一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法及系统，包括将焦炉煤气进行脱硫净化处理和氢气提纯处理，获得富氢气体；将高炉煤气进行除尘净化处理和脱硫脱氮处理，获得富CO2气；将富氢气体和富CO2气混合后压缩换热进行甲醇催化合成反应，获得甲醇产品，产生的甲醇驰放气与脱硫净化处理产生的焦炉气余气及氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合作为钢铁联合生产企业各生产工序及发电装置的燃料气。本发明专利技术采用富CO2的高炉煤气与来自焦炉煤气提纯后的氢气混合后去富CO2加氢制甲醇装置，工艺过程简单，实现了钢铁生产过程中二氧化碳的资源化利用，进一步降低了传统钢铁联合生产过程的二氧化碳排放，同时高附加值的产品增加了钢铁生产企业的经济效益。

Utilization method and system of carbon dioxide rich blast furnace gas

The invention provides a method and system for the utilization of carbon rich blast furnace gas, including the desulfurization purification treatment and hydrogen purification treatment of coke oven gas to obtain hydrogen rich gas. The blast furnace gas is treated with dust removal and purification treatment and desulphurization and denitrification treatment to obtain rich CO2 gas; the hydrogen rich gas and rich CO2 gas are mixed to compress heat exchange. The methanol catalytic synthesis reaction was carried out to obtain the methanol product, the gas residual gas from the coke oven gas and the hydrogen purification treatment produced by the desulphurization and purification treatment, as the fuel gas of the production process and the power generation unit of the steel joint production enterprise. The invention uses the rich CO2 blast furnace gas and the hydrogen mixed from the purified gas from the coke oven gas to make the CO2 hydrogenation unit to make the methanol unit. The process is simple, and the carbon dioxide is utilized in the process of iron and steel production, and the two carbon dioxide emission of the traditional steel combined production process is further reduced, and the high added value is produced. The product has increased the economic benefit of the iron and steel production enterprises.

【技术实现步骤摘要】
一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法及系统
本专利技术属于黑色金属冶炼
，特别是涉及一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法及系统。
技术介绍
钢铁行业是中国工业部门的重要组成部分，在中国的国民经济和城镇化进程中占着举足轻重的地位。中国粗钢产量自1996年起已经连续20年位列世界第一。2015年中国粗钢产量超过800Mt，占世界总产量的50％。2013年该行业总能耗为688.4Mtce，占工业部门能源消费量的23.65％，全国能源消费量的16.51％。但是，随着我国炼钢技术水平的提高，落后产能的淘汰，我国黑色钢铁冶炼及压延工业的单位能耗下降明显，同2000年相比下降了约28％左右但相比日本仍高出10％左右。根据2013年国家能源统计年鉴计算，黑色金属冶炼及压延工业2012年CO2排放达到16.9亿吨，占工业部门总排放量的30.4％。在2015年召开的全球气候变化大会上，中国政府承诺将于2030年左右使二氧化碳排放达到峰值并争取尽早实现，2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60％～65％。因此，作为中国的国民经济行业的能源消耗大户和碳排放大户，实现钢铁行业的低碳化的发展对中国目前面临的碳减排压力非常重要。目前钢铁联合生产企业实现降低能耗和减少二氧化碳排放的方式主要是钢铁生产技术的改进和替代如电炉钢技术和竖炉还原铁炼钢技术的应用以及传统钢铁生产过程中余热余能回收技术的使用如干法熄焦技术、烧结余热回收技术、高炉炉顶压差发电技术、蓄热式轧钢加热转炉技术、煤调湿技术等。但是，目前我国废钢产量少，用电费用高，电炉钢的生产不具备较好的经济竞争力，我国的电炉钢产量长期维持在10％左右。对于竖炉直接还原铁技术，目前全球80％的直接还原铁采用以天然气为原料的MIDREX和HYL工艺，我国由于天然气产量少，价格高，不具备规模化发展该技术的优势。对于传统钢铁生产过程，采用余热余能回收工艺从而降低生产系统的外供电和蒸汽从而降低间接CO2排放量是我国钢铁生产企业的主要节能减排的方法。从钢铁生产企业的碳素平衡分析，煤炭作为钢铁生产企业的原料(用于焦化和高炉工序)和燃料(用于发电和供热)，除少量碳被固定在焦化工序的化学品(煤焦油、粗笨)和生铁及粗钢产品中，超过90％以上的碳都作为CO2排放到了大气中。因此仅通过余热余能回收降低间接CO2排放是不够的，CO2作为含碳元素，应该同其他含碳元素一样被充分利用。传统钢铁生产过程中副产大量煤气，其中高炉煤气的CO2含量最高，脱氮后可达35～45％，同时高炉煤气的产量是钢铁生产过程中最大的，吨钢高炉煤气产量可达1500m3，目前大部分高炉煤气的利用方式是作为燃料与其他煤气混合后为各生产工序燃烧供热或去发电单元发电，而其含有的CO2全部排放至大气中。专利201010242294.0公布了一种回收利用高炉煤气的方法，高炉煤气压缩后进入变温吸附系统，再加压输送至变压吸附提碳系统提纯碳一混合气，再将剩余高炉煤气加压输送至变压吸附提氮系统，分离回收氮气，获得高纯度的碳一混合气和氮气，该专利仅涉及高炉煤气的分离和回收并未公布分离后的高纯碳一混合气的具体利用方法。专利201611058463.9公布了一种高效降低钢铁联合企业CO2排放的方法，将高炉煤气、氧气和水蒸气通入造气炉，在高温区与碳反应生成CO和H2，然后与通过焦炉气催化部分氧化工艺生产的氢气混合去甲醇生产系统。该专利甲醇原料气生产工艺系统复杂，且采用高温造气炉和催化部分氧化转化炉，设备投资大。本专利技术使用脱碳净化后富含CO2的高炉煤气与来自焦炉煤气变压吸附提纯后的氢气混合后去富CO2加氢制甲醇装置，合成气生产部分不含造价高的高温反应器，工艺过程简单，实现了钢铁生产过程中二氧化碳的资源化利用，进一步降低了传统钢铁联合生产过程的二氧化碳排放，同时高附加值的产品增加了钢铁生产企业的经济效益。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法及系统，用于解决现有技术中回收利用高炉煤气中CO2的工艺复杂、成本高、利用率低等的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，所述方法至少包括：提供焦炉煤气，将所述焦炉煤气依次进行脱硫净化处理和氢气提纯处理，获得富氢气体提供高炉煤气，将所述高炉煤气依次进行除尘净化处理和脱硫脱氮处理，获得富CO2气；将所述富氢气体和所述富CO2气混合后压缩换热，再进行甲醇催化合成反应，获得甲醇产品，所述甲醇催化合成反应产生的甲醇驰放气、所述脱硫净化处理产生的焦炉气余气以及所述氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气。作为本专利技术富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，所述焦炉煤气通过炼焦过程获得，所述高炉煤气通过高炉炼铁过程获得。作为本专利技术富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，将所述焦炉煤气先升压至常压～1.5MPa，然后进行所述脱硫净化处理，获得焦炉气净化气，然后将所述焦炉气净化气加压至1～3MPa，对所述焦炉气净化气进行所述氢气提纯处理，其中，所述焦炉气净化气回收率介于65％～80％之间，所述焦炉气净化气摩尔组成包括H2：55～60％、CO：5-8％，CH4：23～28％，CO2：1.5～3％，N2：3～6％。作为本专利技术富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，进行所述氢气提纯处理后，氢气的回收率介于75％～90％之间，获得的所述富氢气体中，氢气的摩尔含量大于95％。作为本专利技术富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，所述氢气提纯处理产生的所述变压吸附解吸气的热值介于20～28MJ/m3之间，所述变压吸附解吸气的摩尔组成包括H2：15～30％；CO：10～20％；CH4：35～50％，CO2：5～8％，N2：8～15％。作为本专利技术富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，所述脱硫净化处理包括胺法脱硫、加氢脱硫及吸附脱硫工艺中的一种。作为本专利技术富CO2的高炉煤气高附加值利用的方法的一种优化的方案，先将所述高炉煤气降温至90～260℃，然后进行所述除尘净化处理，获得高炉气净化气，所述高炉气净化气含尘量小于或者等于5mg/m3。作为本专利技术富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，进行所述除尘净化处理后，先将所述高炉气净化气升压至常压～1.5MPa，然后进行所述脱硫脱氮处理，获得所述富CO2气，所述富CO2气中的硫化物含量介于0.05～0.1ppm之间，所述富CO2气摩尔组成包括H2：1～5％，CO：48～55％，CO2：35～45％，N2：1～5％。作为本专利技术富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化的方案，所述富氢气体和所述富CO2气混合后形成甲醇原料气，所述甲醇原料气的氢碳摩尔比介于2.0～3之间，经压缩换热后将所述甲醇原料气升至3～7MPa，所述甲醇催化合成反应的温度介于220～300℃之间，合成气空速介于4000～15000hr-1之间，所述甲醇催化合成反应采用固定床反应器，采用的催化剂包括Cu/ZnO/Al2O3、Cu/ZnO/ZrO2、Cu/ZnO/TiO2及Cu/ZnO/Cr2O3中的一种。作为本专利技术富二氧化碳的高炉煤气的利用方法的一种优化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于，所述方法至少包括：提供焦炉煤气，将所述焦炉煤气依次进行脱硫净化处理和氢气提纯处理，获得富氢气体；提供高炉煤气，将所述高炉煤气依次进行除尘净化处理和脱硫脱氮处理，获得富CO2气；将所述富氢气体和所述富CO2气混合后压缩换热，再进行甲醇催化合成反应，获得甲醇产品，所述甲醇催化合成反应产生的甲醇驰放气、所述脱硫净化处理产生的焦炉气余气以及所述氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气。

【技术特征摘要】
1.一种富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于，所述方法至少包括：提供焦炉煤气，将所述焦炉煤气依次进行脱硫净化处理和氢气提纯处理，获得富氢气体；提供高炉煤气，将所述高炉煤气依次进行除尘净化处理和脱硫脱氮处理，获得富CO2气；将所述富氢气体和所述富CO2气混合后压缩换热，再进行甲醇催化合成反应，获得甲醇产品，所述甲醇催化合成反应产生的甲醇驰放气、所述脱硫净化处理产生的焦炉气余气以及所述氢气提纯处理产生的变压吸附解析气混合作为钢铁联合生产企业各生产工序以及发电装置的燃料气。2.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：所述焦炉煤气通过炼焦过程获得，所述高炉煤气通过高炉炼铁过程获得。3.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：将所述焦炉煤气先升压至常压～1.5MPa，然后进行所述脱硫净化处理，获得焦炉气净化气，再将所述焦炉气净化气加压至1MPa～3MPa，对所述焦炉气净化气进行所述氢气提纯处理，其中，所述焦炉气净化气回收率介于65％～80％之间，所述焦炉气净化气摩尔组成包括H2：55～60％，CO：5-8％，CH4：23～28％，CO2：1.5～3％，N2：3～6％。4.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：进行所述氢气提纯处理后，氢气的回收率介于75％～90％之间，获得的所述富氢气体中，氢气的摩尔含量大于95％。5.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：所述氢气提纯处理产生的所述变压吸附解吸气的热值介于20～28MJ/m3之间，所述变压吸附解吸气的摩尔组成包括H2：15～30％；CO：10～20％；CH4：35～50％，CO2：5～8％，N2：8～15％。6.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：所述脱硫净化处理包括胺法脱硫、加氢脱硫及吸附脱硫工艺中的一种。7.根据权利要求1所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：先将所述高炉煤气降温至90～260℃，然后进行所述除尘净化处理，获得高炉气净化气，所述高炉气净化气含尘量小于或者等于5mg/m3。8.根据权利要求7所述的富二氧化碳的高炉煤气的利用方法，其特征在于：进行所述除尘净化处理后，先将所述高炉气净化气升压至常压～1.5MPa，然后进行所述脱硫脱氮处理，获得所述富CO2气，所述富CO2气中的硫化物含量介于0.05～0.1p...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈倩倩，孙予罕，唐志永，顾宇，汪丹峰，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：上海,31