CN110822924A - 一种冷轧罩式炉尾气回收利用方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种冷轧罩式炉尾气回收利用方法及其系统，该方法包括以下步骤：S1.冷轧罩式炉尾气经废氢总管进入冷却器冷却至常温；S2.尾气一级油过滤；S3.尾气经风机进行一级增压；S4.尾气二级油过滤；S5.尾气混入焦炉煤气中形成混合气体，将混合气体进行同步净化、提纯处理，净化、提纯后的混合气体变成氢气通过氢气回用管道输回冷轧罩式炉和冷轧镀锌线进行再利用；焦炉煤气为净化脱硫处理后的焦炉煤气。本发明将两套独立系统即制氢系统和罩式炉尾气回收系统合二为一，有效利用现有制氢站内的设施，方便集中管理，节约投资成本；仅需将低压工况回收装置设置于冷轧罩式炉附近，有效解决罩式炉区域设置尾气回收装置的不安全性因素。

Description

一种冷轧罩式炉尾气回收利用方法及其系统
技术领域
本发明属于罩式炉系统的尾气处理技术领域，尤其涉及一种冷轧罩式炉尾气回收利用方法及其系统。
背景技术
在冶金工业中，许多工艺中需要用氢气作为还原剂。冷轧所用的氢气是用净化后的焦炉煤气经变压吸附工艺产氢，所生产的氢气纯度达到99.999％，冷轧罩式炉热处理保护气采用纯氢。冷轧罩式炉热处理的钢板或钢卷上含有油、灰尘等，且在保护过程中会有少量空气进入，使得排放出的氢气纯度比较差，不能直接循环使用，直接排放又会污染环境，而且可能在放空管中形成达到氢气的爆炸极限的爆炸气体，具有一定的安全隐患，还造成大量的能源浪费。因此，对冷轧罩式炉尾气回收净化后再利用，具有很好的经济效益和社会效益。
现有的冷轧罩式炉尾气回收工艺主要通过除尘、除油、脱氧、干燥及变压吸附分离的方式除掉气体内的杂质，现有的冷轧罩式炉尾气回收系统通常在冷轧罩式炉区域就近进行回收利用，由于冷轧罩式炉回收系统采用的装置均是过氢气的压力容器和加压设备，再加之尾气压缩比例较小，杂质去除能力有限。因此，投资成本高、回收氢气质量无法满足使用要求，且存在较大的安全危险性。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种冷轧罩式炉尾气回收利用方法，以解决现有技术中冷轧罩式炉尾气回收利用投资成本高、质量差且危险性大的技术问题。
本发明的另一目的在于提供一种冷轧罩式炉尾气回收利用系统。
为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：
一种冷轧罩式炉尾气回收利用方法，包括以下步骤：
S1.冷轧罩式炉尾气经废氢总管进入冷却器冷却至常温；
S2.将步骤S1得到的尾气进行一级油过滤；
S3.将步骤S2得到的尾气经风机进行一级增压；
S4.将步骤S3得到的尾气进行二级油过滤；
S5.将步骤S4得到的尾气混入焦炉煤气中形成混合气体，将混合气体进行同步净化、提纯处理，净化、提纯后的混合气体变成氢气通过氢气回用管道输回冷轧镀锌线和冷轧罩式炉进行再利用；
所述焦炉煤气为净化脱硫处理后的焦炉煤气。
进一步地，所述步骤S3中，尾气压力增加至25～26KPa。
进一步地，所述步骤S5中，所述混合气体同步净化处理过程依次为压缩、预处理及除油处理、变压吸附和脱氧干燥。
进一步地，所述压缩过程中，将混合气体经压缩机的一级加压至0.25～0.28MPa，脱荼，然后将混合气体经压缩机的二、三级加压至1.6～1.8MPa，最后将混合气体经过预处理及除油处理。
本发明还提供一种用于实现上述方法的冷轧罩式炉尾气回收利用系统，包括尾气预处理单元和氢气净化单元，所述尾气预处理单元与所述氢气净化单元通过输送管道连接，所述尾气预处理单元用于去除冷轧罩式炉尾气中大部分油和水分，所述氢气净化单元用于对冷轧罩式炉尾气和焦炉煤气形成的混合气体进行同步净化处理。
进一步地，所述尾气预处理单元包括依次设置于冷轧罩式炉尾气出口管路上的氢气流量调节阀和氢气出口阀，所述氢气流量调节阀和氢气出口阀之间还并联设置有旁通气动开关阀，所述旁通气动开关阀与废氢总管连接，所述废氢总管出口端依次连接有一级冷却系统、一级缓冲罐、一级过滤器、一级风机、二级冷却系统和二级过滤器。
进一步地，所述一级风机采用带变频器的罗茨鼓风机，用于对废氢总管进行压力控制；所述废氢总管上设置有压力传感器。
进一步地，所述氢气净化单元包括依次连接的压缩装置、预处理及除油处理装置、变压吸附装置、脱氧干燥装置和储气球罐。
进一步地，所述压缩装置包括为三级往复式压缩机；所述三级往复式压缩机设置三套并联，互为备用。
进一步地，经过所述脱氧干燥装置处理的合格产品氢进入储气球罐储备，从储气球罐出来后减压处理通过氢气回用管道输回冷轧镀锌线和冷轧罩式炉进行再利用。
本发明提供的冷轧罩式炉尾气回收利用方法及其系统的有益效果在于：
本发明提供的冷轧罩式炉尾气回收利用方法，通过将去油、去部分水分的尾气混入净化后的焦炉煤气一起进行制氢，将两套独立的系统即制氢系统和罩式炉尾气回收系统合二为一，有效结合利用现有制氢站内的设施，无需重新购买设备，方便集中管理，节约投资成本。
本发明提供的冷轧罩式炉尾气回收利用方法，将去油、去部分水分的尾气与净化后的焦炉煤气混合，在压缩过程中，将混合气体压缩至1.6～1.8MPa，更有利于去除尾气气体中的油、水和氮气等杂质，对进入变压吸附和脱氧干燥装置提供原料气的质量保证，另外也能提高变压吸附和脱氧干燥的效率。
采用本发明提供的冷轧罩式炉尾气回收利用方法，有效解决将尾气直接对外放空，带来的环境污染，也能避免在放空管中引发氢气的爆炸极限，有利于实现资源再利用；将制氢站充分利用起来，既可以处理焦炉煤气产氢气又可以进行尾气回收产氢气。
本发明的冷轧罩式炉尾气回收利用系统，只需将一、二级油过滤和低压工况的一级风机设置于冷轧罩式炉附近，有效的解决罩式炉区域设置尾气回收装置的不安全性因素，解决项目安全可行性评估的后顾之忧。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中冷轧罩式炉尾气回收利用方法工艺流程图。
图2为本发明实施例中冷轧罩式炉尾气回收利用系统的尾气预处理单元设备框图。
图3为本发明实施例中冷轧罩式炉尾气回收利用系统的氢气净化单元设备框图。
其中，100-尾气预处理单元，101-氢气流量调节阀，102-氢气出口阀，103-旁通气动开关阀，104-一级冷却系统，105-一级缓冲罐，106-一级过滤器，107-一级风机，108-二级冷却系统，109-二级过滤器，200-氢气净化单元，201-压缩装置，202-预处理及除油装置，203-变压吸附装置，204-脱氧干燥装置，205-储气球罐。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
本发明提供一种冷轧罩式炉尾气回收利用方法，包括以下步骤：
S1.冷轧罩式炉尾气经废氢总管进入冷却器冷却至常温；
S2.将步骤S1得到的尾气进行一级油过滤；
S3.将步骤S2得到的尾气经风机进行一级增压；
S4.将步骤S3得到的尾气进行二级油过滤；
S5.将步骤S4得到的尾气混入焦炉煤气中形成混合气体，将混合气体进行同步净化、提纯处理，净化、提纯后的混合气体变成氢气通过氢气回用管道输回冷轧罩式炉、冷轧镀锌线进行再利用；焦炉煤气为净化脱硫处理后的焦炉煤气。
需要说明的是，尾气经过废氢总管进入冷却器冷却至接近常温，然后进行一级油过滤，将尾气中的油类物质、乳化剂、固体颗粒、液态水等进行前级脱除，然后将粗过滤的尾气经前置缓冲罐进入风机增压，经过风机升压后进行二级精过滤工艺再次过滤，经过上述一系列的分离与过滤，可将尾气中的大部分油分和水分分离出去。
本发明提供的冷轧罩式炉尾气回收利用方法，通过将去油、去部分水分的尾气混入净化后的焦炉煤气一起进行制氢，将两套独立的系统即制氢系统和罩式炉尾气回收系统合二为一，将制氢站充分利用起来，既可以处理焦炉煤气产氢气又可以进行尾气回收产氢气。
作为本发明的进一步优选，步骤S3中，尾气压力增加至25～26KPa。
需要说明的是，本发明的冷轧罩式炉尾气经一级增压至25～26KPa并维持稳定，一方面有利于提高二级精密过滤的过滤效果，另一方面还有利于后续混入压力为21～22KPa的净化后的焦炉煤气。
作为本发明的进一步优选，步骤S5中，混合气体同步净化处理过程依次为压缩、预处理及除油处理、变压吸附和脱氧干燥。
需要说明的是，压缩过程中，将混合气体经压缩机的一级加压至0.25～0.28MPa，脱荼，然后将混合气体经压缩机的二、三级加压至1.6～1.8MPa，最后将混合气体经过预处理及除油处理。
本发明提供的冷轧罩式炉尾气回收利用方法，将去油、去部分水分的尾气与净化后的焦炉煤气混合，在压缩过程中，将混合气体压缩至1.6～1.8MPa，更有利于去除尾气气体中的油、水和氮气等杂质，对进入变压吸附和脱氧干燥装置提供原料气的质量保证，另外也能提高变压吸附和脱氧干燥的效率。
需要说明的是，经过压缩处理一段出口的混合气体进入预处理后，其中一组处于深度除去萘、焦油、NH3、H2S、其它芳香族化合物及其部分烷烃状态，另一组处于再生状态，经过处理后的中间原料气经精密过滤后到压缩机二段入口；当吸附焦油和萘等杂质达到饱和后即转入再生过程，预处理塔的再生过程依次包括降压过程、加热脱附杂质、冷却吸附剂和升压过程。
需要说明的是，本发明的变压吸附(PSA)处理采用6-2-3PSA工艺，工艺过程由吸附和吸附剂再生过程；经过预处理后的混合气体经缓冲罐后进入吸附塔中，正处于吸附工况的吸附塔，在吸附剂选择吸附的条件下一次性除去氢以外的杂质，获得纯度大于99.9％的氢气，氢气从塔顶排出进入脱氧干燥处理步骤。
需要说明的是，当被吸附杂质的传质区前沿到达床层出口预留段某一位置时，停止吸附，转入再生过程，吸附剂的再生过程依次包括三次均压降压、顺放、逆放、冲洗、三次均压升压和产品最终升压等步骤组成，经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。
需要说明的是，从变压吸附处理后的混合气体是含有少量氧气的粗氢气，纯度尚达不到要求，需要进一步净化。粗氢气首先进入常温脱氧塔，在其中装填的新型常温Ba催化剂的催化下，氧和氢反应生成水，然后经冷却器冷却至常温，再经缓冲罐缓冲后进入等压干燥系统。
等压干燥系统的工艺过程如下：脱氧后的氢气首先经流量调节回路分成两路，其中一路直接去干燥塔，其中装填的干燥剂将氢气中的水分吸附下来，使氢气得以干燥；在一台干燥塔处于干燥的状态下，另一台干燥塔处于再生过程。
干燥塔的再生过程包括加热再生和吹冷两个步骤。在加热再生过程中，另一路脱氧后氢气首先经预干燥塔进行干燥，然后经加热器升温至140℃后冲洗需要再生的干燥塔，使吸附剂升温、其中的水分得以解吸出来，解吸气经冷却和分液后再与另一路氢气汇合，然后去处于干燥状态的干燥塔进行干燥。在吹冷过程中，再生氢气直接去处于再生状态的干燥塔，将干燥塔温度降至常温，然后再经加热器加热后去预干燥塔，对预干燥塔中的干燥剂进行加温干燥，再经冷却和分液后与另一路氢气汇合，最后去处于干燥状态的干燥塔进行干燥。
如图2～3所示，本发明还提供一种用于实现上述方法的冷轧罩式炉尾气回收利用系统，包括尾气预处理单元100和氢气净化单元200，尾气预处理单元100与氢气净化单元200通过输送管道连接，尾气预处理单元100用于去除冷轧罩式炉尾气中大部分油和水分，氢气净化单元200用于对冷轧罩式炉尾气和焦炉煤气形成的混合气体进行同步净化处理。
需要说明的是，尾气预处理单元100实际上是传统的罩式炉尾气回收系统一部分，设置于冷轧罩式炉附近，在冷轧罩式炉附近专设区域进行对尾气预处理的目的是去除尾气当中大部分油和水分，避免尾气当中油和水份对输送管道造成堵塞和锈蚀，以及减轻后续尾气和焦炉煤气混合后在预处理及除油处理阶段的负荷；而氢气净化单元200是制氢系统的一部分，本发明将两套独立的系统即制氢系统和罩式炉尾气回收系统通过输送管道联结在一起，有效结合利用现有制氢站内的设施，无需重新购买设备，方便集中管理，节约投资成本。
作为本发明的进一步优选，尾气预处理单元100包括依次设置于冷轧罩式炉尾气出口管路上的氢气流量调节阀101和氢气出口阀102，所述氢气流量调节阀101和氢气出口阀102之间还并联设置有旁通气动开关阀103，所述旁通气动开关阀103与废氢总管连接，所述废氢总管出口端依次连接有一级冷却系统104、一级缓冲罐105、一级过滤器106、一级风机107、二级冷却系统108和二级过滤器109。
需要说明的是，本实施例在每台罩式炉氢气流量调节阀101后增加一个旁通气动开关阀103与压力检测PT1，旁通气动开关阀103与废氢回收总管相连接，当炉台氢气置换氮气开始时，延时10s给一个尾气回收指令，氢气出口阀102关闭，旁通气动开关阀103打开，用以收集炉群高纯度废氢气体与轧制油挥发气体的混合气体，不回收时尾气则按原管路(即废氢氮总管)进行排放。当生产周期中氮气吹扫氢气指令开始时，同时给出停止回收指令，即旁通气动开关阀103关闭，氮气出口阀打开，回收停止，生产照常进行。
本发明的冷轧罩式炉尾气回收利用系统，只需将一、二级油过滤和低压工况的一级风机107设置于冷轧罩式炉附近，有效的解决罩式炉区域设置尾气回收装置的不安全性因素，解决项目安全可行性评估的后顾之忧。
作为本发明的进一步优选，一级风机107采用带变频器的罗茨鼓风机，用于对废氢总管进行压力控制；废氢总管上设置有压力传感器(附图中未示出)。本实施例的变频器根据炉群吹氢总量或废氢总管上的压力传感器进行控制。
需要说明的是，带变频器的罗茨鼓风机与风机前压力检测PT2则对前段尾气回收管道保证正压控制，变频器根据炉群吹氢总量或废氢总管上的压力检测PT2进行控制。为了保证回收和生产的安全，回收过程中，当尾气压力PT1低于100Pa或者高于4000Pa(前述数值可以根据实际生产情况调整)时，停止回收。
作为本发明的进一步优选，氢气净化单元200包括依次连接的压缩装置201、预处理及除油装置202、变压吸附装置203、脱氧干燥装置204和储气球罐205。
作为本发明的进一步优选，压缩装置201为三级往复式压缩机；三级往复式压缩机设置三套并联，互为备用。
作为本发明的进一步优选，经过所述脱氧干燥装置204处理的合格产品氢进入储气球罐205储备，从储气球罐205出来后减压处理通过氢气回用管道输回冷轧镀锌线和冷轧罩式炉进行再利用。
需要说明的是，本实施例中储气球罐205采用大容量储气压力为1.4～1.5MPa的球罐，有效解决冷轧罩式炉和冷轧镀锌线用户用氢气量和制氢系统产氢气量在量方面不匹配的问题。
分别将采用本发明方法回收得到的氢气及采用传统冷轧罩式炉尾气回收工艺得到的氢气及其杂质组份含量进行检测，具体检测结果见表1。
表1
项目 本发明 传统方法
氢气,V％ ≥99.999 ≥99.99
氮气含量,ppm ≤5 ≤10
氧气含量,ppm ≤5 ≤10
水露点,(℃) ≤-70 ≤-60
粉尘颗粒,μm ≤1 ≤5
从上表可知，采用本发明方法制得的氢气纯度高达99.999％，达到冷轧镀锌线和冷轧罩式炉热处理所需要求；且采用本发明方法制得的氢气中氮气和氧气含量均低于传统回收方法，水露点低于传统回收方法，粉尘颗粒远小于传统回收方法。
采用本发明提供的冷轧罩式炉尾气回收利用方法，有效解决将尾气直接对外放空，带来的环境污染，也能避免在放空管中引发氢气的爆炸极限，有利于实现资源再利用；将去油的尾气与净化后的焦炉煤气混合，在压缩过程中，将混合气体压缩至1.6～1.8MPa，更有利于去除尾气气体中的油、水和氮气等杂质，对进入变压吸附和脱氧干燥装置提供原料气的质量保证。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种冷轧罩式炉尾气回收利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.冷轧罩式炉尾气经废氢总管进入冷却器冷却至常温；
S2.将步骤S1得到的尾气进行一级油过滤；
S3.将步骤S2得到的尾气经风机进行一级增压；
S4.将步骤S3得到的尾气进行二级油过滤；
S5.将步骤S4得到的尾气混入焦炉煤气中形成混合气体，将混合气体进行同步净化、提纯处理，净化、提纯后的混合气体变成氢气通过氢气回用管道输回冷轧镀锌线和冷轧罩式炉进行再利用；
所述焦炉煤气为净化脱硫处理后的焦炉煤气。
2.如权利要求1所述冷轧罩式炉尾气回收利用方法，其特征在于，所述步骤S3中，尾气压力增加至25～26KPa。
3.如权利要求1所述冷轧罩式炉尾气回收利用方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述混合气体同步净化处理过程依次为压缩、预处理及除油处理、变压吸附和脱氧干燥。
4.如权利要求3所述冷轧罩式炉尾气回收利用方法，其特征在于，所述压缩过程中，将混合气体经压缩机的一级加压至0.25～0.28MPa，脱荼，然后将混合气体经压缩机的二、三级加压至1.6～1.8MPa，最后将混合气体经过预处理及除油处理。
5.一种用于实现权利要求1～4任一项所述方法的冷轧罩式炉尾气回收利用系统，其特征在于，包括尾气预处理单元和氢气净化单元，所述尾气预处理单元与所述氢气净化单元通过输送管道连接，所述尾气预处理单元用于去除冷轧罩式炉尾气中大部分油和水分，所述氢气净化单元用于对冷轧罩式炉尾气和焦炉煤气形成的混合气体进行同步净化处理。
6.如权利要求5所述冷轧罩式炉尾气回收利用系统，其特征在于，所述尾气预处理单元包括依次设置于冷轧罩式炉尾气出口管路上的氢气流量调节阀和氢气出口阀，所述氢气流量调节阀和氢气出口阀之间还并联设置有旁通气动开关阀，所述旁通气动开关阀与废氢总管连接，所述废氢总管出口端依次连接有一级冷却系统、一级缓冲罐、一级过滤器、一级风机、二级冷却系统和二级过滤器。
7.如权利要求6所述冷轧罩式炉尾气回收利用系统，其特征在于，所述一级风机采用带变频器的罗茨鼓风机，用于对废氢总管进行压力控制；所述废氢总管上设置有压力传感器。
8.如权利要求5所述冷轧罩式炉尾气回收利用系统，其特征在于，所述氢气净化单元包括依次连接的压缩装置、预处理及除油处理装置、变压吸附装置、脱氧干燥装置和储气球罐。
9.如权利要求8所述冷轧罩式炉尾气回收利用系统，其特征在于，所述压缩装置为三级往复式压缩机；所述三级往复式压缩机设置三套并联，互为备用。
10.如权利要求8所述冷轧罩式炉尾气回收利用系统，其特征在于，经过所述脱氧干燥装置处理的合格产品氢进入储气球罐储备，从储气球罐出来后减压处理通过氢气回用管道输回冷轧镀锌线和冷轧罩式炉进行再利用。
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