一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的方法和系统技术方案

本发明专利技术一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的方法和系统，属于转炉煤气资源化利用和CO2提纯制备的技术领域。低N2含量的转炉煤气和以O2、CO2为主要成分的氧化剂在密闭燃烧装置中燃烧，燃烧热量经换热装置得以利用，燃烧烟气经过净化处理后得到富含CO2的纯净烟气，富含CO2的纯净烟气既可用于提纯和制备高纯度CO2，也可作为低纯度CO2直接使用，低纯度CO2和高纯度CO2被循环用于转炉喷吹、转炉密封和制备煤气燃烧所需的氧化剂。本发明专利技术的优点是可以获得低N2含量的转炉煤气，循环利用转炉煤气燃烧产生的烟气，减少氮氧化物的生成和排放，高效率低成本地获得低纯度CO2和制备高纯度CO2。

【技术实现步骤摘要】
一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的方法和系统
本专利技术属于转炉煤气资源化利用和CO2提纯制备的
，涉及一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的方法和系统。
技术介绍
转炉炼钢过程中，铁水中的碳与氧气剧烈反应，生成大量的CO和少量的CO2，成为转炉煤气的主要成分。为了增强熔池搅拌强度，加快冶金反应速度，转炉通常底吹N2和Ar气体，吹入的N2和Ar气体绝大部分进入转炉煤气；转炉除尘抽风过程中，大量空气由转炉炉口吸入，空气中的大量N2将直接进入转炉煤气；为减少空气吸入，防止煤气泄漏，转炉炉口、氧枪孔等位置通常采用喷吹N2气密封，密封效果一般，同时转炉煤气中N2气增加；因此，普通转炉煤气成分一般为CO、CO2和10%~40%的N2等。由于高比例N2的存在，使得转炉煤气的热值不高，常规燃烧温度不高，限制了其广泛应用。即使转炉煤气使用纯氧气燃烧工艺，虽然能在一定程度上提高火焰温度，其因煤气中本身含有大量N2，势必会造成氮氧化物大量产生。而氮氧化物目前已成为雾霾产生的主要诱因之一，国内限制排放。目前转炉煤气主要用于轧钢加热、钢包烘烤、燃烧发电等，转炉煤气燃烧产生大量CO2，均未利用直接排放，是钢铁气体温室气体排放的重要源头，但转炉煤气燃烧尾气中CO2浓度一般仅为20%~40%，分离回收CO2难点较大，成本过高。常规顶底复吹转炉通常采用顶吹纯O2和底吹N2/Ar的冶炼方式，该工艺易造成熔池升温过快，不利于冶炼前期控温脱磷，顶吹氧气射流产生的火点区温度高，导致烟尘产生量大，而且底吹氮气易导致钢水氮含量超标。大量研究表明，CO2在顶底复吹转炉炼钢工艺中有着巨大的应用价值，采用O2-CO2混合喷吹炼钢工艺，有助于降低烟尘产生量，增强熔池搅拌，改善脱磷效果，降低钢水氮含量。但是，大多数企业并没有CO2气源，无法采用O2-CO2混合喷吹炼钢工艺。目前，CO2回收和制备的主要思路是选用石灰窑或者热电厂的尾气作为原料气，但石灰窑或热电厂的尾气中CO2含量通常仅为20~35%，CO2含量相对较低，且杂质成分较多，导致CO2的分离、提纯和制备成本大幅增加。
技术实现思路
本专利技术的目的，是要提供一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的方法和系统，以克服现有技术存在的问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的方法，该方法利用低N2含量的转炉煤气和以O2、CO2为主要成分的氧化剂在煤气燃烧装置中燃烧，燃烧热量经换热装置得以利用，燃烧烟气经过净化处理后得到富含CO2的纯净烟气，所述富含CO2的纯净烟气被定义为低纯度CO2，一部分所述的低纯度CO2被用于提纯和制备高纯度CO2；所述的低纯度CO2和高纯度CO2被循环至转炉供气系统，用于转炉顶吹、转炉底吹和转炉密封保护，获得所述的低N2含量的转炉煤气；所述的低纯度CO2和高纯度CO2被循环至氧化剂配气柜，与工业纯O2混合制备转炉煤气燃烧所需的以O2、CO2为主要成分的氧化剂；所述的高纯度CO2作为产品用作其它用途。进一步，该方法具体包括下述步骤：步骤1：将转炉炼钢产生的低N2含量的转炉煤气储存在煤气柜中；步骤2：将所述煤气柜中的转炉煤气与氧化剂配气柜中的氧化剂按照配比导入煤气燃烧装置中进行混合燃烧；步骤3：所述煤气燃烧装置中燃烧产生的高温烟气经过换热装置后进入燃烧烟气净化储存系统中，在所述燃烧烟气净化储存系统进行成分分析，成分合格的烟气在燃烧烟气净化储存系统中进行净化和储存，得到富含CO2的纯净烟气，所述富含CO2的纯净烟气被定义为低纯度CO2，成分不合格的烟气在燃烧烟气净化储存系统中进行净化后经燃烧烟气排空烟囱中进行排空；步骤4：经过步骤3处理的得到一部分所述的低纯度CO2导入CO2提纯制备储存系统，得到高纯度CO2；步骤5：将步骤3得到一部分所述的低纯度CO2和步骤4得到一部分高纯度CO2导入转炉供气系统，与其它介质混合作为转炉顶吹气体、底吹气体和密封保护气体；步骤6：步骤3得到一部分所述的低纯度CO2和步骤4得到一部分高纯度CO2导入氧化剂配气柜中与工业纯O2混合制备转炉煤气燃烧所需的氧化剂。步骤7：将步骤4得到的高纯度CO2中的一部分通过产品气管路收集作为产品用作其它用途。进一步，所述低N2含量的转炉煤气是利用所述的低纯度CO2和高纯度CO2对转炉进行密封保护获得的，以CO2代替N2进行转炉底吹，以CO2代替N2作为转炉氧枪孔密封气体，向转炉炉口周围喷吹CO2来抑制空气中N2的混入。进一步，所述低N2含量的转炉煤气中N2含量为0~20%，CO含量为50%~90%，CO2含量为10%~50%。进一步，所述以O2、CO2为主要成分的氧化剂由所述的低纯度CO2、高纯度CO2和工业纯O2混合制备，其中O2含量为5%~100%，CO2含量为0~95%，N2含量为0~20%。进一步，所述低纯度CO2中的CO2含量为75%~95%，N2含量为0~20%，O2含量为0~5%，CO含量为0~1%；所述高纯度CO2中的CO2含量为98%~100%。进一步，所述步骤3中气体分析判断条件是：如果烟气中CO2含量为75%~95%，N2含量为0~20%，O2含量为0~5%，CO含量为0~1%，则为成分合格的烟气，否则为成分不合格的烟气。本专利技术的另一目的是提供实现上述方法的利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的系统，该系统包括转炉供气系统，转炉，煤气柜，氧化剂配气柜，用于煤气燃烧的煤气燃烧装置，换热装置，用于分析燃烧后烟气成分并对成分合格的烟气进行净化和储存，对成分不合格的烟气进行净化和排空的燃烧烟气净化储存系统，用于根据燃烧烟气成分调整转炉煤气和氧化剂流量使得燃烧烟气成分合格的燃烧控制系统，CO2提纯制备储存系统，转炉顶吹装置，氧枪孔密封装置，炉口气氛保护装置，转炉底吹装置、氧气管道和燃烧烟气排空烟囱，所述转炉与所述煤气柜连接，所述煤气柜和所述氧化剂配气柜均与所述煤气燃烧装置连接，所述换热装置与所述煤气燃烧装置连接，所述燃烧烟气净化储存系统的一端与所述煤气燃烧装置连接，另一端分别与所述转炉供气系统、CO2提纯制备储存系统的进气口、氧化剂配气柜和燃烧烟气排空烟囱连接，所述燃烧控制系统的一端与所述燃烧烟气净化储存系统连接，另一端与所述煤气燃烧装置连接，所述CO2提纯制备储存系统的出气口通过管路分别与所述转炉供气系统、氧化剂配气柜和产品气管路连接；所述转炉供气系统分别与所述转炉顶吹装置、氧枪孔密封装置、炉口气氛保护装置和转炉底吹装置连接。进一步，该系统包括炉口气氛保护装置，通过向转炉炉口周围喷吹保护气体来抑制空气的混入，所述炉口气氛保护装置设置在所述转炉的炉口位置，所述炉口气氛保护装置通过管路与所述转炉供气系统连接。进一步，所述燃烧控制系统采集所述燃烧烟气净化储存系统分析得到的烟气成分信息，反馈调节所述煤气燃烧装置入口的转炉煤气流量和氧化剂流量。进一步，所述燃烧烟气净化储存系统包括主体，以及设置在主体内部的烟气成分分析装置、烟气净化装置、合格烟气储罐和不合格烟气排空管道，所述烟气成分分析装置、烟气净化装置和合格烟气储罐依次连接，所述不合格烟气排空管道设置在烟气净化装置和合格烟气储罐之间，且所述不合格烟气排空管道与所述燃烧烟气排空烟囱连接，所述烟气成分分析装置与所述燃烧控制系统连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的方法，其特征在于，该方法利用低N2含量的转炉煤气和以O2、CO2为主要成分的氧化剂在煤气燃烧装置中燃烧，燃烧热量经换热装置得以利用，燃烧烟气经过净化处理后得到富含CO2的纯净烟气，所述富含CO2的纯净烟气被定义为低纯度CO2，一部分所述的低纯度CO2被用于提纯和制备高纯度CO2；所述的低纯度CO2和高纯度CO2被循环至转炉供气系统，用于转炉顶吹、转炉底吹和转炉密封保护，获得所述的低N2含量的转炉煤气；所述的低纯度CO2和高纯度CO2被循环至氧化剂配气柜，与工业纯O2混合制备转炉煤气燃烧所需的以O2、CO2为主要成分的氧化剂；所述的高纯度CO2作为产品用作其它用途。

【技术特征摘要】
1.一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的方法，其特征在于，该方法利用低N2含量的转炉煤气和以O2、CO2为主要成分的氧化剂在煤气燃烧装置中燃烧，燃烧热量经换热装置得以利用，燃烧烟气经过净化处理后得到富含CO2的纯净烟气，所述富含CO2的纯净烟气被定义为低纯度CO2，一部分所述的低纯度CO2被用于提纯和制备高纯度CO2；所述的低纯度CO2和高纯度CO2被循环至转炉供气系统，用于转炉顶吹、转炉底吹和转炉密封保护，获得所述的低N2含量的转炉煤气；所述的低纯度CO2和高纯度CO2被循环至氧化剂配气柜，与工业纯O2混合制备转炉煤气燃烧所需的以O2、CO2为主要成分的氧化剂；所述的高纯度CO2作为产品用作其它用途。2.根据权利要求1所述的一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的方法，其特征在于，具体包括下述步骤：步骤1：将转炉（2）炼钢产生的低N2含量的转炉煤气储存在煤气柜（3）中；步骤2：将所述煤气柜（3）中的转炉煤气与氧化剂配气柜（4）中的氧化剂按照配比导入煤气燃烧装置（5）中进行混合燃烧；步骤3：所述煤气燃烧装置中燃烧产生的高温烟气经过换热装置（6）后进入燃烧烟气净化储存系统（7）中，在所述燃烧烟气净化储存系统（7）进行成分分析，成分合格的烟气在燃烧烟气净化储存系统中进行净化和储存，得到富含CO2的纯净烟气，所述富含CO2的纯净烟气被定义为低纯度CO2，成分不合格的烟气在燃烧烟气净化储存系统（7）中进行净化后经燃烧烟气排空烟囱（15）进行排空；步骤4：经过步骤3处理得到的一部分所述的低纯度CO2导入CO2提纯制备储存系统（9），得到高纯度CO2；步骤5：将步骤3得到一部分所述的低纯度CO2和步骤4得到一部分高纯度CO2导入转炉供气系统（1），与其它介质混合作为转炉顶吹气体、底吹气体和密封保护气体；步骤6：步骤3得到一部分所述的低纯度CO2和步骤4得到一部分高纯度CO2导入氧化剂配气柜（4）中与工业纯O2混合制备转炉煤气燃烧所需的氧化剂；步骤7：将步骤4得到的高纯度CO2中的一部分通过产品气管路（16）收集作为产品用作其它用途。3.根据权利要求2所述的一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的方法，其特征在于，所述低N2含量的转炉煤气是利用所述的低纯度CO2和高纯度CO2对转炉进行密封保护获得的，以CO2代替N2进行转炉底吹，以CO2代替N2作为转炉氧枪孔密封气体，向转炉炉口周围喷吹CO2来抑制空气中N2的混入。4.根据权利要求2所述的一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的方法，其特征在于，所述低N2含量的转炉煤气中N2含量为0~20%，CO含量为50%~90%，CO2含量为10%~50%。5.根据权利要求2所述的一种利用转炉煤气制备CO2及循环喷吹的方法，其特征在于，所述以O2、CO2为主要成分的氧化剂由所述的低纯度CO2、高...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱荣，胡绍岩，董凯，魏光升，王云，武文合，吴学涛，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11