利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法
2023-05-24 21:34:06
利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法。首先將焦爐煤氣通過羅茨風機或螺杆壓縮機加壓，經變溫吸附裝置後進入壓縮機一、二級壓縮加壓，經變壓吸附脫碳裝置後再通過壓縮機三級壓縮加壓，進入焦爐氣脫硫裝置；然後進入甲烷合成裝置，通過變壓吸附裝置或深冷分離裝置得到天然氣或液化天然氣產品；高爐煤氣通過壓縮機一、二級壓縮加壓，與水蒸氣混合進入耐硫變換裝置進行低溫耐硫變換，再依次進入高爐氣脫硫裝置，變壓吸附脫碳裝置和變壓吸附脫氮裝置；淨化後的高爐煤氣與焦爐煤氣中分離出的氮氫氣混合後通過壓縮機三、四、五、六級壓縮加壓，經甲烷化裝置後，進入合成氨裝置，生產得到無水液氨產品。
【專利說明】利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的工藝方法，屬於鋼鐵企業煤氣綜合利用領域。
【背景技術】
[0002]焦爐煤氣是在煉焦過程中得到的一種可燃性氣體，一般每噸幹煤可生產焦爐氣300-350m3，焦爐自身用掉一半左右。焦爐氣是混合物，其產率和組成因煉焦用煤質量和焦化過程條件不同而有所差別，其主要成分為4(55% -70% )和CH4(15% -30% )、CO (5% -9% ),C02(2% -5% ),N2(2% -6% )，另外還含有少量的其它成分。
[0003]高爐煤氣是在煉鐵過程中產生的副產品，每煉一噸生鐵產生高爐煤氣約1500m3，高爐自身熱風爐用掉接近一半。高爐煤氣中一氧化碳約佔30%，二氧化碳約佔10%，氮氣約佔55%，還有少量的氫氣與甲烷，故發熱值很低。鋼鐵企業煉鐵過程中副產的高爐煤氣由於產量高熱值低，難於利用，長期大量放散。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於結合我國鋼鐵行業實際，提出一種利用焦爐煤氣與高爐煤氣為原料聯合生產天然氣與液氨的工藝。
[0005]一種利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法，包括如下步驟:
[0006](I)首先將焦爐煤氣通過羅茨風機或螺杆壓縮機加壓，經變溫吸附裝置除去大部分的硫、焦油、苯和萘等雜質，然後通過壓縮機一、二級壓縮加壓，經變壓吸附脫碳裝置除去大部分的CO2，再通過壓縮機三級壓縮加壓，進入焦爐氣脫硫裝置內通過加氫轉化除去有機硫與不飽和烴，並通過脫硫劑除去硫化氫至PPb級；
[0007](2)經淨化後的焦爐煤氣進入甲烷合成裝置，其中的0)、0)2與!12發生甲烷化反應生成CH4，得到的合成氣通過變壓吸附裝置或深冷分離裝置得到天然氣或液化天然氣產品，及變壓吸附裝置或深冷分離裝置分離出的氮氫氣；
[0008](3)高爐煤氣通過壓縮機一、二級壓縮加壓，然後與水蒸氣混合進入耐硫變換裝置進行低溫耐硫變換，再依次進入高爐氣脫硫裝置通過脫硫劑脫除硫化氫，變壓吸附脫碳裝置除去大部分的CO2，變壓吸附脫氮裝置除去大部分的氮氣；
[0009](4)經淨化後的高爐煤氣與步驟(2)中得到的焦爐煤氣中分離出的氮氫氣混合後通過壓縮機三、四、五、六級壓縮加壓，經甲烷化裝置除去微量的CO、0)2後，進入合成氨裝置，生產得到無水液氨產品。
[0010]步驟(I)中，焦爐煤氣通過羅茨風機加壓至0.01?0.1MPa，或焦爐煤氣通過螺杆式壓縮機加壓至0.1?IMPa ;通過壓縮機一、二級壓縮加壓至0.6?1.0MPa，通過壓縮機三級壓縮加壓至1.5?3MPa。
[0011]所述的焦爐氣脫硫裝置包括加熱爐，2?4臺加氫反應器及2?6臺脫硫塔。在焦爐氣脫硫裝置中，焦爐煤氣經過加熱爐升溫至200?300°C，經過加氫反應器，將有機硫轉化為H2s，將不飽和烴轉化為飽和烴，再經過脫硫塔，通過脫硫劑除去焦爐氣中的H2S至ppb級；所述的脫硫劑為Fe-Mn脫硫劑和ZnO系脫硫劑。
[0012]步驟⑵中，所述的甲烷合成裝置為等溫和/或絕熱甲烷化反應器。
[0013]步驟(3)中，高爐煤氣通過壓縮機一、二級壓縮加壓至0.6?1.0MPa，在200?500°C下進行低溫耐硫變換；所述的高爐氣脫硫裝置包括2?6臺脫硫塔，採用脫硫劑脫除硫化氫，所述的脫硫劑為Fe-Mn脫硫劑和ZnO系脫硫劑。
[0014]步驟(4)中，經淨化後的高爐煤氣與步驟(2)中焦爐煤氣分離出的氮氫氣混合後通過壓縮機三、四、五、六級壓縮加壓至10?30MPa。
[0015]所述的壓縮機為往復式壓縮機。
[0016]目前鋼鐵企業為減少環境汙染、提高經濟效益，越來越重視煤氣的綜合利用。目前焦爐煤氣可做燃料氣、供城市燃氣、發電、或作合成氨與生產甲醇的原料，利用較充分。高爐煤氣一般直接或摻混焦爐煤氣做燃料氣，加熱鍋爐產蒸汽發電或驅動大型設備，高爐煤氣由於粉塵較多，惰性氣體含量高，存在燃燒慢且不穩定、放熱量少、煙氣量大等問題，利用困難。行業內先進企業也只能回收淨化後用作各加熱爐燃料或供鍋爐燃燒發電，經濟效益低下。
[0017]本發明採用焦爐煤氣與高爐煤氣為原料，規模化地生產天然氣(或液化天然氣)與液氨兩種產品，最終得到的天然氣產品滿足天然氣國標(GB17820) —類技術規格，可直接送入管網或銷售壓縮天然氣(CNG)，液氨產品可直接銷售，也可進一步生產尿素等下遊產品O
[0018]本發明可利用鋼鐵企業煉焦煉鐵過程中得到的焦爐氣與高爐氣兩種副產品作為原料，生產市場廣闊、經濟附加值高的天然氣與液氨兩種產品，既解決了高爐煤氣利用的難題，大幅減排，又能生產出高價值產品，具有良好的經濟與社會效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的工藝流程示意圖。
[0020]主要附圖標記:
[0021]I羅茨風機或螺杆壓縮機2變溫吸附裝置
[0022]3 1#壓縮機一、二段4第一變壓吸附脫碳裝置
[0023]5 1#壓縮機三段6焦爐氣脫硫裝置
[0024]7 甲烷合成裝置8變壓吸附裝置或深冷分離裝置
[0025]9 2#壓縮機一、二段10耐硫變換裝置
[0026]11高爐氣脫硫裝置12第二變壓吸附脫碳裝置
[0027]13變壓吸附脫氮裝置142#壓縮機三、四、五、六段
[0028]15甲烷化裝置16合成氨裝置
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，但所提供的方式僅作為示例而不應該被理解為限制本發明的範圍。
[0030]如圖1所示，本發明利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的工藝方法，具體工藝步驟如下:
[0031]首先焦化廠淨化後的焦爐煤氣經羅茨風機或螺杆壓縮機I壓縮加壓，經螺杆式壓縮機壓縮至0.1?IMPa，或經羅茨風機壓縮至0.01?0.1MPa,進入變溫吸附裝置2，焦爐煤氣中大部分的硫、焦油、苯、萘等雜質被吸附在吸附塔內的吸附劑上除去，然後通過1#壓縮機(往復式)一、二段3，經一、二級壓縮加壓至0.6?1.0MPa，進入第一變壓吸附脫碳裝置4，60%?70%的CO2被吸附在吸附塔內的吸附劑上除去，再通過1#壓縮機(往復式)三段5，經三級壓縮加壓至1.5?3MPa，進入焦爐氣脫硫裝置6，在其中經過加熱爐升溫至200?3000C，經過二至四臺加氫反應器，將有機硫轉化為H2S,將不飽和烴轉化為飽和烴，經過二至六臺脫硫塔，通過Fe-Mn脫硫劑與ZnO系脫硫劑除去焦爐氣中的H2S至ppb級；
[0032]經淨化後的焦爐氣經過甲烷合成裝置7，在等溫或絕熱甲烷化反應器中，其中的CO、0)2與H2發生甲烷化反應生成CH4，得到的合成氣可通過變壓吸附裝置或深冷分離裝置8得到純度在98%以上的天然氣(或液化天然氣)產品。合成氣通過變壓吸附裝置，其中的CH4組分被吸附在吸附塔內的吸附劑上，飽和後通過真空泵抽出即得到天然氣產品，或者將合成氣進行分子篩吸附脫水、脫汞劑吸附脫汞後進入深冷分離裝置，通過膨脹製冷裝置或混合冷劑製冷裝置將合成氣液化，再通過低溫精餾分離出氮氣與氫氣，得到液化天然氣產品，通過吸附分離或低溫精餾出的氮氫氣補充入合成氨流程變壓吸附脫氮裝置13之後；
[0033]高爐煤氣通過2#壓縮機(往復式)一、二段9，經一、二級壓縮加壓至0.6?
1.0MPa,先與水蒸氣混合進入低溫耐硫變換裝置10，在升溫至200?500°C進行低溫耐硫變換，在變換爐中其中的CO與H2O發生變換反應生成0)2與H 2，出口 CO含量降至0.5% (體積)以下，再進入高爐氣脫硫裝置11，經過二至六臺脫硫塔，通過Fe-Mn脫硫劑與ZnO系脫硫劑脫硫化氫，再進入第二變壓吸附脫碳裝置12，60%?70%的CO2被吸附在吸附塔內的吸附劑上除去，再進入變壓吸附脫氮裝置13，除去約70%的氮氣；
[0034]經淨化後的高爐氣與焦爐氣流程中分離出的氮氫氣混合後通過2#壓縮機(往復式)三、四、五、六段14，經三、四、五、六級壓縮加壓至10?30MPa，進入甲烷化裝置15，在甲烷化爐內微量的0)、0)2與H2發生甲烷化反應生成CH4，再進入合成氨裝置16生產純度在99.6%以上的液體無水氨產品。
[0035]為了保證淨化後的高爐氣與焦爐氣流程中分離出的氮氫氣兩者混合之後氮氣與氫氣的體積比在1:3，需要控制進入聯合裝置的焦爐煤氣與高爐煤氣的體積比在4:3左右。
[0036]本發明可用其他不違背本發明精神和主要特徵的具體形式來概述。因此，本發明的上述實施方案只能認為是對本發明的說明而不能限制本發明，權利要求書指出了本發明的範圍。相關技術人員明顯能在不脫離本發明精神、內容和範圍內對本發明所述的裝置和方法進行改動或者變更與組合，來實現本發明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發明精神、內容和範圍中。
【權利要求】
1.一種利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法，其特徵在於該方法包括如下步驟: (1)首先將焦爐煤氣通過羅茨風機或螺杆壓縮機加壓，經變溫吸附裝置除去大部分的硫、焦油、苯和萘，然後通過壓縮機一、二級壓縮加壓，經變壓吸附脫碳裝置除去大部分的(?，再通過壓縮機三級壓縮加壓，進入焦爐氣脫硫裝置內通過加氫轉化除去有機硫與不飽和烴，並通過脫硫劑除去硫化氫至卯6級； (2)經淨化後的焦爐煤氣進入甲烷合成裝置，其中的⑶、(^與2發生甲烷化反應生成￠:?，得到的合成氣通過變壓吸附裝置或深冷分離裝置得到天然氣或液化天然氣產品，及變壓吸附裝置分離或深冷分離裝置分離出的氮氫氣； (3)高爐煤氣通過壓縮機一、二級壓縮加壓，然後與水蒸氣混合進入耐硫變換裝置進行低溫耐硫變換，再依次進入高爐氣脫硫裝置通過脫硫劑脫除硫化氫，變壓吸附脫碳裝置除去大部分的(?，變壓吸附脫氮裝置除去大部分的氮氣； (4)經淨化後的高爐煤氣與步驟(2)中得到的焦爐煤氣中分離出的氮氫氣混合後通過壓縮機三、四、五、六級壓縮加壓，經甲烷化裝置除去微量的⑶、(?後，進入合成氨裝置，生產得到無水液氨產品。
2.如權利要求1所述的利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法，其特徵在於:焦爐煤氣通過羅茨風機加壓至0.01?0.現？3，或通過螺杆式壓縮機加壓至0.1?11？8 ；通過壓縮機一、二級壓縮加壓至0.6?1.0腿^，通過壓縮機三級壓縮加壓至1.5?31？80
3.如權利要求1所述的利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法，其特徵在於:所述的焦爐氣脫硫裝置包括加熱爐，2?4臺加氫反應器及2?6臺脫硫塔。
4.如權利要求3所述的利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法，其特徵在於:在所述的焦爐氣脫硫裝置中，焦爐煤氣經過加熱爐升溫至200?3001，經過加氫反應器，將有機硫轉化為硫化氫，將不飽和烴轉化為飽和烴，再經過脫硫塔，通過脫硫劑除去焦爐氣中的硫化氫至卯6級。
5.如權利要求1所述的利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法，其特徵在於:所述的甲烷合成裝置為等溫和丨或絕熱甲烷化反應器。
6.如權利要求1所述的利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法，其特徵在於:高爐煤氣通過壓縮機一、二級壓縮加壓至0.6?1.01？已。
7.如權利要求1所述的利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法，其特徵在於:所述的低溫耐硫變換的溫度為200?5001。
8.如權利要求1所述的利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法，其特徵在於:所述的高爐氣脫硫裝置包括2?6臺脫硫塔。
9.如權利要求1所述的利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法，其特徵在於:所述的脫硫劑為脫硫劑和2110系脫硫劑。
10.如權利要求1所述的利用焦爐煤氣與高爐煤氣聯合生產天然氣與液氨的方法，其特徵在於:經淨化後的高爐煤氣與焦爐煤氣中分離出的氮氫氣混合後通過壓縮機三、四、五、六級壓縮加壓至10?30即3。
【文檔編號】C01B3/50GK104449920SQ201410619526
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】王拴虎, 方勇, 韓園元 申請人:新奧能源貿易有限公司