CN114150103B - 一种转炉烟气的处理方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种转炉烟气的处理方法和系统。该处理方法包括：吹炼时在炉口向烟道入口处喷入还原性碳源，发生煤气化反应；吹炼时在烟道中段喷入焦油类或萘酚类废液，其中的含苯有机物热裂解为烷烃类、羰基化合物热裂解为CO、CO2；持续在烟道尾部喷入酚氰废水，吹炼时直接利用转炉烟气中的二价铁与水蒸气中电离的OH形成fenton氧化剂氧化酚氰成分；非吹炼时在喷入酚氰废水的下游喷入二茂铁催化剂形成fenton氧化剂。本发明既能对转炉烟气的成分进行调整，满足双碳的降低CO2的要求，还能持续处理钢铁厂难以处理的酚氰废水；此外还可以解决造纸厂的废液问题以及农村的生物质问题。

Description

一种转炉烟气的处理方法和系统
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，具体涉及一种转炉烟气的处理方法和系统。
背景技术
转炉烟气回收是钢铁企业循环经济能量回收重要工序，同样也是环保领域的重要技术。国内钢铁企业正在进行转炉煤气除尘的改造升级工程大多为从传统的OG湿法改为干法或者半干法，均是从物理换热层面和耗水量方面考虑的节能方案，但是还没有针对碳达峰和碳中和的技术方案和装置设计。
钢铁厂目前对于焦炉生产以及高炉煤气析出的酚氰废水的处理也是一个技术难点，没有自身可靠的全绿色方案，目前方法还是回用熄焦，高炉冲渣。目前无论熄焦还是冲渣都仅仅是解决暂时不外排的方法，因为酚氰本身的化学热稳定性，熄焦和冲渣都无法达到化学降解，只能一次次的浓缩，最终酚氰浓缩废液无法处理。
本发明从化学角度和热力学角度出发，开发出一种处理转炉烟气的方法和系统，脱除其中的CO2，提高CO含量；同时利用二价铁离子和H2O2构建fenton氧化反应体系用于高效处理酚氰废水，对酚氰废水进行绿色处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种转炉烟气的处理方法和系统，通过化学反应对转炉烟气成分组成进行调整，提高了转炉烟气中有价值的CO的含量，降低了CO2的比例；同时实现了对酚氰废水的绿色处理。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种转炉烟气的处理方法，该处理方法包括：
吹炼时，在炉口向烟道入口处喷入还原性碳源，发生煤气化反应；包括热裂解反应生成CO和H2，未能反应完的C单质与转炉烟气中的CO2反应生成CO；
在烟道中段喷入焦油类或萘酚类废液，其中的含苯有机物热裂解为烷烃类、羰基化合物热裂解为CO、CO2；
持续在烟道尾部喷入酚氰废水，吹炼时直接利用转炉烟气中的二价铁与水蒸气中电离的·OH形成fenton氧化剂氧化酚氰成分；非吹炼时在喷入酚氰废水的下游喷入二茂铁催化剂形成fenton氧化剂，在转炉烟气氛围中与上方烟道尾部喷入的酚氰废水反应。
所述酚氰废水的下游优选烟道尾部连接的设备与烟道尾部靠近的位置，例如所述烟道尾部连接蒸发冷却器，则非吹炼时在蒸发冷却器的蒸发冷肩部喷入二茂铁催化剂。
Fenton(Fe2+/H2O2)氧化法是一种高效的高级氧化技术，反应过程中产生的羟基自由基(·OH)具有很强的氧化能力，能高效快速地氧化降解酚氰废水中难以生物降解的有机污染物。二茂铁催化剂是一种具有芳香族性质的有机过渡金属化合物，化学式为Fe(C5H5)2。在吹炼时温度较高，直接利用转炉烟气中的二价铁与水蒸气中电离的·OH形成fenton氧化剂氧化酚氰成分；非吹炼时，由于温度下降，且没有二价铁离子，此时喷入二茂铁作为催化剂。二茂铁催化剂是一种具有芳香族性质的有机过渡金属化合物，化学式为Fe(C5H5)2，常温下为橙黄色粉末，有樟脑气味；熔点172℃-174℃，沸点249℃，100℃以上能升华；不溶于水，易溶于苯、乙醚、汽油、柴油等有机溶剂。与酸、碱、紫外线不发生作用，化学性质稳定，400℃以内不分解。在烟道尾部喷入酚氰废水的下游喷入二茂铁催化剂，此处温度条件下，二茂铁不会分解。
本发明在转炉烟气处理过程中，通过在烟道入口喷入还原性碳源，由于处于高温直接发生热裂解反应生成CO、H2，多余没有反应完的C单质与转炉烟气中的CO2反应生成CO，提高了转炉煤气中有价值的CO的含量，降低了CO2的比例，一方面响应“双碳”降低CO2排放量，另一方面提高了转炉煤气的回收率，降低了转炉烟气的放散率，提高了转炉冶炼的效益。本发明进一步在烟道中段喷入焦油类或萘酚类废液，利用此处烟道的高温环境，将焦油类或萘酚类废液中的含苯有机物热裂解为烷烃类、羰基化合物热裂解为CO、CO2，CO2可进一步与前段未反应完全的C单质进一步反应生成CO。实现了对焦油类或萘酚类废液的有效处理。此外，本发明还利用在烟道尾部喷入酚氰废水，在吹炼时利用烟气中的二价铁形成fenton氧化剂氧化酚氰成分，以实现处理钢铁厂难以处理的酚氰废水，非吹炼时温度降低，通过喷入二茂铁催化剂提供二价铁形成fenton氧化剂，实现持续对酚氰废水的处理。
根据本发明的处理方法，优选地，所述还原性碳源选自水煤浆、生物质浆、生物质粉或者煤粉中的一种或两种以上的组合。
所述水煤浆、生物质浆可使用酚氰废水或造纸黑液进行配置，同时也可以将生物质粉与煤粉混合来配置水煤浆，从而使得本发明方法不但能满足双碳的降低CO2的要求，还能解决钢厂和周边化工造纸厂的废液问题以及农村的生物质问题。
根据本发明的处理方法，优选地，所述生物质粉或者煤粉通过氮气作为载气喷入。当所述还原性碳源为水煤浆或生物质浆时，以中压蒸汽(1.0～1.6MPa)为载气喷入。
根据本发明的处理方法，优选地，以中压蒸汽或中压氮气为载气喷入所述二茂铁催化剂。进一步优选地，所述二茂铁催化剂被流化后，以中压蒸汽或中压氮气为载气喷入；所述流化的气源为高压煤气或氮气。
优选地，所述中压蒸汽或中压氮气的压力为1.0～1.6MPa。
根据本发明的处理方法，优选地，所述炉口的温度为1450℃，喷入的还原性碳源发生煤气化反应生成CO，此反应为吸热反应，将转炉烟气的温度降至1250℃。
根据本发明的处理方法，优选地，与还原性碳源反应后的转炉烟气(含铁烟尘)的显热在通过烟道入口段陶瓷蓄热器时进行蓄热，维持温度在1000～1250℃；在兑铁或者待机时放出热量加热空气。在烟道中段喷入的焦油类或萘酚类废液在此温度条件下，其中的含苯有机物热裂解为烷烃类、羰基化合物热裂解为CO、CO2，CO2可进一步与前段未反应完全的C单质进一步反应生成CO。
根据本发明的处理方法，优选地，烟道尾部的温度在吹炼时为900℃，非吹炼时为350℃。本发明的方法中，持续在烟道尾部喷入酚氰废水，吹炼时此处温度为900℃，直接利用转炉烟气中的二价铁与水蒸气中电离的·OH形成fenton氧化剂氧化酚氰成分；非吹炼时温度较低为350℃，在蒸发冷肩部(此处温度非吹炼期为200℃)喷入二茂铁催化剂形成fenton氧化剂，在转炉烟气氛围中与上方烟道尾部喷入的酚氰废水反应；本发明方法针对吹炼与非吹炼烟道环境，持续实现对酚氰废水的处理。
本发明另一方面提供一种用以以上处理方法的转炉烟气的处理系统，该处理系统包括：设置于炉口用以向烟道入口处喷入还原性碳源的第一喷枪单元；设置于烟道中段用以喷入焦油类或萘酚类废液的第二喷枪单元；设置于烟道尾部用以喷入酚氰废水的第三喷枪单元；以及设置于第三喷枪单元下游用以喷入二茂铁催化剂的第四喷枪单元，例如烟道尾部连接的是蒸发冷却器，则第四喷枪设置于蒸发冷却器的蒸发冷肩部。
根据本发明的处理系统，优选地，所述处理系统还包括设置于烟道入口段的陶瓷蓄热器，用于将与还原性碳源反应后的转炉烟气(含铁烟尘)的显热进行蓄热，维持温度在1000～1250℃(不吹炼时为1000℃)，在兑铁或者待机时放出热量加热空气。
本发明所提供的转炉烟气的处理方法和系统，既能对转炉烟气的成分进行调整，满足双碳的降低CO2的要求，还能持续处理钢铁厂难以处理的酚氰废水；此外还可以解决造纸厂的废液问题以及农村的生物质问题。
附图说明
图1为本发明优选实施例中转炉烟气处理系统示意图。
附图标记说明：
100-第一喷枪单元；
200-第二喷枪单元；
300-第三喷枪单元；
400-第四喷枪单元；
500-陶瓷蓄热器；
600-转炉；
700-烟道；
800-蒸发冷却器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明所有数值指定(例如温度、时间、浓度及重量等，包括其中每一者的范围)通常可是适当以0.1或1.0的增量改变(+)或(-)的近似值。所有数值指定均可理解为前面有术语“约”。
本发明在此提供一优选实施例，如图1所示，该转炉烟气的处理系统包括：设置于转炉600的炉口位置，用以向烟道入口处喷入还原性碳源的第一喷枪单元100；设置于烟道中段用以喷入焦油类或萘酚类废液的第二喷枪单元200；设置于烟道尾部用以喷入酚氰废水的第三喷枪单元300；以及设置于第三喷枪单元300下游用以喷入二茂铁催化剂的第四喷枪单元400，例如图1中所示，烟道尾部连接的设备为蒸发冷却器800，则第四喷枪单元400设置于蒸发冷却器800的蒸发冷肩部，此外，本领域技术人员理解的，烟道尾部还可以连接其他设备，则第四喷枪单元400设置于该设备与烟道尾部靠近的位置。
另图中蒸发冷却器800后为转炉烟气处理的其他常规设备，例如香蕉弯重力除尘器、荒煤气管道等，本发明对此部分没有特殊限定，在此不再赘述。
转炉600与蒸发冷却器800之间为烟道700，烟道入口段设置有陶瓷蓄热器500。
使用该套转炉烟气的处理系统进行烟气处理的过程包括：
设置于转炉600的炉口位置的第一喷枪单元100只在吹炼时工作，向烟道入口处喷入还原性碳源，此处温度高达1450℃，还原性碳源直接发生热裂解反应生成CO、H2，多余没有反应完的C单质与转炉烟气中的CO2反应生成CO，提高了转炉煤气中有价值的CO的含量，降低了CO2的比例，一方面响应“双碳”降低CO2排放量，另一方面提高了转炉煤气的回收率，降低了转炉烟气的放散率，提高了转炉冶炼的效益。所述还原性碳源可以是水煤浆、生物质浆、煤粉或生物质粉中的一种或两种以上组合。
所述水煤浆、生物质浆可使用酚氰废水或造纸黑液进行配置，同时也可以将生物质粉与煤粉混合来配置水煤浆，从而使得本发明方法不但能满足双碳的降低CO2的要求，还能解决钢厂和周边化工造纸厂的废液问题以及农村的生物质问题。
当所述还原性碳源为粉料时，如生物质粉、煤粉或其混合，通过氮气作为载气喷入。当所述还原性碳源为水煤浆、生物质浆时，以中压蒸汽(1.0～1.6MPa)为载气喷入。
还原性碳源在烟道入口处所发生的反应为吸热反应，将转炉烟气的温度降至1250℃。其余含铁烟尘在通过烟道入口段陶瓷蓄热器时，将其显热进行蓄热，维持温度在1000～1250℃(非吹炼时为1000℃)；在兑铁或者待机时放出热量加热空气。
之后，通过设置于烟道中段的第二喷枪单元200(只在吹炼时工作)向烟道中段喷入焦油类或萘酚类废液，在此温度条件下，其中的含苯有机物热裂解为烷烃类、羰基化合物热裂解为CO、CO2，CO2可进一步与前段未反应完全的C单质进一步反应生成CO。
通过设置于烟道尾部的第三喷枪单元300持续向烟道尾部喷入酚氰废水，吹炼时此处温度为900℃，直接利用转炉烟气中的二价铁与水蒸气中电离的·OH形成fenton氧化剂氧化酚氰成分；非吹炼时温度较低为350℃，在蒸发冷肩部(此处温度非吹炼期为200℃)喷入二茂铁催化剂形成fenton氧化剂，在转炉烟气氛围中与上方烟道尾部喷入的酚氰废水反应；本发明方法针对吹炼与非吹炼烟道环境，持续实现对酚氰废水的处理。
所述二茂铁催化剂经高压煤气或氮气流化后，以中压蒸汽或中压氮气为载气喷入。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种转炉烟气的处理方法，其特征在于，该处理方法包括：
吹炼时在炉口向烟道入口处喷入还原性碳源，发生煤气化反应；
吹炼时在烟道中段喷入焦油类或萘酚类废液，其中的含苯有机物热裂解为烷烃类、羰基化合物热裂解为CO、CO2；
持续在烟道尾部喷入酚氰废水，吹炼时直接利用转炉烟气中的二价铁与水蒸气中电离的·OH形成fenton氧化剂氧化酚氰成分；非吹炼时在喷入酚氰废水的下游喷入二茂铁催化剂形成fenton氧化剂；
烟道入口段设置有陶瓷蓄热器，与还原性碳源反应后的转炉烟气的显热在通过烟道入口段陶瓷蓄热器时进行蓄热。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述烟道尾部连接蒸发冷却器，非吹炼时在蒸发冷却器的蒸发冷肩部喷入二茂铁催化剂。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述还原性碳源选自水煤浆、生物质浆、生物质粉或者煤粉中的一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，当所述还原性碳源为粉料时，通过氮气作为载气喷入；当所述还原性碳源为水煤浆或生物质浆时，以中压蒸汽为载气喷入。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，以中压蒸汽或中压氮气为载气喷入所述二茂铁催化剂。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述炉口的温度为1450℃，喷入的还原性碳源反应后将转炉烟气的温度降至1250℃。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，与还原性碳源反应后的转炉烟气的显热在通过烟道入口段陶瓷蓄热器时进行蓄热，维持温度在1000~1250℃。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，烟道尾部的温度在吹炼时为900℃，非吹炼时为350℃。
9.一种用以实现权利要求1-8任一项所述处理方法的转炉烟气的处理系统，其特征在于，该处理系统包括：
设置于炉口用以向烟道入口处喷入还原性碳源的第一喷枪单元；
设置于烟道中段用以喷入焦油类或萘酚类废液的第二喷枪单元；
设置于烟道尾部用以喷入酚氰废水的第三喷枪单元；
设置于第三喷枪单元下游用以喷入二茂铁催化剂的第四喷枪单元；以及
设置于烟道入口段的陶瓷蓄热器。
10.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，所述烟道尾部连接蒸发冷却器，所述第四喷枪设置于蒸发冷却器的蒸发冷肩部。
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