一種鐵合金煙氣制氨合成氣的方法
2023-07-31 10:08:01
專利名稱：一種鐵合金煙氣制氨合成氣的方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵合金煙氣制氨合成氣的方法，屬於資源綜合利用領域。
背景技術：
鐵合金是鋼鐵行業必不可少的原料之一，鐵合金冶煉其實質是以焦炭為還原劑， 將含有氧化物的礦石中還原出鐵合金所需要的元素如矽、錳、鉻等，反應產物除金屬元素 外，就是CO氣體，CO氣體容易從反應區排出。鐵合金冶煉多採用還原電爐法也稱礦熱爐 法，以前電爐容量小，多用敞口電爐和半封閉電爐生產，排出的煙氣中CO被空氣燒掉了，煙 氣量很大，無法回收，並含有大量煙塵，汙染了環境。隨著鋼鐵工業的發展和科學技術的進步，礦熱爐向大型化和自動化發展，新建的 錳鐵和矽鐵電爐多採用全封閉電爐，氣體採用溼法除塵，煙氣中CO濃度很高，並含有一定 量的H2,是一種優質煤氣，據資料介紹，鐵合金全封閉礦熱爐排出的煙氣組分如下表
冶金品種爐氣量 NmVT爐銀要成分(%)COH2OiN245%^1100924.40.63S^M鐵990725.56.516猛齢金1200739315鐵合金生產也是耗能「大戶」。要建設一個資源節約型和環境友好型社會，凡是有 利用價值的廢氣都要利用起來，其中鐵合金生產的煙氣中就含有高濃度CO的廢氣，若把鐵 合金煙氣利用起來，也是對鋼鐵工業節能減排工作的重要成效之一。CO用途廣泛，可作一碳化工產品原料。因鐵合金煤氣含有一定量的N2，採用固氮 方法用作用途最廣泛，而植物所必需的氮肥是最理想的。現代固氮最廣泛的方法是合成氨， 合成氨的原料氣是由焦炭與水蒸氣、空氣在氣化爐內發生氣化反應生成的CO、H2和隊。凡 含有CO、H2和N2的氣體都可以作為合成氨原料氣。合成氨也是耗能大戶，合成氨省掉了主 要原料焦炭，節能減排效果肯定顯著。礦熱爐生產It鐵合金大約排出煙氣平均1000m3，我國鐵合金年產量達800萬噸， 排放的煙氣每年達800000萬m3，若作為氨合成氣可生產合成氨420萬噸，如果鐵合金工業 排放的煤氣利用50%，每年可節約標準煤約300萬噸。
發明內容
本發明的目的是提供一種鐵合金煙氣制氨合成氣的方法，通過鐵合金煤氣經淨 化、加氮、部分變換、低溫變換、脫碳等工藝技術後，滿足氨合成氣的要求，供合成氨使用。用 該方法來回收利用生產排放廢氣中的C0，使其成為合成氨的原料，把礦熱爐作為氣化爐，對 節能減耗，能量回收，環境保護，資源綜合利用等技術都是重大突破。本發明鐵合金煙氣制氨合成氣的方法的目的是這樣實現的鐵合金煙氣通過洗滌除塵、脫硫，補氮將鐵合金煙氣中的氮與一氧化碳和氫的比例達到氨合成氣的需要，部分變 換和低溫變換將CO轉換為H2,脫除二氧化碳和微量C0，滿足氨合成氣的要求，組成一個鐵 合金_合成氨綜合利用聯合體。該方法包括(1)將鐵合金煙氣從礦熱爐中引出，經水洗、電除塵將鐵合金煙氣中的含塵量降低 至10mg/m3以下，經ADA脫硫在常溫下，用常規ADA溶液，將高爐煤氣中的H2S脫至30mg/ m3以下；(2)鐵合金淨化煤氣補氮。空氣用變壓吸附的方法製取99. 5%的純氮，按鐵合金 煤氣中CCHH2與N2之比為3. 1 3. 2自動補入淨化煤氣中，每噸鐵合金補入純氮250 300m3純氮；(3)部分變換變換爐分為二段，控制蒸汽比為1. 1 1. 3，一段變換觸媒用中溫觸 媒，一段進口溫度300 340°C，一段出口溫度430 450°C，二段觸媒用高溫觸媒，觸媒層 溫度控制在470 480°C，變換爐出口 CO 15 20%，H2 40 45%範圍內；(4)精脫硫為了保護低溫催化劑和變壓吸附硫化氫的濃度，變換後串聯精脫硫， 精脫硫採用氧化鋅脫硫劑，操作溫度250 280°C，將總S脫至0. Ippm ；(5)中-低_低變換變換爐分為三段，一段中溫變換用中溫變換催化劑，由部分 變換送來的溫度250°C，經換熱器換熱後進一段溫度320°C，經一段反應後出口溫度400°C ； 二段低溫變換用低溫變換催化劑，由一段出來的氣體經換熱器和水加熱器後溫度降低 至190°C，進入二段低變觸媒層，反應後溫度220°C ；三段低溫變換由二段低溫變換來的 氣體經第一調溫水加熱器後溫度下降至180°C，進入三段低溫觸媒層，反應後溫度上升至 185°C，使CO降低至1.5%以下;(6)脫碳變壓吸附脫除CO2和少量C0，吸附劑用分子篩，吸附器在0. 6 0. 7mpa 壓力和常溫下將二氧化碳和CO脫除，使出口 CO2和CO均小於lOppm。本發明的原理分四部分工藝1、洗滌、電除塵。2、鐵合金淨化煤氣補氮。3、鐵合金煤氣用蒸汽變換為變換氣，其反應如下C0+H20 = C02+H24、變換氣脫碳。變換氣脫除CO2和微量CO即為合成氨精練氣。本發明通過礦熱爐引出鐵合金煙氣經洗滌、電除塵和脫硫、部分變換和低溫變換、 脫碳等工藝及設備來實現。鐵合金煙氣經洗滌、電除塵後，含塵量小於10mg/m3，進入ADA脫 硫，將H2S脫至30mg/m3以下，按比例自動加入純氮，用壓縮機加壓至0. 7 0. 8mpa,送部分 變換，將高濃度一氧化碳變換15 20%，用氧化鋅精脫硫，將硫化物脫至0. IPPM以下，然後 送中低低變工序將一氧化碳降低至1. 5%以下，最後用變壓吸附將氣體中的CO2和CO除去 而製得氫與氮之比為3. 1 3. 2的氨合成氣。本發明達到的技術指標(1)每噸鐵合金產氨合成氣1200 1300m3，H2 73 75% N2 24 25% ；(2)每噸鐵合金煤氣回收率按90%計算，可生產合成氨350 400kg，33000KVA電爐日產鐵150噸，可日產合成氨50 55噸，年產合成氨1. 65 1. 8萬噸。每噸合成氨標 準煤消耗1369kg，即年節約標煤2. 2 2. 5萬噸。鐵合金煙氣通過洗滌除塵、脫硫，補氮將鐵合金煙氣中的氮與一氧化碳和氫的比 例達到氨合成氣的需要，部分變換和低溫變換將CO轉換為H2,脫除二氧化碳和微量C0，滿 足氨合成氣的要求，組成一個鐵合金_合成氨綜合利用聯合體，以達到節能減排之目的。本發明具有的優點及效果(1)鐵合金與合成氨生產組成聯合體，礦熱爐成為合成氨關鍵設備_氣化爐，合成 氨裝置省掉了原料輸送及氣化爐部分，合成氨工藝流程縮短；(2)提高了資源利用率，對合成氨來說不需要原料，成本大大下降，有顯著的經濟 效益，如果鐵合金與合成氨的成本再合理分配，鐵合金成本也下降；(3)減少了合成氨的原料輸送和氣化兩大部分，投資節省；(4)節能減排效果顯著。可以省掉合成氨消耗掉的焦炭、煤、重油以及供應緊缺的 天然氣。
圖1是本發明的鐵合金煤氣製取氨合成氣流程框圖。圖2是本發明的鐵合金煤氣製取氨合成氣流程圖。
具體實施例方式本發明鐵合金煙氣通過洗滌除塵、脫硫，補氮將鐵合金煙氣中的氮與一氧化碳和 氫的比例達到氨合成氣的需要，部分變換和低溫變換將CO轉換為H2,脫除二氧化碳和微量 CO,滿足氨合成氣的要求，組成一個鐵合金-合成氨綜合利用聯合體，以達到節能減排之目 的。本發明是通過以下工藝方法來實現的1、將鐵合金煙氣從礦熱爐中引出，經水洗、電除塵將鐵合金煙氣中的含塵量降低 至10mg/m3以下，經ADA脫硫在常溫下，用常規ADA溶液，將高爐煤氣中的H2S脫至30mg/ m3以下。2、鐵合金淨化煤氣補氮。空氣用變壓吸附的方法製取99. 5%的純氮，按鐵合金煤 氣中CCHH2與N2之比為3. 1 3. 2自動補入淨化煤氣中，每噸鐵合金補入純氮250 300m3純氮。3、部分變換變換爐分為二段，控制蒸汽比為1. 1 1. 3，一段變換觸媒用中溫觸 媒，一段進口溫度300 340°C，一段出口溫度430 450°C，二段觸媒用高溫觸媒，觸媒層 溫度控制在470 480°C，變換爐出口 CO 15 20%，H2 40 45%範圍內；4、精脫硫為了保護低溫催化劑和變壓吸附硫化氫的濃度，變換後串聯精脫硫，精 脫硫採用氧化鋅脫硫劑，操作溫度250 280°C，將總S脫至0. Ippm ；5、中-低_低變換變換爐分為三段，一段中溫變換用中溫變換催化劑，由部分 變換送來的溫度250°C，經換熱器換熱後進一段溫度320°C，經一段反應後出口溫度400°C ； 二段低溫變換用低溫變換催化劑，由一段出來的氣體經換熱器和水加熱器後溫度降低 至190°C，進入二段低變觸媒層，反應後溫度220°C ；三段低溫變換由二段低溫變換來的氣體經第一調溫水加熱器後溫度下降至180°C，進入三段低溫觸媒層，反應後溫度上升至 185°C，使CO降低至1. 5%以下。6、脫碳變壓吸附脫除CO2和少量C0，吸附劑用分子篩，吸附器在0. 6 0. 7mpa壓 力和常溫下將二氧化碳和CO脫除，使出口 CO2和CO均小於lOppm。圖1中，鐵合金煙氣通過洗滌除塵、脫硫，補氮將鐵合金煙氣中的氮與一氧化碳和 氫的比例達到氨合成氣的需要，部分變換和低溫變換將CO轉換為H2,脫除二氧化碳和微量 CO,滿足氨合成氣的要求，組成一個鐵合金-合成氨綜合利用聯合體。實施例1 中容量礦熱爐矽鐵合金煤氣製取氨合成氣流程，見圖2。33000KVA礦熱爐生產45%矽鐵合金，日產矽鐵150噸，抽出鐵合金煤氣6800m3/h， 回收率90%，補加純氮1790m3/h，產氨合成氣7730m3/h，合成氨2. 6噸/h，年產合成氨2. 1 萬噸。鐵合金煤氣從礦熱爐1頂部引出進入洗滌除塵裝置2除塵冷卻後，進入電除塵器 3進一步除塵，經脫硫裝置4脫硫後進入煤氣櫃5貯存並穩定組分，然後用煤氣壓縮機6壓 縮至0. 8mpa,進入變換氣熱交換器7，與來自部分變換爐8的變換氣換熱後溫度升至300 330°C進入部分變換爐，控制蒸汽比，進行部分變換生成一定比例的CO和H2以及CO2，將熱 量傳給淨化氣後溫度降至250 270°C，進入氧化鋅脫硫槽9，溫度250°C，送給中低低變裝 置10，將變換氣中的CO降低至1，5%以下，進入變壓吸附裝置11，將變換氣中的CO2和CO 含量降低至IOppm以下，即為氨合成氣12。實施例2 大容量礦熱爐矽鐵合金煤氣製取氨合成氣流程，見圖2。105000KVA礦熱爐生產45%矽鐵合金，日產矽鐵500噸，抽出鐵合金煤氣30000m3/ h，回收率90%，補加純氮7900m3/h，產氨合成氣34900m3/h，合成氨12噸/h，年產合成氨9. 5 萬噸。實施例3 高碳錳鐵合金煤氣製取氨合成氣流程，見圖2。33000KVA礦熱爐生產高碳錳鐵合金，日產高碳錳鐵150噸，抽出鐵合金煤氣 6200m3A,回收率90 %，補加純氮550m7h，產氨合成氣6080m7h，合成氨2. 0噸/h，年產合 成氨1.6萬噸。
權利要求
1.一種鐵合金煙氣制氨合成氣的方法，其特徵在於鐵合金煙氣通過洗滌除塵、脫硫， 補氮將鐵合金煙氣中的氮與一氧化碳和氫的比例達到氨合成氣的需要，部分變換和低溫變 換將CO轉換為H2,脫除二氧化碳和微量C0，滿足氨合成氣的要求，組成一個鐵合金-合成 氨綜合利用聯合體。
2.如權利要求1所述的鐵合金煙氣制氨合成氣的方法，其特徵在於該方法包括(1)將鐵合金煙氣從礦熱爐中引出，經水洗、電除塵將鐵合金煙氣中的含塵量降低至 10mg/m3以下，經ADA脫硫在常溫下，用常規ADA溶液，將高爐煤氣中的H2S脫至30mg/m3以 下；(2)鐵合金淨化煤氣補氮。空氣用變壓吸附的方法製取99.5%的純氮，按鐵合金煤氣 中CCHH2與N2之比為3. 1 3. 2自動補入淨化煤氣中，每噸鐵合金補入純氮250 300m3純 氮；(3)部分變換變換爐分為二段，控制蒸汽比為1.1 1. 3，一段變換觸媒用中溫觸媒， 一段進口溫度300 340°C，一段出口溫度430 450°C，二段觸媒用高溫觸媒，觸媒層溫度 控制在470 480°C，變換爐出口 CO 15 20%，H2 40 45%範圍內；(4)精脫硫為了保護低溫催化劑和變壓吸附硫化氫的濃度，變換後串聯精脫硫，精脫 硫採用氧化鋅脫硫劑，操作溫度250 280°C，將總S脫至0. Ippm ；(5)中-低_低變換變換爐分為三段，一段中溫變換用中溫變換催化劑，由部分變 換送來的溫度250°C，經換熱器換熱後進一段溫度320°C，經一段反應後出口溫度400°C ； 二段低溫變換用低溫變換催化劑，由一段出來的氣體經換熱器和水加熱器後溫度降低 至190°C，進入二段低變觸媒層，反應後溫度220°C ；三段低溫變換由二段低溫變換來的 氣體經第一調溫水加熱器後溫度下降至180°C，進入三段低溫觸媒層，反應後溫度上升至 185°C，使CO降低至1.5%以下;(6)脫碳變壓吸附脫除CO2和少量C0，吸附劑用分子篩，吸附器在0.6 0. 7mpa壓力 和常溫下將二氧化碳和CO脫除，使出口 CO2和CO均小於lOppm。
全文摘要
本發明涉及一種鐵合金煙氣制氨合成氣的方法，鐵合金煙氣通過洗滌除塵、脫硫，補氮將鐵合金煙氣中的氮與一氧化碳和氫的比例達到氨合成氣的需要，部分變換和低溫變換將CO轉換為H2，脫除二氧化碳和微量CO，滿足氨合成氣的要求，組成一個鐵合金-合成氨綜合利用聯合體，以達到節能減排之目的。鐵合金與合成氨生產組成聯合體，合成氨工藝流程縮短；提高了資源利用率，成本大大下降，有顯著的經濟效益；減少了合成氨的原料輸送和氣化兩大部分，投資節省；節能減排效果顯著。可以省掉合成氨消耗掉的焦炭、煤、重油以及供應緊缺的天然氣。
文檔編號C01B3/50GK102101644SQ20101059718
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者寧平, 殷在飛, 王學謙 申請人:昆明理工大學