一种高炉煤气CO2高效捕集及煤气高热值利用的方法

技术领域

本发明属于吸附技术领域，尤其涉及一种高炉煤气CO

背景技术

CO

高炉煤气主要由N

针对高炉工序CO

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种高炉煤气CO

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高炉煤气CO

变压吸附法提高燃烧热值并对CO

所述高炉煤气CO

步骤1、将高炉煤气在预处理单元进行预处理，具体为：高炉煤气经过除尘和高炉煤气余压透平发电(TRT)后进行降温。

降温后然后进入TSA脱硫和TSA除水装置进行脱硫、除水；经过预处理的高炉煤气经压缩机压缩后进入一段变压吸附工序(PSA-1)进行CO

步骤2、所述浓缩煤气进入热水锅炉与O

步骤3、产品气1的缓冲罐中出来的气体与燃烧尾气2混合后作为原料气2，经压缩机压缩后进入二段变压吸附工序(PSA-2)进行CO

进一步地，步骤1中，所述降温工序采用水冷和二段吸附尾气联合降温的方式进行，冷却介质与高炉煤气为列管换热。TSA的除水和脱硫工序分别至少包括两个吸附塔以保证原料气的连续处理，每个吸附塔内装填吸附剂。所述脱水、脱硫工艺的吸附终点为吸附尾气中H

TSA包括吸附、解吸和降温三个阶段，变温吸附的降温阶段采用吸附产品气2换热和自然冷却相结合的方式进行。所述吸附温度为10-40℃，例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃或40℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。所述解吸温度为50-80℃，例如可以是50℃、55℃、60℃、65℃或70℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。所述降温的终点温度为30-50℃，例如可以是30℃、35℃、40℃或45℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

所述一段变压吸附工序(PSA-1)至少包含四个吸附塔以保证高炉煤气中CO

进一步地，步骤2中，浓缩煤气进入热水锅炉燃烧加热循环水(加热终点温度为70-90℃，例如可以是70℃、75℃、80℃、85℃或90℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用)，采用TSA除水装置对燃烧过程(H

进一步地，步骤3中，所述二段变压吸附工序(PSA-2)至少包含四个吸附塔以保证装置的连续运行，每个吸附塔内装填吸附剂；所述二段变压吸附工序(PSA-2)包括增压吸附、塔间均压和真空解吸三个阶段。所述增压吸附的参数为：压力200-600kPa，例如可以是200kPa、300kPa、400kPa、500kPa或600kPa等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；时间1-10min，例如可以是1min、3min、5min、7min、9min或10min等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；所述塔间均压时间为10-30s，例如可以是10s、15s、20s、25s或30s等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；所述真空解吸的参数为：压力10-50kPa，例如可以是10kPa、20kPa、30kPa、40kPa或50kPa等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；时间1-10min，例如可以是1min、2min、4min、6min、8min或10min等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

所述产品气2中CO

本发明工艺中所有吸附剂均包括活性炭、分子筛、硅胶或氧化铝中的任意一种或至少两种的组合，除水工序优选为硅胶，脱硫工序优选为活性炭，CO

本发明通过变压吸附提供高炉煤气可燃气体的占比，提高燃烧热值，并用于变温吸附的升温解吸，避免了其他能源的消耗；浓缩煤气经燃烧提升了CO

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

(1)通过PSA-1段对高炉煤气进行初步浓缩，得到可燃烧组分(CO、H

(2)浓缩高炉煤气燃烧为循环水进行加热，加热后的循环水用于变温吸附脱硫和除水阶段吸附剂的再生，减少其他能源的消耗，未完全消耗的高热值煤气还可进行他用；

(3)燃烧后的尾气具有较高CO

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明开发的一种高炉煤气CO

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

值得说明的是，本发明所述压力均为绝压。

本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

本发明提供了一种高炉煤气CO

本发明开发了一种高炉煤气CO

所述高炉煤气的预处理单元对应设置为高炉煤气降温装置；变温吸附过程对应采用的装置为变温吸附(TSA)除水装置和变温吸附(TSA)脱硫装置。高炉煤气降温装置中冷却介质(循环水和二段吸附尾气)与高炉煤气为列管换热布置，降温后的高炉煤气进入TSA除水装置，H

TSA脱硫段吸附尾气经过压缩机压缩到一定压力下进入一段变压吸附工序(PSA-1)，CO

煤气高热值利用单元通过浓缩煤气的燃烧为变温吸附的解吸供热，PSA-1获得的浓缩煤气进入热水锅炉对循环水进行加热，循环热水用于完成变温吸附的吸附塔的升温解吸(预处理单元的除水和脱硫，浓缩高炉煤气燃烧尾气的除水)，经吸附塔热交换的循环水降温后回到锅炉进行再次加热循环，热解吸过程中PSA-2的吸附尾气在预处理阶段初步预热后进入处于解吸阶段的吸附塔，对吸附剂进行吹扫。解吸完成后采用产品气2进行换热和自然冷却降温，具体为进入除水和脱硫阶段进行换热，产品本身不发生其他变化，换热进行完成后即进入储气罐储存。

二段变压吸附(PSA-2)操作步骤与PSA-1相同，区别在于PSA-2的原料气为PSA-1的产品气和浓缩煤气燃烧尾气的混合气，该阶段的产品气2进入产品气储罐暂存，吸附尾气作为变温吸附解吸阶段的吹扫气。

以下实施例中涉及到的高炉煤气原料气的组成为如表1所示，TSA除水工序吸附剂为硅胶，TSA脱硫工序吸附剂为活性炭，CO

表1

以下实施例作为本发明技术方案的进一步说明。

实施例1

一种高炉煤气CO

1、(1)高炉煤气原料气气量为1000Nm

(2)经过除水后的气体进入变温吸附(TSA)脱硫装置(其中包括两个吸附塔，每个吸附塔内装填活性炭，活性炭装填量为300kg)，吸附温度为10℃，解吸温度为80℃；

(3)经TSA脱硫工序的高炉煤气进入PSA-1段(其中包括四个吸附塔，每个吸附塔内装填分子筛，分子筛装填量为1500kg)，吸附的压力为500kPa、吸附温度为10℃(此温度与TSA脱硫吸附温度一致)、吸附时间为10min、均压时间为30s、真空解吸压力为10kPa，真空解吸时间为10min，得到产品气1以及浓缩煤气；

2、浓缩煤气进入热水锅炉燃烧加热循环水，循环水的加热终点温度为90℃，燃烧尾气进行TSA除水装置(其中包括两个吸附塔，每个吸附塔内装填硅胶，硅胶装填量为2500kg)，吸附温度为10℃，解吸温度为80℃；燃烧过程中的尾气经过变温吸附除水后与产品气1混合，记为原料气2；

3、缓冲罐中的原料气2经压缩机压缩后进入PSA-2段(其中包括四个吸附塔，每个吸附塔内装填分子筛，分子筛装填量为1000kg)，吸附的压力为600kPa、吸附温度为10℃(此温度与PSA-1吸附温度一致)、吸附时间为10min、均压时间为30s、真空解吸压力为10kPa，真空解吸时间为10min，最终得到产品气2以及PSA-2尾气。

本实施例中各工序的产品气组成如表2所示。

表2

应用本实施例开发的一种高炉煤气CO

实施例2

一种高炉煤气CO

1、(1)高炉煤气原料气气量为1000Nm

(2)经过除水后的气体进入变温吸附(TSA)脱硫装置(其中包括两个吸附塔，每个吸附塔内装填活性炭，活性炭装填量为300kg)，吸附温度为10℃，解吸温度为50℃；

(3)经TSA脱硫工序的高炉煤气进入PSA-1段工序(其中包括四个吸附塔，每个吸附塔内装填分子筛，分子筛装填量为1500kg)，吸附的压力为150kPa、吸附温度为10℃(此温度与TSA脱硫吸附温度一致)、吸附时间为1min、均压时间为10s、真空解吸压力为10kPa，真空解吸时间为1min，得到产品气1以及浓缩煤气；

2、浓缩煤气进入热水锅炉燃烧加热循环水，循环水的加热终点温度为70℃，燃烧尾气进行TSA除水装置(其中包括两个吸附塔，每个吸附塔内装填硅胶，硅胶装填量为2500kg)，吸附温度为10℃，解吸温度为50℃；燃烧过程中的尾气经过变温吸附除水后与产品气1混合，记为原料气2；其中燃烧尾气来自热水锅炉燃烧加热循环水的过程；

3、缓冲罐中的原料气2经压缩机压缩后进入PSA-2段(其中包括四个吸附塔，每个吸附塔内装填分子筛，分子筛装填量为1000kg)，吸附的压力为200kPa、吸附温度为10℃(此温度与PSA-1吸附温度一致)、吸附时间为1min、均压时间为10s、真空解吸压力为10kPa，真空解吸时间为1min，最终得到产品气2以及PSA-2尾气。

本实施例中各工序的产品气组成如表3所示。

表3

应用本实施例开发的一种高炉煤气CO

实施例3

一种高炉煤气CO

1、(1)高炉煤气原料气气量为1000Nm

(2)经过除水后的气体进入变温吸附(TSA)脱硫装置(其中包括两个吸附塔，每个吸附塔内装填活性炭，活性炭装填量为300kg)，吸附温度为40℃，解吸温度为80℃；

(3)经TSA脱硫工序的高炉煤气进入PSA-1段(其中包括四个吸附塔，每个吸附塔内装填分子筛，分子筛装填量为300kg)，吸附的压力为500kPa、吸附温度为40℃(此温度与TSA脱硫吸附温度一致)、吸附时间为10min、均压时间为30s、真空解吸压力为50kPa，真空解吸时间为10min，得到产品气1以及浓缩煤气；

2、浓缩煤气进入热水锅炉燃烧加热循环水，循环水的加热终点温度为90℃，燃烧尾气进行TSA除水装置(其中包括两个吸附塔，每个吸附塔内装填硅胶，硅胶装填量为2500kg)，吸附温度为40℃，解吸温度为80℃；燃烧过程中的尾气经过变温吸附除水后与产品气1混合，记为原料气2；

3、缓冲罐中的原料气2经压缩机压缩后进入PSA-2段(其中包括四个吸附塔，每个吸附塔内装填分子筛，分子筛装填量为1000kg)，吸附的压力为600kPa、吸附温度为40℃(此温度与PSA-1吸附温度一致)、吸附时间为10min、均压时间为30s、真空解吸压力为50kPa，真空解吸时间为10min，最终得到产品气2以及PSA-2尾气。

本实施例中各工序的产品气组成如表4所示。

表4

应用本实施例开发的一种高炉煤气CO

对比例1

同实施例1，区别在于，工艺无浓缩煤气的高热值利用单元，具体包括以下步骤：

1、(1)高炉煤气原料气气量为1000Nm

(2)经过除水后的气体进入变温吸附(TSA)脱硫装置(其中包括两个吸附塔，每个吸附塔内装填活性炭，活性炭装填量为300kg)，吸附温度为10℃，解吸温度为80℃；

(3)经TSA脱硫工序的高炉煤气进入PSA-1段(其中包括四个吸附塔，每个吸附塔内装填分子筛，分子筛装填量为1500kg)，吸附的压力为500kPa、吸附温度为10℃(此温度与TSA除水吸附温度一致)、吸附时间为10min、均压时间为30s、真空解吸压力为10kPa，真空解吸时间为10min，得到产品气1以及浓缩煤气；

2、产品气1作为PSA-2的原料气2经压缩机压缩后进入PSA-2段(其中包括至少四个吸附塔，每个吸附塔内装填分子筛，分子筛装填量为1000kg)，吸附的压力为600kPa、吸附温度为10℃(此温度与PSA-1吸附温度一致)、吸附时间为10min、均压时间为30s、真空解吸压力为10kPa，真空解吸时间为10min，最终得到产品气2以及PSA-2尾气。

本实施例中各工序的产品气组成如表5所示。

表5

本对比例得到了CO

对比例2

同实施例1，区别在于，无TSA除水和TSA脱硫工序，具体包括以下步骤：

1、(1)高炉煤气原料气气量为1000Nm

2、浓缩煤气进入热水锅炉燃烧加热循环水，循环水的加热终点温度为90℃，燃烧尾气与产品气1混合，记为原料气2；

3、缓冲罐中的原料气2经压缩机压缩后进入PSA-2段(其中包括四个吸附塔，每个吸附塔内装填分子筛，分子筛装填量为1000kg)，吸附的压力为600kPa、吸附温度为10℃(此温度与PSA-1吸附温度一致)、吸附时间为10min、均压时间为30s、真空解吸压力为10kPa，真空解吸时间为10min，最终得到产品气2以及PSA-2尾气。

本对比例中各工序的产品气组成如表6所示。

表6

本对比例得到了CO

对比例3

同实施例1，区别在于，无CO

1、(1)高炉煤气原料气气量为1000Nm

(2)经过除水后的气体进入变温吸附(TSA)脱硫装置(其中包括两个吸附塔，每个吸附塔内装填活性炭，活性炭装填量为300kg)，吸附温度为10℃，解吸温度为80℃；

(3)经TSA脱硫工序的高炉煤气进入CO

2、浓缩煤气进入热水锅炉燃烧加热循环水，循环水的加热终点温度为90℃，燃烧尾气进行TSA除水装置(其中包括两个吸附塔，每个吸附塔内装填硅胶，硅胶装填量为2500kg)，吸附温度为10℃，解吸温度为80℃；燃烧过程中的尾气经过变温吸附除水后与产品气1混合，记为原料气2；

3、缓冲罐中的原料气2进入CO

本对比例中各工序的产品气组成如表7所示。

表7

本对比例得到了CO

对比例4

同实施例1，区别在于，TSA除水和TSA脱硫吸附温度为60℃，具体包括以下步骤：

1、(1)高炉煤气原料气气量为1000Nm

(2)经过脱硫后的气体进入变温吸附(TSA)除水装置(其中包括两个吸附塔，每个吸附塔内装填活性炭，活性炭装填量为300kg)，吸附温度为60℃，解吸温度为80℃；

(3)经TSA脱硫工序的高炉煤气进入PSA-1段(其中包括四个吸附塔，每个吸附塔内装填分子筛，分子筛装填量为1500kg)，吸附的压力为500kPa、吸附温度为10℃(此温度与TSA脱硫吸附温度一致)、吸附时间为10min、均压时间为30s、真空解吸压力为10kPa，真空解吸时间为10min，得到产品气1以及浓缩煤气；

2、浓缩煤气进入热水锅炉燃烧加热循环水，循环水的加热终点温度为90℃，燃烧尾气进行TSA除水装置(其中包括两个吸附塔，每个吸附塔内装填硅胶，硅胶装填量为2500kg)，吸附温度为60℃，解吸温度为80℃；燃烧过程中的尾气经过变温吸附除水后与产品气1混合，记为原料气2；

3、缓冲罐中的原料气2经压缩机压缩后进入PSA-2段(其中包括四个吸附塔，每个吸附塔内装填分子筛，分子筛添加量为1000kg)，吸附的压力为600kPa、吸附温度为10℃(此温度与PSA-1吸附温度一致)、吸附时间为10min、均压时间为30s、真空解吸压力为10kPa，真空解吸时间为10min，最终得到产品气2以及PSA-2尾气。

本实施例中各工序的产品气组成如表8所示。

表8

本对比例得到了CO

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。