CN115448313A - 一种从钢厂煤气中分离回收工业二氧化碳的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从钢厂煤气中分离回收工业二氧化碳的方法及装置，主要分为三个工段，第一工段采用变压吸附装置对钢厂煤气进行初步的二氧化碳分离和富集，得到二氧化碳的含量在60％‑90％范围内的粗二氧化碳产品气；第二工段采用低温液化精馏装置对粗二氧化碳产品气进行液化提纯，得到产品纯度为>99.5％(v)的二氧化碳产品；第三工段对第一工段和第二工段进行工艺整合，即对第一工段产生的余压进行利用，为第一工段原料气进行增压和为第二工段提供制冷量。本发明通过变压吸附初分离结合低温液化精馏终分离的组合方法提纯钢厂煤气中的二氧化碳，显著降低了能耗，可同时提供气态和液态的二氧化碳产品，且对设备要求低，不产生废液，对环境友好。

Description

一种从钢厂煤气中分离回收工业二氧化碳的方法及装置

技术领域

本发明涉及工业气体分离技术领域，具体涉及工业二氧化碳的分离技术，尤其涉及一种从钢厂煤气中分离提纯工业二氧化碳的方法及装置。

背景技术

钢铁行业的碳排放最终都以钢厂煤气的形式释放出来，钢厂煤气即高炉气、转炉气和焦炉气，俗称钢厂三气。其气体组成如下；

从钢厂煤气中进行二氧化碳捕集利用是助力钢铁行业实现双碳目标最直接有效的方式，从钢厂三气的气体组成来看，焦炉气中二氧化碳含量低，而从高炉气和转炉气中捕集二氧化碳是最经济的。目前从钢厂煤气中捕集二氧化碳，通常借鉴化工行业的做法，采用有机胺液等溶剂吸收的方式，将二氧化碳从钢厂煤气中吸收分离进入有机溶剂，再利用蒸汽加热等方式，将有机溶剂中吸收的二氧化碳再生回收。由于高炉气和转炉气压力低、二氧化碳含量高，达到20％左右，采用溶剂吸收时，溶剂循环量大，电耗大，同时吸收了二氧化碳的溶剂再生时，需要消耗大量的热能，即蒸汽消耗量大，这些均使得溶剂吸收法获取的工业吨二氧化碳产品能耗偏高。

目前从钢厂煤气中提纯二氧化碳，除采用有机胺液等溶剂吸收方式外，尚无其他相关专利技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种二氧化碳变压吸附初分离结合二氧化碳低温液化精馏终分离的组合方法提纯钢厂煤气中的二氧化碳，用以解决从钢厂煤气中分离提纯的二氧化碳吨产品能耗偏高的问题。

在本发明的第一方面，提供了一种从钢厂煤气中分离回收工业二氧化碳的方法，主要分为三个工段，第一工段采用变压吸附装置对钢厂煤气进行初步的二氧化碳分离和富集，得到二氧化碳的含量在60％-90％范围内的粗二氧化碳产品气；第二工段采用低温液化精馏装置对第一工段得到的粗二氧化碳产品气进行液化提纯，得到产品纯度为>99.5％(v)的二氧化碳产品；第三工段对第一工段和第二工段进行工艺整合，即对第一工段产生的余压进行利用，为第一工段原料气进行增压和为第二工段提供制冷量。

第一工段采用变压吸附装置对钢厂煤气进行初步的二氧化碳分离和富集，得到粗二氧化碳产品气。采用本方法的特点是在初步分离时不需将钢厂煤气中的二氧化碳富集到高浓度，如90％以上，进而不需要在初步分离时将钢厂煤气加压到高压力或经过两级或多级变压吸附对二氧化碳进行富集。

首先将来自钢厂除尘净化后的原料煤气进行压缩，升压至2-8barg，此处钢厂煤气若选用高炉气时，亦可取自TRT前，在TRT前取气时，高炉气带有约1-3barg的余压，可以减少原料煤气的压缩能耗，亦或不需加压。

加压后的原料煤气需进行杂质脱除，对本方法工艺产生影响的主要杂质是硫和水，硫的形态分为有机硫(主要为羰基硫COS)和无机硫(主要为H₂S)两种形式。采用本方法时，在第一工段首先对杂质硫进行处理。本方法的脱硫方案为，在第一工段只进行有机硫的转化，即将有机硫转化为无机硫，采用的方法为有机硫一步水解法，水解温度控制在60-100℃，可利用压缩后产生的余热使原料煤气的温度控制在水解温度；考虑到饱和水的存在，也可将压缩后的原料煤气先降温分离液态水，再升温至水解温度，在水解温度下，原料煤气自上而下通过装有有机硫水解剂的塔器进行有机硫水解，水解效率可达>95％，绝大部分的有机硫转化为无机H₂S，有机硫水解转化后的原料煤气温度略有上升，将其降温至30-50℃后，进入变压吸附单元进行二氧化碳的分离和富集。

变压吸附单元采用多塔连续操作，有机硫水解转化后的原料煤气通过装有二氧化碳吸附剂的吸附塔，在吸附塔内二氧化碳作为主要吸附相被吸附下来，同时吸附的还有少量其他气体如一氧化碳等，通过逆向放压和/或抽真空等方式将该部分吸附气体解吸出来，即为粗二氧化碳产品气。本方法的特点是粗二氧化碳产品气中二氧化碳的含量控制在60％-90％范围内。未被吸附的剩余气体作为吸附尾气由第三工段进行余压利用。

第二工段采用二氧化碳低温液化精馏装置对第一工段得到的粗二氧化碳产品气进行液化提纯。首先对粗二氧化碳产品气进行加压，根据最终二氧化碳产品气使用压力不同，可将粗二氧化碳产品气的压力升至10-30barg，升压后的粗二氧化碳产品气降温至40℃，分离液态饱和水。

加压后的粗二氧化碳产品气需再次进行杂质脱除，采用本方法时，在第一工段首先将有机硫水解转化为无机硫，在第二工段，为保证达到工业二氧化碳产品对硫杂质含量的控制指标要求，本方法的脱硫方案为，设置一级粗脱硫加二级精脱硫的两级脱硫方式。加压后的粗二氧化碳产品气首先通过一级粗脱硫塔脱除大部分的H₂S，这时的粗二氧化碳产品气中还含有少量的有机硫和H₂S，再通过二级精脱硫塔，为保证脱硫效果，一级粗脱硫塔和二级精脱硫塔装填的脱硫剂种类和数量进行差异设计。为满足低温液化对水含量的要求以及工业二氧化碳产品中对水含量的限制要求，经过两级脱硫后的粗二氧化碳产品气需进入脱水单元，脱水采用多塔变温吸附脱除粗二氧化碳产品气中的水分，使其满足工艺和产品要求。

脱除硫、水等杂质后的粗二氧化碳产品气进入冷箱单元，先经过两级预降温，再降温至液化温度实现液化冷凝。冷箱单元主要由回热器、汽化器、主换热器、产品精制塔、过冷器和制冷系统等组成。粗二氧化碳产品气首先在回热器内通过与后续低温液化精馏产生的尾气进行换热，回收液化尾气的冷量同时对粗二氧化碳产品气进行初步的降温；初步降温后的粗二氧化碳产品气进入汽化器，在汽化器内与后续获得的二氧化碳液体产品进行换热再次回收冷量，使液态二氧化碳产品变成气态二氧化碳产品，送至用户使用，同时在汽化器内粗二氧化碳产品气实现再次降温；经过两级预降温后的粗二氧化碳产品气进入主换热器，在主换热器内降温至最终液化温度，本方法采用的最终液化温度的取值范围为-25～-55℃，主换热器所需的冷量由两部分构成，分别是由制冷系统的制冷压缩机提供冷量和第一工段二氧化碳变压吸附单元吸附尾气膨胀后得到的低温气传递的冷量。通过主换热器后的粗二氧化碳产品气中，二氧化碳大部分已经液化，还有少量未液化的的二氧化碳及其他未冷凝的一氧化碳、氮气等不凝气体组分，该气液混合物进入产品精制塔，在塔内经过热质交换后塔顶得到未液化的二氧化碳及未冷凝的一氧化碳、氮气等不凝气体组分，即为低温液化精馏产生的尾气，该尾气进入回热器回收冷量后返回第一工段的变压吸附单元入口；塔底得到纯度符合要求的二氧化碳液体产品。根据企业内部生产情况调整，产品精制塔塔底的液体二氧化碳产品可以经由汽化器，与粗二氧化碳产品气进行换热复温后得到气体二氧化碳产品；也可在精馏塔后设置过冷器，以使液体二氧化碳产品过冷后进入液体二氧化碳产品储罐，得到液体二氧化碳产品；也可同时设置汽化器和过冷器，同时生产气体二氧化碳和液体二氧化碳两种产品。

第三工段为第一工段二氧化碳变压吸附装置和第二工段二氧化碳低温液化精馏装置的工艺整合。第一工段二氧化碳变压吸附装置通过逆向放压和抽真空方式获取粗二氧化碳产品气后，未被吸附的剩余气体，即变压吸附尾气带有余压，可以进行余压利用。该变压吸附尾气从钢厂煤气原料气压缩机获取压力，到经过杂质脱除单元和变压吸附单元后的压力损失在 40-80kPaG，因此吸附尾气的余压为原料气压缩后压力减去该压力损失。本方法将第一工段二氧化碳变压吸附装置吸附尾气余压用于为第二工段的制冷压缩机补充提供冷量和为第一工段的原料气压缩机补充增压。具体做法为：将第一工段产生的变压吸附尾气通过膨胀机进行绝热膨胀，该变压吸附尾气通过膨胀机绝热膨胀后自身温度降低，产生冷量，通过第二工段的主换热器与粗二氧化碳产品气换热回收冷量，使粗二氧化碳产品气温度降低，从而能够减小需要制冷机组提供的制冷量；变压吸附尾气通过膨胀机进行绝热膨胀降温的同时对外做功，该部分绝热膨胀做功亦可用于提升原料气的压力，进而减少第一工段原料气压缩机的功耗。具体做法为：将原料气在原料气压缩机的级间抽出，引入膨胀机，利用吸附尾气的余压为其进行增压，经膨胀机增压后的原料气再引回到原料气压缩机级间，继续增压至要求压力。

在本发明的第二方面，提供了一种从钢厂煤气中分离回收工业二氧化碳的装置，由第一工段、第二工段和第三工段组成，其中：

第一工段包括依次连接的原料气压缩机、压缩后冷却器、有机硫水解塔、水解冷却器、变压吸附单元和真空泵，钢厂煤气经原料气压缩机压缩升压，然后进入压缩后冷却器调温至水解温度，通过有机硫水解塔进行有机硫水解，再经水解冷却器降温，降温后的气体进入变压吸附单元对二氧化碳进行吸附分离，得到粗二氧化碳产品气；

第二工段包括依次连接的粗二氧化碳产品气压缩机、二次压缩后冷却器、一级粗脱硫塔、二级精脱硫塔、脱水单元和冷箱单元；所述冷箱单元中依次设置回热器、汽化器、主换热器、产品精制塔和过冷器，并设有制冷系统为主换热器提供冷量，同时，产品精制塔顶部尾气出口与回热器连接，为回热器提供冷量；来自第一工段的粗二氧化碳产品气依次经过粗二氧化碳产品气压缩机和二次压缩后冷却器进行加压和降温，然后通过一级粗脱硫塔和二级精脱硫塔进行两级脱硫，再通过脱水单元脱除水分，最后进入冷箱单元；在冷箱单元中脱硫脱水后的粗二氧化碳产品气先经过回热器和汽化器进行两次预降温，然后进入主换热器降温至液化温度，液化的二氧化碳和未液化的二氧化碳及不凝气体组分组成气液混合物进入产品精制塔，在塔内经过热质交换后塔顶得到未液化的二氧化碳及不凝气体组分组成的尾气，塔底得到二氧化碳液体产品；

第三工段包括膨胀机，分别与第一工段的变压吸附单元、原料气压缩机和第二工段的主换热器连接；该膨胀机接收变压吸附单元中未被吸附的剩余气体进行余压利用，将原料气从原料气压缩机的级间抽出，在膨胀机中进行增压，增压后的原料气再引回到原料气压缩机的级间，继续增压至所需压力；膨胀机中气体膨胀产生的冷量提供给所述主换热器。

进一步的，在所述冷箱单元中，产品精制塔的塔顶出口连接回热器，回热器连接第一工段的变压吸附单元，从产品精制塔塔顶出来的尾气进入回热器与粗二氧化碳产品气进行换热回收其自身带走的冷量，回收冷量后的尾气返回变压吸附单元入口。

进一步的，产品精制塔的塔底连接所述汽化器，塔底得到二氧化碳液体产品经由汽化器与粗二氧化碳产品气进行换热复温后得到二氧化碳气体产品；和/或，在产品精制塔后设置过冷器，使二氧化碳液体产品过冷后进入液体二氧化碳产品储罐，得到二氧化碳液体产品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种二氧化碳变压吸附初分离结合二氧化碳低温液化精馏终分离的组合方法提纯钢厂煤气中的二氧化碳。

通过第一工段二氧化碳变压吸附初步分离可以在较低的能源消耗水平上实现二氧化碳的初步富集，不需要消耗蒸汽；第二工段二氧化碳低温液化精馏终分离可以充分利用第一工段对原料气加压产生的能量，即对二氧化碳变压吸附的吸附尾气进行余压利用，用于为低温液化提供冷量，即减少制冷压缩机的能量消耗，使能量得到充分的整合利用，整个工艺没有能量浪费，进而可以使分离提纯的吨二氧化碳产品能耗得以进一步降低。

与溶剂吸收法相比，本方法不需要大循环量的溶剂，对设备材质要求低，投资相对低；不需要消耗大量的蒸汽热源进行溶剂再生，不会产生废液，对环境更友好。

若将钢厂煤气通过两级或多级变压吸附，以使得到的回收气中二氧化碳的含量富集到高浓度，如90％以上，则两级或多级变压吸附需要两级或多级的压缩能耗和抽真空能耗，这会使从钢厂煤气中分离提纯工业二氧化碳的能耗过高。本方法的特点是在第一工段采用一级变压吸附装置对钢厂煤气进行初步的二氧化碳分离和富集，得到粗二氧化碳产品气，粗二氧化碳产品气中二氧化碳的含量控制在60％-90％范围内，经过第二工段二氧化碳低温液化精馏装置时，会产生粗二氧化碳产品气比例10％-50％范围的低温液化精馏装置尾气，该液化尾气重新返回第一工段变压吸附单元的入口回收二氧化碳。该低温液化精馏装置尾气量少，循环时使粗二氧化碳产品气压缩机增加的功耗有限，且在液化单元对该低温液化精馏装置尾气的冷量进行了回收利用。本方法使从钢厂煤气中分离提纯工业二氧化碳的能耗显著降低，分离提纯的工业二氧化碳的成本更合理。

低温液化产生的液化尾气返回第一工段变压吸附单元入口，再次进行二氧化碳的富集和其他组分的回收，即低温液化精馏装置对于钢厂煤气除二氧化碳外其他组分的收率是100％，除捕集的二氧化碳外，其他组分仅通过第一工段变压吸附单元吸附尾气排出，可以兼顾吸附尾气组分的后续利用；

同时低温液化精馏装置可以灵活调节二氧化碳产品的形态，既可提供气态二氧化碳产品，亦可提供液态二氧化碳产品，亦可同时提供气态和液态之两种形态的二氧化碳产品。

附图说明

图1是本发明的工段结构图；

其中，001为第一工段二氧化碳变压吸附装置，002为第二工段二氧化碳低温液化精馏装置；003为第三工段膨胀机；a为钢厂煤气原料气，b为粗二氧化碳产品气，c为液化单元尾气，d为二氧化碳产品(气/液态产品)，e为二氧化碳变压吸附装置吸附尾气，f为绝热膨胀降温后的二氧化碳变压吸附装置吸附尾气，g为与主换热器换热复温后的二氧化碳变压吸附装置吸附尾气，h为从原料气压缩机级间抽出的原料气，i为经膨胀机增压后的原料气。

图2是本发明第一工段变压吸附初分离装置001的工艺装配图；

其中，1为钢厂煤气原料气压缩机，2为压缩后冷却器，3为有机硫水解塔，4为水解冷却器，5为变压吸附单元，6为真空泵。

图3是本发明第二工段二氧化碳低温液化精馏终分离装置002的工艺装配图；

其中，7为粗二氧化碳产品气压缩机，8二次压缩后冷却器，9为一级粗脱硫塔，10为二级精脱硫塔，11为脱水单元，12为回热器，13为汽化器，14为主换热器，15为产品精制塔，16为过冷器，17为制冷系统，18为冷箱单元(包含12-17设备)，j表示制冷介质由制冷系统进入主换热器，k表示制冷介质由主换热器返回制冷系统。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

本发明提供一种二氧化碳变压吸附初分离结合二氧化碳低温液化精馏终分离的组合方法提纯钢厂煤气中的二氧化碳。该方法分为三个工段，第一工段采用二氧化碳变压吸附装置对钢厂煤气进行初步的二氧化碳分离和富集，得到粗二氧化碳产品气；第二工段采用二氧化碳低温液化精馏装置对第一工段得到的粗二氧化碳产品气进行液化提纯，得到产品纯度为>99.5％(v)的二氧化碳产品。第三工段对第一工段和第二工段进行工艺整合，即对第一工段产生的余压进行利用，为第一工段原料气进行增压和为第二工段提供制冷量。

在具体实施时，可通过如图1、图2和图3所示的工艺流程及装置来实现从钢厂煤气中分离回收工业二氧化碳。

第一工段采用二氧化碳变压吸附装置001对钢厂煤气进行初步的二氧化碳分离和富集。如图2所示，将取自钢厂除尘净化后的原料煤气经钢厂煤气原料气压缩机1先进行升压，至 2-8barg，此处钢厂煤气若选用高炉气时，亦可取自TRT前，在TRT前取气时，高炉气带有约1-3barg的余压，可以减少钢厂煤气原料气压缩机1的压缩能耗，亦或不需加压。

加压后的原料煤气进行杂质脱除，在第一工段二氧化碳变压吸附装置中，对于杂质的处理，只进行有机硫的水解转化。加压后的原料煤气利用压缩后产生的余热进行有机硫的水解。即原料煤气经压缩后冷却器2进行调温，将原料煤气的温度范围保持在60-100℃。考虑到饱和水的存在，也可将压缩后的气体先降温分离液态水，再升温到水解温度60-100℃，在该温度下，原料煤气自上而下通过装有有机硫水解剂的有机硫水解塔3进行有机硫水解，水解效率可达>95％，绝大部分的有机硫转化为无机H₂S。进行有机硫水解后的原料煤气温度有所升高，通过水解冷却器4进行降温，至30-50℃。降温后的气体进入变压吸附单元5。

变压吸附单元5采用多塔连续操作，杂质转化后的原料煤气通过装有二氧化碳吸附剂的吸附塔，在吸附塔内二氧化碳作为主要吸附相被吸附下来，同时吸附的还有少量其他气体如一氧化碳等，通过逆向放压和真空泵6将粗二氧化碳产品气解吸出来。粗二氧化碳产品气中二氧化碳的含量控制在60％-90％范围内。未被吸附的剩余气体作为吸附尾气e进行余压利用。

第二工段采用二氧化碳液化冷箱装置对第一工段得到的粗二氧化碳产品气进行液化提纯。首先对经真空泵6解吸的粗二氧化碳产品气经粗二氧化碳产品气压缩机7进行加压，将粗二氧化碳产品气的压力升至10-30barg，升压后的粗二氧化碳产品气经二次压缩后冷却器8降温至40℃，分离液态饱和水。

加压后的粗二氧化碳产品气需进行杂质硫和水脱除，该处硫的形态主要为无机H₂S，还有少量的有机硫存在，为保证工业二氧化碳产品中硫含量的要求，在第二工段设置两级脱硫。升压降温后的粗二氧化碳产品气首先通过一级粗脱硫塔9，再通过二级精脱硫塔10，为保证脱硫效果，一级粗脱硫塔9和二级精脱硫塔10装填的脱硫剂种类和数量进行差异设计。为满足低温液化对水含量的要求以及工业二氧化碳产品中水含量的要求，经过两级脱硫后的粗二氧化碳产品气进入脱水单元11，采用多塔变温吸附脱除粗二氧化碳产品气中的水分，使其满足工艺和产品要求。

脱除硫、水等杂质后的粗二氧化碳产品气进入冷箱单元18。冷箱单元18主要由回热器 12、汽化器13、主换热器14、产品精制塔15、过冷器16和制冷系统17组成。粗二氧化碳产品气首先在回热器12内与低温液化精馏产生的液化单元尾气c进行换热回收尾气冷量，同时对粗二氧化碳产品气进行初步的降温；初步降温后的粗二氧化碳产品气再进入汽化器13，在汽化器13内与液态二氧化碳产品进行换热再次回收冷量，使液态二氧化碳产品变成气态二氧化碳产品d，送至用户使用，同时在汽化器13内粗二氧化碳产品气实现再次降温；经过两级预降温后的粗二氧化碳产品气进入主换热器14，在主换热器14内降温至最终液化温度，最终液化温度的取值范围为-35～-55℃，主换热器14所需的冷量由两部分构成，分别是由制冷系统17提供冷量和二氧化碳变压吸附装置吸附尾气膨胀后得到的低温气传递的冷量。经过主换热器14的粗二氧化碳产品气中，二氧化碳大部分已经液化，还有其他少量未液化的二氧化碳及未冷凝的一氧化碳、氮气等不凝气体组分。该气液混合物进入产品精制塔15，在塔内经过热质交换后塔顶得到未液化的二氧化碳及未冷凝的一氧化碳、氮气等不凝气体组分，即为二氧化碳低温液化精馏装置产生的液化单元尾气c，塔底得到纯度符合要求的二氧化碳液体产品。根据企业内部生产情况调整，产品精制塔15塔底的液体二氧化碳产品可以经由汽化器13，与粗二氧化碳产品气进行换热复温后得到气体二氧化碳产品；也可在产品精制塔15 后设置过冷器16，以使液体二氧化碳产品过冷后进入液体二氧化碳产品储罐，得到液体二氧化碳产品；也可同时设置汽化器13和过冷器16，同时生产气体二氧化碳和液体二氧化碳两种产品。

第一工段二氧化碳变压吸附装置001和第二工段二氧化碳低温液化精馏装置002的工艺整合。第一工段中变压吸附单元5通过逆向放压和真空泵6获取粗二氧化碳产品气后，还有未被吸附的剩余气体，即吸附尾气e，该吸附尾气带有压力，可以进行余压利用。吸附尾气e 从钢厂煤气原料气压缩机1获取压力，经过杂质脱除和变压吸附单元5后的压力损失在40-80 kPaG，即吸附尾气的余压为原料气压缩后压力减去该压力损失，本方法将第一工段吸附尾气余压用于为第二工段中制冷压缩机17补充提供冷量和为第一工段原料气压缩机1补充增压。具体做法为：将二氧化碳变压吸附装置001吸附尾气e通过膨胀机003进行绝热膨胀，吸附尾气e通过膨胀机003绝热膨胀后自身温度降低，产生冷量，通过主换热器14与粗二氧化碳产品气换热回收冷量，使粗二氧化碳产品气温度降低，从而能够减小需要制冷系统17提供的制冷量；吸附尾气e通过膨胀机003进行绝热膨胀降温的同时，亦可用于提升原料气的压力，具体做法为：将原料气从原料气压缩机1的级间抽出，引入膨胀机003，利用吸附尾气e的余压为其进行增压，经膨胀机003增压后的原料气再引回到原料气压缩机1的级间，继续增压至要求压力。

Claims (10)

1.一种从钢厂煤气中分离回收工业二氧化碳的方法，主要分为三个工段：第一工段采用变压吸附方法对钢厂煤气进行初步的二氧化碳分离和富集，得到粗二氧化碳产品气；第二工段采用低温液化精馏方法对第一工段得到的粗二氧化碳产品气进行液化提纯，得到产品纯度为>99.5％的二氧化碳产品；第三工段对第一工段和第二工段进行工艺整合，即对第一工段产生的余压进行利用，为第一工段原料气进行增压和为第二工段提供制冷量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一工段首先将来自钢厂除尘净化后的原料煤气进行压缩，升压至2-8barg，然后采用有机硫一步水解法将原料煤气中的有机硫转化为无机硫，再采用变压吸附方法进行二氧化碳的分离和富集。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在第一工段采用的有机硫一步水解法中，水解温度控制在60-100℃，利用前一步压缩产生的余热使原料煤气的温度控制在水解温度，或者，将压缩后的原料煤气先降温分离液态水，再升温至水解温度；在水解温度下，原料煤气自上而下通过装有有机硫水解剂的塔器进行有机硫水解。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，有机硫水解转化后的原料煤气通过装有二氧化碳吸附剂的吸附塔，在吸附塔内二氧化碳作为主要吸附相被吸附下来，再通过逆向放压和/或抽真空方式将吸附气体解吸出来，即为粗二氧化碳产品气；未被吸附的剩余气体作为吸附尾气由第三工段进行余压利用。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二工段首先对粗二氧化碳产品气进行加压，将压力升至10-30barg，分离液态饱和水；然后采用一级粗脱硫加二级精脱硫的两级脱硫方式脱硫，再采用多塔变温吸附方式脱除粗二氧化碳产品气中的水分；脱除硫、水后的粗二氧化碳产品气先经过两级预降温，再降温至液化温度实现液化冷凝，得到二氧化碳液体产品。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，脱除硫、水后的粗二氧化碳产品气进入冷箱单元，在冷箱单元中设置回热器、汽化器、主换热器、产品精制塔、过冷器和制冷系统；粗二氧化碳产品气先在回热器内通过与后续产生的低温液化精馏装置尾气进行换热，在回收尾气冷量的同时对粗二氧化碳产品气进行初步降温；初步降温后的粗二氧化碳产品气在汽化器内与后续获得的二氧化碳液体产品进行换热再次回收冷量，使液态二氧化碳产品变成气态二氧化碳产品，同时在汽化器内粗二氧化碳产品气实现再次降温；经过两级预降温后的粗二氧化碳产品气进入主换热器，在主换热器内降温至最终液化温度-25～-55℃，二氧化碳大部分被液化，与少量未液化的二氧化碳及不凝气体组分组成气液混合物进入产品精制塔，在塔内经过热质交换后塔顶得到未液化的二氧化碳及不凝气体组分，即为低温液化精馏产生的尾气，该尾气进入回热器回收冷量后返回第一工段进行变压吸附；塔底得到纯度符合要求的二氧化碳液体产品。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，第一工段产生的变压吸附尾气通过第三工段的膨胀机进行绝热膨胀，变压吸附尾气绝热膨胀后自身温度降低，产生冷量，通过第二工段的主换热器与粗二氧化碳产品气换热回收冷量，使粗二氧化碳产品气温度降低；变压吸附尾气通过膨胀机进行绝热膨胀降温的同时对外做功，用于为第一工段提升原料气的压力。

8.一种从钢厂煤气中分离回收工业二氧化碳的装置，由第一工段、第二工段和第三工段组成，其中：

第一工段包括依次连接的原料气压缩机、压缩后冷却器、有机硫水解塔、水解冷却器、变压吸附单元和真空泵，钢厂煤气经原料气压缩机压缩升压，然后进入压缩后冷却器调温至水解温度，通过有机硫水解塔进行有机硫水解，再经水解冷却器降温，降温后的气体进入变压吸附单元对二氧化碳进行吸附分离，得到粗二氧化碳产品气；

第二工段包括依次连接的粗二氧化碳产品气压缩机、二次压缩后冷却器、一级粗脱硫塔、二级精脱硫塔、脱水单元和冷箱单元；所述冷箱单元中依次设置回热器、汽化器、主换热器、产品精制塔，并设有制冷系统为主换热器提供冷量，同时，产品精制塔顶部尾气出口与回热器连接，回收液化尾气冷量；来自第一工段的粗二氧化碳产品气依次经过粗二氧化碳产品气压缩机和二次压缩后冷却器进行加压和降温，然后通过一级粗脱硫塔和二级精脱硫塔进行两级脱硫，再通过脱水单元脱除水分，最后进入冷箱单元；在冷箱单元中脱硫脱水后的粗二氧化碳产品气先经过回热器和汽化器进行两次预降温，然后进入主换热器降温至液化温度，液化的二氧化碳和未液化的二氧化碳及不凝气体组分组成气液混合物进入产品精制塔，在塔内经过热质交换后塔顶得到未液化的二氧化碳及不凝气体组分组成的尾气，塔底得到二氧化碳液体产品；

第三工段包括膨胀机，分别与第一工段的变压吸附单元、原料气压缩机和第二工段的主换热器连接；该膨胀机接收变压吸附单元中未被吸附的剩余气体进行余压利用，对从原料气压缩机的级间抽出的原料气进行增压，增压后的原料气再引回到原料气压缩机的级间；膨胀机中气体膨胀产生的冷量提供给所述主换热器。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，产品精制塔的塔顶出口连接回热器，回热器连接变压吸附单元，从产品精制塔塔顶出来的尾气进入回热器以回收冷量，回收冷量后的尾气返回变压吸附单元入口。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，产品精制塔的塔底连接所述汽化器，塔底得到二氧化碳液体产品经由汽化器与粗二氧化碳产品气进行换热复温后得到二氧化碳气体产品；和/或，在产品精制塔后设置过冷器，使二氧化碳液体产品过冷后进入液体二氧化碳产品储罐，得到二氧化碳液体产品。

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