CN219907498U - 利用高炉煤气脱硫、提纯co和制取食品级co2的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种利用高炉煤气脱硫、提纯CO和制取食品级CO2的系统，包括真空泵、CO吸附塔、压缩机、吸收塔、冷却器、富液泵、换热器、贫液泵、解吸塔、第一冷凝器、缓冲罐、气液分离器、干燥塔、无机硫吸附塔、第二冷凝器、精馏塔、过冷器、液态CO2储罐。本系统能实现高炉煤气中CO2和硫化物的分离、CO的提纯、硫化物的脱除、CO2的精制，减少了排放，成本低，工艺简单。
Description
技术领域
本实用新型属于高炉煤气回收领域，具体涉及一种利用高炉煤气脱硫、提纯CO和制取食品级CO2的系统。
背景技术
高炉煤气是高炉炼铁副产的可燃气体，是一种大吨位资源。目前，高炉煤气的主要利用途径除自身热风炉加热外，还包括为其他加热炉提供能量和燃烧发电。典型的高炉煤气成分为52-58％N2、20-25％的CO、18-22％的CO2、1-3％的H2、0.5-1％的CH4、0.5-1％的O2、100-180mg/Nm3的有机硫、30-60mg/Nm3的无机硫。由于高炉煤气燃烧只有CO参与，其含有的大量CO2和N2会吸收大部分的热量，故高炉煤气燃烧过程相应会出现点燃平稳性差、发热量低、燃烧温度低和燃烧不稳定等现象，这样高炉煤气的进一步高效利用面临着瓶颈，也对钢铁企业的发展造成了一定的制约。
为了解决上述问题，可以对高炉煤气进行CO2分离和CO提纯，CO2分离后进行精制，可生产食品级CO2，用作罐体密封保存食物，或者形成干冰保存冷冻食品和制取饮料等；CO提纯后热值增加，不仅可作为部分还原剂用于高炉喷吹冶炼，大幅度降低入炉焦比，实现低碳炼铁和节能减排，也可替代天然气使用，缓解煤气资源紧张，减少外购天然气，从而降低企业生产成本，还可与氢气合成高附加值的化工原料，以延长钢铁行业产业链条，同时也为企业提供相应的经济效益。但是，高炉煤气在CO提纯后的进一步利用时，由于含有一定浓度的有机硫(H2S)和无机硫(COS和CS2)，作为燃料燃烧产生的污染物如SO2等会严重污染大气环境，不符合超低排放的要求，作为化工原料时，所含硫化物会造成催化剂中毒。并且，现有的高炉煤气源头湿法脱硫存在碱液耗量大、水耗量大、催化剂寿命短和循环水需单独处理等缺点，高炉煤气源头干法脱硫存在新型吸附材料稀有元素改性复杂(需同时脱除有机硫和无机硫)、成本高、不稳定和易失活等缺点，总之工艺复杂、成本高。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种利用高炉煤气脱硫、提纯CO和制取食品级CO2的系统，本系统能实现高炉煤气中CO2和硫化物的分离、CO的提纯、硫化物的脱除、CO2的精制，减少了排放，成本低，工艺简单。
本实用新型所采用的技术方案是：
一种利用高炉煤气脱硫、提纯CO和制取食品级CO2的系统，包括能喷淋有机胺液的吸收塔、用于解吸CO2和硫化物的解吸塔；吸收塔底部的进气口连接至高炉煤气、顶部的出气口经过压缩机连接至CO吸附塔底部，CO吸附塔的底部连接真空泵、顶部设有粗氮气出口，吸收塔底部的液体出口依次经过富液泵和换热器的升温通道连接至解吸塔顶部的液体进口，吸收塔顶部的液体进口依次经过冷却器、换热器的降温通道和贫液泵连接至解吸塔底部的液体出口，解吸塔顶部的气体出口依次连接第一冷凝器、缓冲罐、压缩机、用于分离出有机硫CS2的气液分离器、干燥塔、用于吸附无机硫H2S的无机硫吸附塔、第二冷凝器、用于脱除有机硫COS的精馏塔、过冷器和液态CO2储罐。
优选地，多个CO吸附塔并联使用。
优选地，CO吸附塔采用变压吸附塔。
优选地，解吸塔底部设有再沸器。
优选地，两个无机硫吸附塔并联使用。
优选地，第二冷凝液器采用制冷剂蒸发吸收热量。
本实用新型的有益效果是：
本系统能实现高炉煤气中CO2和硫化物的分离、CO的提纯、硫化物的脱除、CO2的精制：除尘净化后的高炉煤气从底部进入吸收塔，与塔内喷淋的有机胺液接触，能与胺液发生反应的CO2被吸收形成富液，由于有机胺液为碱性，吸收过程为物理-化学吸收，在吸收CO2的同时也能吸收高炉煤气中的有机硫和无机硫，富液流至塔底经富液泵升压和换热器升温后送入解吸塔，在解吸塔内，富液中的CO2和硫化物解吸并从解吸塔顶逸出，CO2和硫化物从富液中汽化逸出后富液变成贫液，贫液通过贫液泵升压、换热器降温和冷却器冷却后通入吸收塔进行循环利用；吸收塔中不能和有机胺液发生反应的中间产品气(N2和CO)通过塔顶逸出，经压缩机加压后，经过CO吸附塔，CO被吸附，其余的气体具有一定的压力能，可用来发电或者直接放空，CO则通过真空泵抽真空解吸从而提纯CO；粗CO2和硫化物混合气从解吸塔顶部逸出，经第一冷凝器、缓冲罐和压缩机后进入汽水分离器，气体中的有机硫CS2为液体状态被分离，然后气体进入干燥塔，进一步脱除粗CO2中的水分，再经过无机硫吸附塔吸附塔脱除其中的无机硫H2S，然后，气体进入第二冷凝液器，使CO2气体温度降低，在压力和温度的双重作用下CO2气体变成液体，发生相变的CO2液体在压力的推动下落入精馏塔，根据沸点的不同，经过精馏塔提纯，有机硫COS从精馏塔顶逸出，精制食品级CO2从精馏塔底部流出，经过冷器后送入CO2储罐；
在本系统中，高炉煤气提纯后热值增加，CO体积分数达到60％时，热值可达7.5MJ/Nm3，其燃烧利用过程中可避免燃烧温度低和燃烧不稳定的现象，同时大大减少了排烟中额外N2、CO2带走的热量，提纯后的气体可作为部分还原剂用于高炉喷吹冶炼，大幅度降低入炉焦比，也可替代天然气使用，减少外购天然气，降低企业生产成本，还可与氢气合成高附加值的化工原料，以延长钢铁行业产业链条，不仅能实现低碳炼铁和节能减排，还能为企业提供相应的经济效益和社会效益；
在本系统中，采用有机胺液吸收捕集CO2，CO2吸收选择性好、吸收效率高、产品纯度高，可达99.9％以上，经精制后可循环利用，减少碳排放；
在本系统中，胺液在吸收CO2的同时，还会吸收高炉煤气中的水和硫化物，包括有机硫和无机硫，后续再进行硫化物的脱除时仅需对粗CO2气体处理，大大减少了相应设备的气体负荷量，相应减少了脱硫设备投资，成本低；
在本系统中，利用高炉煤气中CO2、CS2、H2S、COS各组分性质的不同(标况下沸点分别为-78.5℃，46.2℃、-50.2℃、-60.4℃)，在CO2精制生产各步骤中分别脱除高炉煤气中的有机硫和无机硫，其中有机硫(CS2和COS)通过沸点的差异脱除，无机硫H2S可采用常规成熟的吸附剂(如活性炭、金属氧化物或分子筛)脱除，工艺简单，避免高炉煤气源头湿法脱硫时碱液耗量大、水耗量大、催化剂寿命短和循环水需单独处理等缺点，避免高炉煤气源头干法脱硫时新型吸附材料稀有元素改性复杂(需同时脱除有机硫和无机硫)、成本高、不稳定和易失活等缺点。
附图说明
图1是本实用新型实施例中用高炉煤气脱硫、提纯CO和制取食品级CO2的系统的示意图。
图中：1-真空泵；2-CO吸附塔；3-压缩机；4-吸收塔；5-冷却器；6-富液泵；7-换热器；8-贫液泵；9-再沸器；10-解吸塔；11-第一冷凝器；12-缓冲罐；13-气液分离器；14-干燥塔；15-无机硫吸附塔；16-第二冷凝器；17-精馏塔；18-过冷器；19-液态CO2储罐。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
一种利用高炉煤气脱硫、提纯CO和制取食品级CO2的系统，包括能喷淋有机胺液的吸收塔4、用于解吸CO2和硫化物的解吸塔10；吸收塔4底部的进气口连接至高炉煤气、顶部的出气口经过压缩机3连接至CO吸附塔2底部，CO吸附塔2的底部连接真空泵1、顶部设有粗氮气出口，吸收塔4底部的液体出口依次经过富液泵6和换热器7的升温通道连接至解吸塔10顶部的液体进口，吸收塔4顶部的液体进口依次经过冷却器5、换热器7的降温通道和贫液泵8连接至解吸塔10底部的液体出口，解吸塔10顶部的气体出口依次连接第一冷凝器11、缓冲罐12、压缩机3、用于分离出有机硫CS2的气液分离器13、干燥塔14、用于吸附无机硫H2S的无机硫吸附塔15、第二冷凝器16、用于脱除有机硫COS的精馏塔17、过冷器18和液态CO2储罐19。
本系统能实现高炉煤气中CO2和硫化物的分离、CO的提纯、硫化物的脱除、CO2的精制：除尘净化后的高炉煤气(温度60～80℃，压力～12KPa)从底部进入吸收塔4，与塔内喷淋的有机胺液(MEDA/TBEE)接触，能与胺液发生反应的CO2被吸收形成富液，由于有机胺液为碱性，吸收过程为物理-化学吸收，在吸收CO2的同时也能吸收高炉煤气中的有机硫和无机硫，富液流至塔底经富液泵6升压和换热器7升温(120℃)后送入解吸塔10，在解吸塔10内，富液中的CO2和硫化物解吸并从解吸塔10顶逸出(逸出的CO2浓度可达95％，硫化物脱硫率可达90％以上)，CO2和硫化物从富液中汽化逸出后富液变成贫液，贫液通过贫液泵8升压、换热器7降温和冷却器4冷却后通入吸收塔4进行循环利用；吸收塔4中不能和有机胺液发生反应的中间产品气(N2和CO)通过塔顶逸出，经压缩机3加压(0.3MPa)后，经过CO吸附塔2，CO被吸附，其余的气体(主要为粗氮气)具有一定的压力能，可用来发电或者直接放空，CO则通过真空泵1抽真空解吸从而提纯CO；粗CO2和硫化物混合气从解吸塔10顶部逸出，经第一冷凝器11、缓冲罐12和压缩机3(加压至2.5MPa，出口温度≤40℃)后进入汽水分离器13，气体中的有机硫CS2为液体状态(标准大气压下沸点为46.2℃)被分离，然后气体进入干燥塔14，进一步脱除粗CO2中的水分(约90％的水分，满足露点要求)，再经过无机硫吸附塔15吸附塔脱除其中的无机硫H2S(无机硫的脱除率不小于95％)，然后，气体进入第二冷凝液器16(采用制冷剂蒸发吸收原理)，使CO2气体温度降低(低至-25℃至-35℃)，在压力和温度的双重作用下CO2气体变成液体，发生相变的CO2液体在压力的推动下落入精馏塔17，根据沸点的不同，经过精馏塔17提纯，有机硫COS从精馏塔17顶逸出，精制食品级CO2从精馏塔17底部流出(标准状态下COS的沸点为-60.4℃，CO2沸点)，经过冷器18后送入CO2储罐19(CO2由来气纯度97～99.5％通过提纯精馏至99.99％～99.998％)。
如图1所示，在本实施例中，多个CO吸附塔2并联使用；多个CO吸附塔2可以轮流进行吸附和解吸，实现CO的连续提纯。
在本实施例中，CO吸附塔2采用变压吸附塔，能耗低，维护简单。
如图1所示，在本实施例中，解吸塔10底部设有再沸器9，能回收塔底热量。
如图1所示，在本实施例中，两个无机硫吸附塔15并联使用。
在本实施例中，第二冷凝液器16采用制冷剂蒸发吸收热量。
在本系统中，高炉煤气提纯后热值增加，CO体积分数达到60％时，热值可达7.5MJ/Nm3，其燃烧利用过程中可避免燃烧温度低和燃烧不稳定的现象，同时大大减少了排烟中额外N2、CO2带走的热量，提纯后的气体可作为部分还原剂用于高炉喷吹冶炼，大幅度降低入炉焦比，也可替代天然气使用，减少外购天然气，降低企业生产成本，还可与氢气合成高附加值的化工原料，以延长钢铁行业产业链条，不仅能实现低碳炼铁和节能减排，还能为企业提供相应的经济效益和社会效益；在本系统中，采用有机胺液吸收捕集CO2，CO2吸收选择性好、吸收效率高、产品纯度高，可达99.9％以上，经精制后可循环利用，减少碳排放；在本系统中，胺液在吸收CO2的同时，还会吸收高炉煤气中的水和硫化物，包括有机硫和无机硫，后续再进行硫化物的脱除时仅需对粗CO2气体处理，大大减少了相应设备的气体负荷量，相应减少了脱硫设备投资，成本低；在本系统中，利用高炉煤气中CO2、CS2、H2S、COS各组分性质的不同(标况下沸点分别为-78.5℃，46.2℃、-50.2℃、-60.4℃)，在CO2精制生产各步骤中分别脱除高炉煤气中的有机硫和无机硫，其中有机硫(CS2和COS)通过沸点的差异脱除，无机硫H2S可采用常规成熟的吸附剂(如活性炭、金属氧化物或分子筛)脱除，工艺简单，避免高炉煤气源头湿法脱硫时碱液耗量大、水耗量大、催化剂寿命短和循环水需单独处理等缺点，避免高炉煤气源头干法脱硫时新型吸附材料稀有元素改性复杂(需同时脱除有机硫和无机硫)、成本高、不稳定和易失活等缺点。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种利用高炉煤气脱硫、提纯CO和制取食品级CO2的系统，其特征在于：包括能喷淋有机胺液的吸收塔、用于解吸CO2和硫化物的解吸塔；吸收塔底部的进气口连接至高炉煤气、顶部的出气口经过压缩机连接至CO吸附塔底部，CO吸附塔的底部连接真空泵、顶部设有粗氮气出口，吸收塔底部的液体出口依次经过富液泵和换热器的升温通道连接至解吸塔顶部的液体进口，吸收塔顶部的液体进口依次经过冷却器、换热器的降温通道和贫液泵连接至解吸塔底部的液体出口，解吸塔顶部的气体出口依次连接第一冷凝器、缓冲罐、压缩机、用于分离出有机硫CS2的气液分离器、干燥塔、用于吸附无机硫H2S的无机硫吸附塔、第二冷凝器、用于脱除有机硫COS的精馏塔、过冷器和液态CO2储罐。
2.如权利要求1所述的利用高炉煤气脱硫、提纯CO和制取食品级CO2的系统，其特征在于：多个CO吸附塔并联使用。
3.如权利要求1所述的利用高炉煤气脱硫、提纯CO和制取食品级CO2的系统，其特征在于：CO吸附塔采用变压吸附塔。
4.如权利要求1所述的利用高炉煤气脱硫、提纯CO和制取食品级CO2的系统，其特征在于：解吸塔底部设有再沸器。
5.如权利要求1所述的利用高炉煤气脱硫、提纯CO和制取食品级CO2的系统，其特征在于：两个无机硫吸附塔并联使用。
6.如权利要求1所述的利用高炉煤气脱硫、提纯CO和制取食品级CO2的系统，其特征在于：第二冷凝液器采用制冷剂蒸发吸收热量。
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| CN202320316141.9U CN219907498U (zh) | 2023-02-24 | 2023-02-24 | 利用高炉煤气脱硫、提纯co和制取食品级co2的系统 |
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2023
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