專利名稱：利用煉鋼過程煤氣制氫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金和化工領(lǐng)域，涉及煉鋼過程煤氣的利用和氫氣制取。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼是目前最主要的煉鋼工藝技術(shù)。在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程(或兌入部分鐵水進行冶煉的電爐煉鋼過程)中，還副產(chǎn)大量高熱值煤氣。在傳統(tǒng)的鋼鐵生產(chǎn)流程中，煉鋼過程副產(chǎn)的大量煤氣主要作為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的燃料氣源，用于各種爐窯的加熱、升溫等。但都未能得到充分利用。煉鋼過程副產(chǎn)的過程煤氣，其CO含量高達60～80％Vol，可以成為合成重要的化工原料，但目前只能當(dāng)成燃料燒掉，是很大的浪費。在現(xiàn)有技術(shù)中，常規(guī)的大規(guī)模制取氫氣的原料是天燃氣、煤等，其制氫的成本較高，并消耗了國家寶貴的和有限的資源。利用煉鋼過程副產(chǎn)的過程煤氣制取氫氣將大大降低成本，有利于節(jié)省國家資源，有利于環(huán)保，且投資小，產(chǎn)氫量大，效益好，成本低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高效的、低成本的利用煉鋼過程煤氣制取氫氣的方法。
針對上述目的，本發(fā)明以煉鋼副產(chǎn)的過程煤氣為主要原料，經(jīng)必要的處理后，在催化劑作用下進行水煤氣變換反應(yīng)，水煤氣變換的產(chǎn)物進行適當(dāng)分離，最終獲得大量廉價的高純氫氣。
本發(fā)明利用煉鋼過程煤氣制取氫氣的方法包括如下工藝流程煉鋼系統(tǒng)提供過程煤氣、過程煤氣降溫除塵、水煤氣變換反應(yīng)、脫碳除硫、氫氣提純?，F(xiàn)僅以氧氣轉(zhuǎn)爐為例分述如下①轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐煉鋼以鐵水、廢鋼為主要原料，以工業(yè)純氧、石灰、白云石等為輔助原料。將帶有產(chǎn)生高速氧氣射流噴嘴的水冷氧槍從轉(zhuǎn)爐上口插入爐內(nèi)，使水冷氧槍端部與金屬液體表面保持一定距離，利用高速氧氣射流沖擊金屬液體，形成氧氣與熔渣和金屬液體相互混合的乳濁液。氧氣快速氧化金屬液體中的雜質(zhì)元素(C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni等)，同時放出大量熱量，保持金屬液體始終處于高溫狀態(tài)。利用吹氧過程中加入爐內(nèi)的石灰、白云石等造渣劑，與上述氧化反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)生作用，形成爐渣。該爐渣不斷吸收氧化金屬液體中所含雜質(zhì)元素而生成的氧化產(chǎn)物。使金屬液體逐漸轉(zhuǎn)變成相對潔凈的狀態(tài)，由最初的鐵水與廢鋼構(gòu)成的液態(tài)混合物，轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)成分合格、溫度合適的鋼水(此過程簡稱煉鋼過程)。煉鋼過程中發(fā)生的反應(yīng)，使該過程的氣體產(chǎn)物(過程煤氣)中CO濃度比較高(50～80％Vol)，其煤氣量可達70～110Nm3/噸鋼水。這種量大、CO濃度高的過程煤氣正是制氫的廉價原料。
②過程煤氣降溫除塵轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)提供的過程煤氣需降溫和除塵，通過常規(guī)的換熱器進行降溫，經(jīng)降溫后，要求過程煤氣溫度≤450℃；降溫后進行除塵，煤氣除塵采用布袋式除塵或旋風(fēng)式除塵。
③水煤氣變換反應(yīng)過程煤氣經(jīng)降溫除塵后，進入水煤氣變換裝置中，在水煤氣變換催化劑的作用下，與水蒸汽發(fā)生水煤氣變換反應(yīng)；煤氣與水蒸汽的配比(Vol％)為1∶4～1，變換溫度200～450℃，壓力0.1～5MPa，空速3000～15000h-1；反應(yīng)后，經(jīng)冷卻、分離，可獲得富含氫氣的混合氣體。水煤氣變換催化劑可為鐵鉬系、鉻鉬系耐硫變換催化劑中任一種，如SSK、K8-11、B301或NCBC中任一種。
④脫碳除硫脫碳除硫主要是脫除混合氣體中的CO2和H2S，從水煤氣變換裝置出來的氣體包含H2、CO2以及未反應(yīng)完的CO和雜質(zhì)氣體(如H2S)，故需進入脫碳除硫系統(tǒng)，進行脫碳除硫，分離出CO2和雜質(zhì)硫，脫碳采用濕法脫碳，如二乙醇脫胺脫碳法，可脫除CO2和H2S。脫除CO2和H2O后，氣體中總硫量為10～100ppm，脫碳除硫過程溫度30～70℃；壓力0.3～1.5MPa⑤氫氣提純經(jīng)脫碳除硫后的混合氣體采用變壓吸附制氫法，可獲得高純度氫氣。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點①轉(zhuǎn)爐煉鋼過程煤氣得到合理、充分的應(yīng)用，為國家節(jié)省了資源。
②本發(fā)明投資小，產(chǎn)氫氣量大，效益好，效率高。
③制氫成本低。
④有利于環(huán)保。


附圖1為本發(fā)明利用轉(zhuǎn)爐煉鋼過程煤氣制取氫氣的工藝流程圖。
圖中，1為鐵水等原料；2為氧氣；3為轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)；4為過程煤氣降溫；5為除塵系統(tǒng)；6為水煤氣變換反應(yīng)；7為脫碳除硫；8為氫氣提純，A為鋼水，B為過程煤氣，C為氫氣。
實施例根據(jù)本發(fā)明所述的工藝流程，以頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程煤氣為原料，制備了3批氫氣，轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程煤氣經(jīng)降溫除塵，水煤氣變換、脫碳脫硫和氫氣提純，獲得三批氫氣。3批轉(zhuǎn)爐煉鋼過程煤氣的成分(Vol％)及煤氣發(fā)生量如表1所示。
在整個工藝流程中，煤氣降溫后的溫度、水煤氣變換反應(yīng)中的參數(shù)、煤氣與水蒸汽的配比以及催化劑列入表2中，在降溫除塵過程中，采用旋風(fēng)式除塵。
水煤氣變換反應(yīng)后，進行脫碳除硫，脫碳除硫參數(shù)以及脫除CO2和H2O后氣體中的總含硫量列入表3。表3中還列出三批試驗最終所獲得氫氣產(chǎn)量.表1實施例轉(zhuǎn)爐煉鋼過程煤氣的成分(％Vol)

表2 實施例工藝流程中的工藝參敉

表3實施例脫碳除硫參數(shù)以及脫除CO2和H2O后氣體中的總含硫量及氫氣產(chǎn)量。

權(quán)利要求
1.一種利用煉鋼過程煤氣制取氫氣的方法，其特征在于①以煉鋼過程煤氣為原料制取氫氣，過程煤氣中CO濃度為60～80％Vol，回收的煤氣量70～110Nm3/t-鋼水；②該方法的工藝流程包括煉鋼系統(tǒng)提供過程煤氣、過程煤氣降溫和除塵、水煤氣變換反應(yīng)、脫碳除硫、氫氣提純；③過程煤氣通過常規(guī)換熱器進行降溫，降溫后，要求過程煤氣溫度≤450℃；煤氣除塵采用布袋式除塵或旋風(fēng)式除塵；④過程煤氣經(jīng)降溫除塵后，進入水煤氣變換裝置中，在水煤氣變換催化劑的作用下，與水蒸汽發(fā)生水煤氣變換反應(yīng)，煤氣與水蒸汽的配比(Vol％)為1∶4～1，變換溫度200～450℃，壓力0.1～5MPa，空速3000～15000h-1；⑤水煤氣變換反應(yīng)后，經(jīng)冷卻，所獲得的富含氫氣的混合氣體需經(jīng)脫碳除硫，分離出CO2和雜質(zhì)硫，脫碳采用濕法脫碳，如二乙醇胺脫碳法，可脫除CO2+H2S，脫除CO2和H2S后的氣體中總硫含量為10～100ppm。脫碳除硫過程溫度30～70℃；壓力0.3～1.5MPa；⑥經(jīng)脫碳除硫后的混合氣體采用變壓吸附制氫法，獲取高純氫氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于提供過程煤氣的煉鋼過程可為純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程、純氧底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程、純氧頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼過程和兌入部分鐵水進行冶煉的電爐煉鋼過程中的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于水煤氣變換催化劑可為鐵鉬系、鉻鉬系耐硫變換催化劑中任一種，如SSK、K8-11、B301或NCBC中任一種。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金和化工領(lǐng)域，涉及煉鋼過程煤氣的利用和氫氣制取。本發(fā)明以煉鋼過程煤氣為原料，經(jīng)過如下工藝流程煉鋼系統(tǒng)、過程煤氣降溫除塵、水煤氣變換反應(yīng)、脫碳除硫、氫氣提純，最終獲取高純氫氣。煉鋼過程煤氣經(jīng)降溫除塵后，通入水煤氣變換裝置，并在催化劑作用下，與水蒸汽進行水煤氣變換反應(yīng)，產(chǎn)生富含氫氣的混合氣體，混合氣體經(jīng)脫碳除硫后，分離出CO
文檔編號C01B3/06GK1418807SQ0215376
公開日2003年5月21日 申請日期2002年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月6日
發(fā)明者殷瑞鈺, 劉瀏, 黎漢生, 干勇, 王金福, 金庸, 曾加慶 申請人:鋼鐵研究總院, 清華大學(xué)