一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统。该系统包括：转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置、焦炉煤气提氢装置、富甲烷气转化制氢装置、乙醇合成装置、以及燃料气调配装置；所述转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置所得一氧化碳，和焦炉煤气提氢装置以及富甲烷气转化制氢装置所得氢气，分别输至所述乙醇合成装置用以合成乙醇；所述焦炉煤气提氢装置中所得富甲烷气中的部分进入所述富甲烷气转化制氢装置用以制氢，部分用作燃料气供富甲烷气转化制氢装置使用，部分输送至所述燃料气调配装置与钢厂富余转炉煤气和/或高炉煤气混和调配得到预定热值要求的燃料气。

【技术实现步骤摘要】
一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统
本技术涉及钢厂尾气综合利用领域，具体涉及一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统。
技术介绍
乙醇是一种重要的化工原料和能源化学品，主要用于车用燃料、工业溶剂、有机化工原料、消毒剂、食品等。其中燃料乙醇是良好的辛烷值调和组分和汽油增氧剂，能够有效降低汽车尾气中的PM2.5和一氧化碳排放，减少温室气体和污染物排放，受到广泛关注。目前按我国的燃料乙醇标准，乙醇汽油是用90％的普通汽油与10％的燃料乙醇调和而成，乙醇汽油在全国11个省区全部和部分区域进行了推广试点。2018年中国汽油表观消费量为1.28亿吨，车用汽油消费量约为1亿吨，按10％的添加比例，燃料乙醇的需求约1000万吨，但目前的实际年利用量还不到300万吨左右，与需求量相距甚远。按照《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》，燃料乙醇等新能源属国家重点培育和发展的战略性新兴产业，具有广阔的市场前景。目前，国内外乙醇生产方法主要有生物发酵法、醋酸加氢、醋酸酯化加氢、二甲醚法。我国以消化陈化粮为主生产燃料乙醇的产能约100万吨/年，但生物发酵法燃料乙醇受“与人争粮”的制约，国家粮食安全政策对其发展有所限制。中国燃料乙醇行业逐渐向非粮经济作物和纤维素原料综合利用方向转变，但限于资源量限制往往也难以形成较大规模，专利申请CN101003818A公开一种以高粱秸秆制取燃料乙醇工艺的方法。近几年，以煤炭或钢厂尾气的资源化利用制取乙醇新技术已逐渐开展示范项目建设。2013年首钢自动化信息技术有限公司建设投产一套年产300吨钢厂工业煤气制备乙醇实验示范装置，采用LanzaTech公司生物发酵技术利用净化后的钢厂尾气焦炉气、转炉气、高炉气中的CO进行微生物厌氧发酵生产乙醇、乙酸等，实验结果表明钢厂尾气制乙醇化学品的经济效益比煤气燃烧发电效益提高近3倍。2018年4.5万吨/年工业尾气生物发酵法制燃料乙醇项目在首钢京唐公司调试成功。专利申请CN106316786A《用焦炉煤气提氢制乙醇的方法》采用醋酸加氢工艺生产乙醇，其中提到先将焦炉煤气进行预净化精制、一氧化碳变换、湿法脱硫、湿法脱碳，精脱硫、甲烷化等净化措施，净化气再通过PSA变压吸附提取甲烷、氢气，然后以醋酸为原料与氢气进行加氢反应生产乙醇，提氢后的尾气回送焦炉作燃料。该工艺中焦炉煤气先经过了除尘、除焦油、萘和苯、脱硫、脱碳等复杂的预处理净化工艺却只利用了其中的氢气，其他的甲烷、CO等有效组分未能最大化资源利用。另外，醋酸法的流程中物料存在浓硫酸和醋酸的双腐蚀作用，因此设备须采用耐腐蚀材质。专利申请CN109776261A《一种焦炉煤气直接制醇的方法及系统》采用原料焦炉煤气净化后提氢，提氢后的焦炉气与二氧化碳通过干重整反应，生产的粗合成气与PSA提取氢气混合配制成一定氢碳比的合成气送往甲醇或乙醇生产装置。该工艺干重整反应采用金属铑、镍、钌、铱等贵金属催化剂，催化剂易积碳失活寿命较短，目前均处于实验室研究阶段，而且为防止催化剂中毒原料气净化要求较高。另外，上述专利提到的一步法合成气直接制乙醇技术还处于实验室阶段，尚未大规模工业化。目前，我国作为钢铁生产大国每年炼焦制气厂可产出近2000亿立方米焦炉煤气、几百亿立转炉煤气，钢厂尾气资源十分丰富。一般，钢铁企业煤气利用方式主要是燃料化利用和资源化利用两种方式。现焦炉煤气主要作为燃料，70％左右用作生产燃料、发电及城市产业和居民用气，有的甚至直接作为废气去火炬燃烧排放。焦炉煤气主要组份为氢气(50-60mol％)、一氧化碳(5-8mol％)、甲烷(20-27mol％)等，H2和CO的热值明显低于天然气，焦炉煤气用作燃料气则浪费了大量氢气、一氧化碳。另外，每单位CO2体积排放量对应的CO燃烧消耗所能产生的低位热值仅为甲烷的35％左右，富含甲烷气作燃料气明显可减排CO2，对富含一氧化碳的转炉煤气(CO:55-66％)、高炉煤气(CO:23-30％)进行资源化利用具有潜在价值。因此，钢厂尾气的资源化利用是企业延长产业链创造效益的重要发展方向，这也符合2019年国家发布“产业结构调整指导目录”中优先鼓励的建设项目，目录指出第一类鼓励类第八项“钢铁”中的第2条“焦炉煤气高附加值利用”和第10条“钢铁行业超低排放技术，以及副产物资源化、再利用化技术”。本技术目的即为对钢厂尾气进行资源化利用生产化工产品乙醇。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种钢厂尾气综合利用制乙醇的方法及系统。本技术的方法以钢厂尾气为初始原料，其中，焦炉煤气制氢气、转炉煤气和/或高炉煤气制一氧化碳，之后氢气和一氧化碳用于合成乙醇；并且将制氢气过程中产生的富甲烷气通过燃料气调配装置总体调配，以使钢厂尾气得到最大程度资源化综合利用，达到提高有效能量利用，减排二氧化碳，提高钢厂整体经济效益的目的。为了实现以上目的，本技术采用以下技术方案：本技术第一个方面提供一种钢厂尾气综合利用制乙醇的方法，该方法包括以下步骤：以转炉煤气和/或高炉煤气经粗脱净化、加压后除氧脱硫脱碳、气体分离提纯一氧化碳；焦炉煤气经粗脱净化、加压后采用变压吸附PSA提氢，产生的富甲烷气部分转化制氢，部分与富余的转炉煤气和/或高炉煤气进行燃料气调配；将所得一氧化碳和氢气用于合成乙醇。在本技术的一个优选方案中，优选地，所述乙醇的合成采用经二甲醚的间接合成法。除此之外，对于乙醇的合成还可采用其他直接法或者间接法。在该优选方案中，优选地，所述经二甲醚的间接合成法包括以下步骤：甲醇先经二甲醚化，生成的二甲醚再与一氧化碳进行二甲醚羰基化反应制得醋酸甲酯，所得醋酸甲酯与氢气进行加氢反应生成乙醇和副产物甲醇，分离得到乙醇产品，甲醇输至二甲醚化过程中进行循环利用。在本技术的一个优选实施例中，乙醇合成过程具体包括：甲醇经过脱水和分离得到二甲醚，二甲醚经过气化后与CO混合进入羰基化反应器，经过羰基化反应生成醋酸甲酯，分离后醋酸甲酯与氢气在加氢反应器中反应得到乙醇和甲醇，经分离后得到乙醇，甲醇返回二甲醚合成单元作为原料循环利用；反应产生的富氢驰放气、富一氧化碳驰放气分别送至提纯一氧化碳、制氢过程中进行回收。在本技术的一个优选方案中，优选地，富甲烷气转化制氢的过程包括：净化处理、水蒸气转化、CO变换、变压吸附PSA提氢；所述转炉煤气和/或高炉煤气制得的CO部分输至所述CO变换中。在该优选方案中，进一步优选地，所述净化处理包括焦炉煤气提氢后的富甲烷气加氢转化脱有机硫、除氧、深度净化除氯，脱除羰基金属(富甲烷气中含有的羰基铁、镍)以及精脱硫。在本技术的一个优选方案中，优选地，以转炉煤气和/或高炉煤气制一氧化碳的过程中：所述粗脱净化包括除尘、脱除杂质组分；所述加压采用离心式、螺杆式或往复式压缩机，优选离心式压缩机；所述脱硫采用湿法脱硫或干法脱硫，优选干法脱硫技术；所述脱碳采用胺洗或PSA脱除CO2，优选PSA脱除CO2；所述气体分离提纯一氧化碳采用深冷技术、变压吸附或膜分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，该系统包括：/n转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置、焦炉煤气提氢装置、富甲烷气转化制氢装置、乙醇合成装置、以及燃料气调配装置；/n所述转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置所得一氧化碳，和焦炉煤气提氢装置以及富甲烷气转化制氢装置所得氢气，分别输至所述乙醇合成装置用以合成乙醇；所述焦炉煤气提氢装置中所得富甲烷气中的部分进入所述富甲烷气转化制氢装置用以制氢，部分用作燃料气供富甲烷气转化制氢装置使用，部分输送至所述燃料气调配装置与钢厂富余转炉煤气和/或高炉煤气混和调配得到预定热值要求的燃料气。/n

【技术特征摘要】
1.一种钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，该系统包括：
转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置、焦炉煤气提氢装置、富甲烷气转化制氢装置、乙醇合成装置、以及燃料气调配装置；
所述转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置所得一氧化碳，和焦炉煤气提氢装置以及富甲烷气转化制氢装置所得氢气，分别输至所述乙醇合成装置用以合成乙醇；所述焦炉煤气提氢装置中所得富甲烷气中的部分进入所述富甲烷气转化制氢装置用以制氢，部分用作燃料气供富甲烷气转化制氢装置使用，部分输送至所述燃料气调配装置与钢厂富余转炉煤气和/或高炉煤气混和调配得到预定热值要求的燃料气。


2.根据权利要求1所述的钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，所述转炉煤气和/或高炉煤气提纯一氧化碳装置包括：包括粗脱净化装置、压缩装置、除氧装置、脱硫装置、脱碳装置以及气体分离提纯CO装置。


3.根据权利要求2所述的钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，所述粗脱净化装置包括布袋除尘器和/或杂质吸附塔。


4.根据权利要求2所述的钢厂尾气综合利用制乙醇的系统，其特征在于，所述压缩装置为离心...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦明，段文杰，王永锋，陈寅，张恩华，贾岩，李祁光，
申请(专利权)人：北京石油化工工程有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11