專利名稱：一種富氧高爐煤氣制氨合成氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種富氧高爐煤氣制氨合成氣的方法，屬于資源綜合利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
冶金行業(yè)是高耗能高排放行業(yè)，其耗能量占我國總能耗的10%左右。國家 “十一五”規(guī)劃把單位⑶P能耗在“十五”基礎(chǔ)上下降20%作為目標(biāo)，冶金行業(yè)節(jié)能減排首 當(dāng)其沖。鋼鐵行業(yè)是高消耗、高污染的“大戶”，而且是六大耗能行業(yè)中的“大戶”。鋼鐵工 業(yè)節(jié)能減排工作的成效關(guān)系到全社會整體節(jié)能減排工作的成效。高爐煉鐵是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的重要工藝之一，煉鐵高爐所用的還原劑是焦炭、煤、 重油等，用空氣鼓風(fēng)生產(chǎn)還原劑CO并提供高溫?zé)崃?，由于空氣中氮含量很高，稀釋了還原 氣中的C0，故高爐煤氣中的CO含量低，氮含量高，高爐排出的煤氣中含CO 24-26% ；CO2 14-16% ；Η21-2% ；CH4O. 3-0. 8% ;N256_59%。熱值3200_4000kj/Nm3。目前，由于高爐煤氣 品質(zhì)低，用處不大，只作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料用。氨合成氣的主要原料也為焦炭、煤、重油、天然氣，通過氣化爐制取滿足氨合成氣 要求的水煤氣，制取水煤氣的方法常用的有常壓間隙法、常壓連續(xù)富氧氣化法、加壓氣化法 以及近年發(fā)展起來的純氧熔渣氣化法。合成氨也是耗能大戶，每噸合成氨平均消耗標(biāo)準(zhǔn)煤1400kg計算，我國年產(chǎn)合成氨 3500萬噸，消耗標(biāo)準(zhǔn)煤4900萬噸。高爐生產(chǎn)It鐵大約要消耗450_550kg焦炭，我國鋼鐵行業(yè)年消耗標(biāo)準(zhǔn)煤2億多 噸，如果鋼鐵工業(yè)排放的高爐煤氣利用25%，則對全國工業(yè)C02減排的貢獻(xiàn)率將達(dá)3%。如 果能把高爐煤氣作為氨合成氣利用起來，高爐煤氣制合成氨可滿足合成氨市場要求，可以 省掉合成氨消耗掉的焦炭、煤、重油以及供應(yīng)緊缺的天然氣，對節(jié)能減排具有重大理論意 義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種富氧高爐煤氣制氨合成氣的方法，是利用高爐煤氣制取合 成氨原料氣的方法來回收利用生產(chǎn)排放廢氣中的C0，使其成為合成氨的原料，把煉鐵高爐 作為富氧熔渣氣化爐，對合理使用資源、節(jié)能減排，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)，變廢為寶具有十分重要 的現(xiàn)實意義。本發(fā)明的富氧高爐煤氣制氨合成氣的方法目的是這樣實現(xiàn)的其特征在于該方法 為通過煉鐵高爐空氣鼓風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)，將高爐煤氣中的一氧化碳濃度提高至氨合成氣 需要的濃度，再通過脫硫、部分變換和低溫變換將CO轉(zhuǎn)換為H2,脫除二氧化碳和微量C0，滿 足氨合成氣的要求。該方法包括(1)富氧鼓風(fēng)高爐空氣鼓風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)，富氧鼓風(fēng)使用的氧氣濃度59 63%，富氧量每噸生鐵580 650m3 ；(2)ADA脫硫在常溫下，用常規(guī)ADA溶液，將高爐煤氣中的H2S脫至50mg/m3以下；(3)部分變換變換爐分為二段，控制蒸汽比為1. 1 1. 3，一段變換觸媒用中溫觸 媒，一段進(jìn)口溫度300 340°C，一段出口溫度430 450°C，二段觸媒用高溫觸媒，觸媒層 溫度控制在470 480°C，變換爐出口 CO 15 20%，H2 40 45%范圍內(nèi)；(4)精脫硫變換后串聯(lián)精脫硫，精脫硫采用氧化鋅脫硫劑，操作溫度250 280°C，將總 S 脫至 0. Ippm ；(5)中-低_低變換變換爐分為三段，一段中溫變換用中溫變換催化劑，由部分 變換送來的溫度250°C，經(jīng)換熱器換熱后進(jìn)一段溫度320°C，經(jīng)一段反應(yīng)后出口溫度400°C ； 二段低溫變換用低溫變換催化劑，由一段出來的氣體經(jīng)換熱器和水加熱器后溫度降低 至190°C，進(jìn)入二段低變觸媒層，反應(yīng)后溫度220°C ；三段低溫變換由二段低溫變換來的 氣體經(jīng)第一調(diào)溫水加熱器后溫度下降至180°C，進(jìn)入三段低溫觸媒層，反應(yīng)后溫度上升至 185°C，使CO降低至1.5%以下;(6)脫碳變壓吸附脫除CO2和少量C0，吸附劑用分子篩，吸附器在0. 6 0. 7mpa 壓力和常溫下將二氧化碳和CO脫除，使出口 CO2和CO均小于lOppm。本發(fā)明的原理分四部分工藝1、高爐空氣鼓風(fēng)該為富氧鼓風(fēng)高爐煉鐵需要的熱量是由焦炭或煤粉、重油、天然氣等在風(fēng)口前與空氣中的氧燃 燒，放出大量的熱，滿足高爐對爐料加熱、Fe2O3的還原、熔化、造扎等過程的需要。高爐爐缸 內(nèi)的焦炭燃燒反應(yīng)，是在氧量一定而焦炭過剩的條件下進(jìn)行的，從反應(yīng)原理看出，一是煉鐵 工藝過程可由氧量來控制整個高爐的熱平衡；二是沒有過剩的氧，燃燒產(chǎn)物主要是CO以及 氧氣中帶入的N2, CO2很少。這就有可能用控制富氧空氣中氧含量又能滿足高爐的熱平衡， 又能達(dá)到氨合成氣(CCHH2)與N2的比例為3. 1 3. 2的要求。在風(fēng)口前氧氣比較充足，最初是完全燃燒，放出大量的熱量，富氧中的N2不參與反 應(yīng)，N2的需要量為χ = (0. 31-0. 32) (CCHH2)，反應(yīng)如下C+02+xN2 = C02+xN2+4006600kj當(dāng)CO2離開風(fēng)口后，與C產(chǎn)生氣化反應(yīng)，吸收部分熱量，反應(yīng)如下C02+C = 2C0-165800kj爐缸中燃燒的總反應(yīng)如下2C+02+xN2 = 2C0+xN2+3840800kj目前，國內(nèi)每煉一噸生鐵所消耗的焦炭量，平均為500公斤/噸生鐵，冶金焦含碳 量按80%計算，每煉一噸生鐵所消耗的純碳量為400公斤/噸，S卩1噸生鐵需要的純碳為 33. 33kgmolο將上述方程改寫成實用方程如下33. 3C+16. 6502+10. 7N2 = 33. 3C0+10. 7N22、脫硫高爐煤氣本身已有完善的除塵系統(tǒng)，含塵量已滿足要求，高爐煤氣中含硫量 300 400mg/m3，先用用ADA溶液粗脫，反應(yīng)如下H2S+Na2C03 = NaHS+NaHC03
NaHS+ (x_l) S+NaHC03 = Na2Sx+C02+H20再用氧化鋅精脫除H2S和有機硫，反應(yīng)如下C0S+H2 = H2S+C0H2S+ZnO = ZnS+H203、高爐煤氣用蒸汽變換為變換氣其反應(yīng)如下CCHH2O = C02+H24、變換氣脫碳變換氣脫除CO2和微量CO即為合成氨精練氣。本發(fā)明通過改變高爐鼓風(fēng)組分，高爐煤氣經(jīng)凈化、部分變換、低溫變換、脫碳等工 藝技術(shù)后，滿足氨合成氣的要求，供合成氨使用。本發(fā)明是通過以下工藝方法來實現(xiàn)的1、富氧鼓風(fēng)高爐空氣鼓風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)，富氧鼓風(fēng)使用的氧氣濃度59 63%， 富氧量每噸生鐵580 650m3 ；2、ADA脫硫在常溫下，用常規(guī)ADA溶液，將高爐煤氣中的H2S脫至50mg/m3以下；3、部分變換變換爐分為二段，控制蒸汽比為1. 1 1. 3，一段變換觸媒用中溫觸 媒，一段進(jìn)口溫度300 340°C，一段出口溫度430 450°C，二段觸媒用高溫觸媒，觸媒層 溫度控制在470 480°C，變換爐出口 CO 15 20%，H2 40 45%范圍內(nèi)；4、精脫硫為了保護(hù)低溫催化劑和變壓吸附硫化氫的濃度，變換后串聯(lián)精脫硫，精 脫硫采用氧化鋅脫硫劑，操作溫度250 280°C，將總S脫至0. Ippm ；5、中-低_低變換變換爐分為三段，一段中溫變換用中溫變換催化劑，由部分 變換送來的溫度250°C，經(jīng)換熱器換熱后進(jìn)一段溫度320°C，經(jīng)一段反應(yīng)后出口溫度400°C ； 二段低溫變換用低溫變換催化劑，由一段出來的氣體經(jīng)換熱器和水加熱器后溫度降低 至190°C，進(jìn)入二段低變觸媒層，反應(yīng)后溫度220°C ；三段低溫變換由二段低溫變換來的 氣體經(jīng)第一調(diào)溫水加熱器后溫度下降至180°C，進(jìn)入三段低溫觸媒層，反應(yīng)后溫度上升至 185°C，使CO降低至1. 5%以下。6、脫碳變壓吸附脫除CO2和少量C0，吸附劑用分子篩，吸附器在0. 6 0. 7mpa壓 力和常溫下將二氧化碳和CO脫除，使出口 CO2和CO均小于lOppm。本發(fā)明達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)(1)每噸生鐵高爐煤氣量900 IOOOm3,高爐煤氣成分=CO 75. 7% N2 24. 3% ；(2)每噸生鐵除了熱風(fēng)爐自用外，剩余高爐煤氣可生產(chǎn)合成氨200 220kg， IOOOm3高爐日產(chǎn)鐵1500噸，可日產(chǎn)合成氨330噸，年產(chǎn)合成氨10. 9萬噸。每噸合成氨標(biāo)準(zhǔn) 煤消耗1369kg，即年節(jié)約標(biāo)煤14萬噸。本發(fā)明通過煉鐵高爐空氣鼓風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)、引出部分高爐煤氣經(jīng)脫硫、部分變 換和低溫變換、脫碳等工藝及設(shè)備來實現(xiàn)。高爐煤氣經(jīng)洗滌除塵后，含塵量小于10mg/m3，進(jìn) 入ADA脫硫，將H2S脫至50mg/m3以下，用壓縮機加壓至0. 7 0. 8mpa,送部分變換，將高濃 度一氧化碳變換20%，用氧化鋅精脫硫，將硫化物脫至0. IPPM以下，然后送中低低變工序 將一氧化碳降低至1. 5%以下，最后用變壓吸附將氣體中的CO2和CO除去而制得氫與氮之 比為3. 1 3. 2的氨合成氣。
本發(fā)明具有的優(yōu)點及效果(1)煉鐵與合成氨生產(chǎn)組成聯(lián)合體，煉鐵高爐成為合成氨關(guān)鍵設(shè)備一氣化爐，合成 氨裝置省掉了原料輸送及氣化爐部分，合成氨工藝流程縮短；(2)提高了資源利用率，對合成氨來說不需要原料，成本大大下降，有顯著的經(jīng)濟(jì) 效益，如果煉鐵與合成氨的成本再合理分配，生鐵成本也下降；(3)減少了合成氨的原料輸送和氣化兩大部分，投資節(jié)??；(4)節(jié)能減排效果顯著?？梢允〉艉铣砂毕牡舻慕固?、煤、重油以及供應(yīng)緊缺的 天然氣，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤達(dá)5000萬噸。如果鋼鐵工業(yè)排放的高爐煤氣利用25%，則對全國工 業(yè)CO2減排的貢獻(xiàn)率將達(dá)3%。


圖1是本發(fā)明的富氧高爐煤氣制取氨合成氣流程框圖。圖2是本發(fā)明的富氧高爐煤氣制取氨合成氣流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明通過煉鐵高爐空氣鼓風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)，將高爐煤氣中的一氧化碳濃度提高 至氨合成氣需要的濃度，再通過脫硫、部分變換和低溫變換將CO轉(zhuǎn)換為H2，脫除二氧化碳和 微量C0，滿足氨合成氣的要求，組成一個煉鐵_合成氨綜合利用聯(lián)合體，以達(dá)到節(jié)能減排之 目的。圖1中，本發(fā)明的工藝方法如下1、富氧鼓風(fēng)高爐空氣鼓風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)；2、ADA 脫硫；3、部分變換變換爐分為二段，一段變換觸媒用中溫觸媒，二段觸媒用高溫觸媒；4、精脫硫變換后串聯(lián)精脫硫，精脫硫采用氧化鋅脫硫劑；5、中-低_低變換變換爐分為三段，一段中溫變換二段低溫變換三段低溫變 換；6、脫碳變壓吸附脫除CO2和少量CO。實施例1 圖2中，富氧高爐煤氣制取氨合成氣流程高爐容積248米3，日產(chǎn)生鐵100噸，空氣鼓風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)，60%的富氧量2700 3000m7/h，抽出高爐煤氣2800 3100m7h，合成氨1噸/h，年產(chǎn)合成氨8000噸。煉鐵高爐空氣鼓風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)。高爐煤氣從煉鐵高爐1頂部引出進(jìn)入洗滌除塵 裝置2除塵冷卻后，小部分煤氣送往熱風(fēng)爐3用以加熱富氧12，富氧加熱后進(jìn)入煉鐵高爐 1，大部分煤氣經(jīng)脫硫裝置4脫硫后進(jìn)入煤氣柜5貯存并穩(wěn)定組分，然后用煤氣壓縮機6壓 縮至0. 8mpa,進(jìn)入變換氣熱交換器7，與來自部分變換爐8的變換氣換熱后溫度升至300 330°C進(jìn)入部分變換爐，控制蒸汽比，進(jìn)行部分變換生成一定比例的CO和H2以及CO2，將熱 量傳給凈化氣后溫度降至250 270°C，進(jìn)入氧化鋅脫硫槽9，溫度250°C，送給中低低變裝 置10，將變換氣中的CO降低至1，5%以下，進(jìn)入變壓吸附裝置11，將變換氣中的CO2和CO 含量降低至IOppm以下，即為氨合成氣13。實施例2 富氧高爐煤氣制取氨合成氣流程
高爐容積1000米3，日產(chǎn)生鐵1500噸，空氣鼓風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)，60%的富氧量 40000 45000m7/h，抽出高爐煤氣45000 50000m7h，合成氨16噸/h，年產(chǎn)合成氨12 13萬噸。流程相同。實施例3 富氧高爐煤氣制取氨合成氣流程高爐容積2000米3，日產(chǎn)生鐵3500噸，空氣鼓風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)，60%的富氧量 90000 95000m7/h，抽出高爐煤氣110000 11700m7h，合成氨38噸/h，年產(chǎn)合成氨30
萬噸。流程相同。
權(quán)利要求
1.一種富氧高爐煤氣制氨合成氣的方法，其特征在于該方法為通過煉鐵高爐空氣鼓 風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)，將高爐煤氣中的一氧化碳濃度提高至氨合成氣需要的濃度，再通過脫硫、 部分變換和低溫變換將CO轉(zhuǎn)換為H2,脫除二氧化碳和微量C0，滿足氨合成氣的要求。
2.如權(quán)利要求1所述的富氧高爐煤氣制氨合成氣的方法，其特征在于該方法包括(1)富氧鼓風(fēng)高爐空氣鼓風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)，富氧鼓風(fēng)使用的氧氣濃度59 63%，富氧 量每噸生鐵580 650m3 ；(2)ADA脫硫在常溫下，用常規(guī)ADA溶液，將高爐煤氣中的H2S脫至50mg/m3以下；(3)部分變換變換爐分為二段，控制蒸汽比為1.1 1. 3，一段變換觸媒用中溫觸媒， 一段進(jìn)口溫度300 340°C，一段出口溫度430 450°C，二段觸媒用高溫觸媒，觸媒層溫度 控制在470 480°C，變換爐出口 CO 15 20%，H2 40 45%范圍內(nèi)；(4)精脫硫變換后串聯(lián)精脫硫，精脫硫采用氧化鋅脫硫劑，操作溫度250 280°C，將 總S脫至0. Ippm ；(5)中-低_低變換變換爐分為三段，一段中溫變換用中溫變換催化劑，由部分變 換送來的溫度250°C，經(jīng)換熱器換熱后進(jìn)一段溫度320°C，經(jīng)一段反應(yīng)后出口溫度400°C ； 二段低溫變換用低溫變換催化劑，由一段出來的氣體經(jīng)換熱器和水加熱器后溫度降低 至190°C，進(jìn)入二段低變觸媒層，反應(yīng)后溫度220°C ；三段低溫變換由二段低溫變換來的 氣體經(jīng)第一調(diào)溫水加熱器后溫度下降至180°C，進(jìn)入三段低溫觸媒層，反應(yīng)后溫度上升至 185°C，使CO降低至1.5%以下;(6)脫碳變壓吸附脫除CO2和少量C0，吸附劑用分子篩，吸附器在0.6 0. 7mpa壓力 和常溫下將二氧化碳和CO脫除，使出口 CO2和CO均小于lOppm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種富氧高爐煤氣制氨合成氣的方法，該方法通過煉鐵高爐空氣鼓風(fēng)改為富氧鼓風(fēng)，將高爐煤氣中的一氧化碳濃度提高至氨合成氣需要的濃度，再通過脫硫、部分變換和低溫變換將CO轉(zhuǎn)換為H2，脫除二氧化碳和微量CO，滿足氨合成氣的要求，組成一個煉鐵-合成氨綜合利用聯(lián)合體，以達(dá)到節(jié)能減排之目的。提高了資源利用率，對合成氨來說不需要原料，成本大大下降，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，將煉鐵與合成氨的成本再進(jìn)行合理分配，生鐵成本也下降；減少了合成氨的原料輸送和氣化兩大部分，投資節(jié)省，節(jié)能減排效果顯著。
文檔編號C01B3/16GK102101643SQ20101059718
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者寧平, 殷在飛, 王 華, 王學(xué)謙 申請人:昆明理工大學(xué)