【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢冶金，特别是涉及一种利用钢厂煤气的氢冶金方法、系统及其应用。
技术介绍
1、氢冶金是通过使用氢气代替碳在冶金过程中的还原作用，从而实现源头降碳。氢冶金主要分为富氢高炉和氢基竖炉两种工艺技术。富氢高炉是通过高炉风口向炉缸或炉身喷吹富氢气体(氢气、焦炉煤气、天然气、合成气等)，替代部分co还原，可以降低碳排放。氢基竖炉的还原气中氢气的体积分数超过55％，将来有望实现全氢还原。氢基竖炉的主要工艺有midrex和hyl-zr，两种工艺生产的直接还原铁占全球总产量的70％以上。
2、midrex工艺的还原气由天然气与循环回用的炉顶煤气进行催化重整制得，需要额外的重整炉作为反应容器。hyl-zr工艺的还原气由天然气与蒸汽在竖炉内部热海绵铁的催化作用下原位重整制得，不需要额外的重整炉，但是需要提高入炉气的温度和压力以改善反应的热力学和动力学条件，对设备条件提出了更高的要求。
3、钢铁企业每年产生大量的副产煤气，包括焦炉煤气和转炉煤气，具有较高的热值(低热值超过4000kcal/m3和1500kcal/m3)。2022年中国焦炉煤气产量约为1900亿m3，转炉煤气产量约为781亿m3，这些二次能源的80％以上被用作燃料或用于发电。焦炉煤气中含有超过50％的h2和20％的ch4，h2可以作为氢基竖炉的还原气，ch4可以作为富氢高炉的喷吹气。当向高炉内喷吹ch4时，需要进行富氧操作以控制炉内温度。转炉煤气中含有超过50％的co，可以作为氢基竖炉还原的补充气，co还原放热可以弥补h2还原吸收的热量，也可以作为渗
4、如果能够将焦炉煤气、转炉煤气和corex煤气中的还原性气体用于氢基竖炉冶炼，一方面消纳了钢厂(尤其是建有corex装置的钢厂)产生的大量二次能源，另一方面减少了制备还原气所需的转化重整环节的设备投资，简化了氢基竖炉工艺流程。此外，如果能够将焦炉煤气中的甲烷喷吹入高炉进行低碳冶炼，可以降低高炉的焦比，减少碳排放。
5、因此，有必要开发一种利用钢厂煤气的氢冶金方法及系统，为回收钢厂二次能源，降低氢基竖炉一次能源消耗，降低炼铁工序的碳排放提供重要的技术支撑。
技术实现思路
1、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利用钢厂煤气的氢冶金方法，减少了制备还原气所需的转化重整环节的设备投资，降低了氢基竖炉和富氢高炉的碳排放，还提供了一种无转化、高效还原、渗碳的氢冶金系统。
2、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利用钢厂煤气的氢冶金方法，包括：
3、对焦炉煤气进行提氢处理，得到氢气和第一解吸气，将所述第一解吸气喷吹入高炉进行低碳冶炼，生产液态铁水；
4、对转炉煤气进行脱碳处理，得到转炉脱碳气和第二解吸气；
5、对一部分氢基竖炉炉顶气进行脱碳脱氮处理，得到回用气和第三解吸气；
6、对一部分corex煤气进行脱碳处理，得到corex脱碳气和第四解吸气；
7、将所述氢气、回用气与corex脱碳气混合，共同作为氢基竖炉还原气，用于生产海绵铁；或者，将所述氢气、回用气、转炉脱碳气与corex脱碳气混合，共同作为氢基竖炉还原气，用于生产海绵铁。
8、进一步，将所述第二解吸气输送至钢厂煤气管网。
9、进一步，将所述第三解吸气一部分用作加热所述氢基竖炉还原气的燃料气(即第二燃料气)。
10、进一步，将所述第三解吸气另一部分输送至钢厂煤气管网。
11、进一步，将所述第四解吸气输送至炼钢车间，用于co2炼钢。
12、进一步，将另一部分氢基竖炉炉顶气用作加热氢基竖炉还原气的燃料气(即第一燃料气)；优选地，用作加热氢基竖炉还原气的燃料气的另一部分氢基竖炉炉顶气占全部氢基竖炉炉顶气的体积分数为4.7～29.8％。
13、进一步，所述燃料气中，所述第三解吸气的体积占比分数≤25％(即第二燃料气的用量)，所述另一部分氢基竖炉炉顶气的体积占比分数≥75％(即第一燃料气的使用量)。
14、进一步，所述方法还包括：在对焦炉煤气进行提氢处理之前，对其进行净化。
15、进一步，所述方法还包括：在对转炉煤气进行脱碳处理之前，对其进行净化。
16、进一步，所述方法还包括：在对一部分氢基竖炉炉顶气进行脱碳脱氮处理之前，以及在将另一部分氢基竖炉炉顶气用作加热氢基竖炉还原气的燃料气之前，对其进行除尘处理；优选地，对氢基竖炉炉顶气进行除尘处理的方式包括粗除尘和干法除尘；更优选地，经过粗除尘后的氢基竖炉炉顶气含尘量≤6g/nm3，经过干法除尘后的氢基竖炉炉顶气含尘量≤5mg/nm3。
17、进一步，所述方法还包括：在对一部分corex煤气进行脱碳处理之前，对其进行除尘处理；优选地，对corex煤气进行除尘处理的方式包括粗除尘和湿法除尘；更优选地，经过粗除尘后的corex煤气含尘量≤6g/nm3，经过湿法除尘后的corex煤气含尘量≤5mg/nm3。
18、进一步，所述方法还包括：在对焦炉煤气进行提氢处理之前，对其进行加压；优选地，所述焦炉煤气加压后气压为0.45～0.55mpa，所述焦炉煤气进行提氢处理后所得氢气的气压为0.4～0.5mpa。
19、进一步，所述方法还包括：在将所述第一解吸气喷吹入高炉进行低碳冶炼之前，对其进行加压；优选地，所述第一解吸气加压后气压为0.3～0.4mpa。
20、进一步，所述方法还包括：在对转炉煤气进行脱碳处理之前，对其进行加压；优选地，所述转炉煤气加压后气压为0.45～0.55mpa，所述转炉煤气进行脱碳处理后所得转炉脱碳气的气压为0.4～0.5mpa。
21、进一步，所述方法还包括：在对一部分氢基竖炉炉顶气进行脱碳脱氮处理之前，对其进行加压；优选地，所述氢基竖炉炉顶气加压后气压为0.45～0.55mpa，所述一部分氢基竖炉炉顶气进行脱碳脱氮处理后所得回用气的气压为0.4～0.5mpa。
22、进一步，所述方法还包括：在对一部分corex煤气进行脱碳处理之前，对其进行加压；优选地，所述corex煤气加压后气压为0.45～0.55mpa，所述一部分corex煤气进行脱碳处理后所得corex脱碳气的气压为0.4～0.5mpa。
23、进一步，所述方法还包括：在对一部分氢基竖炉炉顶气进行脱碳脱氮处理之前，以及在将另一部分氢基竖炉炉顶气用作加热氢基竖炉还原气的燃料气之前，对其进行换热处理；优选地，所述换热处理方式包括：通过热交换将所述氢基竖炉炉顶气的温度降低至40℃及以下；更优选地，所述热交换方式包括多级热交换，所述多级热交换包括一级热交换和二级热交换，所述一级热交换本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用钢厂煤气的氢冶金方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下操作①至④中的至少一种：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述操作②还包括：将所述第三解吸气另一部分输送至钢厂煤气管网；
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括前处理，所述前处理包括净化、除尘、加压、换热处理中的至少一种；
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述换热处理方式包括：通过热交换将所述氢基竖炉炉顶气的温度降低至40℃及以下。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述换热处理方式为热交换，所述热交换方式包括多级热交换，所述多级热交换包括一级热交换和二级热交换，所述一级热交换方式包括：将所述氢基竖炉炉顶气与所述回用气进行热交换，所述二级热交换包括：将经过一级热交换的氢基竖炉炉顶气与冷却液进行热交换。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：在将所述氢气和回用气混合，并与所述转炉脱碳气和/或COREX脱碳气混合，共同作为氢基竖炉还
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氢基竖炉还原气的氢含量为55～95.5％，H2/CO≥2.5，在所述氢基竖炉的产量为100万吨海绵铁/年时，所述氢基竖炉还原气气量为269000～317000Nm3/h，气压为0.3～0.4MPa，温度为950～1050℃，所述氢基竖炉中海绵铁的金属化率为93～95％，含碳量为0.2～3.4％。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在所述氢基竖炉的产量为100万吨海绵铁/年时，所述焦炉煤气的气量为114000～196000Nm3/h，温度为20～50℃，加压后气压为0.45～0.55MPa；所述焦炉煤气进行提氢处理后，所得氢气的热值为所述焦炉煤气热值的60～70％，气量为54200～93000Nm3/h，气压为0.4～0.5MPa，加热后温度为950～1050℃；
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在所述氢基竖炉的产量为100万吨海绵铁/年时，所述焦炉煤气的气量为114000～196000Nm3/h，温度为20～50℃，加压后气压为0.45～0.55MPa；所述焦炉煤气进行提氢处理后，所得氢气的热值为所述焦炉煤气热值的60～70％，气量为54200～93000Nm3/h，气压为0.4～0.5MPa，加热后温度为950～1050℃；所得第一解吸气的热值为所述焦炉煤气热值的1.15～1.45倍，气量为60200～104000Nm3/h，温度为20～50℃；所述第一解吸气加压后通过风口喷吹入高炉进行低碳冶炼，在喷吹的同时进行富氧，富氧率为25～58％，高炉的焦比降低45～78kg/tHM，CO2排放量降低12～20.8％。
11.一种利用钢厂煤气的氢冶金系统，其特征在于：所述系统包括焦炉煤气处理单元、氢基竖炉炉顶气循环利用单元、加热炉、氢基竖炉、高炉；
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统还包括以下设备中的至少一个：煤气管网、炼钢车间、第一净化装置、第二净化装置、第一除尘装置、第二除尘装置、第一加压机、第二加压机、第三加压机、第四加压机、第五加压机、换热装置；
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：所述换热装置包括多级换热器，多级换热器包括依次相连的一级换热器和二级换热器，所述一级换热器与所述回用气出口端相连，为所述回用气与所述氢基竖炉炉顶气进行热交换的场所，所述二级换热器为冷却液与所述氢基竖炉炉顶气进行热交换的场所。
14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：所述加热炉还设有第一燃料气进口端，所述第一燃料气进口端为氢基竖炉炉顶气送入所述加热炉的进口，以将氢基竖炉炉顶气送入所述加热炉作为加热所用的燃料气。
15.根据权利要求1～10任一项所述的方法和/或根据权利要求11～14任一项所述的系统在氢冶金领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种利用钢厂煤气的氢冶金方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下操作①至④中的至少一种：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述操作②还包括：将所述第三解吸气另一部分输送至钢厂煤气管网；
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括前处理，所述前处理包括净化、除尘、加压、换热处理中的至少一种；
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述换热处理方式包括：通过热交换将所述氢基竖炉炉顶气的温度降低至40℃及以下。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述换热处理方式为热交换，所述热交换方式包括多级热交换，所述多级热交换包括一级热交换和二级热交换，所述一级热交换方式包括：将所述氢基竖炉炉顶气与所述回用气进行热交换，所述二级热交换包括：将经过一级热交换的氢基竖炉炉顶气与冷却液进行热交换。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：在将所述氢气和回用气混合，并与所述转炉脱碳气和/或corex脱碳气混合，共同作为氢基竖炉还原气，用于生产海绵铁之前，对所述氢气、回用气、转炉脱碳气和corex脱碳气均进行加热。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氢基竖炉还原气的氢含量为55～95.5％，h2/co≥2.5，在所述氢基竖炉的产量为100万吨海绵铁/年时，所述氢基竖炉还原气气量为269000～317000nm3/h，气压为0.3～0.4mpa，温度为950～1050℃，所述氢基竖炉中海绵铁的金属化率为93～95％，含碳量为0.2～3.4％。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在所述氢基竖炉的产量为100万吨海绵铁/年时，所述焦炉煤气的气量为114000～196000nm3/h，温度为20～50℃，加压后气压为0.45～0.55mpa；所述焦炉煤气进行提氢处理后，所得氢气的热值为所述焦炉煤气热值的60～70％，气量为54200～93000...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟晓波，郑军，张涛，陈继辉，吴开基，李佳楣，钱卫强，蒋历俊，刘冲，
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：
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