鋼廠尾氣處理

1、鋼廠尾氣處理技術(shù)介紹開(kāi)革開(kāi)放30余年來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)取得了巨大進(jìn)步，作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)一一煉鋼 行業(yè)也得到飛躍式的發(fā)展。2013年中國(guó)以7.79億噸的粗鋼產(chǎn)量位居世界第一，占全球粗鋼產(chǎn) 量的48.5%,而中國(guó)2013年不銹鋼產(chǎn)量也達(dá)到約1800萬(wàn)噸，占全球總產(chǎn)量的48.3%。鋼鐵的 生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的尾氣，以轉(zhuǎn)爐尾氣為例， 每煉一噸鋼可以回收含 CO60%左右的轉(zhuǎn)爐 煤氣約100Nm3左右，全國(guó)現(xiàn)有30噸以上的轉(zhuǎn)爐100多座，年產(chǎn)轉(zhuǎn)爐氣1000億m3。除了有 轉(zhuǎn)爐尾氣外，煉鋼過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生焦?fàn)t煤氣和高爐尾氣，這些尾氣中含有甲烷和一氧化碳等高熱值的成分外，還含有大量的二氧化碳和氫氣可以作

2、為重要的化工原料。如果這些尾氣可以被高效合理利用的話，將為國(guó)家節(jié)約大量能源，創(chuàng)造十分可觀的財(cái)富。尤其在當(dāng)前世界性能源緊 張的形勢(shì)下，搞好綜合利用，節(jié)約能源更有現(xiàn)實(shí)意義。鋼廠尾氣主要有焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐尾氣和高爐尾氣。根據(jù)他們的氣體組成可以有多種的綜合 利用方式，下面我將詳細(xì)介紹這三種尾氣的處理方法。1 .焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣是在煤在煉焦?fàn)t中干儲(chǔ)過(guò)程中產(chǎn)生的一種可燃性的氣體，起主要成分見(jiàn)表1。表1.焦?fàn)t煤氣的典型組成主要成分H2O2N2CH4COCO2CnH m組成58.260.404.3824.552.672.672微量組分H2sHCN蔡苯氨COS焦油H2O組成 /mg - m-35005001503

3、00015010050飽和1.1焦?fàn)t煤氣發(fā)電焦?fàn)t煤氣中的成分大部分都為可燃?xì)怏w，可以通過(guò)燃燒進(jìn)行發(fā)電，利用焦?fàn)t煤氣發(fā)電是除 焦?fàn)t煤氣作為居民染料外最簡(jiǎn)單的利用方式，它具有建設(shè)快投資少等特點(diǎn)。但是，無(wú)論國(guó)外還是國(guó)內(nèi)的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組都有熱能利用效率低的缺點(diǎn)， 國(guó)內(nèi)的發(fā)電機(jī)組的熱能利用效率只有 30%, 國(guó)外的發(fā)電機(jī)組可達(dá)到40%0如此低的效率造成了巨大的能量浪費(fèi)， 在能源緊缺的情況，發(fā)電 的利用只是一種簡(jiǎn)單粗放的利用方式。1.2 焦?fàn)t煤氣化工利用方式焦?fàn)t煤氣化工利用方式有制甲醇、合成氨和尿素。焦?fàn)t煤氣制甲醇的反應(yīng)原理是：CH4+H2O - CO+3H2 ; CO+2H2 f CH3OH。焦?fàn)t煤氣經(jīng)凈

4、化后脫出里面的有害雜質(zhì)，然 后去甲烷和氫氣轉(zhuǎn)化部分，將甲烷轉(zhuǎn)化。合成氣去經(jīng)壓縮后去甲醇合成塔合成甲醇， 產(chǎn)生的粗 甲醇再經(jīng)甲醇精儲(chǔ)脫去雜質(zhì)，得到精甲醇和雜醇油，甲醇油可以作為商品賣(mài)出，其整個(gè)的工藝 路線圖見(jiàn)圖1:焦?fàn)t煤氣來(lái)自張比,麗圖1:焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝路線圖娓放氣外送電收氣劭環(huán)氣常甲柏 皿港4原料產(chǎn)品維區(qū)在生產(chǎn)甲醇的同時(shí)，可以將多余的N2 + 3H2* 2NH3,其工藝路線見(jiàn)圖H2與來(lái)自空分的氮?dú)膺M(jìn)行合成反應(yīng)，反應(yīng)原理是：2。甲醇馳放氣生產(chǎn)合成氨工藝，充分與焦?fàn)t煤氣制甲圖2 :馳放氣合成氨工藝醇工藝銜接，所用原料氮?dú)夂蜌錃馊縼?lái)源于制甲醇工藝的廢氣；同時(shí)，由于甲醇馳放氣的壓力較高，因此，經(jīng)

5、PSA提純后的壓力也較高，在3.0MPa以上，節(jié)約了壓縮氫氣所需的壓縮工； 充分利用了空分裝置所產(chǎn)生的氮?dú)赓Y源，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。生產(chǎn)的合成氨還以作為原料與CO2反應(yīng)生產(chǎn)尿素。甲醇和合成氨市場(chǎng)已經(jīng)飽和，近幾年的價(jià)錢(qián)也一直在下跌，固焦?fàn)t煤 氣做化產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益有限。1.3 焦?fàn)t煤氣制LNGLNG (Liquefied Natural Gas),即液化天然氣的英文縮寫(xiě)。天然氣是在氣田中自然開(kāi)采出來(lái)的可燃?xì)怏w，主要成分由甲烷組成。LNG是通過(guò)在常壓下氣態(tài)的天然氣冷卻至-162C,使之凝結(jié)成液體。天然氣液化后可以大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間和成本， 而且具有熱值大、性能高等特點(diǎn)。天然氣作為清潔能源越來(lái)越受到青睞

6、， 很多國(guó)家都將LNG列為首選燃料，天然氣在能源 供應(yīng)中的比例迅速增加。液化天然氣正以每年約12%的高速增長(zhǎng)，成為全球增長(zhǎng)最迅猛的能源 行業(yè)之一。近年來(lái)全球LNG的生產(chǎn)和貿(mào)易日趨活躍，LNG已成為稀缺清潔資源，正在成為世 界油氣工業(yè)新的熱點(diǎn)。 利用剩余焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)LNG,既有效解決了焦?fàn)t尾氣的排放問(wèn)題，又 具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。傳統(tǒng)的焦?fàn)t煤氣制LNG分為三大部分即焦?fàn)t煤氣的凈化、甲烷化和液化。其甲烷化的目的是將焦?fàn)t煤氣中的CO、CO2與H2發(fā)生甲烷化反應(yīng)，生成甲烷，從而提高焦?fàn)t煤氣中甲烷的 含量，增加LNG的產(chǎn)量。但是該工藝的投資大，且將 H2轉(zhuǎn)化成H2O造成了 H2的浪費(fèi)。我公

7、司對(duì)現(xiàn)有的工藝進(jìn)行了改進(jìn)，不僅提高了焦?fàn)t煤氣利用的附加值， 而且投資也與甲烷化流程相 當(dāng)，本技術(shù)通過(guò)處理分離凈化，可將焦?fàn)t氣的附加值提高到1.6元/Nm3,且投資與甲烷化相比 相當(dāng)，特別是針對(duì)高氧含量N2氣含量較高的焦?fàn)t氣，針對(duì)N2高，而N2正好是合成氨原料氣， 高氧含量焦?fàn)t氣特別適合制LNG聯(lián)產(chǎn)合成氨。同時(shí)本技術(shù)，可將焦?fàn)t氣中多碳碳?xì)浠衔镆?及H2s提取回焦炭爐燃燒，LNG中甲烷含量高，品質(zhì)好；同時(shí)環(huán)保 H2s達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。將焦?fàn)t尾氣進(jìn)行電捕油，脫紊脫焦油后，深度凈化除氧脫硫脫汞。焦?fàn)t氣中CO與N2難以分離，但CO可以通過(guò)變換將CO轉(zhuǎn)為氫氣，就不存在分離 CO和N2氣。變換之后經(jīng)過(guò)變 壓吸

8、附粗脫碳，粗脫碳的同時(shí)將大部分多碳碳?xì)浠衔铩2s等脫除，此部分熱值高，與脫除的CO2回爐摻燒，熱量得以解決，同時(shí)又提高了后工段冷箱制LNG的品質(zhì)，H2s也回爐燃燒解決了 H2s環(huán)保排放問(wèn)題。粗脫碳后進(jìn)入分子篩深度脫碳脫水，然后進(jìn)入膜分離，將大部氣 H2先分離出去，這樣可以有效降低后面液化甲烷冷箱負(fù)荷，降低投資和能耗。膜分離后的富 CH4氣進(jìn)入冷箱，此處得到LNG產(chǎn)品氣，甲烷液化后的氣體主要就是 H2與N2,與冷箱低溫 閃蒸塔后的氣體、膜分離得到的 H2混合，直接加壓醇燒化，再通過(guò)補(bǔ)氮調(diào)節(jié)氫氮比，達(dá)到合 成氨的要求，送去合成氨塔。氨合成塔有合成氨弛放氣，主要是CH4、H2、N2、Ar。此部分

9、弛放氣通過(guò)膜分離，將H2分離出再補(bǔ)到合成氨氣中。余下的CH4混和氣過(guò)入冷箱，將所有CH4 深冷制作LNG, Ar在循環(huán)中，富集到一定濃度排放部分弛放氣以釋放 Ar,但此處釋放量就很 小。具體的工藝路線見(jiàn)圖3。整個(gè)工藝路線有多個(gè)新的技術(shù)手段和措施：一、通過(guò)變換將CO變換成H2,巧妙的解決了高氧焦?fàn)t氣含氮量高帶的 CO、N2分離的困難， 同時(shí)將CO轉(zhuǎn)換成化工產(chǎn)品氨水，提高了產(chǎn)能。二、通過(guò)變壓吸附粗脫碳工序脫掉了大部分碳?xì)浠衔锖虷2s,以及CO2,將這部分氣體回爐燃燒，脫碳的同時(shí)既將 H2s脫除回爐燃燒解決H2s環(huán)保排放，又脫除碳?xì)浠臀锾岣吡撕蠊?段LNG的品質(zhì)，碳?xì)浠衔餆嶂递^高，與 CO2混

10、合還能保證熱值，達(dá)到摻燒熱值要求。通過(guò)合成氨后膜分離將 H2、CH4、N2分離，循環(huán)利用，整個(gè)系統(tǒng)除 CO2外其余有效氣均 回收利用，幾乎無(wú)損失，提高了焦?fàn)t氣的附加值。圖3焦?fàn)t煤氣無(wú)甲烷化聯(lián)產(chǎn)合成氨工藝路線圖2 .高爐煤氣高爐煤氣是從高爐爐頂逸出的煤氣， 是高爐煉鐵過(guò)程中所得到的一種副產(chǎn)品。 高爐燃料的 熱量約有60%轉(zhuǎn)移到高爐煤氣中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，高爐每消耗 1噸焦炭約可產(chǎn)出3800- 4000立方米 高爐煤氣。高爐煤氣的理論燃燒溫度約為1400-1500C,在許多情況下，必須通過(guò)把空氣和煤氣預(yù)熱來(lái)提高它的燃燒溫度，才能滿足用戶的要求。高爐煤氣從高爐逸出時(shí)含有大量粉塵， 約為60-80克/立方米，

11、必須經(jīng)過(guò)除塵處理才能符合使用要求。其主要成分見(jiàn)表2。表2高爐煤氣的典型組分主要成分COCO2H2N2組成2320255其特點(diǎn)是含塵量大、不易著火、燃燒不穩(wěn)定、熱值低，3 0003 800 kj m3,產(chǎn)出波動(dòng)大，尤其是高爐休風(fēng)或發(fā)生待料的時(shí)候。高爐煤氣的主要用戶是高爐熱風(fēng)爐、焦?fàn)t、電站鍋爐 以及燃用高焦混合煤氣的軋鋼加熱爐等。由于高爐煤氣的熱值較低，一般企業(yè)在煤氣平衡不好 時(shí)首先選擇放散高爐煤氣，因此高爐煤氣放散率一般作為衡量一個(gè)企業(yè)煤氣平衡措施和水平的 標(biāo)志。高爐煤氣傳統(tǒng)的處理辦法是參加一些熱值高焦?fàn)t煤氣或轉(zhuǎn)爐氣后直接燃燒或發(fā)電，利用效率低，燃燒后的產(chǎn)生的CO2直接排放到大氣中，增加了碳排放

12、。我公司根據(jù)高爐氣組成設(shè) 計(jì)了綜合利用高爐煤氣的工藝流程，將高爐氣和轉(zhuǎn)爐氣配合做成合成氨尿素，實(shí)現(xiàn)了鋼廠尾氣 的綜合利用，不僅減少了鋼廠尾氣的排放同時(shí)給鋼廠帶來(lái)了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。圖4高爐煤氣制尿素工藝路線圖中獻(xiàn)C0-C02一眥踹旻瞄鼬H2(78%W每噸合成氨消耗高爐煤氣約8900Nm3,每方0.1元價(jià)格計(jì)，合成氨成本為1500元/噸。如果不 計(jì)原料氣，合成氨成本約600元/噸，經(jīng)濟(jì)效益非?？陀^。3 .轉(zhuǎn)爐煤氣轉(zhuǎn)爐煤氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，鐵水中的碳在高溫下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合氣體。具典型組成見(jiàn)表 3。表3轉(zhuǎn)爐煤氣的典型組成主要成分H2O2N2COCO2匯S匯P匯As匯PH2O

13、組成20.4721.560160.010.021ppm1ppm飽和3.1轉(zhuǎn)爐煤氣制尿素轉(zhuǎn)爐煤氣成分和高爐煤氣相同，可以通過(guò)相同的工藝流程做合成氨尿素，轉(zhuǎn)爐煤氣富含 CO,可以提純CO作為原料做乙二醇、醋酸和甲醇。3.2 轉(zhuǎn)爐氣補(bǔ)碳焦?fàn)t煤氣制甲醇焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐氣作為原料生產(chǎn)甲醇，有兩種工藝流程，一種是焦?fàn)t煤氣純氧轉(zhuǎn)化補(bǔ)充部分轉(zhuǎn)爐氣生產(chǎn)甲醇，見(jiàn)圖5。一種是焦?fàn)t煤氣提純氫氣與轉(zhuǎn)爐氣生產(chǎn)甲醇，見(jiàn)圖 6。圖5焦?fàn)t煤氣純氧轉(zhuǎn)化補(bǔ)充部分轉(zhuǎn)爐氣生產(chǎn)甲醇工藝路線圖轉(zhuǎn)爐氣焦?fàn)t產(chǎn)品甲的轉(zhuǎn)爐氣焦?fàn)t煤氣圖6焦?fàn)t煤氣提純氫氣與轉(zhuǎn)爐氣生產(chǎn)甲醇 工藝路線圖)Uli 甲醉煤氣3.3 焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐氣制油費(fèi)托合成是以合成氣（CO和H2）為原料在催化劑（主要是鐵系）和適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件下合 成以石蠟燒為主的液體燃料的工藝過(guò)程。其反應(yīng)過(guò)程可以用下式表示：nCO+2nH2 - -CH2- +nH2O合成氣中的H2與CO的摩爾比要求在22.5。根據(jù)焦?fàn)t煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣的特點(diǎn)， 可將焦?fàn)t煤氣 純氧轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)兩段PSA凈化提純獲得CO和H2,再?gòu)霓D(zhuǎn)爐煤氣中提純得到 CO補(bǔ)充，得到 費(fèi)托合成油所需要的H2與CO的摩爾比要求。焦?fàn)t煤氣與轉(zhuǎn)爐氣制費(fèi)托合成氣的流程見(jiàn)圖 7。圖7焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣制油的工藝框圖轉(zhuǎn)爐氣焦?fàn)t煤氣3.4 鋼廠尾氣制乙醇目前鋼廠尾氣制乙醇的技術(shù)已經(jīng)有中試項(xiàng)目， 該技術(shù)是由寶鋼、朗澤、中科院三方合作共 同研發(fā)，利用了