一种近零碳排放的高炉长流程钢化联产工艺及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种近零碳排放的高炉长流程钢化联产工艺及其系统，所述工艺包括如下步骤：高炉煤气经变压吸附脱碳分离出解吸气和脱碳气体；解吸气经液化精馏提纯得液态二氧化碳；脱碳气体一部分回用高炉，另一部分与精制转炉煤气、经轻烃转化过的焦炉煤气混合后经低温甲醇洗、变温吸附和两段变压吸附分离出CO+N2、H2物流，用于合成乙二醇。本发明专利技术通过钢焦融合、钢化联产的思路与优势，把“碳”由燃料转化为原料，由排放固化为产品，走绿色、低碳、高效发展道路；主要利用氧气高炉煤气脱碳自循环降低高炉炼铁碳排放，并将富余脱碳气体、焦炉煤气和转炉煤气作为制造化工产品的原料，实现“固碳减排”并增值增效，从源头上大幅减少一次能源的消耗。能源的消耗。能源的消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种近零碳排放的高炉长流程钢化联产工艺及其系统


[0001]本专利技术涉及钢铁冶炼
，特别是涉及一种近零碳排放的高炉长流程钢化联产工艺及其系统。

技术介绍

[0003]目前，关于钢铁企业煤气的综合利用中，除焦炉煤气制氢、LNG等特殊工艺具有较高的利用附加值外，其它如高炉煤气、转炉煤气或高炉煤气、转炉煤气掺混焦炉煤气作燃料气、CCPP发电等热能利用方式，产生的附加值均较低。鉴于此，为提高钢铁企业煤气的综合利用价值，研究学者认为充分利用煤气的化学能，将其中一部分煤气作为还原性气体返吹进高炉以降低高炉的焦比和喷煤量，此种利用方式不仅可以有效地降低高炉的运行成本，而且可以提高化石能源的利用效率，其它富余煤气作为化工原料制备化工产品，形成上下游链条精细加工生产，替换市场上以煤炭为原料制备的化工品。既可解决煤化工的原料问题和装置低成本需要，也可实现钢铁企业煤气的回收利用问题，真正从源头上降低国家化石燃料的消耗总量和碳排放总量，符合国家碳减排政策。
[0004]甲醇作为多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，甲醇产业链上游生产原料主要包括煤焦炉气和天然气等；甲醇下游应用广泛，主要为能源与化工品，我国每年甲醇消费量在7000～8000万吨。从我国生产原料上来看，目前主要以煤制甲醇为主，占比高达76％；此外，焦炉煤气制甲醇和天然气甲醇分别占比17％、7％。
[0005]乙二醇(ethylene glycol，简称EG)是一种重要的有机化工原料，广泛地应用于可用于防冻液、聚酯纤维(聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯)、纳米材料等化学化工产品的生产。国内外市场前景广阔，尽管近年来我国乙二醇生产能力平均每年以10％左右的速度增长，但是目前国内乙二醇产量远不能满足日益增长的市场需求，对外依存度一直高于60％；由于我国石油资源较为匮乏，石油乙烯生产路线有着一定的局限性，所以利用我国丰富的煤炭资源生产乙二醇的煤路线本是符合我国的能源结构与工业发展。
[0006]通过煤制甲醇和乙二醇工艺研究分析，发现煤路线的实质是利用合成气进行甲醇和乙二醇生产，并且煤气化工段的能耗占整体煤制甲醇和乙二醇能耗的30％以上，如果利用不经煤气化工艺生产的合成气气源，并使用二氧化碳加氢制甲醇和催化偶联加氢技术进行乙二醇的生产，则可节省出煤气化过程建设与气化炉等设备成本，有效降低甲醇和乙二醇的生产成本并充分利用可再生能源。钢铁企业三种煤气中的焦炉煤气含有约60％的H2，转炉煤气含有约60％的CO，氧气高炉煤气含有约45％CO，上述煤气经提纯后可组成合成气并进行甲醇和乙二醇的生产，充分利用钢铁企业煤气资源的化学能。
[0007]基于上述情况，如何对高炉、转炉和焦炉煤气进行高附加值综合利用，降低钢铁生产成本，一直是钢铁企业关注的重要问题。如何在高效利用煤气资源的同时，还可以大幅度减少钢铁企业碳排放，仍是目前需要解决的难题。

技术实现思路

[0008]针对钢铁企业现有煤气利用效率较低的问题，本专利技术的提供了一种近零碳排放的高炉长流程钢化联产工艺及其系统，一是解决了高炉煤气制取脱碳气体的能耗高、回收率低的问题，二是解决了捕集二氧化碳产品纯度较低、不利于运输的问题，三是解决了高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气利用效率低、增加碳排放的问题，四是为化工品乙二醇和甲醇的制备提供了一种成本更低的路径。
[0009]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种近零碳排放的高炉长流程钢化联产工艺，包括如下步骤：
[0010]将高炉煤气经变压吸附脱碳分离出解吸气和脱碳气体；
[0011]所述解吸气经液化精馏提纯处理得到液态二氧化碳；
[0012]所述脱碳气体一部分回用高炉，另一部分与精制转炉煤气、经轻烃转化过的焦炉煤气混合形成混合煤气；
[0013]所述混合煤气经低温甲醇洗、变温吸附和两段变压吸附分离出两股物流，用于合成乙二醇，其中一股物流包括CO和N2，另一股物流包括H2。
[0014]进一步，所述液态二氧化碳用于驱油、封存或作为合成甲醇的原料。
[0015]进一步，将80％及以上气量的脱碳气体回用高炉，将20％及以下气量的脱碳气体与精制转炉煤气、经轻烃转化过的焦炉煤气混合形成混合煤气。
[0016]进一步，所述解吸气精馏过程中分离得到的不凝气回收冷量后返回与高炉煤气一起进行变压吸附脱碳，再次回收还原性组分，实现高炉煤气中还原性组分100％回收。
[0017]进一步，所述脱碳气体与精制转炉煤气进行催化脱硫脱氧净化后，再与所述经轻烃转化过的焦炉煤气混合形成混合煤气。
[0018]进一步，所述工艺还包括如下步骤：
[0019]将经过预处理的高炉煤气进行变压吸附脱碳，
[0020]将转炉炼钢过程中副产的转炉煤气进行预处理得到所述精制转炉煤气，
[0021]将经轻烃转化过的焦炉煤气进行预处理后，再与脱碳气体、精制转炉煤气混合形成混合煤气；
[0022]所述预处理过程包括除尘、降温、脱硫、加压中的至少一种工序。
[0023]进一步，在进行低温甲醇洗之前，所述混合煤气中，所述脱碳气体、精制转炉煤气、经轻烃转化过的焦炉煤气均满足以下条件(a)至(d)中的至少一种：
[0024](a)温度小于或等于40℃；
[0025](b)氧气含量小于或等于50ppm；
[0026](c)硫化氢含量小于或等于0.1ppm；
[0027](d)压力为2.0～3.5MPa。
[0028]进一步，经低温甲醇洗处理后的混合煤气包括H2、CO、N2和其他杂质，所述其他杂质及其浓度要求包括：甲醇≤20ppm，CO2≤20ppm，硫化物≤0.1ppm，氧气≤50ppm。
[0029]进一步，在低温甲醇洗过程中，吸收杂质的甲醇经过甲醇回收处理后返回低温甲醇洗循环使用，分离出的杂质硫化氢、CO2进入解吸气干燥工序进行干燥处理，随后与解吸气一起进行深冷液化和精馏。
[0030]进一步，经低温甲醇洗处理后的混合煤气经变温吸附脱除重杂质组分，所述重杂
质组分包括甲醇和水分。
[0031]进一步，经变温吸附处理后的混合煤气经两段变压吸附分离出两股物流，所述两段变压吸附包括依次进行的I段变压吸附和II段变压吸附，经I段变压吸附分离出的物流包括CO和N2，经II段变压吸附的物流包括H2；优选地，经I段变压吸附分离出的物流包括CO和N2，且H2含量小于或等于50ppm，经II段变压吸附的物流包括H2，且CO含量小于或等于20ppm。
[0032]进一步，所述合成乙二醇的过程采用催化偶联加氢技术，包括如下步骤：
[0033]以亚硝酸甲酯为原料，以包括CO和N2的物流为原料气和稀释剂，合成草酸二甲酯；
[0034]以前述步骤合成的草酸二甲酯，以包括H2的物流为原料气，合成乙二醇。
[0035]进一步，所述工艺还包括如下步骤：在合成乙二醇的过程中，补充氢气；优选地，包括H2的物流与补充氢气的体积流量比为1:0.5～1.5；更优选地，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近零碳排放的高炉长流程钢化联产工艺，其特征在于，包括如下步骤：将高炉煤气经变压吸附脱碳分离出解吸气和脱碳气体；所述解吸气经液化精馏提纯处理得到液态二氧化碳；所述脱碳气体一部分回用高炉，另一部分与精制转炉煤气、经轻烃转化过的焦炉煤气混合形成混合煤气；所述混合煤气经低温甲醇洗、变温吸附和两段变压吸附分离出两股物流，用于合成乙二醇，其中一股物流包括CO和N2，另一股物流包括H2。2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述液态二氧化碳用于驱油、封存或作为合成甲醇的原料；和/或，将80％及以上气量的脱碳气体回用高炉，将20％及以下气量的脱碳气体与精制转炉煤气、经轻烃转化过的焦炉煤气混合形成混合煤气；和/或，所述解吸气精馏过程中分离得到的不凝气回收冷量后返回与高炉煤气一起进行变压吸附脱碳，再次回收还原性组分。3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述脱碳气体与精制转炉煤气进行催化脱硫脱氧净化后，再与所述经轻烃转化过的焦炉煤气混合形成混合煤气。4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述工艺还包括如下步骤：将经过预处理的高炉煤气进行变压吸附脱碳，将转炉炼钢过程中副产的转炉煤气进行预处理得到所述精制转炉煤气，将经轻烃转化过的焦炉煤气进行预处理后，再与脱碳气体、精制转炉煤气混合形成混合煤气；所述预处理过程包括除尘、降温、脱硫、加压中的至少一种工序。5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：在进行低温甲醇洗之前，所述混合煤气中，所述脱碳气体、精制转炉煤气、经轻烃转化过的焦炉煤气均满足以下条件(a)至(d)中的至少一种：(a)温度小于或等于40℃；(b)氧气含量小于或等于50ppm；(c)硫化氢含量小于或等于0.1ppm；(d)压力为2.0～3.5MPa。6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：经低温甲醇洗处理后的混合煤气包括H2、CO、N2和其他杂质，所述其他杂质及其浓度要求包括：甲醇≤20ppm，CO2≤20ppm，硫化物≤0.1ppm，氧气≤50ppm；和/或，在低温甲醇洗过程中，吸收杂质的甲醇经过甲醇回收处理后返回低温甲醇洗循环使用，分离出的杂质硫化氢、CO2进入解吸气干燥工序进行干燥处理，随后与解吸气一起进行深冷液化和精馏。7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：经低温甲醇洗处理后的混合煤气经变温吸附脱除重杂质组分，所述重杂质组分包括甲醇和水分；和/或，经变温吸附处理后的混合煤气经两段变压吸附分离出两股物流，所述两段变压吸附包括依次进行的I段变压吸附和II段变压吸附，经I段变压吸附分离出的物流包括CO和N2，经II段变压吸附的物流包括H2。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述合成乙二醇的过程采用催化偶联加氢技术，包括如下步骤：以亚硝酸甲酯为原料，以包括CO和N2的物流为原料气和稀释剂，合成草酸二甲酯；以前述步骤合成的草酸二甲酯，以包括H2的物流为原料气，合成乙二醇；和/或，所述工艺还包括如下步骤：在合成乙二醇的过程中，补充氢气。9.一种近零碳排放的高炉长流程钢化联产工艺系统，其特征在于，所述工艺系统包括：第一单元，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，何学坤，赵运建，李朋，范学峰，贺坤，牛群，洪志斌，赖菲菲，李牧明，龙孟，
申请(专利权)人：中冶赛迪工程技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：