CN117645894A - 一种通过控制co2含量抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，包括以下步骤，富氢碳循环高炉的炉顶煤气经过脱除CO2工艺后作为循环煤气，经过加热后，返回高炉，通过控制加热前的循环煤气中的CO2含量，抑制循环煤气在加热和传输过程中的析碳反应。本发明提供的抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，能够有效减少了煤气加热炉积碳的产生，保证了煤气加热炉稳定安全运行。本发明从源头抑制析碳反应，通过增加煤气中CO2的含量来强化固体碳与CO2发生气化反应生成CO，即碳素熔解损失反应，从而抑制析碳反应，降低格孔内的积碳。
Description
技术领域
本发明属于富氢碳循环高炉工艺研究技术领域，涉及一种抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，尤其涉及一种通过控制CO2含量抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法。
背景技术
全球绿色低碳冶金领域绿色低碳技术的重大突破
富氢碳循环高炉，即富氢碳循环氧气高炉，是近些年来发展的一种低碳冶金工艺，也是全球绿色低碳冶金领域绿色低碳技术的重大研究之一。富氢碳循环高炉将炉顶煤气脱除CO2后返回利用的高炉炼铁工艺，由于炉顶煤气的循环利用使CO的分压提高，煤气还原势增强，强化了含铁炉料的还原，直接还原度降低，使炼铁生产效率提高，燃料消耗降低，碳排放减少。
但是现有的富氢碳循环高炉中，脱除CO2后的循环煤气在加热或输送过程中由于CO和H2的浓度较高，在加热炉管道中会发生析碳反应，从而阻塞输送管道，损坏加热设备。现有的富氢碳循环高炉的工艺的研究中，也有技术方案公开了相应的改进方式，如一种煤气加热炉抑制加热煤气析碳的控制工艺以及煤气加热炉防积碳装置的相关研究中，就公开了通过了增加蒸汽管来防止煤气加热炉产生积碳。虽然通过向炉内析碳剧烈区间加入蒸汽来加速积碳与蒸汽反应，可以达到抑制积碳的目的，但是这样会增加进入高炉内的煤气的含水量，从而对高炉冶炼有影响。
因此，如何找到一种更为适宜的抑制析碳的方式，解决上述富氢碳循环高炉工艺中煤气加热炉存在的上述积碳问题，在抑制析碳反应的进行的基础上，又不会对高炉冶炼有影响，已成为业内诸多一线研究人员亟待解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，特别是一种通过控制CO2含量抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法。本发明提供的抑制析碳反应发生的方法，通过提高进入加热炉内CO2的含量，可以有效抑制析碳反应的发生，并且不会影响高炉冶炼，而且控制方法简单，条件温和，可控性强，成本低，更加适于工业化的推广和应用。
本发明提供了一种抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，包括以下步骤：
富氢碳循环高炉的炉顶煤气经过脱除CO2工艺后作为循环煤气，经过加热后，返回高炉，通过控制加热前的循环煤气中的CO2含量，抑制循环煤气在加热和传输过程中的析碳反应。
优选的，所述CO2的体积含量为3％～8％。
优选的，所述加热前的循环煤气中的CO的体积含量为65％～78％。
优选的，所述加热前的循环煤气中的H2的体积含量为5％～10％。
优选的，所述循环煤气加热后的温度为1200～1250℃；
所述加热的时间为45～60min。
优选的，所述控制循环煤气中的CO2含量具体为增加循环煤气中的CO2含量。
优选的，所述抑制析碳反应具体为，通过增加循环煤气中CO2的含量来强化固体碳与CO2发生气化反应生成CO，从而抑制析碳反应。
优选的，所述控制加热前的循环煤气中的CO2含量具体为通过加入CO2调控循环煤气中CO2的含量。
优选的，所述加热后的循环煤气中的H2O含量为0.4％～0.6％。
优选的，所述加热的装置为顶燃式煤气加热炉。
本发明提供了一种抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，包括以下步骤，富氢碳循环高炉的炉顶煤气经过脱除CO2工艺后作为循环煤气，经过加热后，返回高炉，通过控制加热前的循环煤气中的CO2含量，抑制循环煤气在加热和传输过程中的析碳反应。与现有技术相比，本发明提供的抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，能够有效减少了煤气加热炉积碳的产生，保证了煤气加热炉稳定安全运行。本发明从源头抑制析碳反应，通过增加煤气中CO2的含量来强化固体碳与CO2发生气化反应生成CO，即碳素熔解损失反应，从而抑制析碳反应，降低格孔内的积碳。
本发明提供的通过控制CO2含量抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，从化学原理出发，CO2作为析碳反应的生成物，生成物的增加，会抑制反应向正方向进行。通过增加煤气中CO2的含量，从析碳源头抑制析碳反应的发生，可以有效的抑制析碳反应的发生，从而有助于提高加热炉的工作效率。
实验结果表明，采用本发明提供的通过控制CO2含量抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，500℃和600℃下，当CO2的含量为5％和8％时，会完全抑制析碳反应的发生，因此，提高循环煤气中的CO2含量，会明显的抑制析碳反应的发生。
附图说明
图1为本发明提供的析碳实验装置；
图2为本发明提供的500℃下CO2对析碳反应的影响曲线图；
图3为本发明提供的600℃下CO2对析碳反应的影响曲线图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用工业纯或富氢碳循环高炉工艺领域常规的纯度即可。
本发明所有名词表达和简称均属于本领域常规名词表达和简称，每个名词表达和简称在其相关应用领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据名词表达和简称，能够清楚准确唯一的进行理解。
析碳：析碳是一种化学反应，它是指将碳化合物分解成碳和其他物质的过程，在析碳反应中，碳化合物通常是一种含碳的有机化合物，析碳反应的原理是热解反应，即在高温下将化合物分解成更简单的物质。本发明所涉及的析碳反应有：2CO＝C+CO2；CO+H2＝C+H2O。
碳素溶解反应：固体碳与CO2发生气化反应生成CO，即碳素熔解损失反应。
本发明提供了一种抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，包括以下步骤：
富氢碳循环高炉的炉顶煤气经过脱除CO2工艺后作为循环煤气，经过加热后，返回高炉，通过控制加热前的循环煤气中的CO2含量，抑制循环煤气在加热和传输过程中的析碳反应。
在本发明中，所述CO2的体积含量优选为3％～8％，更优选为4％～7％，更优选为5％～6％。
在本发明中，所述加热前的循环煤气中的CO的体积含量优选为65％～78％，更优选为68％～75％，更优选为71％～72％。
在本发明中，所述加热前的循环煤气中的H2的体积含量优选为5％～10％，更优选为6％～9％，更优选为7％～8％。
在本发明中，所述循环煤气加热后的温度优选为1200～1250℃，更优选为1210～1240℃，更优选为1220～1230℃。
在本发明中，所述加热的时间优选为45～60min，更优选为48～57min，更优选为51～54min。
在本发明中，所述控制循环煤气中的CO2含量具体优选为增加循环煤气中的CO2含量。
在本发明中，所述抑制析碳反应具体优选为，通过增加循环煤气中CO2的含量来强化固体碳与CO2发生气化反应生成CO，从而抑制析碳反应。
在本发明中，所述控制加热前的循环煤气中的CO2含量具体优选为通过加入CO2调控循环煤气中CO2的含量。具体的，可以通过在生产装置中增加CO2管路上并设置调节阀，通过调节阀控制进入煤气中的CO2含量。
在本发明中，所述加热后的循环煤气中的H2O含量优选为0.4％～0.6％，更优选为0.44％～0.56％，更优选为0.48％～0.52％。
在本发明中，所述加热的装置优选为顶燃式煤气加热炉。
本发明为完整和细化整体技术方案，更好的抑制抑制顶燃式煤气加热炉的析碳反应，上述通过控制CO2含量抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法具体可以包括以下内容：
针对析碳反应，开展析碳实验研究:
参见图1，图1为本发明提供的析碳实验装置。
本发明还提供了一种析碳实验装置，该装置主要由三部分组成，1)气体输送，2)加热主体，以及3)反应器称重实验数据传送。
实验采用热天平增重法在等温条件下测量反应前和反应后的增重情况，得到不同反应温度，不同反应时间和不同的反应气氛条件下的增重值，并进行处理分析。
具体的，煤气成分属于高炉炉顶循环煤气完全脱除CO2，可是实际上由于脱除技术的限制，CO2会有部分剩余。另外，在析碳反应过程中，由于CO2的存在有利于发生碳的气化反应(析碳反应的逆反应)，所以，随着CO2的增加析碳量会逐渐减少。
本发明上述内容提供了一种通过控制CO2含量抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法。本发明能够有效减少了煤气加热炉积碳的产生，保证了煤气加热炉稳定安全运行。本发明从源头抑制析碳反应，通过增加煤气中CO2的含量来强化固体碳与CO2发生气化反应生成CO，即碳素熔解损失反应，从而抑制析碳反应，降低格孔内的积碳。
本发明提供的通过控制CO2含量抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，从化学原理出发，CO2作为析碳反应的生成物，生成物的增加，会抑制反应向正方向进行。通过增加煤气中CO2的含量，从析碳源头抑制析碳反应的发生，可以有效的抑制析碳反应的发生，从而有助于提高加热炉的工作效率。
实验结果表明，采用本发明提供的通过控制CO2含量抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，500℃和600℃下，当CO2的含量为5％和8％时，会完全抑制析碳反应的发生，因此，提高循环煤气中的CO2含量，会明显的抑制析碳反应的发生。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是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，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
对于1080m3富氢碳循环高炉，循环煤气量为2000Nm3/min，脱碳后循环煤气中CO2含量约为2％，在循环煤气进入顶燃式煤气加热炉前加入CO2，使得循环煤气中CO2含量在5％～8％之间，然后进入顶燃式煤气加热炉进行加热，可有效控制析碳。
实施例2
对于2500m3富氢碳循环高炉，循环煤气量为3500Nm3/min，脱碳后循环煤气中CO2含量约为2％，在循环煤气进入顶燃式煤气加热炉前加入CO2，使得循环煤气中CO2含量在5％～8％之间，然后进入顶燃式煤气加热炉进行加热，可有效控制析碳。
参见图2，图2为本发明提供的500℃下CO2对析碳反应的影响曲线图。
从图2中可以看出，随着CO2的含量增加，析碳量逐渐减少。说明CO2对析碳反应有明显的抑制作用，在500℃下的析碳反应当CO2的含量为5％时，可以完全抑制析碳反应。
参见图3，图3为本发明提供的600℃下CO2对析碳反应的影响曲线图。
从图3中可以看出，随着CO2的含量增加，析碳量逐渐减少。与500℃下有相同的趋势，当CO＝含量达到8％时，可以完全抑制析碳反应。由于CO2是反应生成物，生成物的含量增加，必然导致反应往逆反应的方向进行，所以CO2的抑制作用符合化学反应规律。
以上对本发明提供的一种通过控制CO2含量抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法进行了详细的介绍，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，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种抑制顶燃式煤气加热炉析碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：
富氢碳循环高炉的炉顶煤气经过脱除CO2工艺后作为循环煤气，经过加热后，返回高炉，通过控制加热前的循环煤气中的CO2含量，抑制循环煤气在加热和传输过程中的析碳反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CO2的体积含量为3％～8％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热前的循环煤气中的CO的体积含量为65％～78％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热前的循环煤气中的H2的体积含量为5％～10％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环煤气加热后的温度为1200～1250℃；
所述加热的时间为45～60min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制循环煤气中的CO2含量具体为增加循环煤气中的CO2含量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抑制析碳反应具体为，通过增加循环煤气中CO2的含量来强化固体碳与CO2发生气化反应生成CO，从而抑制析碳反应。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制加热前的循环煤气中的CO2含量具体为通过加入CO2调控循环煤气中CO2的含量。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热后的循环煤气中的H2O含量为0.4％～0.6％。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热的装置为顶燃式煤气加热炉。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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