高炉煤气回收利用系统及方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种高炉煤气回收利用系统及方法。

背景技术

在钢铁冶炼过程中，炼铁高炉、热风炉产生的烟气、转炉烟气、石灰焙烧烟气、轧钢加热炉烟气等废气中含有大量的CO

另一方面，在高炉炼铁、转炉、电炉、精炼过程中均产生大量钢渣，目前暂无大规模处理方法，并且现有的钢渣固定二氧化碳的技术中，钢渣矿化即碳酸化的过程中转化率低。钢渣的主要成分除了氧化硅、氧化铁、氧化铝外，还含有氧化钙、氧化镁等碱性成分，这些碱性物质在一定条件下可与CO

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的高炉煤气利用率低、钢渣矿化过程转化率低的问题，提供一种高炉煤气回收利用系统及方法，该系统及方法能够显著提高高炉煤气利用率和钢渣矿化过程转化率，达到节能减排的目的。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种高炉煤气回收利用系统，该系统包括：

脱碳单元，所述脱碳单元用于分离高炉煤气得到富含二氧化碳的第一气体和第二气体；

脱水单元，所述脱水单元用于脱除所述第一气体中的水分；

转炉，所述转炉以所述脱水单元脱水后的第一气体作为底吹气炼钢，得到转炉尾气；

发电单元，所述发电单元用于燃烧转炉尾气发电得到烟气；

矿化单元，所述矿化单元用于将钢渣和烟气发生矿化反应得到建筑材料；

一氧化碳提纯单元，所述一氧化碳提纯单元用于分离纯化所述第二气体，得到富含一氧化碳的气体以及包括氢气和氮气的混合气体；其中，所述富含一氧化碳的气体循环回高炉；所述包括氢气和氮气的混合气体送入发电单元用于燃烧发电。

本发明第二方面提供一种高炉煤气回收利用方法，该方法在所述的系统中进行，包括：

1)将高炉煤气脱碳得到富含二氧化碳的第一气体以及含有一氧化碳、氢气和氮气的第二气体；

2)将所述第一气体脱水后用作转炉底吹气，得到的转炉尾气用于燃烧发电产生烟气，所述烟气用于钢渣矿化反应得到建筑材料；

3)将所述第二气体提纯得到富含一氧化碳的气体以及氮气和氢气的混合气体，所述富含一氧化碳的气体循环回高炉，所述氮气和氢气的混合气体用于燃烧发电。

通过上述技术方案，本发明具有如下优势：

1、通过本发明提供的系统和方法，将高炉煤气中的二氧化碳作为转炉底吹气替代昂贵的氩气和氮气，转炉尾气经燃烧发电后产生的烟气用于钢渣矿化，节约了炼钢成本和能耗，提高了钢渣矿化过程的转化率；

2、通过本发明提供的系统和方法，将高炉煤气中的一氧化碳返回高炉降低焦比，降低了炼钢碳耗，节约了炼钢成本；

3、通过本发明提供的系统和方法，将高炉煤气中的除去一氧化碳和二氧化碳的其他气体用于燃烧发电，节约了能耗；

综上，通过本发明，使得高炉煤气得到最大化利用，实现了真正意义上的节能减排与以废治废的目的。

附图说明

图1是本发明一种优选实施方式的系统结构示意图。

附图标记说明

1-脱碳单元；9-钢渣；

2-第一气体；10-建筑材料；

3-脱水单元；11-第二气体；

4-转炉；12-一氧化碳PSA提纯单元；

5-转炉尾气；13-富含一氧化碳的气流；

6-发电单元；14-包括氢气和氮气的混合气流。

7-烟气；

8-矿化单元；

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供一种高炉煤气回收利用系统，该系统包括：

脱碳单元，所述脱碳单元用于分离高炉煤气得到富含二氧化碳的第一气体和第二气体；

脱水单元，所述脱水单元用于脱除所述第一气体中的水分；

转炉，所述转炉以所述脱水单元脱水后的第一气体作为底吹气炼钢，得到转炉尾气；

发电单元，所述发电单元用于燃烧转炉尾气发电得到烟气；

矿化单元，所述矿化单元用于将钢渣和烟气发生矿化反应得到建筑材料；

一氧化碳提纯单元，所述一氧化碳提纯单元用于分离纯化所述第二气体，得到富含一氧化碳的气体以及包括氢气和氮气的混合气体；其中，所述富含一氧化碳的气体循环回高炉；所述包括氢气和氮气的混合气体用于送入发电单元燃烧发电。

本发明中，将高炉煤气中的二氧化碳作为转炉底吹气替代昂贵的氩气和氮气，转炉尾气经燃烧发电后产生的烟气用于钢渣矿化，节约了炼钢成本和能耗，提高了钢渣矿化过程的转化率；将高炉煤气中的一氧化碳返回高炉降低焦比，降低了炼钢碳耗，节约了炼钢成本；将高炉煤气中的除去一氧化碳和二氧化碳的其他气体用于燃烧发电，节约了能耗；使得高炉煤气得到最大化利用，实现了真正意义上的节能减排与以废治废的目的。

根据本发明一种优选的实施方式，所述发电单元包括锅炉、汽轮机、发电机中的至少一种。

本发明提供一种高炉煤气回收利用方法，该方法在所述的系统中进行，包括：

1)将高炉煤气脱碳得到富含二氧化碳的第一气体以及含有一氧化碳、氢气和氮气的第二气体；

2)将所述第一气体脱水后用作转炉底吹气，得到的转炉尾气用于燃烧发电产生烟气，所述烟气用于钢渣矿化反应得到建筑材料；

3)将所述第二气体提纯得到富含一氧化碳的气体以及氮气和氢气的混合气体，所述富含一氧化碳的气体循环回高炉，所述氮气和氢气的混合气体用于燃烧发电。

本发明中，将高炉煤气中的二氧化碳作为转炉底吹气替代昂贵的氩气和氮气，转炉尾气经燃烧发电后产生的烟气用于钢渣矿化，节约了炼钢成本和能耗，提高了钢渣矿化过程的转化率；将高炉煤气中的一氧化碳返回高炉降低焦比，降低了炼钢碳耗，节约了炼钢成本；将高炉煤气中的除去一氧化碳和二氧化碳的其他气体用于燃烧发电，节约了能耗；使得高炉煤气得到最大化利用，实现了真正意义上的节能减排与以废治废的目的。

本发明中，只要能够实现本发明的目的，对所述高炉煤气的组成没有特别要求，根据本发明一种优选的实施方式，以摩尔百分含量计，所述高炉煤气包含CO：24％-26％，CO

本发明中，只要能够实现本发明的目的，对所述脱碳的条件没有特别要求，根据本发明一种优选的实施方式，所述脱碳的条件包括：温度为30-50℃，压力为0.8MPaA-1.2MPaA。通过采用前述优选方案，能够降低能耗与操作成本，提高高炉煤气利用率及后续处理中钢渣的转化率。

本发明中，只要能够达到本发明的目的，所述脱碳单元分离高炉煤气的方法可以是本领域的常规选择，根据本发明一种优选的实施方式，所述脱碳单元分离高炉煤气的方法选自MDEA法和NHD法中的至少一种。通过采用前述优选方案，能够减少溶剂损失、提高再生CO

根据本发明一种优选的实施方式，所述第一气体中，二氧化碳的含量大于90％，优选为94％-96％。

根据本发明一种优选的实施方式，所述脱水单元脱水后的第一气体中，二氧化碳的含量不低于99.9％，水含量小于10ppm。通过采用前述优选方案，能够最大限度减少水分在转炉底吹过程中生成的副产物，进一步提高高炉煤气利用率及后续处理中钢渣的转化率。

根据本发明一种优选的实施方式，所述第二气体中，以摩尔百分含量计，包括：CO：38％～42％，H

根据本发明一种优选的实施方式，所述富含一氧化碳的气体中，一氧化碳的含量为50％-70％。通过采用前述优选方案，能够提高富CO气体在回用时降低焦比的效率，降低煤炭的消耗，提高高炉煤气利用率。

根据本发明一种优选的实施方式，所述转炉尾气中，以摩尔百分含量计，包括：60％～80％的CO、15％～20％的CO

根据本发明一种优选的实施方式，所述烟气中，以摩尔百分含量计，包括：99.9％以上的CO

本发明中，钢渣矿化前需进行研磨粉碎处理，根据本发明一种优选的实施方式，所述钢渣的粒度为10μm-100μm。通过采用前述优选方案，能够尽可能在不大幅度增加研磨成本的情况下，降低钢渣尺寸，提高钢渣比表面积及矿化反应转化率。

根据本发明一种优选的实施方式，所述钢渣选自转炉渣、精炼渣和电炉渣中的至少一种。

本发明中，只要能够实现本发明的目的，所述矿化单元中，钢渣与烟气的质量比没有特殊要求，根据本发明一种优选的实施方式，所述钢渣与烟气的质量比为5:1-1:1。通过采用前述优选方案，能够达到CO

本发明中，只要能够实现本发明的目的，所述矿化单元中，操作条件可以是本领域的常规选择，根据本发明一种优选的实施方式，操作条件包括：压力为1.0-4.0MPaA，温度为140℃-200℃。通过采用前述优选方案，能够提高矿化反应速率及转化率，降低物料停留时间，减少设备体积。

本发明中，所述脱水单元脱除所述第一气体中的水分的方法可以是本领域的常规选择，根据本发明一种优选的实施方式，所述脱水单元脱除所述第一气体中的水分的方法选自分子筛脱水、三甘醇脱水、硅胶脱水中的至少一种。通过采用前述优选方案，能够降低操作成本，提高脱水效率，提高高炉煤气利用率及后续处理中钢渣的转化率。

本发明中，所述一氧化碳提纯单元提纯第二气体的方法可以是本领域的常规选择，根据本发明一种优选的实施方式，所述一氧化碳提纯单元提纯第二气体的方法选自PSA法、铜氨吸收法和膜分离法中的至少一种，优选为PSA法。

根据本发明一种优选的实施方式，所述PSA法中采用的吸附材料为Cu(I)-活性炭吸附剂和Cu(I)-分子筛吸附剂中的至少一种。通过采用前述优选方案，能够提高CO的回收率，降低操作成本，提高高炉煤气利用率。

根据本发明一种优选的实施方式，所述提纯的条件包括：压力为0.7MPaA-0.9MPaA。通过采用前述优选方案，能够尽量降低CO提纯过程中的能耗和操作成本，提高高炉煤气利用率。

本发明提供一种高炉煤气回收利用系统，如图1所示，所述系统包括依次连接的脱碳单元1、脱水单元3、转炉4、发电单元6和矿化单元8，以及与所述脱碳单元连接的一氧化碳PSA提纯单元12，其中，脱碳单元1用于分离高炉煤气得到富含二氧化碳的第一气体2以及包括一氧化碳、氢气和氮气的第二气体11，所述第一气体2送入脱水单元3脱水后作为转炉4底吹气使用，转炉4得到的转炉尾气5通入发电单元6用于燃烧发电，产生的烟气7通入矿化单元8用于与钢渣9矿化生成建筑材料10；所述第二气体11通入一氧化碳PSA提纯单元12得到富含一氧化碳的气流13和包括氢气与氮气的混合气流14，其中，富含一氧化碳的气流13循环回高炉，包括氢气与氮气的混合气流14通入发电单元6用于燃烧发电。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

某钢厂高炉煤气CO含量25mol％、CO

实施例2

某钢厂高炉煤气CO含量24mol％、CO

实施例3

某钢厂高炉煤气CO含量26mol％、CO

实施例4

某钢厂高炉煤气CO含量24mol％、CO

实施例5

某钢厂高炉煤气CO含量25mol％、CO

实施例6

某钢厂高炉煤气1.0MPaA，温度35℃，CO含量26mol％、CO

实施例7

某钢厂高炉煤气CO含量24mol％、CO

实施例8

同实施例1，不同在于，MDEA法的压力为0.6MPaA，温度为50℃，转炉尾气送至锅炉发电(发电量为7kg尾气/kWh)，烟气与研磨后的钢渣在1.0MPa、140℃反应，转化率为72％。

实施例9

同实施例1，不同在于，烟气与钢渣的比值为2:1，转化率为73％。

对比例1

同实施例1，不同在于，高炉烟气经脱碳单元脱碳后，经分子筛干燥脱水后直接送入二氧化碳矿化单元，不设置转炉和发电单元，钢渣的矿化转化率为60％。

由上述实施例和对比例可知，本发明能够显著提高高炉煤气利用率和钢渣矿化过程转化率，达到节能减排的目的。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。