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)開(kāi)展的根底產(chǎn)業(yè)一一煉鋼 行業(yè)也得到飛躍式的開(kāi)展。2022年中國(guó)以億噸的粗鋼產(chǎn)量位居世界第一，占全球粗鋼產(chǎn)量的 48.5%，而中國(guó)2022年不銹鋼產(chǎn)量也到達(dá)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為重要的化工原

2、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中干餾過(guò)程中產(chǎn)生的一種可燃性的氣體，起主要成分見(jiàn)表1 O表1焦?fàn)t煤氣的典型組成主要成分H2O2N2CH4COCO2CnH m組成%2微量組分H2SHCN萘苯氨COS焦油H2O組成 /mg m-3500500150300015010050飽和1.1焦?fàn)t煤氣發(fā)電焦?fàn)t煤氣中的成分大局部都

3、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)組可到達(dá)40%o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煤氣制甲醇的反響原理是：CH4 +H2O f CO+3H2 ; CO+2H2 一 CH3OH。焦?fàn)t煤氣經(jīng)凈化后脫出里面的有害雜質(zhì)，然 后去甲烷和氫氣轉(zhuǎn)化局部，將甲烷轉(zhuǎn)化。

4、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)甲醇精餾脫去雜質(zhì)，得到精甲醇和雜醇油，甲醇油可以作為商品賣出，其整個(gè)的工藝 路線圖見(jiàn)圖1:圖1:焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝路線圖氣柜-H焦?fàn)t氣壓縮機(jī)« fifths卩醇合 椚帕冊(cè)曲一原料產(chǎn)品確區(qū)甲醇粘洞尺甲瞅的油 _*原料產(chǎn)品雍區(qū)在生產(chǎn)甲醇的同時(shí)，可以將多余的 H2與來(lái)自空分的氮?dú)膺M(jìn)行合成反響，反響原理是 ：N2 + 3H2 一 2NH3，其工藝路線見(jiàn)圖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)PSA提純后的壓

5、力也較高，在以上，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，至V達(dá)了節(jié)能減排的目的。生產(chǎn)的合成氨還以作為原料與 CO2反響生產(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LNGLNGLiquefied Natural Gas，即液化天然氣的英文縮寫。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)空間和本錢， 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， 很多國(guó)家都將LNG列為首選

6、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)易日趨活潑，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分為三大局部即焦?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、C02與H2發(fā)生甲烷化反響，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H20造成了 H2的浪費(fèi)。我公 司對(duì)現(xiàn)有的工藝進(jìn)行了改進(jìn)，不僅

7、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)處理別離凈化，可將焦?fàn)t氣的附加值提高到元/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到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。將焦?fàn)t尾氣進(jìn)行電捕油，脫萘脫焦油后，深度凈化除氧脫硫脫汞。焦?fàn)t氣中CO與N2難以別離，但CO可以通過(guò)變換將CO轉(zhuǎn)為氫氣，就不存在別離 CO和N2氣。變換之后經(jīng)過(guò)變 壓吸附粗脫碳，粗脫碳的同時(shí)將大局部多碳

8、碳?xì)浠衔?、H2S等脫除，此局部熱值高，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)入膜別離，將大部氣 H2先別離出去，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。膜別離后的富 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、膜別離得到的 H2混合，直接加壓醇烴化，再通過(guò)補(bǔ)氮調(diào)節(jié)氫氮比，到達(dá)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。此局部弛放氣通過(guò)膜別離，將H2別離出

9、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局部弛放氣以釋放 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別離的困難， 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局部碳?xì)浠衔锖虷2S,以及CO2,將這局部氣體回爐 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混合還能保證熱值，到達(dá)摻燒熱值

10、要求。通過(guò)合成氨后膜別離將 H2、CH4、N2別離，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 14001500C，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，必須經(jīng)過(guò)除塵處理才能符合使用要求。其

11、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，一般為3 0003 800 kJ/ m3,產(chǎn)出波動(dòng)大，尤其是咼爐休風(fēng)或發(fā)生待料的時(shí)候。咼爐煤氣的主要用戶是咼爐熱風(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)的處理方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。我公司根據(jù)高爐氣組成設(shè)

12、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每噸合成氨消耗高爐煤氣約8900Nm3,每方元價(jià)格計(jì)，合成氨本錢為1500元/噸。如果不計(jì)原 料氣，合成氨本錢約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。其典型組成見(jiàn)表 3。表3轉(zhuǎn)爐煤氣的典型組成主要成分H2O2N2COCO2刀S刀P刀As刀PH2O組成%27601621ppm1ppm飽和轉(zhuǎn)爐煤氣制尿素轉(zhuǎn)爐煤氣成分和高爐煤

13、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。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。產(chǎn)品屮醉圖5焦?fàn)t煤氣純氧轉(zhuǎn)化補(bǔ)充局部轉(zhuǎn)爐氣生產(chǎn)甲醇工藝路線圖轉(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 工藝路線圖轉(zhuǎn)爐氣一-焦?fàn)t.煤氣凈化凈化> PSA V介成一A帝諂；卩加焦?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)姆错憲l件下合 成以石蠟烴為主的液體燃料的工藝過(guò)程。其反響過(guò)程可以用下式表示：n CO+2 nH 2 -CH2- +n H2O合成氣中的H2與CO的摩爾比要求在。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)有中試工程， 該技術(shù)是由寶鋼、朗澤、中科院三方合作共 同研發(fā)，利用了國(guó)際最