用于處理含二氧化碳的廢氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于處理含有二氧化碳的廢氣（2）的方法，其中，向廢氣輸送含有碳?xì)浠衔锏臍怏w（5），并且廢氣中的二氧化碳在與碳?xì)浠衔锏姆磻?yīng)中至少部分地轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫氣，并且具有一氧化碳和氫氣的混合物（9）的廢氣用于其它的燃燒流程。
【專利說明】用于處理含二氧化碳的廢氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的用于處理含二氧化碳的廢氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)流程中，特別是在制鋼流程中，經(jīng)常會(huì)積聚熱的廢氣，該廢氣具有高比例的CO2O例如在所謂的轉(zhuǎn)爐(BOF=Blastoxygen Furnage)運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況。在此,熱廢氣在大約1700° C時(shí)會(huì)溢出。廢熱在蒸汽鍋爐中部分地加以利用。其余部分由蒸發(fā)冷卻器冷卻。緊接著通過過濾去除廢氣中的灰塵微粒。為了穿過過濾設(shè)備，廢氣的溫度不允許超過 180° C0
[0003]特別是在轉(zhuǎn)爐中積聚的廢氣在許多流程部段中包括高比例的二氧化碳(C02)。如果二氧化碳進(jìn)入環(huán)境，二氧化碳導(dǎo)致所謂的溫室效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]據(jù)此，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于處理含二氧化碳的廢氣的方法，通過該方法減少進(jìn)入自由大氣中的二氧化碳的比例。
[0005]該目的的解決方案存在于具有權(quán)利要求1所述特征的方法之中。
[0006]按照根據(jù)本發(fā)明的用于處理含二氧化碳的廢氣的方法，向廢氣輸送含碳?xì)浠衔锏臍怏w。這種含碳?xì)浠衔锏臍怏w在反應(yīng)中與廢氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，至少部分地形成反應(yīng)產(chǎn)物一氧化碳(CO)和氫氣(h2)。包括合適濃度的一氧化碳與氫氣混合物的廢氣用于進(jìn)一步的燃燒流程中。在此，必要時(shí)可以事先臨時(shí)存儲(chǔ)這種混合物。該進(jìn)一步的燃燒流程可以是，但是不需要必須是該方法的組成部分，經(jīng)過處理的廢氣積聚在該流程中。
[0007]在優(yōu)選的設(shè)計(jì)方式中，一氧化碳和氫氣的混合物(以下簡(jiǎn)稱為可燃?xì)怏w)比輸入的含碳?xì)浠衔锏臍怏w(以下稱為改氣)具有更高的燃燒值。這又意味著，發(fā)生在改氣和二氧化碳之間的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，也就是吸收周圍熱量的反應(yīng)。
[0008]由此通過本發(fā)明將顯著比例的對(duì)環(huán)境有害的二氧化碳從廢氣中吸走，并且其能夠以轉(zhuǎn)化的形式作為可燃?xì)怏w輸送給進(jìn)一步的燃燒流程。由此，廢氣的熱能在這里轉(zhuǎn)化成產(chǎn)生的可燃?xì)怏w的化學(xué)能。
[0009]被證明是適合的是，對(duì)于含碳?xì)浠衔锏母臍舛允褂眉淄?，特別是以天然氣的形式。在此，為了重新獲得二氧化碳開始強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，這導(dǎo)致形成一氧化碳和氫氣。
[0010]以有利的方式在制鋼中使用根據(jù)本發(fā)明的方法，因?yàn)樵阡撋a(chǎn)過程中經(jīng)常產(chǎn)生含大量二氧化碳的高溫廢氣。特別是在制鋼中轉(zhuǎn)爐的廢氣，適合按照根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行處理。在制鋼過程中轉(zhuǎn)爐用于減少熔鐵中二氧化碳的含量。
[0011]在本發(fā)明的一種設(shè)計(jì)方式中，除了改氣，還可以在廢氣中添加水，優(yōu)選地以蒸汽的形式。通過輸送附加的水，改變一氧化碳與氫氣的比例關(guān)系，這在不同的應(yīng)用場(chǎng)合適合作為可燃?xì)怏w。
[0012]因?yàn)閺U氣中的碳含量并不是在方法流程的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)都恒定，所以適合的是要控制廢氣。特別是通過引入氣體傳感器，能夠監(jiān)控廢氣中的二氧化碳含量，并且相應(yīng)地控制改氣的導(dǎo)入。
[0013]同樣適合的是，在轉(zhuǎn)爐上引入調(diào)節(jié)環(huán)，其在許多傳統(tǒng)的設(shè)備中已經(jīng)存在，并且能夠減少對(duì)漏氣體、也就是不期望的環(huán)境空氣的抽吸，從而不會(huì)在氧氣和改氣之間發(fā)生附加的反應(yīng)。
[0014]可燃?xì)怏w還可以臨時(shí)存儲(chǔ)在(優(yōu)選地)已經(jīng)存在的氣體容器中?？扇?xì)怏w還可以應(yīng)用到不同的其它流程中，特別是在煉鋼工業(yè)中。例如可以用在發(fā)電廠中用于發(fā)電或者用于流程蒸汽制造(可能與發(fā)電組合在一起)。此外，可燃?xì)怏w可以用在升降爐或推送式爐中或者燃燒器中為扁坯、棒狀坯和塊坯預(yù)熱。例如適用于盛鋼桶烘干和加熱過程，適用于加熱站或者適用于連續(xù)鑄造設(shè)備中的分配裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]根據(jù)以下附圖詳盡地闡述本發(fā)明的其它有利的設(shè)計(jì)方式和特征。
[0016]附圖示出:
[0017]圖1是在處理來自轉(zhuǎn)爐的廢氣時(shí)的單個(gè)方法步驟的示意圖，
[0018]圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在煉鋼工業(yè)中對(duì)廢氣的原始處理，以及
[0019]圖3是根據(jù)圖2所示的流程的方框圖，具有附加的廢氣改造。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下以根據(jù)圖1的、用在鋼鐵生產(chǎn)中的轉(zhuǎn)爐實(shí)例闡述處理廢氣的流程。轉(zhuǎn)爐4用于去除熔鐵中過量的碳。為此向鐵中導(dǎo)入氧氣，并且存在于熔鐵中的碳氧化成二氧化碳。出于這個(gè)原因，轉(zhuǎn)爐4的廢氣2包括顯著比例的二氧化碳。
[0021 ] 轉(zhuǎn)爐廢氣中的二氧化碳含量與其運(yùn)行參量有關(guān)。依據(jù)氧氣輸送和運(yùn)行溫度，廢氣2中二氧化碳與一氧化碳含量的比例波動(dòng)。廢氣2涌入廢氣通道，并且在那里由探針3檢查其二氧化碳含量。如果二氧化碳含量高于預(yù)設(shè)的閾值，那么通過改氣輸送件6向廢氣通道11中導(dǎo)入改氣5。根據(jù)以下反應(yīng)式，改氣6，為此例如可以使用含有高比例甲烷的天然氣，與廢氣中的二氧化碳至少部分地發(fā)生反應(yīng)，(干式改造7，參見圖3)。
[0022]CH4+C02 — 2C0+2H2Δ H=+250kJ/mol
[0023]該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，每Mol吸收250kJ的環(huán)境熱能，也就是從廢氣2吸取熱能。以這種方式通過以下反應(yīng)轉(zhuǎn)化熱能，該熱能在形成的可燃?xì)怏w7中(C0+H2，也稱為合成氣體)存儲(chǔ)為化學(xué)能。據(jù)此，也將熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，因?yàn)楦鶕?jù)公式I產(chǎn)生的可燃?xì)怏w9比原始使用的改氣(甲烷)具有更高的燃燒值。
[0024]分解物和產(chǎn)物的單個(gè)的燃燒值是:
[0025]CH4:55.5MJ/kg=888MJ/kmol
[0026]CO:10.lMJ/kg=283MJ/kmol
[0027]H2:143MJ/kg=286MJ/kmol
[0028]由2Mol —氧化碳和2MolH2構(gòu)成的混合物的燃燒值比IMol的CH4 (甲烷)的燃燒值高出前述反應(yīng)熵250KJ/mol，可燃?xì)怏w7是從其中產(chǎn)生。于是，燃燒值的提高量由此相當(dāng)于加入的甲烷的燃燒值的28% (250KJ/mol:888KJ/mol)。[0029]根據(jù)可燃?xì)怏w7的使用情況，可以有意義的是，增加CO =H2中氫氣的比例。在這種情況下，可能同時(shí)在改氣輸送件6上同時(shí)導(dǎo)入水(優(yōu)選地以蒸汽的形式)。從而能實(shí)現(xiàn)放熱的CO變換反應(yīng)，據(jù)此
[0030]H2CHCO — C02+H2 Δ H=H_42kJ/mol
[0031]H2與CO的比例發(fā)生變化。由此雖然存儲(chǔ)了更少的余熱(因?yàn)檫@里是放熱反應(yīng))，但是能夠在可燃?xì)怏w7中實(shí)現(xiàn)H2的含量更高，這在有些燃燒流程中是有利的。特別是當(dāng)在這些燃燒流程中是通過輻射而不是通過對(duì)流實(shí)現(xiàn)熱傳遞時(shí)，尤為有利。由于氫氣燃燒導(dǎo)致廢氣中水含量更高，由于其輻射帶很寬，這有利于熱傳遞。[0032]在轉(zhuǎn)爐的這個(gè)實(shí)例中，特別是在轉(zhuǎn)爐具有調(diào)節(jié)環(huán)13時(shí)，可以在改造流程的兩個(gè)不同的流程狀態(tài)下有利地對(duì)廢氣2的CO2進(jìn)行改造處理。一方面，在所謂的起始階段和停機(jī)階段是如此，在起始階段和停機(jī)階段中，因?yàn)閺U氣的CO2含量過高，并且CO含量過低，所以迄今尚未利用廢氣。通過描述的干式改造，根據(jù)方程式I獲得燃燒值足夠高的可用的可燃?xì)怏w，該可燃?xì)怏w還在關(guān)于其它的方法流程中得以描述，并且可以存儲(chǔ)在氣體存儲(chǔ)器中。
[0033]另一方面，如果這種含燃料豐富的氣體要與來自煉鋼廠的其他部件的貧乏氣體混合，并且用于其它燃燒流程的混合物不具有足夠的燃燒值，也可以應(yīng)用干式改造進(jìn)一步提高反正已經(jīng)按照現(xiàn)有技術(shù)聚集的、含有豐富的CO的氣體的燃燒值。
[0034]使用調(diào)節(jié)環(huán)13是適宜的，以便避免抽吸到滲入空氣，滲入空氣導(dǎo)致甲烷或天然氣，也就是改氣7的燃燒，而無法完成根據(jù)方程式I的所述改造。此外，空氣中高的氮含量導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐氣體和可燃?xì)怏w變得稀薄。
[0035]在改造流程后，廢氣在蒸汽鍋爐8中冷卻，其中，在那里產(chǎn)生蒸汽，蒸汽又能用于發(fā)電。
[0036]接著對(duì)廢氣2進(jìn)行粗略的除塵10，該廢氣然后再導(dǎo)入蒸發(fā)冷卻器12內(nèi)。蒸發(fā)冷卻器12是必要的，這是因?yàn)閷?duì)于接下來的干式靜電過濾14而言廢氣不允許高于180° C，在干式靜電過濾中從廢氣2中去除剩余的微塵。在分離出微塵以后，通過鼓風(fēng)機(jī)10將廢氣20或者通過火炬煙? 18燃燒，或者在氣體冷卻器20中進(jìn)一步冷卻后導(dǎo)入氣體容器22中。
[0037]廢氣2中可燃的組成成分是否通過火炬塔燃燒，或者具有CO與H2的混合物的高熱的廢氣作為可燃?xì)怏w是否存儲(chǔ)在氣體容器22中，這些問題取決于廢氣2的二氧化碳含量。在例如通過傳感器3適宜地控制改造時(shí)，如所述地利用改氣甲烷改造廢氣2，導(dǎo)致廢氣中的⑶與仏的混合物的含量在過濾以后這樣高，即大部分的廢氣或一氧化碳和氫氣都能夠存放在氣體容器22中，并且能夠作為可燃?xì)怏w9再次利用。相比現(xiàn)有技術(shù)，在火炬塔18中燃燒的廢氣通過這些措施減少到很小的部分。
[0038]在圖2和3中再次示意性地借助框圖示出了轉(zhuǎn)爐廢氣的廢氣處理法的現(xiàn)有技術(shù)與本文中所述方法之間的區(qū)別。
[0039]最左邊是產(chǎn)生CO2廢氣的流程步驟，在這里以其中產(chǎn)生廢氣2的轉(zhuǎn)爐4為例示出。含二氧化碳的廢氣2在蒸汽鍋爐8中冷卻，其中，形成蒸汽以供其它的應(yīng)用。此外，現(xiàn)在后面跟著蒸發(fā)冷卻器12，在蒸發(fā)冷卻器中產(chǎn)生余熱Q1，在這種情況下不繼續(xù)利用余熱。跟著的是干式靜電過濾器14，其中，緊接著依據(jù)廢氣2的二氧化碳含量，通過火炬塔18燃燒廢氣，或者存放到氣體容器22中作為可燃?xì)怏w9以供其它的應(yīng)用。
[0040]在這里描述的方法根據(jù)圖3與按照現(xiàn)有技術(shù)的根據(jù)圖2的方法的區(qū)別在于，在轉(zhuǎn)爐4和蒸汽生成器8之間以干式改造的形式進(jìn)行改造流程7，其中，通過改氣輸送件6向該流程輸送改氣5,并且正如在方程式I中描述的那樣處理廢氣2。
[0041]除了按所述的那樣插入干式改造7，這兩種方法還有以下區(qū)別，S卩，在蒸發(fā)冷卻器12上吸取的熱量Q2小于根據(jù)圖2的蒸發(fā)冷卻器12的熱量Q1，并且在火炬塔18上燃燒的氣體2的量m2小于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在火炬塔18’上燃燒的量ml。
[0042]因?yàn)樵跓掍搹S的合適的設(shè)備中能夠再利用可燃?xì)怏w混合物，所以按照現(xiàn)有技術(shù)在火炬18中進(jìn)行再燃燒的生產(chǎn)階段可以被減少或縮短。由此在存儲(chǔ)余熱的情況下以有利的方式利用連同形成的可燃?xì)怏w一起的廢氣的可燃的成分的能量。通過縮短火炬運(yùn)行時(shí)間，氣體聚集時(shí)間延長，并且轉(zhuǎn)爐設(shè)備或火炬的二氧化碳排放量減少。
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理含有二氧化碳的廢氣(2)的方法，其中，向所述廢氣輸送含有碳?xì)浠衔锏臍怏w(5)，并且所述廢氣的所述二氧化碳在反應(yīng)中至少部分地轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫氣，并且所述一氧化碳和所述氫氣的混合物(9 )用于其它的燃燒流程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述廢氣中的所述二氧化碳與含有碳?xì)浠衔锏臍怏w(7)發(fā)生吸熱反應(yīng)，并且通過所述吸熱反應(yīng)冷卻所述廢氣(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，含碳?xì)浠衔锏乃鰵怏w(5)包括甲燒。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在制鋼的過程中積聚所述廢氣⑵。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述廢氣(2)積聚在用于減少熔鐵中的碳含量的轉(zhuǎn)爐(4)中。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，除了含有碳?xì)浠衔锏乃鰵怏w(5)，還向所述廢氣(2)添加水。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，利用氣體傳感器監(jiān)控所述廢氣的所述二氧化碳含量，以用于調(diào)節(jié)含碳?xì)浠衔锏乃鰵怏w(5)的輸送。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)爐(4)上設(shè)置有用于避免抽吸滲入空氣的調(diào)節(jié)環(huán)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述一氧化碳與所述氫氣的所述混合物(9)臨時(shí)存儲(chǔ)在氣體容器中。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述一氧化碳與所述氫氣的所述混合物(9)用作可燃?xì)怏w。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)爐的起始流程和/或停機(jī)流程中輸送含碳?xì)浠衔锏乃鰵怏w。
【文檔編號(hào)】F23G7/08GK103547863SQ201280005150
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月13日
【發(fā)明者】曼弗雷德·巴利道夫, 托馬斯·馬楚拉特 申請(qǐng)人:西門子公司