCO3，从而去除烟气中CO2，实现炼焦生产工艺过程CO2的减排，同时烟气中的水蒸气也被溶液冷凝回收，使焦炉烟气主要成分得到无害处理。生成的NH4HCO3经过结晶、干燥等处理后，可作为化肥用于农业生产，为农作物生长提供必要的CO2和氮肥。
在煤高温干馏系统2中，炭化室内煤料在焦炉加热系统1的作用下高温干馏生成焦炉煤气，炭化室内的焦炉煤气经过上升管、桥管后进入煤气收集与净化系统3。在煤气收集与净化系统3内，焦炉煤气被冷却、净化，除去其中的杂质，得到相应的焦油、氨水、苯类等产品和副产品，最后焦炉煤气进入煤气提氢系统4。在煤气提氢系统4内，焦炉煤气中的氢气被从焦炉煤气中有效分离出来，分离出来的氢气被送入后续的氢气储存及外供系统中作为产品外供或外销。提氢后剩余的焦炉煤气以碳氢化合物为主，热值可达到28000kJ/m3，其中一部分送入焦炉加热系统1作为燃气使用，剩余的焦炉煤气可送至其它煤气综合利用工艺或作为燃料外供。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种清洁炼焦生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)在焦炉加热系统中，采用纯氧作为助燃气体参与焦炉的加热过程；焦炉加热系统采用焦炉自身生产的经净化、提氢后含有CH4、CO及其它碳氢化合物的焦炉煤气作为燃气，在焦炉加热系统的燃烧室内，氧气与焦炉煤气充分燃烧并释放热量，对煤高温干馏系统中炭化室内的煤料进行加热干馏；
2)焦炉加热系统燃烧后生成的焦炉烟气主要成分是CO2、H2O以及少量的SO2，焦炉烟气从焦炉加热系统排出，经小烟道、分烟道及总烟道汇集后进入焦炉烟气预处理系统；在焦炉烟气预处理系统内，对焦炉烟气进行脱硫并回收余热；
3)经预处理后的焦炉烟气进入CO2吸收系统，焦炉烟气中的CO2与碱性吸收液充分接触并被吸收，生成相应的碳酸盐类物质，从而去焦炉烟气中CO2，实现炼焦生产工艺过程CO2的减排，同时焦炉烟气中的水蒸气也被溶液冷凝回收；碳酸盐类物质作为焦炉烟气脱硫的介质，或通过结晶、提纯后作为碳酸盐产品；
4)在煤高温干馏系统中，炭化室内的煤料高温干馏生成焦炉煤气，焦炉煤气经上升管、桥管进入煤气收集与净化系统；在煤气收集与净化系统内，焦炉煤气被冷却、净化，除去其中的杂质，得到相应的焦油、氨水、苯类产品及副产品，净化后的焦炉煤气进入煤气提氢系统；
5)在煤气提氢系统内，将焦炉煤气中的氢气分离出来，分离出的氢气送入后续的氢气储存及外供系统中作为产品外供或外销；提氢后的焦炉煤气以碳氢化合物为主，热值达到28000kJ/m3以上，其中一部分焦炉煤气被送入焦炉加热系统作为燃气使用，其余的焦炉煤气作为燃料外供。
2.根据权利要求1所述的一种清洁炼焦生产工艺，其特征在于，所述煤气提氢系统采用变压吸附气体分离工艺将焦炉煤气中的氢气与其它气体成分相分离。
3.根据权利要求1所述的一种清洁炼焦生产工艺，其特征在于，所述焦炉烟气预处理系统包括烟气脱硫系统和烟气余热回收系统；根据所配置烟气脱硫系统的类型，采用先进行烟气脱硫、再进行烟气余热回收的“烟气脱硫+烟气余热回收”工艺，或采用先进行烟气余热回收、再进行烟气脱硫的“烟气余热回收+烟气脱硫”工艺。
4.根据权利要求1所述的一种清洁炼焦生产工艺，其特征在于，所述碱性吸收液为NaOH溶液，吸收烟气中的CO2后生成NaHCO3溶液，一部分输送到钠基半干法焦炉烟气脱硫系统作为脱硫液使用，剩余部分经结晶干燥后作为钠基干法烟气脱硫剂或提纯作为NaHCO3产品外销。
5.根据权利要求1所述的一种清洁炼焦生产工艺，其特征在于，所述碱性吸收液为Ca(OH)2溶液，吸收烟气中的CO2后生成CaCO3沉淀或Ca(HCO3)2水溶液。
6.根据权利要求1所述的一种清洁炼焦生产工艺，其特征在于，所述碱性吸收液为氨水，与烟气中的CO2在反应器内充分接触后生成NH4HCO3，经结晶、干燥处理后作为化肥产品外销。
7.一种用于实现权利要求1-6所述任意一种工艺的清洁炼焦生产系统，其特征在于，包括焦炉加热系统、煤高温干馏系统、煤气收集与净化系统、煤气提氢系统、焦炉烟气预处理系统及焦炉烟气CO2吸收系统；所述焦炉加热系统由助燃气供给单元、燃气供给单元、蓄热室及燃烧室组成；助燃气供给单元通过纯氧输送管道连接对应的蓄热室，燃气供给单元通过提氢后焦炉煤气输送管道连接对应的蓄热室，2个蓄热室分别连接燃烧室的助燃气入口和燃气入口；燃烧室的高温烟气出口通过高温烟气输送管道连接煤高温干馏系统；煤高温干馏系统的焦炉煤气出口通过焦炉煤气输送管道连接煤气收集与净化系统，煤气收集与净化系统通过净化后焦炉烟气输送管道连接煤气提氢系统；煤气提氢系统设氢气出口及提氢后焦炉煤气出口，提氢后焦炉煤气出口分别连接焦炉加热系统的燃气供给单元及外供焦炉煤气管道；焦炉加热系统的总烟道连接焦炉烟气预处理系统，焦炉烟气预处理系统设烟气脱硫系统及烟气余热回收系统；焦炉烟气预处理系统通过预处理后焦炉烟气管道连接焦炉烟气CO2吸收系统，焦炉烟气CO2吸收系统设碱性吸收液入口、净烟气排放口及碳酸盐溶液出口，碳酸盐溶液出口分别连接焦炉烟气预处理系统中烟气脱硫系统的脱硫液入口及碳酸盐产品外送管道。
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| CN112521963A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-19 | 武汉钢铁有限公司 | 低煤化度强粘结性炼焦煤参与配煤炼焦的焦炉加热制度调节方法 |
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