利用煉鋼過程煤氣制氫的方法

2023-05-27 15:43:36

專利名稱：利用煉鋼過程煤氣制氫的方法
技術領域：
本發明屬於冶金和化工領域，涉及煉鋼過程煤氣的利用和氫氣製取。
背景技術：
轉爐和電爐煉鋼是目前最主要的煉鋼工藝技術。在轉爐煉鋼過程(或兌入部分鐵水進行冶煉的電爐煉鋼過程)中，還副產大量高熱值煤氣。在傳統的鋼鐵生產流程中，煉鋼過程副產的大量煤氣主要作為鋼鐵聯合企業的燃料氣源，用於各種爐窯的加熱、升溫等。但都未能得到充分利用。煉鋼過程副產的過程煤氣，其CO含量高達60～80％Vol，可以成為合成重要的化工原料，但目前只能當成燃料燒掉，是很大的浪費。在現有技術中，常規的大規模製取氫氣的原料是天燃氣、煤等，其制氫的成本較高，並消耗了國家寶貴的和有限的資源。利用煉鋼過程副產的過程煤氣製取氫氣將大大降低成本，有利於節省國家資源，有利於環保，且投資小，產氫量大，效益好，成本低。

發明內容
本發明的目的在於提供一種高效的、低成本的利用煉鋼過程煤氣製取氫氣的方法。
針對上述目的，本發明以煉鋼副產的過程煤氣為主要原料，經必要的處理後，在催化劑作用下進行水煤氣變換反應，水煤氣變換的產物進行適當分離，最終獲得大量廉價的高純氫氣。
本發明利用煉鋼過程煤氣製取氫氣的方法包括如下工藝流程煉鋼系統提供過程煤氣、過程煤氣降溫除塵、水煤氣變換反應、脫碳除硫、氫氣提純。現僅以氧氣轉爐為例分述如下①轉爐煉鋼系統轉爐煉鋼以鐵水、廢鋼為主要原料，以工業純氧、石灰、白雲石等為輔助原料。將帶有產生高速氧氣射流噴嘴的水冷氧槍從轉爐上口插入爐內，使水冷氧槍端部與金屬液體表面保持一定距離，利用高速氧氣射流衝擊金屬液體，形成氧氣與熔渣和金屬液體相互混合的乳濁液。氧氣快速氧化金屬液體中的雜質元素(C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni等)，同時放出大量熱量，保持金屬液體始終處於高溫狀態。利用吹氧過程中加入爐內的石灰、白雲石等造渣劑，與上述氧化反應產物發生作用，形成爐渣。該爐渣不斷吸收氧化金屬液體中所含雜質元素而生成的氧化產物。使金屬液體逐漸轉變成相對潔淨的狀態，由最初的鐵水與廢鋼構成的液態混合物，轉變為化學成分合格、溫度合適的鋼水(此過程簡稱煉鋼過程)。煉鋼過程中發生的反應，使該過程的氣體產物(過程煤氣)中CO濃度比較高(50～80％Vol)，其煤氣量可達70～110Nm3/噸鋼水。這種量大、CO濃度高的過程煤氣正是制氫的廉價原料。
②過程煤氣降溫除塵轉爐煉鋼系統提供的過程煤氣需降溫和除塵，通過常規的換熱器進行降溫，經降溫後，要求過程煤氣溫度≤450℃；降溫後進行除塵，煤氣除塵採用布袋式除塵或旋風式除塵。
③水煤氣變換反應過程煤氣經降溫除塵後，進入水煤氣變換裝置中，在水煤氣變換催化劑的作用下，與水蒸汽發生水煤氣變換反應；煤氣與水蒸汽的配比(Vol％)為1∶4～1，變換溫度200～450℃，壓力0.1～5MPa，空速3000～15000h-1；反應後，經冷卻、分離，可獲得富含氫氣的混合氣體。水煤氣變換催化劑可為鐵鉬系、鉻鉬系耐硫變換催化劑中任一種，如SSK、K8-11、B301或NCBC中任一種。
④脫碳除硫脫碳除硫主要是脫除混合氣體中的CO2和H2S，從水煤氣變換裝置出來的氣體包含H2、CO2以及未反應完的CO和雜質氣體(如H2S)，故需進入脫碳除硫系統，進行脫碳除硫，分離出CO2和雜質硫，脫碳採用溼法脫碳，如二乙醇脫胺脫碳法，可脫除CO2和H2S。脫除CO2和H2O後，氣體中總硫量為10～100ppm，脫碳除硫過程溫度30～70℃；壓力0.3～1.5MPa⑤氫氣提純經脫碳除硫後的混合氣體採用變壓吸附制氫法，可獲得高純度氫氣。
與現有技術相比，本發明具有如下優點①轉爐煉鋼過程煤氣得到合理、充分的應用，為國家節省了資源。
②本發明投資小，產氫氣量大，效益好，效率高。
③制氫成本低。
④有利於環保。


附圖1為本發明利用轉爐煉鋼過程煤氣製取氫氣的工藝流程圖。
圖中，1為鐵水等原料；2為氧氣；3為轉爐煉鋼系統；4為過程煤氣降溫；5為除塵系統；6為水煤氣變換反應；7為脫碳除硫；8為氫氣提純，A為鋼水，B為過程煤氣，C為氫氣。
實施例根據本發明所述的工藝流程，以頂吹氧氣轉爐煉鋼的過程煤氣為原料，製備了3批氫氣，轉爐煉鋼的過程煤氣經降溫除塵，水煤氣變換、脫碳脫硫和氫氣提純，獲得三批氫氣。3批轉爐煉鋼過程煤氣的成分(Vol％)及煤氣發生量如表1所示。
在整個工藝流程中，煤氣降溫後的溫度、水煤氣變換反應中的參數、煤氣與水蒸汽的配比以及催化劑列入表2中，在降溫除塵過程中，採用旋風式除塵。
水煤氣變換反應後，進行脫碳除硫，脫碳除硫參數以及脫除CO2和H2O後氣體中的總含硫量列入表3。表3中還列出三批試驗最終所獲得氫氣產量.表1實施例轉爐煉鋼過程煤氣的成分(％Vol)

表2 實施例工藝流程中的工藝參敉

表3實施例脫碳除硫參數以及脫除CO2和H2O後氣體中的總含硫量及氫氣產量。

權利要求
1.一種利用煉鋼過程煤氣製取氫氣的方法，其特徵在於①以煉鋼過程煤氣為原料製取氫氣，過程煤氣中CO濃度為60～80％Vol，回收的煤氣量70～110Nm3/t-鋼水；②該方法的工藝流程包括煉鋼系統提供過程煤氣、過程煤氣降溫和除塵、水煤氣變換反應、脫碳除硫、氫氣提純；③過程煤氣通過常規換熱器進行降溫，降溫後，要求過程煤氣溫度≤450℃；煤氣除塵採用布袋式除塵或旋風式除塵；④過程煤氣經降溫除塵後，進入水煤氣變換裝置中，在水煤氣變換催化劑的作用下，與水蒸汽發生水煤氣變換反應，煤氣與水蒸汽的配比(Vol％)為1∶4～1，變換溫度200～450℃，壓力0.1～5MPa，空速3000～15000h-1；⑤水煤氣變換反應後，經冷卻，所獲得的富含氫氣的混合氣體需經脫碳除硫，分離出CO2和雜質硫，脫碳採用溼法脫碳，如二乙醇胺脫碳法，可脫除CO2+H2S，脫除CO2和H2S後的氣體中總硫含量為10～100ppm。脫碳除硫過程溫度30～70℃；壓力0.3～1.5MPa；⑥經脫碳除硫後的混合氣體採用變壓吸附制氫法，獲取高純氫氣。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於提供過程煤氣的煉鋼過程可為純氧頂吹轉爐煉鋼過程、純氧底吹轉爐煉鋼過程、純氧頂底複合吹煉轉爐煉鋼過程和兌入部分鐵水進行冶煉的電爐煉鋼過程中的任一種。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於水煤氣變換催化劑可為鐵鉬系、鉻鉬系耐硫變換催化劑中任一種，如SSK、K8-11、B301或NCBC中任一種。
全文摘要
本發明屬於冶金和化工領域，涉及煉鋼過程煤氣的利用和氫氣製取。本發明以煉鋼過程煤氣為原料，經過如下工藝流程煉鋼系統、過程煤氣降溫除塵、水煤氣變換反應、脫碳除硫、氫氣提純，最終獲取高純氫氣。煉鋼過程煤氣經降溫除塵後，通入水煤氣變換裝置，並在催化劑作用下，與水蒸汽進行水煤氣變換反應，產生富含氫氣的混合氣體，混合氣體經脫碳除硫後，分離出CO
文檔編號C01B3/06GK1418807SQ0215376
公開日2003年5月21日 申請日期2002年12月6日 優先權日2002年12月6日
發明者殷瑞鈺, 劉瀏, 黎漢生, 幹勇, 王金福, 金庸, 曾加慶 申請人:鋼鐵研究總院, 清華大學