專利名稱：一種高爐煤氣濃縮的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變壓吸附的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高爐煤氣濃縮的工藝。
背景技術(shù)：
鋼鐵行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)行業(yè)，鋼鐵行業(yè)的基礎(chǔ)工藝是高爐煉鐵，幾乎所有的鋼材原料都由高爐煉鐵生產(chǎn)，眾所周知，高爐煉鐵將會副產(chǎn)大量的高爐煤氣。然而，由于高爐煤氣中可燃組分含量不高，熱值僅為約800kCal/Nm3，并且含有大量的氮?dú)夂投趸?，難以有效地回收利用。目前，大部分鋼鐵企業(yè)仍將大量高爐煤氣直接放空燃燒。若按照全國年產(chǎn)5億噸生鐵、高爐煤氣排放量為10% (體積分?jǐn)?shù))、高爐煤氣中一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為25%計算，則每年排放到空氣中的一氧化碳達(dá)225億立方(約為2800萬 噸)，不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，同時造成能源的巨大浪費(fèi)。如果能將高爐煤氣濃縮使其中一氧化碳的濃度提高，就可以顯著提高高爐煤氣的熱值。當(dāng)CO的體積分?jǐn)?shù)提高到45%以上，即熱值達(dá)到1350Kcal/Nm3以上，濃縮后的高爐煤氣作為燃料時的燃燒熱效率顯著提高，盡管可能還需要添加焦?fàn)t煤氣或者燃料油等配比使用；當(dāng)CO的體積分?jǐn)?shù)提高到60%以上，即熱值達(dá)到1800Kcal/Nm3以上，濃縮的高爐煤氣就可以直接于鋼鐵企業(yè)內(nèi)部軋鋼等工序，從而充分節(jié)省能源，減少環(huán)境污染。近年來，高爐煤氣的濃縮工藝在不斷地被開發(fā)。如97107736. 3號中國專利在1999年5月5日公開了一種從高爐煤氣中提取一氧化碳的兩段變壓吸附工藝。該變壓吸附法經(jīng)第一段工序各吸附床循環(huán)經(jīng)歷含吸附、均壓降、逆放、沖洗、均壓升、最終升壓的步驟，吸留而去除高爐煤氣中吸附性強(qiáng)于一氧化碳的組份，如H20、CO2等雜質(zhì)組分后，再經(jīng)第二段工序各吸附床循環(huán)經(jīng)歷含吸附、均壓降、順放、沖洗、均壓升、最終升壓的步驟，去除吸附性弱于一氧化碳的組份，如N2、02、H2等組分，吸留而濃縮一氧化碳；最終得到一氧化碳含量為66%——85%、熱值2000kCal/Nm3以上的產(chǎn)品氣。又如，98111619. I號中國專利在1999年7月28日公開了一種采用催化吸附劑將含氮的一氧化碳多組分混合高爐氣體以及石油和化工等工業(yè)中具有類似混合氣體進(jìn)行分離、濃縮和提純的工藝過程，該工藝將采用專利96117226. 6中提到的催化劑，在前置一個脫除或者吸附二氧化碳變壓吸附工序后，在0—55°C吸附溫度下、0. 04—0. 7MPa的吸附壓力下進(jìn)行變壓吸附濃縮一氧化碳?？梢钥闯觯瑸榈玫礁呒円谎趸?xì)怏w，現(xiàn)有的變壓吸附濃縮高爐煤氣的技術(shù)大都采用兩段工藝，由于濃縮操作工藝復(fù)雜、能耗高、投資大等缺點使變壓吸附濃縮高爐煤氣的技術(shù)始終沒有實現(xiàn)工業(yè)化。因此，目前需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個技術(shù)問題就是如何能夠創(chuàng)新地提出一種能耗低、投資小、易于實現(xiàn)工業(yè)化的新型變壓吸附濃縮高爐煤氣的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能耗低、投資小、易于實現(xiàn)工業(yè)化的新型變壓吸附濃縮高爐煤氣的工藝。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種高爐煤氣濃縮的工藝，包括
預(yù)處理工序，用于去除高爐煤氣中對吸附劑有害的物質(zhì)；一段變壓吸附工序，用于在預(yù)處理工序后，采用至少兩臺吸附塔循環(huán)進(jìn)行吸附、均壓降壓、抽真空、均壓升壓和終升壓步驟，獲得CO體積分?jǐn)?shù)大于或等于45%的產(chǎn)品氣；其中，所述吸附劑為在相同的吸附溫度和壓力下對CO的靜態(tài)吸附量為對CO2的靜態(tài)吸附量I倍以上的吸附劑。優(yōu)選的，所述吸附劑為，在相同的吸附溫度和壓力下對CO靜態(tài)吸附量為對CO2的靜態(tài)吸附量I倍以上，并且，對N2、CH4、H2的靜態(tài)吸附量3倍以上的吸附劑。優(yōu)選的，所述吸附劑為對CO具有選擇吸附性的負(fù)載活性組份的多孔物質(zhì)。優(yōu)選的，所述吸附劑為負(fù)載銅化合物的各種比表面積大于200m2/g的多孔物質(zhì)。優(yōu)選的，所述負(fù)載銅化合物的各種比表面積大于200m2/g的多孔物質(zhì)包括負(fù)載銅化合物的分子篩、活性炭、活性氧化鋁、硅膠或多孔陶瓷。優(yōu)選的，所述預(yù)處理工序包括以下步驟在高爐煤氣進(jìn)入變壓吸附濃縮界區(qū)溫度超過40°C時執(zhí)行的降溫步驟；和/ 或，在高爐煤氣進(jìn)入變壓吸附濃縮界區(qū)時塵含量高于10mg/Nm3時執(zhí)行的除塵步驟；和/ 或，在高爐煤氣進(jìn)入變壓吸附濃縮界區(qū)的壓力不能滿足吸附壓力要求時執(zhí)行的增壓步驟。優(yōu)選的，所述預(yù)處理工序包括以下步驟在高爐煤氣中H2S的含量在Ippm以上時執(zhí)行的脫硫步驟；在高爐煤氣中O2含量在IOOppm以上時執(zhí)行的除氧步驟；所述除氧步驟在脫硫步驟之后執(zhí)行。優(yōu)選的，所述一段變壓吸附工序還包括在吸附塔內(nèi)壓力高于預(yù)設(shè)的置換壓力值時執(zhí)行的順放步驟；和/ 或，在置換壓力高于常壓時執(zhí)行的逆放步驟。優(yōu)選的，所述一段變壓吸附工序還包括在吸附塔內(nèi)氣體中CO的濃度低于預(yù)置標(biāo)準(zhǔn)時執(zhí)行的置換沖洗步驟。優(yōu)選的，所述吸附步驟壓力為0——I. OMPa，所述抽真空步驟壓力為_0. 09——-0. 05Mpa,吸附床層溫度在120°C以下。優(yōu)選的，所述置換沖洗步驟壓力為0——0. 3MPa。優(yōu)選的，所述n臺吸附塔每臺吸附塔間隔1/n個時間周期依次執(zhí)行所述一段變壓吸附工序。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明實施例創(chuàng)造性地提出了一種采用一段變壓吸附法濃縮高爐煤氣的工藝，該工藝包括預(yù)處理工序和變壓吸附工序。預(yù)處理工序的主要目的是用于去除高爐煤氣中對吸附劑有害的物質(zhì)，如粉塵、H2O, H2S等，經(jīng)過預(yù)處理脫除有害物質(zhì)后，采用至少兩臺吸附塔循環(huán)進(jìn)行吸附、均壓降壓、抽真空、均壓升壓和終升壓等步驟，以獲得CO體積分?jǐn)?shù)大于或等于45%的產(chǎn)品氣。本發(fā)明實施例中所采用的吸附劑為對CO具有優(yōu)良選擇性的吸附劑，即CO與高爐氣中其它組分，如C02、N2、CH4、H2的分離系數(shù)都很大的吸附劑。本發(fā)明中所采用吸附劑的優(yōu)良性能為一段變壓吸附法濃縮高爐煤氣工藝提供了技術(shù)保證，從而突破了現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理工序后還要采用兩段變壓吸附法，多種吸附劑濃縮高爐煤氣的舊工藝，既簡化了操作工藝，又極大程度的降低了能耗。再者，本發(fā)明實現(xiàn)起來投資小、易于實現(xiàn)工業(yè)化；操作工藝靈活多變，可以根據(jù)產(chǎn)品氣的要求自行設(shè)計。


圖1是本發(fā)明的一種高爐煤氣濃縮的工藝實施例的流程圖；圖2是本發(fā)明實施例中一種變壓吸附系統(tǒng)變壓吸附的流程示意圖；圖3是本發(fā)明示例I中三臺吸附塔A、B、C循環(huán)執(zhí)行一段變壓吸附工序的時序圖；圖4是本發(fā)明示例2中三臺吸附塔A、B、C循環(huán)執(zhí)行一段變壓吸附工序的時序圖；圖5是本發(fā)明示例3中三臺吸附塔A、B、C循環(huán)執(zhí)行一段變壓吸附工序的時序圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明實施例創(chuàng)造性地提出了一種采用一段變壓吸附法濃縮高爐煤氣的工藝，參考圖I所示的工藝流程圖，該工藝可以包括預(yù)處理工序101和一段變壓吸附工序102。預(yù)處理工序的主要目的是用于去除高爐煤氣中對吸附劑有害的物質(zhì)，如粉塵、H20、H2S等，經(jīng)過預(yù)處理脫除有害物質(zhì)后，采用至少兩臺吸附塔循環(huán)進(jìn)行吸附、均壓降壓、抽真空、均壓升壓和終升壓等步驟，以獲得CO體積分?jǐn)?shù)大于或等于45%的產(chǎn)品氣。需要說明的是，本發(fā)明實施例中所采用的吸附劑為對CO具有優(yōu)良選擇性的吸附齊U，即CO與高爐氣中其它組分，如co2、n2、ch4、h2的分離系數(shù)都很大的吸附劑。在本發(fā)明一種優(yōu)選的示例中，這種吸附劑可以為在相同的吸附溫度和壓力下單組分吸附時，對CO的靜態(tài)吸附量為對CO2的靜態(tài)吸附量I倍以上的吸附劑；或者，這種吸附劑也可以為在相同的吸附溫度和壓力下對CO靜態(tài)吸附量為對CO2的靜態(tài)吸附量I倍以上、對N2、CH4, H2的靜態(tài)吸附量3倍以上的吸附劑。在具體實現(xiàn)中，所述吸附劑可以為對CO具有選擇吸附性的負(fù)載活性組份的多孔物質(zhì)，優(yōu)選為負(fù)載銅化合物的各種比表面積大于200m2/g的多孔物質(zhì)，例如負(fù)載銅化合物的分子篩、活性炭、活性氧化鋁、硅膠或多孔陶瓷等。作為一種吸附劑具體實現(xiàn)的示例，所述吸附劑可以為專利號為86102838，名稱為高效吸附劑及其制備方法和用途所公開的一種對一氧化碳或乙烯的吸附量都大于已有吸附劑或液體吸收劑容量，并對不飽和烴有吸附作用，同時避免液體吸收劑遇水水解以及由此產(chǎn)生有害后果的吸附劑，該吸附劑遇水不被破壞，吸附水后經(jīng)加熱去水，即可有效地吸附一氧化碳或不飽和烴。該吸附劑主要用于從混合氣中分離一氧化碳或不飽和烴，使混合氣與吸附劑接觸，吸附劑吸附一氧化碳或不飽和烴后，經(jīng)加熱或減壓即可脫附，并可重復(fù)使用。用此方法也可使含有一氧化碳或不飽和烴雜質(zhì)的原料氣得到凈化。本發(fā)明中所采用吸附劑的優(yōu)良性能為一段變壓吸附法濃縮高爐煤氣工藝提供了技術(shù)保證。在實際中，高爐煤氣的組成與高爐煉鐵工藝的過程密切相關(guān)，如高爐規(guī)模、噴煤工藝等都會對高爐煤氣的組成都有影響。參考表1，常見的高爐煤氣的組成為表I
化學(xué)成份 CH4 CO CO2 H2 N2 O2 H2S SQ2 I 體積分?jǐn)?shù)％ 0.5 25 15 I 57.5 I IOOppm I ppm 100在本發(fā)明實施例中，預(yù)處理工序的操作步驟是根據(jù)高爐煤氣工況確定的。一般高爐煤氣在高爐出口壓力都比較低，在0 0. 2MPa之間，如再經(jīng)過煉鐵企業(yè)其他工藝的處理，其壓力將會更低，可用于變壓吸附濃縮工藝的壓力一般。因此，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述預(yù)處理工序可以包括以下步驟降溫步驟降溫的目的是除水和便于風(fēng)機(jī)增壓。若高爐煤氣進(jìn)入變壓吸附濃縮界區(qū)時的溫度超過40°C時，預(yù)處理工序中將需要有降溫步驟。降溫采用的方式有很多種，如噴淋冷卻或者間壁式冷卻等，本發(fā)明對此不作限制。通常情況下，此處高爐煤氣的溫度在60°C左右，含此溫度下的飽和水，因此需要冷卻至40°C。除塵步驟在正常情況下，高爐煤氣進(jìn)入變壓吸附濃縮界區(qū)時塵含量在10mg/Nm3以下，若高于此值，則需要進(jìn)行除塵處理。具體方法可以參照現(xiàn)有的任一種除塵技術(shù)執(zhí)行，本發(fā)明對此不作限制。增壓步驟如果進(jìn)入變壓吸附濃縮界區(qū)的壓力不能滿足吸附壓力要求，則可以執(zhí)行增壓步驟。增壓機(jī)的類型根據(jù)性能指標(biāo)要求選擇，本發(fā)明對此不作限制。脫硫步驟通過中國計量科學(xué)研究院測定高爐煤氣的組分發(fā)現(xiàn)，高爐煤氣中H2S的含量一般在IOOppm左右，SO2在Ippm左右，不含有機(jī)硫。為保護(hù)吸附劑，需要進(jìn)行脫硫處理，以保證H2S濃度在Ippm以下。脫硫方法可以采用濕法脫硫、干法脫硫等現(xiàn)有的任一種脫硫方法，本發(fā)明對此不作限制。除氧步驟若濃縮工藝采用負(fù)載銅化合物的吸附劑，則要求O2含量在IOOppm以下。如氧含量高于此值，需要進(jìn)行除氧。目前工業(yè)上除氧的方法有催化加氫除氧和催化一氧化碳氧化除氧等，可根據(jù)條件自行選擇合理的除氧方法，本發(fā)明對此不作限制。在本發(fā)明實施例中，上述降溫、除塵、增壓、脫硫和除氧步驟可以根據(jù)實際工況擇 一執(zhí)行、部分執(zhí)行或全部執(zhí)行，并且，除所述除氧步驟需要在脫硫步驟之后執(zhí)行外，各步驟的操作順序可以按照需求任意調(diào)換。本領(lǐng)域技術(shù)人員按照變壓吸附濃縮高爐煤氣工藝要求和化工工藝設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)安排順序即可。
高爐煤氣在預(yù)處理工序完成后進(jìn)入一段變壓吸附工序。本發(fā)明實施例中所述一段變壓吸附工序采用至少兩臺吸附塔，每臺吸附塔循環(huán)進(jìn)行吸附、均壓降壓、抽真空、均壓升壓和終升壓步驟，以獲得CO體積分?jǐn)?shù)大于或等于45%的產(chǎn)品氣。以下具體介紹各步驟吸附⑷來自除氧工序的原料氣在預(yù)先選擇的吸附壓力下進(jìn)入吸附床，所述吸附壓力優(yōu)選為0——I. OMPa,采用本發(fā)明中對CO具有良好選擇吸附性能的吸附劑，未被吸附的其他組份在此壓力下流出吸附床。一次或多次均壓降壓(ED)讓吸附床與低壓均壓緩沖罐或低壓吸附塔連通，降低吸附床的壓力，均壓結(jié)束后吸附床和低壓吸附塔或均壓緩沖罐的壓力接近。均壓的作用是提高有用組分CO的收率，回 收壓力能。均壓次數(shù)越多有用組分的收率越大，同時設(shè)備費(fèi)用也會增加，兩者存在均衡的問題。一般均壓次數(shù)不超過5次。抽真空(V)對吸附床抽真空，使吸附劑再生，抽出的即是產(chǎn)品CO。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，抽真空的壓力可以為-0. 09 -0. 05Mpa ；一次或多次均壓充壓(ER)使吸附床與均壓緩沖罐或吸附塔進(jìn)行壓力均衡，充壓氣由高壓吸附塔頂部導(dǎo)出，低壓吸附塔頂或底部導(dǎo)入，充壓結(jié)束后，吸附床與均壓緩沖罐或吸附塔壓力相等。終充壓(FR)由其它吸附塔吸附流出吸附尾氣對當(dāng)前吸附塔進(jìn)行逆向充壓，使當(dāng)前吸附塔壓力接近吸附壓力。在實際中，吸附床層的溫度優(yōu)選在120°C以下。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述一段變壓吸附工序還可以包括以下步驟順放(P)開啟吸附塔上部閥門，使吸附塔順著吸附方向放壓。均壓降壓后，若吸附塔內(nèi)壓力仍高于預(yù)設(shè)的置換壓力時，便可采用順著進(jìn)料方向的泄壓方式進(jìn)行泄壓，降至預(yù)設(shè)的置換壓力值為止。和/ 或，置換沖洗(C)由吸附塔底部導(dǎo)入部分產(chǎn)品氣，在優(yōu)選為0—0.3MPa的壓力下，吸附塔進(jìn)行順向置換沖洗。置換的作用是提高吸附塔中氣體體積里的有用組分CO的濃度。和/ 或，逆放(BD)開啟吸附塔底部閥門，使吸附塔逆著吸附方向放壓。當(dāng)置換壓力高于常壓時，為保證與吸附時同樣的CO濃度梯度，需要采用逆著進(jìn)料方向的泄壓方式進(jìn)行泄壓。在實際中，n臺吸附塔每個塔間隔1/n個時間周期執(zhí)行所述一段變壓吸附工序，如3臺吸附塔，每臺吸附塔則間隔1/3個時間周期執(zhí)行一段變壓吸附工序；如4臺吸附塔，每臺吸附塔則間隔1/4個時間周期執(zhí)行一段變壓吸附工序。
為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，以下通過三個具體示例進(jìn)一步說明本發(fā)明。示例 I :假設(shè)原料高爐煤氣的組成如表2所示，并且，原料氣的壓力為50KPa，溫度為60°C，含飽和水蒸汽，含微量粉塵15mg/Nm3。產(chǎn)品氣規(guī)格要求產(chǎn)品氣中CO的濃度為45%。表2
化學(xué)成份 CH4 CO CO2 H2 N2 Q2 H2S SQ2 S體積分?jǐn)?shù)％ 0.5 24 16 I 57.5 I IOOppm I ppm 100(一 )預(yù)處理工序降溫、除塵為了達(dá)到除塵和降溫的目的，采用噴淋冷卻法冷卻高爐煤氣，冷卻后高爐煤氣的溫度為40°C。根據(jù)產(chǎn)品氣規(guī)格要求的CO的濃度為45%，吸附壓力為0. 05MPa即可(不考慮到實際壓降)，此處無需增壓，直接進(jìn)入后續(xù)脫硫步驟。脫硫H2S的含量是lOOppm，為保護(hù)變壓吸附吸附劑，采用兩段法干法脫硫粗脫硫和精脫硫，使硫含量降低到lppm。除氧02的含量為1%，為保護(hù)變壓吸附吸附劑，采用除氧催化劑脫除O2，使O2含量降到IOOPPm以下。( 二)一段變壓吸附工序參考圖2所示的變壓吸附流程示意圖，采用3個吸附塔A，B和C，執(zhí)行I塔進(jìn)料，I塔抽真空，2次均壓的變壓吸附流程，圖2中D、E為緩沖罐，F(xiàn)為真空泵，G為流量計。以A塔為例詳細(xì)說明本發(fā)明的一段變壓吸附工序，具體可以包括以下步驟A :吸附。來自除氧工序的原料氣在0. 05MPa吸附壓力下進(jìn)入吸附床，采用對CO具有良好選擇吸附性能的吸附劑，目前采用負(fù)載銅化合物的吸附劑吸附CO，未被吸附的其他組份在此壓力下流出吸附床。EDl : 一次均壓降壓。讓吸附床A與低壓均壓緩沖罐D(zhuǎn)連通，降低吸附床A的壓力，均壓結(jié)束后吸附床A和均壓緩沖罐D(zhuǎn)的壓力相同。ED2 : 二次均壓降壓。讓吸附床A與低壓均壓緩沖罐E連通，降低吸附床A的壓力，均壓結(jié)束后吸附床A和均壓緩沖罐E的壓力相同。V :抽真空。對吸附床A抽真空，使吸附劑再生，抽出的即是產(chǎn)品CO，抽真空結(jié)束時，吸附床壓力應(yīng)達(dá)到-0. 085MPa以上。ER2 :一次均壓充壓。使吸附床A與均壓緩沖罐E進(jìn)行壓力均衡，充壓氣由吸附塔頂部導(dǎo)入，充壓結(jié)束，吸附床A與均壓緩沖罐E壓力相等。ERl :二次均壓充壓。使吸附床A與均壓緩沖罐D(zhuǎn)進(jìn)行壓力均衡，充壓氣由吸附塔頂部導(dǎo)入，充壓結(jié)束，吸附床A與均壓緩沖罐D(zhuǎn)壓力相等。FR:終充壓。由C塔吸附流出吸附尾氣對A塔進(jìn)行逆向充壓，使A塔壓力接近吸附壓力。B塔和C塔與A塔的操作步驟完全相同，只是時間上相差1/3周期。
參考圖3所示的針對三臺吸附器A、B、C執(zhí)行一段變壓吸附工序的時序圖，假設(shè)執(zhí)行一段變壓吸附工序的循環(huán)周期由15個時間段組成，假設(shè)起始時間段為針對A塔執(zhí)行一段變壓吸附工序吸附步驟的時間段，即A塔的吸附步驟A占用第I—5個時間段；一次均壓降壓步驟EDl占用第6個時間段；二次均壓降壓步驟ED2占用第7個時間段；抽真空步驟V占用第8—12個時間段；一次均壓升壓步驟ER2占用第13個時間段；二次均壓升壓步驟ERl占用第14個時間段；終充壓步驟FR占用第15個時間段。B塔相對于A塔間隔1/3周期執(zhí)行所述一段變壓吸附工序，具體而言，即B塔的吸附步驟A占用第6—10個時間段；一次均壓降壓步驟EDl占用第11個時間段；二次均壓降壓步驟ED2占用第12個時間段；抽真空步驟V占用第13—15以及I—2個時間段；一次均壓升壓步驟ER2占用第3個時間段；二次均壓升壓步驟ERl占用第4個時間段；終充壓步驟FR占用第5個時間段。C塔相對于B塔間隔1/3周期執(zhí)行所述一段變壓吸附工序，具體而言，即C塔的吸附步驟A占用第11—15個時間段；一次均壓降壓步驟EDl占用第I個時間段；二次均壓降壓步驟ED2占用第2個時間段；抽真空步驟V占用第3—7個時間段；一次均壓升壓步驟ER2占用第8個時間段；二次均壓升壓步驟ERl占用第9個時間段；終充壓步驟FR占用第10個時間段。在本示例中，經(jīng)歷預(yù)處理工序和一段變壓吸附工序后，得到的產(chǎn)品氣中CO的濃度為45%以上，產(chǎn)品氣熱值在1350Kcal/Nm3以上。示例2 : 假設(shè)原料高爐煤氣的組成如表2所示，并且，原料氣的壓力為8KPa，溫度為60°C，含飽和水蒸汽，含微量粉塵15mg/Nm3。產(chǎn)品氣規(guī)格要求產(chǎn)品氣中CO的濃度為60%。(一)預(yù)處理工序降溫、除塵為了達(dá)到除塵和降溫的目的，采用噴淋冷卻法冷卻高爐煤氣，冷卻后高爐煤氣的溫度為40°C。增壓根據(jù)產(chǎn)品氣規(guī)格要求的CO的濃度為60%，將原料氣的壓力增加到
0.2MPa(不考慮實際壓降)。脫硫H2S的含量是lOOppm，為保護(hù)變壓吸附吸附劑，采用兩段法干法脫硫粗脫硫和精脫硫，使硫含量降低到Ippm以下。除氧02的含量為1%，為保護(hù)變壓吸附吸附劑，采用除氧催化劑脫除O2，使O2含量降到IOOPPm以下。(二)一段變壓吸附工序參考圖2所示的變壓吸附流程示意圖，采用3個吸附塔A，B和C，執(zhí)行I塔進(jìn)料，I塔抽真空，2次均壓的變壓吸附流程，圖2中D、E為緩沖罐，F(xiàn)為真空泵，G為流量計。以A塔為例詳細(xì)說明本發(fā)明的一段變壓吸附工序，具體可以包括以下步驟A:吸附。來自除氧工序的原料氣在0. 2MPa吸附壓力下進(jìn)入吸附床，采用對CO具有良好選擇吸附性能的吸附劑，目前采用負(fù)載銅化合物的吸附劑吸附CO，未被吸附的其他組份在此壓力下流出吸附床。EDl : 一次均壓降壓。讓吸附床A與低壓均壓緩沖罐D(zhuǎn)連通，降低吸附床A的壓力，均壓結(jié)束后吸附床A和均壓緩沖罐D(zhuǎn)的壓力相同。ED2 : 二次均壓降壓。讓吸附床A與低壓均壓緩沖罐E連通，降低吸附床A的壓力，均壓結(jié)束后吸附床A和均壓緩沖罐E的壓力相同。C :置換沖洗。由A塔底部導(dǎo)入部分產(chǎn)品氣，在常壓下，對A塔進(jìn)行順向置換沖洗。V :抽真空。對吸附床抽真空，使吸附劑再生，抽出的即是產(chǎn)品CO，抽真空結(jié)束時，吸附床壓力應(yīng)達(dá)到-0. 085MPa以上。ER2 :一次均壓充壓。使吸附床A與均壓緩沖罐E進(jìn)行壓力均衡，充壓氣由吸附塔頂部導(dǎo)入，充壓結(jié)束，吸附床A與均壓緩沖罐E壓力相等。ERl :二次均壓充壓。使吸附床A與均壓緩沖罐D(zhuǎn)進(jìn)行壓力均衡，充壓氣由吸附塔頂部導(dǎo)入，充壓結(jié)束，吸附床A與均壓緩沖罐D(zhuǎn)壓力相等。 FR :終充壓。由C塔吸附流出吸附尾氣對A塔進(jìn)行逆向充壓，使A塔壓力接近吸附壓力。B塔和C塔與A塔的操作步驟完全相同，只是時間上相差1/3周期。參考圖4所示的針對三臺吸附器A、B、C執(zhí)行一段變壓吸附工序的時序圖，假設(shè)執(zhí)行一段變壓吸附工序的循環(huán)周期由18個時間段組成，假設(shè)起始時間段為針對A塔執(zhí)行一段變壓吸附工序吸附步驟的時間段，即A塔的吸附步驟A占用第I—6個時間段；一次均壓降壓步驟EDl占用第7個時間段；二次均壓降壓步驟ED2占用第8個時間段；置換沖洗步驟C占用第9個時間段；抽真空步驟V占用第10—15個時間段；一次均壓升壓步驟ER2占用第16個時間段；二次均壓升壓步驟ERl占用第17個時間段；終充壓步驟FR占用第18個時間段。B塔相對于A塔間隔1/3周期執(zhí)行所述一段變壓吸附工序，具體而言，即B塔的吸附步驟A占用第7—12個時間段；一次均壓降壓步驟EDl占用第13個時間段；二次均壓降壓步驟ED2占用第14個時間段；置換沖洗步驟C占用第15個時間段；抽真空步驟V占用第16—18以及I—3個時間段；一次均壓升壓步驟ER2占用第4個時間段；二次均壓升壓步驟ERl占用第5個時間段；終充壓步驟FR占用第6個時間段。C塔相對于B塔間隔1/3周期執(zhí)行所述一段變壓吸附工序，具體而言，即C塔的吸附步驟A占用第13—18個時間段；一次均壓降壓步驟EDl占用第I個時間段；二次均壓降壓步驟ED2占用第2個時間段；置換沖洗步驟C占用第3個時間段；抽真空步驟V占用第4—9個時間段；一次均壓升壓步驟ER2占用第10個時間段；二次均壓升壓步驟ERl占用第11個時間段；終充壓步驟FR占用第12個時間段。在本示例中，經(jīng)歷預(yù)處理工序和一段變壓吸附工序后，得到的產(chǎn)品氣中CO的濃度為60%以上，產(chǎn)品氣熱值在1800Kcal/Nm3以上。示例3 :假設(shè)原料高爐煤氣的組成如表3所示，并且原料氣的壓力為8KPa，溫度為60°C，含飽和水，含微量粉塵5mg/Nm3以下。產(chǎn)品氣規(guī)格要求產(chǎn)品氣中CO的濃度為80%。表3:化學(xué)成份 CH4 CO CQ2 H2 N2 Q2 H2S SO2 S體積分?jǐn)?shù)％ 0.5 24 16 I 57.5 I IOOppm I ppm 100(一)預(yù)處理工序降溫為了達(dá)到降溫的目的，采用間壁式冷卻器冷卻高爐煤氣，冷卻后高爐煤氣的溫度為40°C。含塵量少無需除塵。增壓根據(jù)產(chǎn)品氣規(guī)格要求的CO的濃度為80%，將原料氣的壓力增加到
0.5MPa(不考慮實際壓降)。脫硫H2S的含量是lOOppm，為保護(hù)變壓吸附吸附劑，采用兩段法干法脫硫粗脫硫和精脫硫，使硫含量降低到Ippm以下。除氧02的含量為1%，為保護(hù)變壓吸附吸附劑，采用除氧催化劑脫除O2，使O2含量 降到IOOPPm以下。( 二)變壓吸附制CO工序參考圖2所示的變壓吸附流程示意圖，采用3個吸附塔A，B和C，執(zhí)行I塔進(jìn)料，I塔抽真空，2次均壓的變壓吸附流程，圖2中D、E為緩沖罐，F(xiàn)為真空泵，G為流量計。以A塔為例詳細(xì)說明本發(fā)明的一段變壓吸附工序，具體可以包括以下步驟A:吸附。來自除氧工序的原料氣在0.5MPa吸附壓力下進(jìn)入吸附床，采用對CO具有良好選擇吸附性能的吸附劑，目前采用負(fù)載銅化合物的吸附劑吸附CO，未被吸附的其他組份在此壓力下流出吸附床。EDl : 一次均壓降壓。讓吸附床A與低壓均壓緩沖罐D(zhuǎn)連通，降低吸附床A的壓力，均壓結(jié)束后吸附床A和均壓緩沖罐D(zhuǎn)的壓力相同。ED2 : 二次均壓降壓。讓吸附床A與低壓均壓緩沖罐E連通，降低吸附床A的壓力，均壓結(jié)束后吸附床A和均壓緩沖罐E的壓力相同。P :均壓降壓完成以后吸附床A壓力在0. 15MPa左右，順著吸附床A的吸附方向放壓，降壓至0. IMpa。C :置換沖洗。由A塔底部導(dǎo)入部分產(chǎn)品氣，在0. IMpa下，對A塔進(jìn)行順向置換沖洗。BD :逆放。開啟A塔底部閥門，使A塔逆著吸附方向放壓，逆放氣部分也是產(chǎn)品氣。V :抽真空。對吸附床抽真空，使吸附劑再生，抽出的即是產(chǎn)品CO，抽真空結(jié)束時，吸附床壓力應(yīng)達(dá)到-0. 085MPa以上。ER2 :一次均壓充壓。使吸附床A與均壓緩沖罐E進(jìn)行壓力均衡，充壓氣由吸附塔頂部導(dǎo)入，充壓結(jié)束，吸附床A與均壓緩沖罐E壓力相等。ERl :二次均壓充壓。使吸附床A與均壓緩沖罐D(zhuǎn)進(jìn)行壓力均衡，充壓氣由吸附塔頂部導(dǎo)入，充壓結(jié)束，吸附床A與均壓緩沖罐D(zhuǎn)壓力相等。FR :終充壓。由C塔吸附流出吸附尾氣對A塔進(jìn)行逆向充壓，使A塔壓力接近吸附壓力。B塔和C塔與A塔的操作步驟完全相同，只是時間上相差1/3周期。參考圖5所示的針對三臺吸附器A、B、C執(zhí)行一段變壓吸附工序的時序圖，假設(shè)執(zhí)行一段變壓吸附工序的循環(huán)周期由24個時間段組成，假設(shè)起始時間段為針對A塔執(zhí)行一段變壓吸附工序吸附步驟的時間段，即A塔的吸附步驟A占用第I—8個時間段；一次均壓降壓步驟EDl占用第9個時間段；二次均壓降壓步驟ED2占用第10個時間段；順放步驟占用第11個時間段；置換沖洗步驟C占用第12個時間段；逆放步驟BD占用第13個時間段；抽真空步驟V占用第14—21個時間段；一次均壓升壓步驟ER2占用第22個時間段；二次均壓升壓步驟ERl占用第23個時間段；終充壓步驟FR占用第24個時間段。B塔相對于A塔間隔1/3周期執(zhí)行所述一段變壓吸附工序，具體而言，即B塔的吸附步驟A占用第9—16個時間段；一次均壓降壓步驟EDl占用第17個時間段；二次均壓降壓步驟ED2占用第18個時間段；順放步驟占用第19個時間段；置換沖洗步驟C占用第20個時間段；逆放步驟BD占用第21個時間段；抽真空步驟V占用第22——24以及I——5個時間段；一次均壓升壓步驟ER2占用第6個時間段；二次均壓升壓步驟ERl占用第7個時間段；終充壓步驟FR占用第8個時間段。
C塔相對于B塔間隔1/3周期執(zhí)行所述一段變壓吸附工序，具體而言，即C塔的吸附步驟A占用第17—24個時間段；一次均壓降壓步驟EDl占用第I個時間段；二次均壓降壓步驟ED2占用第2個時間段；順放步驟占用第3個時間段；置換沖洗步驟C占用第4個時間段；逆放步驟BD占用第5個時間段；抽真空步驟V占用第6—13個時間段；一次均壓升壓步驟ER2占用第14個時間段；二次均壓升壓步驟ERl占用第15個時間段；終充壓步驟FR占用第16個時間段。經(jīng)歷預(yù)處理工序和變壓吸附制CO工序后，得到的產(chǎn)品氣中CO的濃度為80%以上，產(chǎn)品氣熱值在2400Kcal/Nm3以上。在具體應(yīng)用中，依據(jù)各種實際情況，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以自行設(shè)計所述一段變壓吸附工序中的操作步驟，本發(fā)明對具體操作步驟順序及選擇無特別限制。本發(fā)明實施例所提供的新型高爐煤氣濃縮工藝，突破了預(yù)處理后還要采用兩段變壓吸附法，多種吸附劑濃縮高爐煤氣的舊工藝，既簡化了操作工藝，又極大程度的降低了能耗。本發(fā)明操作工藝靈活多變，可以根據(jù)產(chǎn)品氣的要求自行設(shè)計。以上對本發(fā)明所提供的一種高爐煤氣的濃縮工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種高爐煤氣濃縮的工藝，其特征在于，包括 預(yù)處理工序，用于去除高爐煤氣中對吸附劑有害的物質(zhì)； 一段變壓吸附工序，用于在預(yù)處理工序后，采用至少兩臺吸附塔循環(huán)進(jìn)行吸附、均壓降壓、抽真空、均壓升壓和終升壓步驟，獲得CO體積分?jǐn)?shù)大于或等于45%的產(chǎn)品氣； 其中，所述吸附劑為在相同的吸附溫度和壓力下對CO的靜態(tài)吸附量為對CO2的靜態(tài)吸附量I倍以上的吸附劑。
2.如權(quán)利要求I所述的高爐煤氣濃縮的工藝，其特征在于，所述吸附劑為，在相同的吸附溫度和壓力下對CO靜態(tài)吸附量為對CO2的靜態(tài)吸附量I倍以上，并且，對N2、CH4、H2的靜態(tài)吸附量3倍以上的吸附劑。
3.如權(quán)利要求I所述的高爐煤氣濃縮的工藝，其特征在于，所述吸附劑為對CO具有選擇吸附性的負(fù)載活性組份的多孔物質(zhì)。
4.如權(quán)利要求3所述的高爐煤氣濃縮的工藝，其特征在于，所述吸附劑為負(fù)載銅化合物的各種比表面積大于200m2/g的多孔物質(zhì)。
5.如權(quán)利要求4所述的高爐煤氣濃縮的工藝，其特征在于，所述負(fù)載銅化合物的各種比表面積大于200m2/g的多孔物質(zhì)包括負(fù)載銅化合物的分子篩、活性炭、活性氧化鋁、硅膠或多孔陶瓷。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的高爐煤氣濃縮的工藝，其特征在于，所述預(yù)處理工序包括以下步驟 在高爐煤氣進(jìn)入變壓吸附濃縮界區(qū)溫度超過40°C時執(zhí)行的降溫步驟； 和/或， 在高爐煤氣進(jìn)入變壓吸附濃縮界區(qū)時塵含量高于10mg/Nm3時執(zhí)行的除塵步驟； 和/或， 在高爐煤氣進(jìn)入變壓吸附濃縮界區(qū)的壓力不能滿足吸附壓力要求時執(zhí)行的增壓步驟。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的高爐煤氣濃縮的工藝，其特征在于，所述預(yù)處理工序包括以下步驟 在高爐煤氣中H2S的含量在Ippm以上時執(zhí)行的脫硫步驟； 在高爐煤氣中O2含量在IOOppm以上時執(zhí)行的除氧步驟； 所述除氧步驟在脫硫步驟之后執(zhí)行。
8.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的高爐煤氣濃縮的工藝，其特征在于，所述一段變壓吸附工序還包括 在吸附塔內(nèi)壓力高于預(yù)設(shè)的置換壓力值時執(zhí)行的順放步驟； 和/或， 在置換壓力高于常壓時執(zhí)行的逆放步驟。
9.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的高爐煤氣濃縮的工藝，其特征在于，所述一段變壓吸附工序還包括 在吸附塔內(nèi)氣體中CO的濃度低于預(yù)置標(biāo)準(zhǔn)時執(zhí)行的置換沖洗步驟。
10.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的高爐煤氣濃縮的工藝，其特征在于，所述吸附步驟壓力為0——I. OMPa，所述抽真空步驟壓力為-0. 09--0. 05Mpa,吸附床層溫度在120°C以下。
11.如權(quán)利要求10所述的高爐煤氣濃縮的工藝，其特征在于，所述置換沖洗步驟壓力為 0-0. 3MPa。
12.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的高爐煤氣濃縮的工藝，其特征在于，所述n臺吸附塔每臺吸附塔間隔1/n個時間周期依次執(zhí)行所述一段變壓吸附工序。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高爐煤氣濃縮的工藝，包括預(yù)處理工序，用于去除高爐煤氣中對吸附劑有害的物質(zhì)；一段變壓吸附工序，用于在預(yù)處理工序后，采用至少兩臺吸附塔循環(huán)進(jìn)行吸附、均壓降壓、抽真空、均壓升壓和終升壓步驟，獲得CO體積分?jǐn)?shù)大于或等于45％的產(chǎn)品氣；其中，所述吸附劑為在相同的吸附溫度和壓力下對CO的靜態(tài)吸附量為對CO2的靜態(tài)吸附量1倍以上的吸附劑。本發(fā)明實現(xiàn)了一種能耗低、投資小、易于實現(xiàn)工業(yè)化的新型變壓吸附濃縮高爐煤氣的工藝。
文檔編號C10K1/00GK102643681SQ20111004114
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者伍科, 唐偉, 張佳平, 李騰蛟, 田偉, 耿云峰, 謝有暢 申請人:北京北大先鋒科技有限公司