一種冶金煙氣用於煤氣化的方法
2023-09-18 17:44:10 4
專利名稱：一種冶金煙氣用於煤氣化的方法
技術領域：
本發明涉及一種冶金煙氣資源化利用新方法，屬於冶金工程與能源化工領域。
背景技術：
能源資源是經濟發展的基礎。僅從我國目前掌握的能源資源看，煤炭的剩餘可採儲量約為1100億噸，石油的剩餘可採儲量約為24億噸，天然氣的剩餘可採儲量約為2萬億立方米，其人均擁有量分別為世界人均水平的70%、10%和5%。而隨著我國經濟快速發展和人民生活水平的提高，我國能源需求將持續增長。解決好我國現在和未來能源供應問題，保證經濟穩定可持續發展，除了轉變經濟增長方式，提高能源利用效率，還必須重視新能源的開發利用，增加能源供應方式和供應量。 我國作為世界上的冶金大國，承載了全球大部分鋼鐵與主要有色金屬的冶煉任務，冶金行業的能源消耗佔全國20%以上。冶金行業也因此成為節能的重要承擔著，其節能降耗對於緩解我國能源緊張狀況有著重要的作用。冶金高溫反應過程中，煙氣通常會帶走反應器總供熱量的20 50%。近年我國在冶金餘熱回收上取得了較大的進展，但對與世界先進水平仍存在一定的差距，部分餘熱無法被利用或者在利用過程中存在很多問題。冶金煙氣餘熱難以利用的一主要原因是由於冶金煙氣成分十分複雜，通常煙氣中會含有揮發性低熔點氧化物與難揮發性氧化物粉塵、還原性氣體(CO與H2等)與酸性氣體(NOx與SOx等)等，其複雜成分造成煙氣中餘熱難以很好的回收利用。目前，冶金煙氣的利用形式主要為煙氣熱量交換的形式進行餘熱發電。其中鋼鐵行業中，高爐煤氣含有大量的可燃成分(ch4、co、h2等)具有一定的燃燒熱值，大多用作鋼廠燃料或燃燒發電，也有部分鋼鐵企業採用高爐煤氣餘壓發電。有色冶金行業中，其火法冶煉過程煙氣只有少數冶煉廠採用煙氣餘熱回收發電，很多廠家仍採用鍋爐加熱蒸汽-蒸汽耗散的形式進行煙氣降溫，煙氣中熱量未得到很好的利用。鑑於現有冶金煙氣餘熱利用過程中存在的問題，結合冶金煙氣通常含有大量雜質與還原性氣體的特性，提出了利用冶金煙氣進行煤氣化方法，將煙氣中的餘熱轉化為煤氣化的化學能，提高煙氣餘熱能量品位並綜合利用其中可燃成分。
發明內容
本發明為克服現有技術的不足，提供一種冶金煙氣用於煤氣化的技術，這種冶金煙氣餘熱利用耦合煤氣化技術不僅能夠實現煙氣餘熱高效轉化，還可綜合利用煙氣中可能存在的可燃成分。該技術的實施將對冶金煙氣資源化利用將產生重要的影響。本發明的技術方案包括以下具體步驟如圖I所示，將溫度低於600°C的冶金煙氣與水蒸氣、二氧化碳的一種或者兩種任意比例的氣體混合，在冶金煙氣溫度低於800°C可以輔助通入氧氣，然後將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最後將煤氣化反應後得到的尾氣進行餘熱回收和淨化處理，得到經過淨化的C0、H2的一種或兩種。所述冶金煙氣為高溫冶金反應設備反應後尾氣，冶金設備正常運行條件下煙氣溫度在600 1700°C範圍內。冶金煙氣作為主要熱量來源，在其熱量不能滿足煤氣化反應所需熱量時可輔助通入少量氧氣提高反應溫度，其中所述氧氣的通入可間歇或連續的方式供入，供入量以滿足反應熱量為原則進行調整。(以水蒸氣單獨或水蒸氣與二氧化碳同時作為氣化氣體時候其含有大量成分為H2與CO氣體，以二氧化碳作為氣化氣體時其含有的大量成分為CO)
所述煤的加入量與各種反應氣體的比例為煤的加入量超過煤氣化反應用量，煤為普通工業用煤。
所述煤氣化反應溫度為800 1700°C，反應壓力O. I 8. 5MPa，反應形式可為連續式或間歇式，反應條件對煤的粒度要求各不相同，煤的粒度越大，反應溫度越高，反應壓力越高，反之，煤的粒度越小，反應溫度越低，反應壓力越低。所述餘熱回收可採用蒸汽發電形式或換熱後用作其他用途，淨化包括除塵、脫硝、脫硫等工序，最終得到的由CO與H2組成的供作燃料的合成氣，可以用於合成甲醇與二甲醚組成的合成化工用的產品。本發明還可以同時聯合整體煤氣化聯合循環發電系統(Integrated GaficationCombined Cycle, IGCC)與合成氣製備液體燃料系統(Gas-To-Liquid, GTL)等現有技術進一步將煙氣與煤資源化。本發明的實施為冶金煙氣的利用提供了一種新途徑，其優勢在於可以進行實時調節進行溫度不穩定煙氣的利用；可從資源再利用或提高熱值方面對煙氣中可燃分進行高效利用；與煙氣利用相結合可以提高煤的利用效率。本發明的優點和積極效果
(O資源化利用煙氣餘熱與其中可能存在的可燃成分；
(2)通過與煤氣化技術相結合，可以提高煙氣餘熱與可燃分品質，最終達到提高煙氣餘熱利用效率；
(3)如將CO2作為氣化反應原料，該發明的實施還可以實現二氧化碳的資源化利用，減少碳排放。
圖I為本發明冶金煙氣用於煤氣化工藝示意圖。
具體實施方案實施例I :本實施例的具體製備步驟為如圖I所示，將溫度為800°C的冶金煙氣與水蒸氣混合，然後將上述混合氣體通入優質無煙煤顆粒中進行煤氣化反應，最後將煤氣化反應後得到的尾氣進行餘熱回收和淨化處理，最終得到經過淨化的co、h2。反應條件和反應結果如表I和表2所示。採用的煤粉為優質無煙煤100g，粒度20-40目，水蒸氣流量1g/min,氧氣流量0 Nm3/h。表I模擬煙氣流量、溫度與成分
煙氣溫度壓力 1 CO CH4 CO3 H2O I O2 I H2 I N2 CMmiIh % % % % % % %
§00 I O.IMpa I I | 2 | I | 6 | I [ 5 | 2 [ 83表2反應後尾氣流量、溫度與成分
煙氣湯度壓力 1 CO CH4 CO2 H2O I O2 I H2 I N2tCNm3Zh % % % % % % %
750 Q JMpa 193 ^5.2 0.5 3,1 0.5 2,6 25.2 42.9
實施例2 :本實施例的具體製備步驟為如圖I所示，將溫度為1000°C的冶金煙氣與水蒸氣，然後將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最後將煤氣化反應後得到的尾氣進行餘熱回收和淨化處理，最終得到經過淨化的CO、H2。反應條件和反應結果如表3和表4所示。採用的煤粉為優質無煙煤100g，粒度20 40目，水蒸氣流量1 g/min，氧氣流量0NmVh0表3模擬煙氣流量、溫度與成分
趣氣湯度 I!力煙氣I CO CH1 CO2 I H2O I O2 I H3 I N2 1C _ Nm^ % % % % % % %
1000 DiMpa I I__OS | I [ 6280
表4反應後尾氣流量、溫度與成分
煙氣溫度 I I 尾氣11 CO I CH4CO3 H2O I O2I H3I N2
VNm3A % %% %%%%
900 OiMpa 2^43 30.5 0.0 13 0^4 2.5 30i 32J
實施例3 :本實施例的具體製備步驟為如圖I所示，將溫度為600°C的冶金煙氣與水蒸氣，協助通入氧氣，然後將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最後將煤氣化反應後得到的尾氣進行餘熱回收和淨化處理，最終得到經過淨化的C0、H2。反應條件和反應結果如表5和表6所示。採用的煤粉為優質無煙煤100g，粒度20 40目，水蒸氣流量1 g/min,氧氣流量5 Nm3/h。表5模擬煙氣流量、溫度與成分
mm 壓力煙氣s Co I Ch4 Co21H2OI O2 I H2 I W2
V___Mm1Zh % % % % % % %
_ OJMps I 2 I O5I II 9I80 表6反應後尾氣流量、溫度與成分
MHrn I I 尾氣i| CO I CH41CO2I H2OI O2I H2I N2
tC 刀 NiA % %%%%%%
800 IdJMpa 2J8 30.5 0.0 3.3 [ 0'41 4.5 30.5 30.P
實施例4 :本實施例的具體製備步驟為如圖I所示，將溫度為1700°C的冶金煙氣與水蒸氣，然後將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最後將煤氣化反應後得到的尾氣進行餘熱回收和淨化處理，最終得到經過淨化的C0、H2。反應條件和反應結果如表7和表8所示。採用的煤粉為優質無煙煤100g，粒度20 40目，水蒸氣流量1 g/min，氧氣流量0NmVh0表7模擬煙氣流量、溫度與成分
煙氣溫度壓力煙氣量' CO I CH| I CO3 I H2O I~I~~I N2~I VNm3A % % % % % % % 1700 OJMpa I 2 | O5I9280 表8反應後尾氣流量、溫度與成分 煙氣湯度 I Λ , I 尾氣量| CO I CH4 ICO2I H2O I O2I H2I N2 O Nm3A % %%%%%%
1000 OJMpa 3 30 5 °·° 4—31 °.41 15 29'5 319
實施例5 :本實施例的具體製備步驟為如圖I所示，將溫度為iioo°c的冶金煙氣與二氧化碳氣體混合，然後將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最後將煤氣化反應後得到的尾氣進行餘熱回收和淨化處理，最終得到經過淨化的CO。反應條件和反應結果如表9和表10所示。採用的煤粉為優質無煙煤150g，粒度20 40目，二氧化碳流量I Nm3/h,氧氣流量0 Nm3/h。表9模擬煙氣流量、溫度與成分
煙氣St 壓力 Η CO I CH4 CO2 I H2O I O2 I H2 I N2 ΓNm3Zh % % % % % % % 1100 OJMpa I I [ O 8 |I [6280 表 ο反應後尾氣流量、溫度與成分 MHm C1T IM^lI CO I CH4co2 Ih2o IO2I H5I N2
tC 刀 % %%%%%%
900 I OJMpal 2J0 別 | 0.01 3.01 0.41 2.21 HO | 29.6
實施例6 :本實施例的具體製備步驟為如圖I所示，將溫度為1000°C的冶金煙氣與水蒸氣、二氧化碳氣體混合，然後將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最後將煤氣化反應後得到的尾氣進行餘熱回收和淨化處理，最終得到經過淨化的co、h2。反應條件和反應結果如表11和表12所示。採用的煤粉為優質無煙煤150g，粒度20 40目，水蒸氣流量1g/min, 二氧化碳流量I Nm3/h,氧氣流量0 Nm3/h。表11模擬煙氣流量、溫度與成分
煙氣溢ft 壓力 1 CO I CH4 CO2 I H2O I O2 I H3 I N2 tC _ IkA % % % % % % %
1000 SiMpa I I [ O 5 | I [ 9 2 80
表12反應後尾氣流量、溫度與成分
權利要求
1.一種冶金煙氣用於煤氣化的方法，其特徵在於將溫度低於600°C的冶金煙氣與水蒸氣、二氧化碳的一種或者兩種任意比例的氣體混合，在冶金煙氣溫度低於800°C可以輔助通入氧氣，然後將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最後將煤氣化反應後得到的尾氣進行餘熱回收和淨化處理，得到經過淨化的CO、H2的一種或兩種。
2.根據權利要求I所述的冶金煙氣用於煤氣化的方法，其特徵在於所述冶金煙氣為高溫冶金反應設備反應後尾氣，冶金設備正常運行條件下煙氣溫度在600 1700°C。
3.根據權利要求I所述的冶金煙氣用於煤氣化的方法，其特徵在於所述氧氣的通入可間歇或連續的方式供入，供入量以滿足反應熱量為原則進行調整。
4.根據權利要求I所述的冶金煙氣用於煤氣化的方法，其特徵在於所述煤的加入量與各種反應氣體的比例為煤的加入量超過煤氣化反應用量，煤為普通工業用煤。
5.根據權利要求I所述的冶金煙氣用於煤氣化的方法，其特徵在於所述煤氣化反應溫度為800 1700°C，反應壓力0. I 8. 5MPa。
全文摘要
本發明涉及一種冶金煙氣用於煤氣化的方法，屬於冶金工程與能源化工領域。將溫度低於600℃的冶金煙氣與水蒸氣、二氧化碳的一種或者兩種任意比例的氣體混合，在冶金煙氣溫度低於800℃可以輔助通入氧氣，然後將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最後將煤氣化反應後得到的尾氣進行餘熱回收和淨化處理，最終得到經過淨化的CO、H2的一種或兩種。可以進行實時調節進行溫度不穩定煙氣的利用；可從資源再利用或提高熱值方面對煙氣中可燃分進行高效利用；與煙氣利用相結合可以提高煤的利用效率。
文檔編號C10J3/00GK102965153SQ20121050959
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者李孔齋, 祝星, 王 華, 魏永剛, 胡建杭 申請人:昆明理工大學